细胞外基质重构对于组织的发育和形成必不可少，它参与调控了与细胞分化相关的多个过程，包括干细胞干性维持与分化、分支形态发生（branching morphogenesis）、血管新生、骨的重构以及创伤的修复。

分支形态发生是指单个细胞或一组细胞向其表面扩张形成细胞或组织延伸体。人体内多种管道器官（肺脏、肾脏和乳腺）的正常发育成熟均需要经历表皮细胞分支形态发生，形成逐级的管道分支结构。研究发现MMPs及其抑制物TIMPs功能的异常会导致这些分支器官发育的缺陷，说明细胞外基质的重塑在分支形态发生中起重要的作用。

在分支形成的过程中，分支局部细胞会特异产生纤维连接蛋白、Ⅰ型胶原及层粘连蛋白，这些基质成分通过与细胞表面特定整合素分子结合激活下游RhoA-ROCK信号通路，促进了细胞向管道外膨出生长与迁移，从而保证了分支形态发生。除此之外，分支形成的具体部位也与细胞外基质密切相关。管道结构外围因有大量胶原与弹力蛋白形成的硬度较高的基质结构，一定程度上抑制管壁向外的膨出，在分支形态发生过程中，管道在FGF信号的趋化作用下通过自身增殖变长，而在需要形成分支形态的部位，细胞高表达 MMP-3、MMP-2、MMP-15 及部分MT-MMPs等基质蛋白酶，降解局部细胞外基质，使硬度降低基质软化，从而利于形成分支的细胞向管壁外膨出形成新的管腔结构。

骨组织细胞外基质蛋白和基质降解酶在骨发育的不同阶段（骨成形、骨聚合及骨分化）和成年骨骼重构过程中都呈现出高度动态变化的特性。在小鼠胚胎发育第9天，其侧板中胚层的细胞开始在躯体壁两侧突出形成肢芽（limb buds）。此后，骨祖细胞开始增殖，促进肢芽在胚胎发育第13.5天形成成形的四肢骨架。透明质酸受体CD44表达于顶端外胚层脊（apical ectodermal ridge，AER），在骨胚胎发育形成的过程中，因 AER生长受限，CD44表达显著下降，并伴随肢芽和AER间的细胞外基质成分透明质酸、纤维连接蛋白和胶原含量的下降。这些基质成分的改变诱导了FGF信号通路，介导了肢芽间质与AER的相互作用。

在刚形成肢芽的阶段中，肢芽间质细胞产生FGF10作用于 AER的靶细胞，而 AER则产生FGF8及少量FGF4、FGF9、FGF17反作用于肢芽间质细胞。硫酸乙酰肝素（heparan sulfate）主要由AER表达并特异结合FGF10，决定了由肢芽间质产生的FGF10只作用于AER而对肢芽间质并无影响。同时AER细胞上高表达CD44，为透明质酸受体，以致AER被大量透明质酸结合，透明质酸的硫酸乙酰肝素亚基特异亲和FGF10，而对其他FGF成员亲和力低，从而保证AER产生的FGF只能作用于肢芽间质细胞，不会形成自分泌的作用方式。

随着肢芽继续发育，在小鼠胚胎发育的第13天，肢芽将产生一种蛋白聚糖基质多功能蛋白聚糖（versican）。多功能蛋白聚糖经基质蛋白酶ADAMTS切割产生活性片段，作用于AER导致其细胞发生凋亡，从而使AER生长受限逐渐缺失。至此，四肢的基本形态结构已形成。

一旦四肢形态结构基本形成，分布于其中的骨祖细胞开始进行系列的分化直至完全骨化形成成熟的骨骼。该过程也受到细胞外基质动态变化的影响。在肢芽形成的初期，间质中含有大量的透明质酸和Ⅰ型胶原；而当进入骨聚合阶段，间质透明质酸被增多的透明质酸酶所降解，取而代之的是基质糖蛋白纤维连接蛋白、血小板反应蛋白（thrombospondin）、生腱蛋白和黏结蛋白聚糖（syndecan）。尽管在骨发育过程中细胞外基质是处于一个动态变化的过程，且不同阶段有各自特异的基质蛋白的储备，然而每个阶段占主导地位的基质蛋白对整个骨发育过程都有其潜在的必不可少的作用。

在骨聚合过程结束后，软骨祖细胞将启动其分化成熟的过程，包括增殖、增生和成熟三阶段，这些不同阶段都伴随细胞外基质的动态变化。增殖阶段细胞外基质主要为Ⅱa型胶原和聚集蛋白聚糖（aggrecan），而增生阶段的细胞外基质主要为Ⅹ型胶原且伴随基质的逐渐钙化达到分化发育完全成熟。这些基质蛋白均由相应分化发育阶段的软骨祖细胞产生，而前一阶段占优势的基质蛋白则通过新产生的基质蛋白酶降解清除，这些酶包括MMP-9、MMP-13、MMP-14及组织蛋白酶K等。

近年来干细胞的研究成果对创伤修复、康复医学及肿瘤生物学领域产生了积极的影响。其中涉及的一个重要概念是“小窝”（niche），它指干细胞胞外局部的特殊微环境，对于干细胞功能维持与分化起着举足轻重的作用。细胞外基质大分子是干细胞小窝的重要组成部分，目前已知的多种干细胞其表面分子标志物均包含细胞外基质的细胞膜受体，由此提示细胞外基质通过其细胞膜受体对干细胞有重要的调控作用。

细胞外基质的直接作用是小窝干细胞维持干性必不可少的因素，其相关机制主要是细胞外基质维持细胞的极性、有丝分裂和自我更新。大脑室旁区的神经干细胞需要通过胞膜相应整合素与基底膜中的层粘连蛋白、生腱蛋白C和双糖链蛋白聚糖结合，从而维持神经干细胞的正常生长与自我更新；而整合素缺失减少细胞与基质成分的结合，导致神经干细胞数目显著减少。成骨细胞分泌的基质蛋白——骨桥蛋白作为小窝基质成分负性调节造血系统中干细胞的数目。此外，细胞外基质蛋白还可调控生长因子信号通路影响干细胞的功能。室旁区基质中生腱蛋白C可通过FGF2和BMP4信号通路维持神经干细胞的干性与自我更新。

细胞外基质的生物机械特性在调控干细胞功能中也起了重要作用。间充质干细胞在与大脑基质弹性相当的基质上生长会呈现出神经元的形态特征并表达神经元的分子标志物，而在类似平滑肌或骨骼细胞外基质硬度的基质成分上生长则表现出平滑肌或骨骼的特征。同样，肌肉干细胞生长于硬度类似于肌肉组织细胞外基质的基质上，将会分化为有功能的成熟肌细胞。可见，通过改变基质成分使基质硬度发生不同改变会诱导干细胞定向分化为适应该基质硬度的不同成熟细胞。