基質(zhì)金屬蛋白酶及其在原發(fā)性開角型青光眼研究中的作用

基質(zhì)金屬蛋白酶及其在原發(fā)性開角型青光眼研究中的作用 【摘要】 基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)是一類鋅離子依賴性內(nèi)源性蛋白水解酶家族，主要功能是降解細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)和基底膜。近年來人們對(duì)MMP的結(jié)構(gòu)功能、活性的調(diào)節(jié)及在原發(fā)性開角型青光眼發(fā)病機(jī)制和治療中的作用有了初步的了解。本文就這方面的研究結(jié)果作一綜述。

【關(guān)鍵詞】 基質(zhì)金屬蛋白酶；原發(fā)性開角型青光眼；細(xì)胞外基質(zhì)

原發(fā)性開角型青光眼(POAG)是常見致盲性眼病之一，迄今為止，其病因及發(fā)病機(jī)制尚不清楚。小梁網(wǎng)組織的ECM與MMP的動(dòng)態(tài)平衡改變?nèi)找媸艿皆�發(fā)性開角型青光眼研究領(lǐng)域?qū)W者的關(guān)注。本文就MMP與POAG關(guān)系的研究進(jìn)展綜述如下。

1 MMP的結(jié)構(gòu)及分類

　MMP是一類鋅離子依賴性內(nèi)源性蛋白水解酶，主要功能是降解ECM和基底膜，除此之外在許多生理和病理過程中發(fā)揮重要作用，例如基底膜的降解，ECM的重構(gòu)，結(jié)締組織的更新，血管的發(fā)生，再生，創(chuàng)傷的修復(fù)，腫瘤的發(fā)展和轉(zhuǎn)移。

　MMP家族在人類目前已發(fā)現(xiàn)了20幾位成員，新成員還不斷被發(fā)現(xiàn)。根據(jù)其底物的特異性可將其分為五類［1］:(1)膠原酶，包括從纖維細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、上皮細(xì)胞來源的膠原酶MMP-1，從中性白細(xì)胞中得到的膠原酶MMP-8、MMP-13和MMP-18。主要水解底物是膠原纖維，如Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ型膠原和基底膜成分。(2)明膠酶，包括主要由結(jié)締組織細(xì)胞來源的MMP-2和主要由中性白細(xì)胞和巨噬細(xì)胞分泌的MMP-9，即明膠酶A、B，其主要底物是明膠，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型膠原和基底膜成分，MMP-2還可以分解纖維粘連蛋白(FN)和層粘連蛋白(LN)；(3)基質(zhì)降解酶類，包括MMP-3，-10，-11，其底物比較廣泛，主要降解Ⅲ、Ⅳ、Ⅸ型膠原LN、FN、蛋白多糖及明膠等，并能激活某些MMP；(4)膜型酶，包括MMP-4，-15，-16，-17，-24，-25，是新發(fā)現(xiàn)的一類，能降解幾種ECM成分，有些可激活其他MMP；(5)未分類MMP，包括MMP-6，-7，-12，-19，-26，-28等，較復(fù)雜，有些底物仍不詳。

所有MMP家族成員的cDNA序列具有同源性，編碼4個(gè)蛋白結(jié)構(gòu)區(qū)。(1)信號(hào)肽結(jié)構(gòu)，與MMP合成與分泌有關(guān)；(2)前肽結(jié)構(gòu)，其中含一個(gè)高度保守的PRCGVPDV氨基酸序列，在大多數(shù)MMP酶原活化中有重要作用；(3)催化結(jié)構(gòu)，在所有MMP的催化結(jié)構(gòu)域中都含有一段十分保守的氨基酸序列:HE-X-GH-X-X-HS-X-M，其中的三個(gè)組氨酸被認(rèn)為可以酶活性中心部位Zn2 結(jié)合而形成配位鍵(用H表示)，從而對(duì)酶的催化活性起主要作用；(4)C-末端區(qū)，約200個(gè)氨基酸殘基組成，該區(qū)調(diào)節(jié)MMP前肽與組織金屬蛋白酶抑制劑(tissue inhibitors of metalloproteinase，TIMP)結(jié)合，在底物選擇特異性中起作用或與特定細(xì)胞表面受體相互作用。

此外，此家族成員還均具有以下特征［2］ ：(1)是一種蛋白水解酶，可降解至少一種ECM； (2)激活部位含有鋅離子，由此控制與酶的接觸反應(yīng)；(3)以酶原形式分泌，之后由纖溶酶和尿激酶的激活物裂解激活而發(fā)揮作用；(4)需要鈣離子保持其穩(wěn)定性，在中性活化的pH環(huán)境中發(fā)揮重要作用；(5) MMP的激活受TIMP或α2-巨球蛋白的抑制。

2 MMP活性的調(diào)節(jié)

MMP在正常組織中水平很低，當(dāng)體內(nèi)需要時(shí)，信號(hào)才傳導(dǎo)至細(xì)胞，在細(xì)胞上轉(zhuǎn)錄調(diào)控，合成分泌MMP，反之酶則停止活動(dòng)，MMP活性消失。故MMP在體內(nèi)的調(diào)節(jié)十分嚴(yán)格和精密，可分為基因水平調(diào)節(jié)、酶原活化調(diào)節(jié)、活化后調(diào)節(jié)。

2.1 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)

　　大量研究表明［3］，多數(shù)生長(zhǎng)因子，包括表皮生長(zhǎng)因子(EGF)、堿性成纖維細(xì)胞因子(b-FGF)、血小板源生長(zhǎng)因子(PDGF)、腫瘤壞死因子(TNF-α)、IL-1、IL-6及激素、炎細(xì)胞因子能刺激MMP在轉(zhuǎn)錄水平的表達(dá)。在大多數(shù)MMP(MMP-1、MMP-3、MMP-9等)基因的調(diào)節(jié)序列中，含有TATA盒，在此TATA盒前，存在多種轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)合位點(diǎn)，多種原癌基因如c-fos和c-jun的表達(dá)產(chǎn)物，能與這些位點(diǎn)結(jié)合，刺激MMP的轉(zhuǎn)錄，也就是說，當(dāng)某種刺激因子引起細(xì)胞增殖、ECM產(chǎn)生增多的同時(shí)，也誘導(dǎo)了MMP的表達(dá)，這可能是正常組織保持ECM動(dòng)態(tài)平衡的重要機(jī)制之一。與其他MMP不同的是，MMP-2基因的調(diào)節(jié)序列不含TATA盒，其表達(dá)也很少受原癌基因的影響，被認(rèn)為是一種典型的管家基因。MMP mRNA的表達(dá)受許多因素的影響，如神經(jīng)激素、細(xì)胞因子(CK)、化學(xué)因素等，它們對(duì)MMP基因的啟動(dòng)區(qū)產(chǎn)生誘導(dǎo)或抑制作用，從而啟動(dòng)或關(guān)閉MMP mRNA的表達(dá)。

2.2 酶原活化調(diào)節(jié)

　　多數(shù)MMP是以酶原的形式分泌的，活化后才能在細(xì)胞外間隙選擇性與ECM成分結(jié)合，可由纖維蛋白溶酶依賴和非依賴性兩條途徑介導(dǎo)活化，纖維蛋白溶酶原能被其激活劑，如尿激酶類纖溶酶原激活劑，轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維蛋白溶酶，后者是大部分的MMP的強(qiáng)大激活劑［4］。MMP間的相互激活也是其酶原活化的重要方式，如膜型MT-1可激活MMP-2，MMP-2又可激活MMP-9［5］。MMP的活化機(jī)制尚未完全明了，目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)為MMP酶原的前肽區(qū)包含一半胱氨酸(Cys)肽鏈內(nèi)切酶開關(guān)序列，此序列與催化活性中心的Zn2 結(jié)合成配位鍵，使酶的活性中心被覆蓋，不能與底物接觸，在某些條件下，活化劑可直接打斷Cys-Zn2 間的配位鍵，或引起前肽區(qū)裂解掉，使酶活性中心暴露而活化。

2.3 基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制劑（TIMP）的調(diào)節(jié) 　　TIMP是一組多基因家族的編碼糖蛋白，是MMP的內(nèi)源性特異性抑制因子，有資料證明，維持ECM正常代謝的關(guān)鍵在于MMP與TIMP之間的分泌平衡［6］。目前發(fā)現(xiàn)的TIMP有四種:TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3、TIMP-4［7］。不同的TIMP對(duì)MMP的活性抑制具有特異性，而研究最多的是TIMP-1和TIMP-2。TIMP-1可由巨噬細(xì)胞和結(jié)締組織細(xì)胞產(chǎn)生，廣泛存在于組織和體液中，能被多種細(xì)胞因子誘導(dǎo)產(chǎn)生，也能抑制大多數(shù)MMP活性，它與活化的MMP以1:1非共價(jià)結(jié)合而抑制MMP，也可與MMP酶原形式結(jié)合阻止其活化；TIMP-2隨MMP-2的表達(dá)而表達(dá)，很少受細(xì)胞因子的誘導(dǎo)，TIMP-2主要通過與MMP酶原結(jié)合抑制MMP-2，但也抑制其他MMP；TIMP-3是一種結(jié)合ECM的非可溶性蛋白，僅存在于ECM中；TIMP-4具有器官特異性。TIMP一方面結(jié)合酶原避免無活性的MMP激活，另一方面可形成MMP-TIMP復(fù)合物，阻斷MMP與底物結(jié)合，從而抑制MMP活性。故TIMP不僅與酶的催化位點(diǎn)相結(jié)合，還阻止酶原活化�！×�?yè)?jù)報(bào)道，還有一類MMP的血漿抑制劑—α2-巨球蛋白(α2-M)，也可抑制MMP活性，其抑制作用是通過與酶的催化位點(diǎn)結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的［8］。

3 MMP與POAG

3.1 小梁網(wǎng)上MMP和POAG

　　小梁網(wǎng)分為:葡萄膜小梁網(wǎng)、角鞏膜小梁網(wǎng)和內(nèi)皮小梁網(wǎng)，后者構(gòu)成Schlemm管的內(nèi)側(cè)壁，由薄層長(zhǎng)形內(nèi)皮細(xì)胞組成，3/4的房水外流阻力在此形成。正常人眼小梁網(wǎng)細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）主要包括Ⅱ、Ⅲ 、Ⅳ 、Ⅴ 、Ⅵ型膠原蛋白，纖維連接蛋白和層粘連蛋白，透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、硫酸皮膚素、硫酸乙酰肝素和硫酸角質(zhì)素等5種氨基多糖［9］。正常情況下ECM處于不斷產(chǎn)生和降解的動(dòng)態(tài)平衡中，病理下ECM增多或(和)降解減少導(dǎo)致ECM過多堆積影響組織功能。故ECM正常生理功能是保證房水外流通暢的重要因素。POAG患者小梁網(wǎng)中細(xì)胞外基質(zhì)異常堆積，如:彈力樣纖維鞘源性物質(zhì)、彈力蛋白、纖維連接蛋白增多［10］�，F(xiàn)已證實(shí)在人類的小梁網(wǎng)細(xì)胞上存在著MMP與TIMP，并認(rèn)為兩者作用的平衡性對(duì)正常人眼維持小梁ECM與房水外流通暢十分重要［11］。小梁細(xì)胞中有大量的MMP-2表達(dá)和少量的TIMP-1、TIMP-2表達(dá)，分別對(duì)ECM進(jìn)行降解。MMP/TIMP比例發(fā)生變化可引起病理改變［12］。也有研究發(fā)現(xiàn)原發(fā)性開角型青光眼中小梁網(wǎng)及房水中TIMP-1水平比正常和其他類型青光眼病人有顯著增高，而MMP活性卻顯著降低［13］。正常情況下MMP的表達(dá)與其抑制劑的表達(dá)處于動(dòng)態(tài)平衡中，此平衡調(diào)節(jié)對(duì)ECM正常功能具有重要意義。MMP過多表達(dá)可致組織損傷破壞，影響愈合功能；TIMP過多表達(dá)則造成ECM堆積�，F(xiàn)代研究表明，青光眼患者小梁細(xì)胞數(shù)目的減少及其細(xì)胞外基質(zhì)含量的改變使小梁網(wǎng)網(wǎng)眼狹窄或塌陷導(dǎo)致了原發(fā)性開角型青光眼［14］。有實(shí)驗(yàn)證明，激光作用于小梁網(wǎng)后，MMP-3、MMP-9及TIMP-1表達(dá)增加［15］。故氫激光成形術(shù)可通過增加MMP的表達(dá)而使ECM降解增加從而提高房水外流量。

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