成都华西华科研究所研发生产定量CT QCT骨密度体模软件分析系统软骨内的胶原与QCT骨密度体模软件检测方法

软骨细胞外基质蛋白与矿化的关系（The relation between proteins in cartilage extracellular matrix and mineralization)

透明软骨主要由软骨细胞和间质组成。软骨细胞间 质又分为基质和纤维。基质主要由软#黏蛋白、硫酸软 骨素和软骨硬蛋白构成。纤维主要为胶原纤维，交织成 网，软脅细胞和蓽质分布在其中。胶厣纤维由软骨细胞 合成并分泌到细胞外。软骨细胞外基质呈均质凝胶状， 其中胶原占干束的46. 1%〜63. 7%,氨基聚糖占 20.4%〜37.1%,此外，基质里还存在一些其他蛋白质 和细胞外液。这些基质成分在软#钙化过程中分别发挥 不同的作用。

胶原

1.软骨内的胶原类型与结构胶照（collagen)是骨 与软骨基质中主要的蛋白，对决定骨软骨的体积，形状 和强度方面只冇重要的作用。目前，人们发现透明软骨 至少含有五种不同类型的胶原，即D、V〗、K、X和XI型， 其中n型胶职占85%〜90%, K型胶原占12%〜15%。 n、K和XI甩见于所有的软骨组织中，V155I胶原仅存在 于关节软背中，X型胶原为肥大软骨带所独有。根据胶 原的蛋白质和基因结构，软骨组织中的五种类型胶原可 分为两类，一类为原纤维形成性胶原（fibril - forming col­lagen),包括 n 型和 XI 型，这 两种胶原通过形成规则的原 纤维网和纤维网，为软骨组织细胞外苺质提供了结构方 面的支架；另一类是非原纤维形成性胶原（no_n-fib_ril- f₀rmi_ngcoll_agen)，包括VI、K、X型，这类胶原存在于原纤 维形成性胶原的外围，其中VI和X型胶原，是不同的细胞 外基质网状结构的组成成分，并且形成独立于成束胶原 纤维的纤维性结构，而K型胶原又被称为原纤维联合性 胶原（fibril - associated collagen )，与 II 型胶原直接结 合'

在软骨成骨矿化过程中，n、丨x、XI和x型胶肤发挥 者不同的功能，特别是x沏胶照，它能直接促进骨与软毋 交界处的矿化和基质退化。

(i> n型胶原 n型胶原是软骨的主要基质蛋白， 其正常装配的结构可防止高度水化的蛋白聚糖蟛胀，足 维持关节软骨正常理化性质、力学性能等的主要细胞外 基质；n型胶原分子的完整和组织特异件表达对于控制 和维持软骨细胞分化和骨形成起着重要作用。

n型胶原属于原纤维形成性胶原，含有=.个完全相 同的《多肽链，命名为_〇1(n>多肽链，其分子组成 是n型胶原的前胶原分子含有非胶原的氨基和 羧基扩展肽，在前胶原分子形成原纤维之前，非胶原的氨 苺和羧基扩展肽被特异性蛋白酶切掉。在电镜下胶厣纤 维由许多胶原微纤维组成，组成微纤维的原胶原分子每 隔D距离（64〜70nm)形成横纹，但H细胶厣横纹不明 显。原胶琢是胶厣的分子单位，定向排列整齐的原胶厣 分子之间，通过共价键搭桥交联，形成稳定的微纤维不易 溶解。每个原胶原分子由三条a肽链相互拧成三股嫌旋 结构的纤维状蛋白质，其中每条肽链大约含有1000 个左右的氨基酸残基，呈左手螺旋状，不同于一般蛋白质 结构中典型的_a-蠔旋。进而，三条_a-肽链相互编绕成 右手超级蜾旋，以致其终结构呈绳索状。甘氨酸约占胶 屉氣基酸残基总数的1/3。甘氨酸排列规则，每隔两个氨 基酸总有一个甘氨酸残基出现，故整个•肽链的结构可 用（甘-X-Y_)n来表示，其中X、Y代表除甘软酸外的 其他氨基酸残基。由于甘氨酸是分子量最小的氨基酸， 它又有规律地出现在一定的位置上，就使原胶原的三条 a-肽链能在此部位最紧密地相军靠拢，是形成三联螺旋 构型的重要条件。胶顷中脯氨酸和羟M気酸的M约占氣 基酸残基总数的1/4。脯氨酸常在_a-肽链的X -位置出 现，而羟脯氨酸在Y-位置。因为这两种氨基酸呈环状 结构，环中的-c=o还可与邻近肽链中甘氨酸 的-NH形成氢键，因而对维持三股鏍旋的稳定起瑕要 作用。II型胶原最显著的特点是含大《羟赖氨酸，即10 分子/链。羟赖氨酸进一步糖苷化形成糖苷化羟輳氨酸， 也是稳定胶谢的重要因索。

I1S胶职是由Co丨2A1基因编码的3条a链构成 的异三聚体，Col 2A1基因位于12号染色体长臂 (12的3.1-13.3)，长3410>,含有54个外*子，<£»^八共 4.4kb,结构相对复杂。n型胶原存在两种剪接变异体： 外显子2负责编码氨基端富含半胱氨酸的69个祆基酸， 该外显子表达时则为II A,见于胚胎期的前软骨生成细 胞、软骨膜和脊椎；外显子2不表达为I1B,是存在于成熟 软骨的主要形式。n甩胶原每条链的三嫌旋结构都是由 甘気酸密码子起始，这在进化上是高度保守的。分子生 物学研究证明，D甩胶职的Col 2A1基因突变大约有50 多种与骨关节病有关。fir先是基因编码区的突变.包括 点突变、缺失、插人和倍增等。

n型胶原形成一个三维网状结构，蛋白聚糖的多聚 体就埋在这个网状结构中；由于此结构模塑可控制软骨 细胞分化的强弱，故控制丨丨型胶原分子结构的完整性和 组织特异性表达，对于维持软骨细胞的分化和骨形成至 关蜇要。此外，n喷胶原除了作为关节软毋的主要结构成分，对软骨生物性能具有直接影响外，同时也为受体介 导的细胞-基质间的相互作用提供底物。这种相互作用 可茧新排列软骨细胞的#架结构，并通过一系列的蛋白 酶激活信号传递系统，可上调早期反应基因，如C-iim 和C-fos的表达。软骨细胞-基质间的相互作用也可 调控软骨细胞的凋亡。成都华西华科研究所研发生产QCT定量CT骨密度体模软件分析系统  
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