金属蛋白酶青光眼研究论文
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【摘要】基质金属蛋白酶(MMP)是一类锌离子依赖性内源性蛋白水解酶家族，主要功能是降解细胞外基质(ECM)和基底膜。近年来人们对MMP的结构功能、活性的调节及在原发性开角型青光眼发病机制和治疗中的作用有了初步的了解。本文就这方面的研究结果作一综述。
【关键词】基质金属蛋白酶；原发性开角型青光眼；细胞外基质
原发性开角型青光眼(POAG)是常见致盲性眼病之一，迄今为止，其病因及发病机制尚不清楚。小梁网组织的ECM与MMP的动态平衡改变日益受到原发性开角型青光眼研究领域学者的关注。本文就MMP与POAG关系的研究进展综述如下。
1MMP的结构及分类
MMP是一类锌离子依赖性内源性蛋白水解酶，主要功能是降解ECM和基底膜，除此之外在许多生理和病理过程中发挥重要作用，例如基底膜的降解，ECM的重构，结缔组织的更新，血管的发生，再生，创伤的修复，肿瘤的发展和转移。
MMP家族在人类目前已发现了20几位成员，新成员还不断被发现。根据其底物的特异性可将其分为五类［1］:(1)胶原酶，包括从纤维细胞、巨噬细胞、上皮细胞来源的胶原酶MMP-1，从中性白细胞中得到的胶原酶MMP-8、MMP-13和MMP-18。主要水解底物是胶原纤维，如Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ型胶原和基底膜成分。(2)明胶酶，包括主要由结缔组织细胞来源的MMP-2和主要由中性白细胞和巨噬细胞分泌的MMP-9，即明胶酶A、B，其主要底物是明胶，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型胶原和基底膜成分，MMP-2还可以分解纤维粘连蛋白(FN)和层粘连蛋白(LN)；(3)基质降解酶类，包括MMP-3，-10，-11，其底物比较广泛，主要降解Ⅲ、Ⅳ、Ⅸ型胶原LN、FN、蛋白多糖及明胶等，并能激活某些MMP；(4)膜型酶，包括MMP-4，-15，-16，-17，-24，-25，是新发现的一类，能降解几种ECM成分，有些可激活其他MMP；(5)未分类MMP，包括MMP-6，-7，-12，-19，-26，-28等，较复杂，有些底物仍不详。
所有MMP家族成员的cDNA序列具有同源性，编码4个蛋白结构区。(1)信号肽结构，与MMP合成与分泌有关；(2)前肽结构，其中含一个高度保守的PRCGVPDV氨基酸序列，在大多数MMP酶原活化中有重要作用；(3)催化结构，在所有MMP的催化结构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，其中的三个组氨酸被认为可以酶活性中心部位Zn2+结合而形成配位键(用H表示)，从而对酶的催化活性起主要作用；(4)C-末端区，约200个氨基酸残基组成，该区调节MMP前肽与组织金属蛋白酶抑制剂(tissueinhibitorsofmetalloproteinase，TIMP)结合，在底物选择特异性中起作用或与特定细胞表面受体相互作用。
此外，此家族成员还均具有以下特征［2］：(1)是一种蛋白水解酶，可降解至少一种ECM；(2)激活部位含有锌离子，由此控制与酶的接触反应；(3)以酶原形式分泌，之后由纤溶酶和尿激酶的激活物裂解激活而发挥作用；(4)需要钙离子保持其稳定性，在中性活化的pH环境中发挥重要作用；(5)MMP的激活受TIMP或α2-巨球蛋白的抑制。
2MMP活性的调节
MMP在正常组织中水平很低，当体内需要时，信号才传导至细胞，在细胞上转录调控，合成分泌MMP，反之酶则停止活动，MMP活性消失。故MMP在体内的调节十分严格和精密，可分为基因水平调节、酶原活化调节、活化后调节。
2.1转录水平的调节
大量研究表明［3］，多数生长因子，包括表皮生长因子(EGF)、碱性成纤维细胞因子(b-FGF)、血小板源生长因子(PDGF)、肿瘤坏死因子(TNF-α)、IL-1、IL-6及激素、炎细胞因子能刺激MMP在转录水平的表达。在大多数MMP(MMP-1、MMP-3、MMP-9等)基因的调节序列中，含有TATA盒，在此TATA盒前，存在多种转录调节因子结合位点，多种原癌基因如c-fos和c-jun的表达产物，能与这些位点结合，刺激MMP的转录，也就是说，当某种刺激因子引起细胞增殖、ECM产生增多的同时，也诱导了MMP的表达，这可能是正常组织保持ECM动态平衡的重要机制之一。与其他MMP不同的是，MMP-2基因的调节序列不含TATA盒，其表达也很少受原癌基因的影响，被认为是一种典型的管家基因。MMPmRNA的表达受许多因素的影响，如神经激素、细胞因子(CK)、化学因素等，它们对MMP基因的启动区产生诱导或抑制作用，从而启动或关闭MMPmRNA的表达。
2.2酶原活化调节
多数MMP是以酶原的形式分泌的，活化后才能在细胞外间隙选择性与ECM成分结合，可由纤维蛋白溶酶依赖和非依赖性两条途径介导活化，纤维蛋白溶酶原能被其激活剂，如尿激酶类纤溶酶原激活剂，转变为纤维蛋白溶酶，后者是大部分的MMP的强大激活剂［4］。MMP间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的活化机制尚未完全明了，目前多数学者认为MMP酶原的前肽区包含一半胱氨酸(Cys)肽链内切酶开关序列，此序列与催化活性中心的Zn2+结合成配位键，使酶的活性中心被覆盖，不能与底物接触，在某些条件下，活化剂可直接打断Cys-Zn2+间的配位键，或引起前肽区裂解掉，使酶活性中心暴露而活化。
2.3基质金属蛋白酶组织抑制剂（TIMP）的调节TIMP是一组多基因家族的编码糖蛋白，是MMP的内源性特异性抑制因子，有资料证明，维持ECM正常代谢的关键在于MMP与TIMP之间的分泌平衡［6］。目前发现的TIMP有四种:TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3、TIMP-4［7］。不同的TIMP对MMP的活性抑制具有特异性，而研究最多的是TIMP-1和TIMP-2。TIMP-1可由巨噬细胞和结缔组织细胞产生，广泛存在于组织和体液中，能被多种细胞因子诱导产生，也能抑制大多数MMP活性，它与活化的MMP以1:1非共价结合而抑制MMP，也可与MMP酶原形式结合阻止其活化；TIMP-2随MMP-2的表达而表达，很少受细胞因子的诱导，TIMP-2主要通过与MMP酶原结合抑制MMP-2，但也抑制其他MMP；TIMP-3是一种结合ECM的非可溶性蛋白，仅存在于ECM中；TIMP-4具有器官特异性。TIMP一方面结合酶原避免无活性的MMP激活，另一方面可形成MMP-TIMP复合物，阻断MMP与底物结合，从而抑制MMP活性。故TIMP不仅与酶的催化位点相结合，还阻止酶原活化。另据报道，还有一类MMP的血浆抑制剂—α2-巨球蛋白(α2-M)，也可抑制MMP活性，其抑制作用是通过与酶的催化位点结合而实现的［8］。
3MMP与POAG
3.1小梁网上MMP和POAG
小梁网分为:葡萄膜小梁网、角巩膜小梁网和内皮小梁网，后者构成Schlemm管的内侧壁，由薄层长形内皮细胞组成，3/4的房水外流阻力在此形成。正常人眼小梁网细胞外基质（ECM）主要包括Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型胶原蛋白，纤维连接蛋白和层粘连蛋白，透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素和硫酸角质素等5种氨基多糖［9］。正常情况下ECM处于不断产生和降解的动态平衡中，病理下ECM增多或(和)降解减少导致ECM过多堆积影响组织功能。故ECM正常生理功能是保证房水外流通畅的重要因素。POAG患者小梁网中细胞外基质异常堆积，如:弹力样纤维鞘源性物质、弹力蛋白、纤维连接蛋白增多［10］。现已证实在人类的小梁网细胞上存在着MMP与TIMP，并认为两者作用的平衡性对正常人眼维持小梁ECM与房水外流通畅十分重要［11］。小梁细胞中有大量的MMP-2表达和少量的TIMP-1、TIMP-2表达，分别对ECM进行降解。MMP/TIMP比例发生变化可引起病理改变［12］。也有研究发现原发性开角型青光眼中小梁网及房水中TIMP-1水平比正常和其他类型青光眼病人有显著增高，而MMP活性却显著降低［13］。正常情况下MMP的表达与其抑制剂的表达处于动态平衡中，此平衡调节对ECM正常功能具有重要意义。MMP过多表达可致组织损伤破坏，影响愈合功能；TIMP过多表达则造成ECM堆积。现代研究表明，青光眼患者小梁细胞数目的减少及其细胞外基质含量的改变使小梁网网眼狭窄或塌陷导致了原发性开角型青光眼［14］。有实验证明，激光作用于小梁网后，MMP-3、MMP-9及TIMP-1表达增加［15］。故氢激光成形术可通过增加MMP的表达而使ECM降解增加从而提高房水外流量。
3.2POAG时房水中MMP表达及调节
有学者在人类器官外植块灌注模型中，在灌注介质中加入等量的活化的MMP-3和MMP-2，-9，房水流出通畅率增加160%。相反，当灌注介质中加入TIMP-2，灌注量将比处理前减少40%［16］。在POAG患者的房水中MMP-2、MMP-3和TIMP-2的浓度较正常升高，但MMP-2的活性并无明显升高［17］。据此推断在POAG发病机制中MMP的活性起关键作用。这些研究表明房水中局部MMP-TIMP平衡的改变及MMP活性的降低可能增加小梁网异常的细胞外基质的堆积，增加房水流出阻力，这可能涉及POAG的发病机制。
一些研究发现，在人类房水中存在着转化生长因子β（TGF-β）、尿激酶型纤溶酶原激活剂，MMP及其抑制剂TIMP［18］。TripathiRc［19］等人发现正常人房水中含TGF-β1和TGF-β2，并且以后者为多，在POAG患者的房水中的TGF-β2含量明显高于正常人，TGF-β能促进MMP的分泌和合成，其异常表达与炎症过程有关。因此推断TGF-β2在POAG的发病机制中发挥重要作用。而尿激酶型纤溶酶原激活剂是MMP的内源性激活剂，MMP均以酶原的形式分泌，它必须激活后才能降解胶原和其他基质蛋白。研究发现，慢性前葡萄膜炎时，房水中的MMP-2、MMP-3、MMP-9都有所提高，TIMP的表达也增高，但两者无数量平行关系，MMP水平的变化不随TIMP的表达而改变，这可能是慢性前葡萄膜炎组织损伤导致继发性青光眼的潜在因素。
3.3POAG时MMP对视神经的影响
研究证实，猴青光眼模型筛板中活性星型胶质细胞内ECM的MMP-1大量增加是对眼压升高的反应，不是由于视神经轴突丧失后继发的反应［20］，POAG时眼压升高引致ECM结构的修复和星型胶质细胞的活化，它最终将导致筛板层板的萎缩和塌陷以及轴突支持作用的丧失，为青光眼视神经的研究提供了一个新方向。
综上所述，MMP在原发性开角型青光眼发病机制中起着重要作用，对MMP的活性、调节和抑制的研究，将使对青光眼发病机理的探讨提高到分子水平，将为青光眼的治疗提供新思路。
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