胶原与关节软骨
胶原纤维占成人关节软骨干重的2/3。经过多年研究,已知正常成人关节软骨中含有Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅵ型、Ⅸ型、X型、Ⅺ型、Ⅻ型和XIV型胶原。每型胶原均有相似的分子结构,即由3条(Gly-X-Y)n氨基酸重复序列组成的a链构成螺旋结构,其中X常为脯氨酸,Y常为羟脯氨酸。由Ⅱ型、Ⅸ型和Ⅺ型胶原组成的异聚体构成软骨纤维网架结构。
正常关节软骨的胶原成分
Ⅱ型胶原占胶原总数的80%~90%,由3条相同的a1(Ⅱ)链以螺旋方式构成软骨基本结构。它均匀分布于整个软骨,具有周期性横纹。Ⅱ型胶原存在两种形式:ⅡA型和ⅡB型。正常成人关节软骨中含有ⅡB型,ⅡA一型在骨关节炎中伴随X型胶原由肥大软骨细胞产生。虽然Ⅱ型胶原的含量最多,但在正常软骨中合成代谢较弱。
III型胶原与Ⅱ型胶原连接、共聚,一起位于同一纤维中,并保持其N端区。作为次要而正常成份,III型胶原的作用目前尚不清楚,可能与Ⅱ型胶原一起由软骨细胞产生作为对基质损伤的反应。
Ⅵ型胶原由3条不同的a链,即a1(Ⅵ)、a2(Ⅵ)、a3(Ⅵ)组成,约占胶原成分的1%,形成一富含二硫键的分支网状结构。Ⅵ型胶原主要位于软骨细胞周围,但也散布于纤维基质中。它与多种细胞外基质成分相作用,辅助软骨细胞附着于基质纤维网上,同时参与细胞与基质问的信号传递。
Ⅸ型胶原是一种非原纤维化胶原,也由3条不同的a链,即a1(Ⅸ)、a2(Ⅸ)、a3(Ⅸ)构成,有3个螺旋区和4个非螺旋区,属不连续三螺旋结构的纤维相关胶原(FACIT),占胶原成分的1%,集中分布于软骨细胞周围。在细胞区域内少见,在细胞区域间则无。Ⅸ型胶原与Ⅱ型胶原纤维共价结合,位于纤维表面。Ⅸ型胶原起类似胶的作用,粘合Ⅱ型胶原网架结构,具有调节纤维-纤维、纤维一蛋白聚糖问相互作用,并能增强纤维网的机械完整性和抑制蛋白聚糖带来的渗透压。
X型胶原由3条相同a1(X)链构成,长度较短,局限分布于生长层肥大软骨细胞周围及关节软骨钙化层下方的纤维网中,可能与软骨内骨化有关。正常关节软骨中是否存在X型胶原成分,仍有争议。有报道表明正常成人的关节软骨,包括钙化软骨层中,不含有X型胶原。
XI型胶原是由3条不同a链,即a1(XI)、a2(XI)、a3(XI)组成的三聚体,其结构可能类似于V型胶原,几种分布于软骨细胞周围细纤维网中。XI型胶原可能限制纤维直径的生长,主要是限制II型胶原纤维的侧向生长。
Ⅻ型、Ⅻ型胶原属纤维相关胶原(FACIT),通过其COL1/NCl区与胶原纤维表面相连,但未与基质共价聚合。它的具体功能尚不清楚,可能与软骨中其他多种纤维连接蛋白协同和(或)竞争。
关节软骨中胶原排列
各型胶原在关节软骨内的排列高度有序,Ⅱ型、IX型和Ⅺ型胶原纤维交叉相连在一起,构成软骨的骨架,与其他胶原共同构成胶原网.维持组织形态,提供张力、抗压力。胶原在软骨内的分布也有一定规律。在软骨的表面层,胶原纤维细小、密集,第一层由平行排列的细小胶原纤维覆盖在关节表面,给组织提供机械保护,第二层胶原纤维与关节表面垂直。中间层胶原纤维是无序排列的,受压时沿着张力线方向改排成最适于对抗裂缝延伸的方式。深层胶原纤维粗大、稀疏,方向与关节表面垂直。钙化层胶原纤维直径最大,以关节表面垂直方向锁定于钙化层基质中。主要胶原成分(Ⅱ型、Ⅸ型、Ⅺ型胶原)在不同层面中所占比例相同。
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