组织金属蛋白酶及其抑制因子与肝纤维化

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(作者： __________ 单位： ___________ 邮编： ___________ )

【摘要】 基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase ，MMP) 是体内重要的水解酶之一，几乎能降解细胞外基质 (extracellular matrix ， ECM的所有成分；基质金属蛋白酶组织抑制因子 (tissue in hibitor of metalloprote in asas ，TIMPs )是 MMP 啲内源性抑制 系统。近年来发现，MMPs/TIMPs调节失衡与肝纤维化的关系密切， 可从多方面影响肝纤维化的形成。通过干扰 MMP与TIMPs基因的表 达，研究肝纤维化的发病机制和药物治疗是有希望的途径。 【关键词】MMPs ;TIMPs;肝纤维化 肝纤维化是许多慢性肝病的共同病理过程，是细胞外基质 (ECM)的合 成与降解失衡，导致在细胞间质的过度沉积［1-4 ］，肝组织结构改建。 许多细胞因子参与了这一过程， 但是MMP是最重要的一种［5］。MMPs 几乎能降解细胞外基质(ECM)的所有成分，而其天然抑制剂-基质金 属蛋白酶抑制剂(TIMPs)能与MMPs成员结合成复合物抑制其活性 ⑹。二者的调节异常将引起 ECM合成或降解的失衡，与各种器官纤 维化疾病密切相关。研究发现，通过调节 MMP与 TIMPs基因的表达 DOC格式论文，方便您的复制修改删减 来治疗肝纤维化是肝纤维化治疗的新途径。本文就 MMPs/TIMPs与肝 纤维化的关系及治疗前景作一综述。 1 MMPs分类、功能、结构及活性的调控

MMPs是 一组基质金属蛋白酶。 MMPs在肝内主要由肝星状细胞 （HSC）和Kupffer细胞表达分泌，参与细胞外基质降解的一类锌-钙 离子依赖的内源性蛋白水解酶家族，因其需要 Ca2+ Zn 2+等金属离 子作为辅助因子而得名，是迄今为止发现的唯一能分解纤维类胶原的 酶，几乎能降解除多糖以外的所有 ECM成分，在生理病理过程中发挥 着重要的作用。MMP家族由24种成员组成，其中有23种存在于人 体中。 1. 1 MMPs可被分成六类［7］ （1） 胶原酶类。主要包括 MMP-1 MMP-8 MMP-13和MMP-18它们能够降解间质胶原（I、H、皿型胶 原），也能消化许多别的ECM及可溶性蛋白［5］ 。 MMP-1又称成纤维 细胞型，是人类主要的间质胶原酶，结缔组织细胞、肝内 HSC肝细 胞、枯否氏细胞均有分泌，分解底物为胶原蛋白（皿I II）。而MMP-13 是鼠类主要的间质胶原酶。MMP-取称中性粒细胞胶原酶，主要降解 I型胶原。（2）明胶酶类（gelatinases）。包括 MMP-2阴胶酶 A）及 MMP-9明胶酶B）。它们可降解明胶（变性胶原）和W、V和幻型胶原、 层粘连蛋白、蛋白聚糖等。MMP-2和胶原酶类以相似的方式可以降解 I, I,和皿型胶原，但其活性较 MMP-1弱［8］。（3）基质分解素 （strogylisin） 。主要包括 MMP-3 MMP-1（和 MMP-11 仅有 MMP-3在 肝脏中存在。底物广泛，包括蛋白多糖、层粘蛋白、纤维连接蛋白、 DOC格式论文，方便您的复制修改删减 W型胶原、明胶等。MMP-3与MMP-10均有相似的结构及降解底物， 但

MMP-3蛋白水解的效率比MMP-10更高，除能降解ECM成分外，它 还可激活多种MMP啲前酶原。MMP-11对ECM的降解能力较弱。(4) 基质溶解因子(Matrilysins) 。MMP-7及 MMP-26^3为此组。MMP-7又 称 Matrilysin 1 ，MMP-26又称 matrilysin-2 或 endometase。在正 常肝组织中，MMP-26仅在内皮细胞有少量表达。MMP-26能降解许多 ECM成分，它大多被储存在细胞内［9］。(5)膜型金属蛋白酶 MT-MMPs(Membra ne-Type MMRs)这一类特殊的蛋白酶，主要存在于 细胞膜上，具有广泛的底物特异性。其中 4个是I型跨膜蛋白 (MMP-14 15、16、24)，2 个是 GPI 锚连蛋白(MMP-17及 MMP-25) 除了 MT14-MM之外，其它均能激活 MMP-2酶原，这些酶能降解许多 ECM分子。MMP-14在肝脏主要表达于活化的 HSC中，与TIMP-2、MMP-2 共同调节胶原的代谢［10］。(6)其它种类的MMP。包括MMP-12 19、 20、21、23、27和28。MMP-12t要在巨噬细胞中表达，对于巨噬细 胞的迁移起重要作用。MMP-23主要在一些再生性的组织中表达。而 MMP-28在角质细胞中可见，在机体中参与止血及伤口修复 ［11］。 MMP-12及 MMP-19和MMP-20勺主要底物为弹力蛋白、明胶、层粘连 蛋白和W型胶原。 1.2 MMPs的调控MMPs在机体内的表达，激活及其对底物的分 解过程均受到严格的调控［5］，其调控包括酶基因表达水平，酶原激 活程序以及酶活性抑制等3个方面［12］ ：1)MMPs的表达水平的调控： 正常成人组织大多数 MMP表达水平很低，但在各种炎症细胞因子、 DOC格式论文，方便您的复制修改删减 激素、生长因子、CD40等作用下不仅能促进或抑制 MMPs mRN的转 录，且能影响其半寿期。对MMP表达起上调作用的有TNF-a、IL-1 、 血小板源性生长因子及成纤维细胞生长因子 (FGF)等，起下调作用的 有转化生长因子-B (TGF- B )、视黄酸、 血管紧张素H和糖皮质激 素等，增强和抑制因子都作用于 MMPs基因的前肽区。(2)MMPs的活 性水平的调控：MMPs均以酶原的形式分泌，活化后才具有降解细胞 外基质的作用。活化方式有 3种［13］，即①逐级活化方式-由血清蛋 白酶如纤维蛋白溶解酶，胰蛋白酶，糜蛋白酶，弹性蛋白酶或激肽酶 等介导。纤维蛋白溶解酶是MMP最强有力的生理性激活物［14］ oMMPs 的前肽结构被血清蛋白酶水解，酶活性中心暴露后，再被其它的蛋白 水解酶(如其他MMPs激活。体内最主要的MMP激活系统是组织或血 浆的纤溶酶原钎溶酶系统(t-PA )。此外，某些MMPs可相互激活［5］; ②膜型-MMPs激活-膜型-MMPs能活化其它MMPs③细胞内激活-细胞 内激活的精确机制和对细胞外 MMP s活性的作用，目前仍不明了。 ⑶MMPs的活性抑制物：激活的 MM可被普通的蛋白酶清除剂抑制， 如a 2-巨球蛋白，但主要被特异的TIMPs所抑制。 2 TIMPs的分类、结构、功能及活性的调节 MMPs的表达和活化并不一定代表最后对 ECM降解能力。因体内 还存在MMP的特异的抑制剂-组织金属蛋白酶抑制物(TIMPs)。这是 一组具有抑制MMPs功能的活性多肽，在ECM代谢的调节中起着非常 重要的作用。 DOC格式论文，方便您的复制修改删减 目前共发现有4种TIMPs［5］。根据其发现的先后顺序依次命名 为 TI MP- I、TI MP-2、TIMP-3 和 TIMP-4。TIMPs是一组低分子量的 糖蛋白，广泛分布于组织和体液中，可由成纤维细胞、上皮细胞、内 皮细胞等产生。其中TIMP- I、TI MP-2、TI MP-4为可溶性蛋白质分 子;而TIMP-3是仅存在于ECM中、并与ECM紧密结合的不可溶性蛋白 质分子［15］。

TIMPs由各自独立的基因表达，但四者氨基酸序列具有部分同源 性，且都可与特定的活性 MMP通过非共价键结合成1:1复合物，抑 制后者对ECM的降解，这种非共价键结合在生理条件下是可逆的。 在 肝脏中主要由HSC表达TIMP-1、2、3［16］。对肝纤维化的诊断，TIMP-1 特异性和敏感性均明显高于 TIMP-2。 TIMP-1在肝脏由Kupffer细胞、HSC及肌纤维母细胞产生，以活 化的HSC表达最强［17］，能被多种细胞因于诱导产生，是体内存在与 作用最广泛的一种TIMPs。它能结合除14、19以外的所有MMP而使 其活性减弱，可有效地抑制除 MMP-2和膜型MMP外的大多数MMPs 是MMP-9活性的特异性抑制剂。TGF-B、IFN、TPA IL-1、IL-10、 IL- B，NO RA等能够诱导TIMP-1的基因表达［18］。 TIMP-2是W型胶原酶 MMP-2的特异性抑制因子。TIMP- 2/MMP -2系统对W型胶原的增生沉积和降解起着重要的调节作用。 3针对MMP和TIMPs的抗肝纤维化策略 肝硬化是肝脏实质性病变，不可逆转，而肝纤维化是可逆性病变。 因此，研究肝纤维化发病机制，进而寻求阻断肝纤维化过程的有效方 法，对控制肝病的进展，有着十分重要的意义。 鉴于MMP和TIMPs在肝纤维化发展中的不同作用，增加MMP或 减少TIMPs的合成与表达将是肝纤维化基因治疗的一条新思路。 DOC格式论文，方便您的复制修改删减 目前国内外有关抗肝纤维化的各种治疗手段大多是通过下调 TIMP-1、2的表达来实现肝纤维化的逆转［19,20］。 杨长青等［21］运用DN重组技术构建可表达大鼠 MMP-基因和反 义TIMP-1序列的真核表达质粒，将其导入免疫损伤性肝纤维化模型 大鼠体内，观察MMP-1和反义TIMP-1重组表达质粒对实验动物肝纤 维化的影响。结果显示 MMP-1反义TIMP-1表达质粒均可促进肝脏 中I、皿 型胶原的降解；病理形态学显示 MMP-1反义TIMP-1表达 质粒均对肝纤维化有一定的逆转作用；以两种质粒的联合应用效果最 好，单独使用反义TIMP-1表达质粒次之，单独使用 MMP-俵达质粒 作用有限。 Parsons CJ ［22］等发现在CCI4持续损伤的情况下，应用人抗鼠 TIMP-1抗体后胶原沉积减少，能有效地控制肝纤维化的发展。Liu WB 等［23,24］选用TIMP-1为靶基因，将表达反义 TIMP-1的重组质粒导 人体外培养的HSC内及用猪血清诱导的肝纤维化大鼠体内，发现反义 TIMP-1均被成功表达，TIMP-1的基因及蛋白表达水平明显下降，间 质胶原酶的活性增加，I、皿型胶原沉积量减少。显示肝纤维化水平 降低66% Iimuro Y等为了研究人类基质金属蛋白酶-1 (MMP-1)传递 的基因能否降解I型和皿型胶原的问题，利用腺病毒和MM啲重组体 导入已造模成功的小鼠体内，发现纤维化显著的减弱 ［25］ 转化生长因子B 1 (tra nsform ing growth factor beta 1

B 1)为现知最强力的促肝纤维化因子。 在肝纤维化启动、进展乃至肝 硬化