金屬蛋白酶分子系統(tǒng)與肝纖維化研究△

王 梅 董珉翔 常 亮

(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)婦幼保健院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020;2.內(nèi)蒙古自治區(qū)醫(yī)科大學(xué)2011級研究生;內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000;3.內(nèi)蒙古國際蒙醫(yī)醫(yī)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010069)

肝纖維化是許多慢性肝病共同的病理特征。是肝損傷修復(fù)過程中細胞外基質(zhì)(ECM)激活-合成-分泌-降解失控導(dǎo)致ECM在細胞間過渡沉積，改變肝組織結(jié)構(gòu)。許多因素參與了這一過程，MMPs與 TIMPs是其中因素之一。MMPs可以降解所有ECM成分，TIMPs可與MMPs結(jié)合形成復(fù)合物抑制降解活性，二者調(diào)節(jié)失衡不能有效降解ECM是肝纖維化的病理基礎(chǔ)之一。調(diào)節(jié)MMPs與TIMPs基因表達是防治肝纖維化與其他纖維化疾病的有效途徑。MMPs是一組基質(zhì)金屬蛋白酶，在肝內(nèi)主要有肝星狀細胞(HSC)和枯否氏細胞表達，是一類Ca-Zn離子依賴型的內(nèi)源性蛋白水解酶，因需要Ca+2-Zn+2等金屬離子作為輔助因子參與而得名。迄今發(fā)現(xiàn)的唯一能降解纖維類膠原酶系統(tǒng)。幾乎可降解所有的ECM成分，在生理病理過程中發(fā)揮重要作用。MMPs家族由24種成員組成，共有23中存在于人體中。

1 MMPs分類

(1)膠原酶類:主要包括 MMP-1、-8、13、18。他們能夠降解間質(zhì)膠原Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型，可消化多種ECM及可溶性蛋白。MMP-1又稱纖維細胞型，是人類主要的間質(zhì)膠原酶，結(jié)締組織、肝內(nèi)HSC、肝細胞、枯否氏細胞均有分泌，分解底物為膠原蛋白。-13是鼠類的間質(zhì)膠原酶。-8是中性粒細胞膠原酶，主要降解Ⅰ型膠原。(2)明膠酶類:包括MMP-2與-9，可降解Ⅳ、Ⅴ、Ⅺ膠原，層粘連蛋白、蛋白聚糖。MMP-2也可以降解Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ膠原，其活性較MMP-1弱。(3)基質(zhì)分解素:主要有MMP-3、-10、-11，僅有MMP-3在肝臟中存在，底物有蛋白多糖、層粘蛋白、纖維連接蛋白Ⅳ膠原、明膠等。MMP-3與-10有相似的結(jié)構(gòu)及底物，但MMP-3水解效率較-10高，除降解ECM成分外，還可以降解激活的多種MMPs酶原。-11對ECM降解作用較弱。(4)基質(zhì)溶解因子:有MMP-26、-7，在正常組織中MMP-26在內(nèi)皮細胞里有少量表達，MMP-26可以降解許多ECM成分，大多儲存在細胞內(nèi)。(5)膜金屬蛋白酶(MMPs):這一類蛋白酶主要儲存在細胞膜上，有廣泛的底物特異性，其中有4個是1型跨膜蛋白(-14、-15、-16、-24)，兩個GPI錨鏈蛋白(-17、-25)，這些酶可以降解許多ECM分子。主要在肝的HSC細胞表達，與TIMP-2MMP-2共同調(diào)解膠原代謝。其他種類的MMP-s，有-12、-19、-20、-21、-23、-27、-28。 -12主要在巨噬細胞中表達，對巨噬細胞的遷移有作用;-28在角質(zhì)細胞可見，參與機體止血與組織修復(fù)。-12、-19、-20主要的底物為膠原、層連蛋白、和IV型膠原。

2 MMPs的調(diào)控、激活、表達與底物分解

主要有3個方面，酶基因表達-酶原激活-酶活性抑制。(1)表達水平的調(diào)控:正常人體大多數(shù)MMPs表達較低水平，但在各類炎癥因子、激素、生長因子、CD40的作用下，不僅能促進或者抑制MMPs mRNA轉(zhuǎn)錄，且能影響半衰期。對表達有上調(diào)作用的有TNF-α、IL-1、血小板生長因子與成纖細胞生長因子(FGF)，起下調(diào)作用的有轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)、視黃酸、血管緊張素2和糖皮質(zhì)激素。增強與抑制因子多作用于MMPs基因的前肽區(qū)。(2)活性水平的調(diào)控:MMPs都以酶原的形式分泌，活化后才有作用?；罨绞接?種，逐級活化，可由血清蛋白溶解酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、彈性蛋白酶、激肽酶介導(dǎo)。體內(nèi)最主要的是MMPs激活系統(tǒng)是血清蛋白溶解酶系統(tǒng)。MMPs的前肽結(jié)構(gòu)被血清蛋白溶解酶水解，酶活性中心暴露，被其他水解蛋白酶激活。膜型MMPs激活為細胞內(nèi)激活，細胞內(nèi)激活的精確機制和細胞外的MMPs活性作用機理不清。(3)MMPs的活性抑制物。激活的MMPs可被蛋白酶水解或抑制，但主要被特異的TIMPs酶抑制。

3 TIMPs酶分類、功能、活性調(diào)節(jié)

MMPs的表達及活化并不能代表最后的降解能力，因為體內(nèi)還存MMPs抑制劑TIMPs系統(tǒng)，可抑制MMPs表達，在ECM代謝中起調(diào)節(jié)作用。目前發(fā)現(xiàn)4種TIMPs，根據(jù)發(fā)現(xiàn)的順序命名為TIMP-1、-2、-3、-4，是廣泛存在在組織體液中的活性多肽，可由成纖細、上皮細胞、內(nèi)皮細胞產(chǎn)生。TIMP-1、-2、-4，為可溶性蛋白分子，TIMP-3僅存在于ECM中并于其緊密結(jié)合。TIMPs有各自的獨立表達基因，但4種的氨基酸順序有同源性，都可與特定的MMPs結(jié)合，通過共價鍵1:1結(jié)合成復(fù)合物。抑制對ECM的降解，這種共價鍵在生理情況下是可逆的，在肝臟的HSC中表達TIMP-1、-2、-3較多。TIMP-1對肝纖維化的診斷明顯高于TIMP-2。TIMP-1還在肝枯否氏、肌纖母細胞產(chǎn)生，是體內(nèi)作用與存在最廣泛的TIMPs。他可以結(jié)合除-14、-19以外的所有MMP-s，使其作用減弱，可有效抑制除MMP-2和膜型MMPs外的大多數(shù)MMPs，是MMP-9的特異性抑制劑。TGF-β、IFN、TPA、IL-1、IL-10、NO 能夠誘導(dǎo)TIMP-1的基因表達。TIMP-2是IV膠原酶MMP-2特異型抑制因子，TIMP-2/MMP-2系統(tǒng)是IV膠原增生、沉積、降解有重要調(diào)節(jié)作用。

4 TIMPs與MMPs抗肝纖維化的策略

肝硬化是肝實質(zhì)性病變，不可逆轉(zhuǎn)，而肝纖維化是可逆性病變。因而研究肝纖維化機理，尋求阻斷肝纖維化的有效方法，對控制肝病進展又十分重要意義。鑒于TIMPs與MMPs在肝纖維化過程中作用不同，增加MMPs的合成，減少TIMPs的合成，是防止肝纖維化的新途徑。目前國內(nèi)治療肝纖維化手段大多數(shù)是MMP-1、2表達來實現(xiàn)肝纖維化的逆轉(zhuǎn)。運用DNA重組技術(shù)構(gòu)建可以表達大鼠MMP-1基因和反義TIMP-1序列的真核表達質(zhì)粒，將其導(dǎo)入免疫損傷性肝纖維化大鼠體內(nèi)，觀察MMP-1和TIMP-1重組表達質(zhì)粒對肝纖維化的影響;結(jié)果顯示，MMP-1和反義TIMP-1重組表達質(zhì)?？纱龠M肝臟中I、II、III膠原的降解，病理形態(tài)學(xué)顯示MMP-1和反義TIMP-1重組表達質(zhì)粒對肝纖維化有一定的逆轉(zhuǎn)作用。CCl4損傷下，用人抗鼠TIMP-1抗體后膠原沉積減少，有效組織肝纖維化發(fā)展。選用TIMP-1為靶基因，將表達反義TIMP-1重組質(zhì)粒導(dǎo)入人體外培養(yǎng)的HSC內(nèi)，TIMP-1基因與蛋白表達明顯下降。用腺病毒和MMPs基因重組導(dǎo)入肝纖維化鼠體內(nèi)，可明顯降低肝纖維化作用。TGF-β1為最有力的促肝纖維化因子，在肝纖維化啟動、進展及硬化起到核心作用，是激活HSC促使分泌表達ECM的關(guān)鍵因素，除抑制間質(zhì)膠原酶和基質(zhì)溶解素表達外，同時還具有促進TIMP-1和TIMP-2作用。尤其在肝損傷之后，肝HSC對TGF-β1的自分泌與旁分泌作用。阻斷TGF-β1信號通路是阻斷肝纖維化的理想選擇。肝纖維化過程中TIMPs-MMPs的調(diào)控機制、細胞來源、EMC各種成分之間與細胞之間相互關(guān)系等大量的問題仍有待研究。但是，人們逐步認識到MMPs/TIMPs肝纖維化的作用，研制出可抑制增強MMPs活性，抑制TIMPs活性的藥物，或者阻斷上游信號通路間接抑制TIMPs活性，增加MMPs活性從而抑制或逆轉(zhuǎn)肝纖化。