多细胞生物体中的细胞并不是孤立存在的，而是嵌入在由粘附接触和细胞外大分子组成的复杂网络中，这些网络共同决定了组织结构、机械特性和信号动力学。细胞粘附分子和细胞外基质 (ECM) 协调发育、维持组织完整性，并且对于伤口愈合、免疫反应和癌症转移至关重要。
细胞-细胞粘附连接
上皮细胞和内皮细胞形成专门的细胞间连接，提供机械强度和屏障功能。粘附连接基于钙粘蛋白粘附分子，在相邻细胞之间形成同质相互作用；钙粘蛋白的细胞质结构域与 β-连环蛋白结合，β-连环蛋白与 α-连环蛋白和肌动蛋白细胞骨架相连，在细胞周围形成连续的粘附带。由claudins和occludins组成的紧密连接密封细胞旁空间并通过防止膜蛋白的横向扩散建立顶端-基底极性。桥粒使用桥粒胶蛋白和桥粒糖蛋白钙粘蛋白，通过斑家族蛋白与中间丝连接，为承受剪切应力的组织（例如皮肤和心肌）提供机械弹性。缝隙连接由连接蛋白组装成六聚体连接子形成，为相邻细胞之间的小分子和离子创建直接通道，从而实现协调组织功能（例如心脏收缩和神经元信号传导）所必需的电和代谢耦合。
钙粘蛋白和选择蛋白
钙粘蛋白是介导同质细胞间粘附的钙依赖性粘附分子。经典钙粘蛋白，包括 E-钙粘蛋白（上皮细胞）、N-钙粘蛋白（神经细胞）和 VE-钙粘蛋白（血管内皮细胞），是具有胞外钙粘蛋白重复序列的单次跨膜蛋白，可与相对细胞上的相同钙粘蛋白形成粘附二聚体。钙粘蛋白表达模式决定发育过程中的组织分离：表达不同钙粘蛋白的细胞分类成不同的层，这是原肠胚形成和器官发生所必需的现象。选择素是钙依赖性凝集素，在炎症过程中介导白细胞与血管内皮的短暂粘附。白细胞上的 L-选择素、活化内皮上的 E-选择素以及血小板和内皮上的 P-选择素结合糖基化配体（例如 PSGL-1），介导白细胞在牢固粘附和外渗之前沿着血管壁滚动。
整合素
整合素是由 α 和 β 亚基组成的异二聚跨膜受体，介导细胞-ECM 粘附和双向信号传导。 18 个 α 亚基和 8 个 β 亚基组装成 24 个具有特定配体结合偏好的不同整合素异二聚体，包括识别纤连蛋白的胶原蛋白受体 (α1β1、α2β1)、层粘连蛋白受体 (α3β1、α6β1、α7β1) 和 RGD（精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸）基序结合受体 (αVβ3、α5β1)，玻连蛋白和纤维蛋白原。整合素以弯曲的、非活性的构象存在，并通过细胞内信号（如与细胞质β尾结合的talin和kindlin）触发的由内而外的信号传导进行构象激活，切换到延伸的高亲和力状态。粘着斑处激活的整合素聚集，通过包括踝蛋白、纽蛋白、桩蛋白和粘着斑激酶 (FAK) 在内的接头蛋白将 ECM 与肌动蛋白细胞骨架连接起来，这些接头蛋白组装成调节细胞增殖、存活、迁移和分化的动态信号平台。
细胞外基质成分
ECM 是一个由分泌大分子组成的复杂网络，组织成支架，提供结构支持和生化信号。胶原蛋白是最丰富的 ECM 蛋白，在脊椎动物中至少有 28 种；纤维状胶原蛋白（I、II、III、V 型）组装成坚固的三螺旋纤维，提供拉伸强度，而网络形成胶原蛋白（IV 型）在基底膜中形成片状网络。弹性蛋白与包括原纤维蛋白在内的微原纤维糖蛋白一起形成弹性纤维，使皮肤、肺和动脉等组织能够伸展和回缩。蛋白聚糖由核心蛋白和共价连接的糖胺聚糖 (GAG) 链组成，包括透明质酸、硫酸软骨素、硫酸乙酰肝素和硫酸角质素，可隔离水和生长因子，提供水合作用并调节信号分子的可用性。多粘附基质糖蛋白，包括纤连蛋白、层粘连蛋白、腱蛋白和血小板反应蛋白，含有多个结合细胞、其他 ECM 成分和生长因子的结构域，组织 ECM 结构并调节细胞行为。
基底膜
基底膜是特殊的片状 ECM 结构，位于上皮细胞和内皮细胞下方，并包围肌肉、神经和脂肪细胞。主要成分是IV型胶原蛋白、层粘连蛋白、巢蛋白和硫酸乙酰肝素蛋白聚糖基底膜蛋白聚糖。层粘连蛋白形成十字形结构，自组装成网络并与细胞表面的整合素和肌营养不良蛋白结合。 Nidogen 连接层粘连蛋白和 IV 型胶原蛋白网络，稳定基底膜结构。 IV 型胶原网络提供机械稳定性，基底膜聚糖有助于肾脏肾小球基底膜中的电荷选择性过滤。基底膜充当选择性渗透屏障，为细胞极性提供锚定，并提供固定的生长因子和趋化因子，在发育和免疫监视过程中引导细胞迁移。
ECM 退化和重塑
ECM 通过基质金属蛋白酶 (MMP) 的调节作用进行持续重塑，MMP 是锌依赖性内肽酶家族，可共同降解所有 ECM 成分。 MMP 作为无活性酶原分泌并通过蛋白水解裂解激活，其活性受到金属蛋白酶组织抑制剂 (TIMP) 的严格控制。 ECM 降解对于发育形态发生、血管生成和组织修复至关重要，但过度的 MMP 活性会导致关节炎、动脉粥样硬化和肿瘤侵袭中的病理基质破坏。在癌症转移过程中，肿瘤细胞上调MMP表达，降解基底膜并侵入周围组织，进入血管或淋巴管，并在远处形成继发性肿瘤。
细胞迁移
细胞迁移是一个协调的、多步骤的过程，由肌动蛋白细胞骨架的动态重组和整合素介导的粘附驱动。迁移开始于通过肌动蛋白聚合突出前缘，形成探索 ECM 环境的片状片状伪足或指状丝状伪足。整合素和 ECM 成分之间的前缘形成新的粘附，提供牵引点。细胞体通过肌动球蛋白收缩向前移动，并且细胞后部的粘附分解，从而允许后缘缩回。定向迁移由趋化梯度、触触（粘附）梯度和 ECM 纤维排列的接触引导引导，Rho 家族 GTPases（Rho、Rac、Cdc42）充当细胞骨架动力学和粘附周转的主要调节因子。
