根据目前细胞外基质的定义和标准，已知的细胞外基质组分已达40余种，根据其分子构成，可将细胞外基质的组成物质分为三大类:①结构蛋白，如胶原、弹性蛋白等，它们赋予细胞外基质特定的物理学特性;②粘连蛋白，如纤维粘连蛋白和层粘连蛋白等，它们促进细胞同细胞外基质的结合与应答;③蛋白聚糖( proteoglycan)，它们因其亲水性，能够形成富含水分的蛋白凝胶，起到保湿、润滑的作用。

其中胶原和蛋白聚糖可形成纤维网状骨架，再通过粘连蛋白及其他连接分子直接与细胞表面的受体结合，将细胞外基质与细胞连成了一个整体，构成不同的组织结构(图4-1)。不同的细胞外基质因其结构与功能的不同，各种成分的合量以及所占的比例也不同。需要承受较大牵引力的组织类型，如肌腱等，含有较多的纤维性胶原成分，而承受巨大压力的组织类型，如软骨等，则含有较多的蛋白聚糖分子。

需要注意的是，尽管有些细胞外分子与细胞外基质之间有密切关系，但只是简单地滞留于细胞外基质当中，这种物质不参与细胞外基质的结构组成，如基质金属蛋白酶类、生长因子类以及白蛋白等血浆蛋白类等，因此不能算作细胞外基质蛋白的成分。又如细胞膜表面的蛋白聚糖，虽然其跨膜位点与细胞外基质的某些组分紧密结合，但其主要的生物学功能是介导跨膜的信号转导，并未对细胞外基质起到结构作用，因此只能将其归属于细胞膜表面受体，而非细胞外基质成分。

胶原是一类由不同亚基组成的糖蛋白( glycoprotein)，遍布于所有多细胞动物体内，几乎存在于体内各种器官和组织，是细胞外基质中的主要成分，是决定细胞外基质物理特性的主要因素。已发现的胶原已有二十余种，由不同的结构基因编码，具有不同的化学结构及生物学功能(表4-1)。按构成组织来分:有纤维状胶原(存在于表皮及肌腱等)、玻璃状胶原(如骨组织中的骨素)、软骨质胶原(存在于软骨中)等。每种胶原又都是由三条相同或不同的左手螺旋形肽链相互缠绕形成右手超螺旋三聚体或异三聚体结构。不同类型胶原蛋白间的差别就是由组成各种胶原蛋白的肽链或称α链的一级结构的不同造成的。按照惯例，三条肽链分别称为α ₁链、α ₂链、α ₃链。如来源于不同的胶原类型，则在其后附带大写罗马数字表示，如来源于Ⅰ型胶原的α ₁链，表示为α ₁(Ⅰ) ;α ₂链，表示为α ₂(Ⅰ)，单一类型的胶原如Ⅱ型胶原表示为［α ₁(Ⅱ)］ ₃，两种肽链构成的Ⅰ型胶原表示为［α ₁(Ⅰ)］ ₂α ₂(Ⅰ)，三种不同肽链构成的Ⅴ型胶原表示为α ₁(Ⅴ)α ₂(Ⅴ)α ₃(Ⅴ)。

在电子显微镜下观察，胶原纤维由许多原纤维组成，胶原分子的3条原纤维各由1000多个氨基酸残基组成。如胶原α ₁(Ⅰ)含1014个氨基酸残基，α ₁(Ⅲ)含1023个氨基酸残基。原纤维直径为100nm ( 70～140nm)，横切面呈圆形，纵切面呈带形，有明暗相间的周期性横纹。进一步研究发现，不同的原纤维均呈3股螺旋状平行排列，从而折叠成粗细不等的胶原。

胶原本身是构成细胞外基质的骨架，其三股螺旋结构及交联所形成的纤维或网络对细胞起到锚定和支持作用，并为细胞的增殖生长提供适当的微环境。此外，胶原与组织的形成、成熟、细胞间信息的传递、细胞免疫、肿瘤转移以及关节润滑、伤口愈合、钙化作用和血液凝结等有密切关系，也与一些结缔组织胶原病的发生密切相关。因此，对胶原在再生医学中的作用的研究越来越引起人们的重视。

弹性蛋白是弹性纤维的主要蛋白质成分，以随机方式排列的弹性蛋白之间彼此连结，形成网状结构。弹性蛋白形成的弹性纤维，与细胞外基质中的胶原纤维共同使其所分布的组织具有弹性和韧性。脊椎动物大多数组织行使其正常生理功能，如心脏的收缩、肺脏的扩张、膀胱的充盈等，均要求其组织本身具有一定的弹性。近年来，弹性蛋白以其良好的弹性和延展性逐渐受到国内外研究者的关注，显示了其在再生医学领域广阔的应用前景。

弹性蛋白分子中含有高比例的疏水性氨基酸残基，其中绝大部分是甘、脯等氨基酸，因此可形成较宽的β螺旋:疏水性氨基酸侧链大都在螺旋内部，而亲水性的甘氨酸则在螺旋外部，使得弹性蛋白同时具备亲水性、亲脂性、弹性和坚韧性。同时，弹性蛋白特殊的结构也使得它成为体内对于物理、化学及某些蛋白酶的作用具有最强的抵抗力的蛋白之一。

此外，有研究证实，弹性蛋白可以促进细胞的增殖、分化和迁移，并减轻由此产生的炎症反应。基于其在生物医用材料应用中的优势，近年来富含弹性蛋白的生物材料发展迅速，包括可直接使用的不溶性弹性蛋白和水解后得到的可溶性弹性蛋白制剂。同时，通过合成或重组方法生产的含有弹性蛋白疏水区域的类弹性蛋白多肽( elastin like polypeptides，ELPs)也在组织工程和药物控释领域拥有广阔的前景。

FN又称纤维连接蛋白、粘连蛋白、纤粘蛋白等，是一种广泛存在于动物组织和组织液中的大分子糖蛋白，参与一系列生理过程，如胚胎发生、组织再生、凝血及血栓形成等。FN由两个相同亚基，通过其C末端形成两个二硫键交联，组成均一的二聚体结构。在脊椎动物中，FN有两种存在方式:以可溶的形式存在于血浆和各种体液中;以不溶的纤维存在于细胞外基质、细胞之间及某些细胞表面。分布于细胞外基质的FN，主要是二聚体结构的纤维粘连蛋白经自组装成寡聚体结构，或与胶原纤维结合成复合体结构，在基质各成分之间及与细胞之间起连接作用。

FN由三种类型的重复序列组成，这些重复序列组成不同的生物大分子结合位点，对肝素、胶原、纤维蛋白和细胞表面受体等有很高的亲和力。通过细胞膜表面的FN受体-整合蛋白间的相互作用，FN可引起体内细胞的一系列变化。在健康成人组织中，FN的表达水平较低。皮肤创伤、关节炎症和髓鞘退化等可导致细胞对FN的合成能力上升，从而作为周围组织重建的支架材料影响细胞黏附和迁移，并调节细胞的增殖和分化。

LN是一组生物功能相似，但结构和形态各异高分子质量非胶原糖蛋白的总称，是基底膜的主要成分，并是基底膜所特有的非胶原糖蛋白。LN有三个亚单位，即重链α链和两条轻链β、γ借二硫键交联而成，外形呈不对称的交叉形结构，有的呈“十”字形，有的呈“Y”字形。LN的单体分于可以自发地聚合，组装成寡聚体分子，再形成较大的网状结构，从而将细胞固定在基底膜上。

作为一种镶嵌蛋白，LN除了构成基底膜的片层网状结构之外，还与细胞的分化、黏附、迁移和增殖等活动有关。LN与细胞的黏附主要通过其特定的受体进行，识别而结合至糖链结构上，在体内外发挥其生物活性。在不同的组织类型和不同的发育阶段中，有不同分子结构的LN表达。因此，LN的表达受到严格的调控。LN是胚胎发育、组织内环境稳定和组织更新的重要调节性蛋白质分子。

蛋白聚糖( proteoglycan，PG)是一类非常复杂的大分子多糖复合物，具有多样的结构和功能。PG是含有共价连接的一条或数条糖胺聚糖链的核心蛋白大分子，因其含糖量比蛋白质高，故称为蛋白聚糖。这一类化合物在不同组织中的结构不同，可以含有不同的核心蛋白，不同种类、不同数目以及不同长短的糖胺聚糖链。根据其二糖单位的组成、结构及糖-肽连接方式大致分为6种:腱糖蛋白、透明质酸、硫酸角质素、核心蛋白聚糖、硫酸乙酰肝素、多功能蛋白聚糖。

PG与生物大分子相互作用，参与许多生理和病理过程的调节，包括维持结构、组织重构、分子表达、细胞黏附、促进血管形成、诱导轴突生长和参与信号传递等作用。蛋白聚糖可结合、储存和向靶细胞释放生长因子等细胞外调节因子，调节细胞与细胞以及细胞与细胞外基质的相互作用。在基底膜中，PG通过抑制转化生长因子TGF-β，阻止其通过系膜细胞，起生物过滤器的作用。这些功能既取决于PG本身的结构和性质，也与PG和其他生物大分子的相互作用有密切关系。

虽然几乎所有的哺乳动物组织中都存在PG，但在结缔组织中，PG占特别重要的地位。作为结缔组织细胞外基质的重要成分之一，PG主要功能是作为结缔组织的纤维成分(胶原和弹性蛋白)埋置或被覆的基质，也可当作垫组织使关节滑润。另外，软骨的正常发育和生长，依赖它们基质中的聚糖。缺乏PG的小鼠的胚胎骨架，与同年龄正常小鼠胚胎相比，四肢显著缩短和变形。经检测发现，细胞之间的细胞外基质体积也大大地减少。因此，细胞外基质中PG的存在，对软骨的正常生长和发育起着关键作用。

同样，在皮肤损伤再生过程中，乳头层PG呈高表达，并与角质形成细胞结合;随着真皮再生的完成，PG逐渐消失。有研究表明，在培养基中补充蛋白聚糖可以有效抑制成纤维细胞收缩，减少Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白的合成，提示PG在真皮再生及瘢痕演变中起重要作用。

细胞因子( cytokine，CK)是细胞合成和分泌的一类活性蛋白质，几乎都存在于ECM中，主要参与介导和调节免疫应答、细胞生长以及损伤组织修复等多种功能。依据细胞种类的不同，生长因子可以促进也可抑制细胞的分裂、分化、迁移和基因表达，如转化生长因子对成纤维细胞具有促进作用而对角质细胞却具有抑制作用。根据细胞因子的来源可将其分为以下三类:

主要由成熟的淋巴细胞分泌，包括T细胞、B细胞和NK细胞等。重要的淋巴因子有白介素-2、-3、-4、-10、-12、干扰素γ、肿瘤坏死因子β、粒细胞集落刺激生物因子和神经白细胞素等。

主要由单核细胞或巨噬细胞产生，如白介素-1、-6、-8、肿瘤坏死因子α等。

主要由骨髓和胸腺中的基质细胞、血管内皮细胞、成纤维细胞等细胞产生，如促红细胞生成素、白介素-7、-11、内皮细胞源性IL-8和干扰素β等。

组织中的ECM被认为是诸多生长因子的贮存位点，而生长因子释放到周围的微环境中会影响许多生理过程。此外，生长因子还参与ECM组分的合成和降解、重构过程及基因表达等过程;而ECM则对生长因子的保护、活性和表达水平有调节作用。体内组织中，细胞、生长因子及ECM共处于一个动态变化之中，三者之间的多重相互作用构成了体内组织的微环境。