基質(zhì)金屬蛋白酶及其特定抑制劑在肝纖維化形成中的作用研究進(jìn)展

譚勤銳，李暉，楊琪，韓朋麗

(1成都中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，成都 610072；2 成都中醫(yī)藥大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院)

基質(zhì)金屬蛋白酶及其特定抑制劑在肝纖維化形成中的作用研究進(jìn)展

譚勤銳1,2，李暉1,2，楊琪2，韓朋麗2

(1成都中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，成都 610072；2 成都中醫(yī)藥大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院)

肝纖維化是慢性肝病向肝硬化發(fā)展的必經(jīng)病理過程，肝纖維化的形成主要源于基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)及其特定抑制劑(TIMPs)的失衡引起細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的異常沉積。MMPs主要降解ECM組分，而TIMPs可結(jié)合MMPs，導(dǎo)致膠原降解受限。對MMPs和TIMPs的功能進(jìn)行更全面的研究，可對肝纖維化形成發(fā)展提供的新見解，有助于肝纖維化的防治。

肝纖維化；細(xì)胞外基質(zhì)；基質(zhì)金屬蛋白酶；金屬蛋白酶抑制劑

細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)即組織細(xì)胞外成分，由膠原、纖維連接蛋白、層黏連蛋白等組成，主要調(diào)節(jié)細(xì)胞運(yùn)動和細(xì)胞間的相互作用，為組織、細(xì)胞的生長提供條件；ECM的異常累積可使膠原和非膠原組分的總含量增加3～8倍，使正常的低密度基底膜樣基質(zhì)向高密度間質(zhì)型基質(zhì)轉(zhuǎn)化，最終引起肝纖維化[1]?；|(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)及其特定抑制劑(TIMPs)在上述過程中發(fā)揮重要作用，MMPs主要降解ECM組分[2]，而TIMPs可結(jié)合MMPs，導(dǎo)致膠原降解受限[3]。 MMPs是參與ECM組分降解的具有鋅和鈣依賴性的蛋白水解酶家族[4]，目前已知成員有28個，基于其結(jié)構(gòu)和底物不同可分為膠原酶類(MMP-1、8、13，底物有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅷ及Ⅸ型膠原)、明膠酶類(MMP-2和MMP-9，底物有Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅹ型

膠原及彈性蛋白、層粘連蛋白等)、基質(zhì)溶解素(MMP-7、11、26，底物有Ⅳ型膠原、糖蛋白、明膠等)、溶基質(zhì)素(MMP-3和MMP-10，底物有Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型膠原及蛋白聚糖、纖連蛋白、層粘連蛋白、彈性蛋白等)、膜型MMP(MMP-14、15、16、17、24、25，底物有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型膠原及明膠、彈性蛋白、層粘連蛋白等[5])、其他(MMP-12、19、20、21、23、27、28，底物有蛋白聚糖、彈性蛋白等[6，7])。TIMPs是蛋白酶的特定抑制劑，對于活化的MMPs具有較高的親和力,用于控制其活性[8]。目前已知的有4種,均含12個保守的半胱氨酸，其中TIMP-1的底物為MMP-1、3、7、9，TIMP-2的底物即MMP-2，TIMP-3的底物含MMP-2、9，TIMP-4底物包括MMP-2、MT1-MMP[6]。因此，通過對兩者的調(diào)節(jié)可逆轉(zhuǎn)和重塑ECM，從而達(dá)到治療肝纖維化的目的?，F(xiàn)就MMPs、TIMPs在肝纖維化形成中的研究進(jìn)展作一綜述。

1 MMPs在肝纖維化形成過程中的作用

1.1 MMPs的表達(dá)及分布 肝臟MMPs主要來源于靜止和活化的肝星狀細(xì)胞(HSC)、成纖維細(xì)胞或肌成纖維細(xì)胞及Kupffer細(xì)胞等，正常成人肝臟可檢測到少量的MMPs，包括MMP-1、2、3、11、13[9]。通常情況下，MMPs以無活性的狀態(tài)被分泌到細(xì)胞外環(huán)境或細(xì)胞膜上，可被絲氨酸蛋白酶或其他已活化的MMPs激活[10]，其活性的調(diào)節(jié)可發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后和蛋白水平，并受TIMPs調(diào)控。

MMPs表達(dá)的類型會根據(jù)細(xì)胞類型的不同而變化，如Kupffer細(xì)胞主要產(chǎn)生MMP-2、9、13，巨噬細(xì)胞表達(dá)MMP-12和MMP-13，肝細(xì)胞可表達(dá)MMP-2、3、10、13，還能表達(dá)TIMP-1和TIMP-2[11]；有些MMPs還具有特殊的分布部位，如肝纖維化時MMP-7高表達(dá)，主要定位在膽管上皮和門靜脈周圍的肝細(xì)胞，還可在內(nèi)皮細(xì)胞和Kupffer細(xì)胞中表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)，MMPs表達(dá)與門脈周圍纖維化分級呈正相關(guān)[12]。

1.2 肝纖維化發(fā)生時MMPs的調(diào)節(jié)功能 MMPs可調(diào)節(jié)一系列生物過程，包括免疫、組織重塑等，在ECM的降解和重塑中的作用是得到公認(rèn)的；此外，它們還可作用于非ECM底物，如細(xì)胞因子和趨化因子，這些因子在肝損傷到肝纖維化形成的整個過程中均具有調(diào)節(jié)功能[13]。

各種因素導(dǎo)致MMPs活性失調(diào)后，通常會導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)及功能改變，當(dāng)發(fā)生肝損傷等病理情況時，MMPs的產(chǎn)生通常依賴于HSC的活性，此時的表達(dá)可被認(rèn)為是肝組織對促炎細(xì)胞因子的應(yīng)答。一系列炎癥因子通過刺激Kupffer細(xì)胞釋放大量的MMP-9，引起局部ECM降解；而另一方面，α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)表達(dá)陽性細(xì)胞可產(chǎn)生不同量的MMP-2、9、13。因此，肝損傷早期MMP-2、9、13等的表達(dá)增加[14]。這些MMPs切割并激活轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)和血小板衍生因子(PDGF)，這兩種因子均為促進(jìn)肝纖維化形成的重要調(diào)節(jié)因子，故肝損傷后有向肝纖維化發(fā)展的趨勢。肝損傷后期逐漸形成肝纖維化時，MMP-2、MMP-9等表達(dá)升高[15]；在肝纖維化后期階段，由于TIMPs表達(dá)增加，MMPs不斷失活，可見MMP-2、MMP-9等表達(dá)降低，導(dǎo)致過度的ECM積累，且有其他因素不斷促進(jìn)TGF-β、PDGF的表達(dá)和激活，纖維化過程逐漸被鞏固。例如，細(xì)胞因子IL-1β由活化的單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突細(xì)胞產(chǎn)生后，可誘導(dǎo)TNF-α、IL-6的產(chǎn)生，進(jìn)一步誘導(dǎo)與中性粒細(xì)胞募集和成纖維細(xì)胞增殖相關(guān)的MMP的產(chǎn)生，并通過NF-κB和激活物蛋白1(AP-1)途徑刺激TGF-β的轉(zhuǎn)錄，而且IL-1β的釋放可啟動與它相關(guān)的正反饋循環(huán)而大量增加，從而刺激纖維化的不斷形成[16]。

各種MMPs對于肝纖維化的作用不一，如MMP-2表現(xiàn)為抗肝纖維化。Radbill等[17]進(jìn)行體外研究時發(fā)現(xiàn)，外源性的MMP-2在重塑ECM的過程中主要是通過抑制而不是降解膠原蛋白來實(shí)現(xiàn)。MMP-8主要通過降解膠原蛋白而抗肝纖維化[18]，可降解Ⅰ、Ⅲ型膠原，并促進(jìn)肝細(xì)胞生長因子表達(dá)和肝細(xì)胞增殖。MMP-9同MMP-2一樣，均為研究者最感興趣的明膠酶，在肝纖維化中的作用也相對最清楚，可降解Ⅳ型膠原(基底膜的主要成分)，參與慢性肝病的早期組織重塑[19]。MMP-13可促進(jìn)肝細(xì)胞的增殖和損傷肝細(xì)胞的修復(fù)以實(shí)現(xiàn)組織重塑，從而起到抗肝纖維化作用。研究[20]發(fā)現(xiàn)，MMP-12表達(dá)減少時可引起肉芽腫相關(guān)的肝纖維化減輕，而表達(dá)增加時則可能通過抑制MMP-13的表達(dá)而促肝纖維化形成。MMP-14能夠激活細(xì)胞膜上的MMP-2，具有抗纖維化和促纖維化雙重作用[21]。眾多研究表明，MMP-19可以降解各種ECM蛋白以抗肝纖維化；而Jirouskova等[22]研究發(fā)現(xiàn)，MMP-19基因缺失后會導(dǎo)致TGF-β信號傳導(dǎo)減弱，從而減輕肝纖維化；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，MMP-19對于肝纖維化具有雙重作用，即在肝損傷早期促纖維化形成，在解離期間則逐漸顯示出抗肝纖維化[23]。

以上研究提示，MMPs既有降解和重塑ECM蛋白的作用，也有通過增強(qiáng)TGF-β信號傳導(dǎo)而促肝纖維化形成的，為了研究某些新藥的抗肝纖維化作用效果，研究者們通常需要在造模及用藥后觀察MMPs的表達(dá)情況，以明確藥物的作用機(jī)制。

2 TIMPs的促肝纖維化作用

TIMPs來源于巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞等，主要作用是抑制MMPs活性。肝纖維化時，活化的HSC大量表達(dá)TIMP-1，除一些膜型MMPs(包括MMP-14、15、16、19、24)外，幾乎可以抑制所有的MMPs。移植表達(dá)TIMP-1-siRNA的干細(xì)胞能夠抑制大鼠肝纖維化的進(jìn)展并恢復(fù)肝功能[24]，并發(fā)現(xiàn)其表達(dá)可誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞的生長和增殖，并對MT1-MMP具有較弱的抑制能力，阻礙纖維化基質(zhì)的清除，導(dǎo)致ECM累積[25]，提示TIMP-1是肝纖維化發(fā)展及加重的促成因素。TIMP-2可抑制MMP-2、9、14等對ECM蛋白的水解作用，還可以在pro-MMP-2、MT1-MMP之間形成復(fù)合物，通過促進(jìn)MMP-2的活化間接控制ECM的降解，對成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化具有強(qiáng)烈的效應(yīng)[26]，提示TIMP-2也為促肝纖維化形成的因素。TIMP-3以不溶性形式與ECM結(jié)合，也能抑制MMPs的活性，可通過多種途徑介導(dǎo)纖維化形成，包括從炎癥控制到調(diào)節(jié)TGF-β1的激活；另外，發(fā)現(xiàn)它還具有保持肝內(nèi)穩(wěn)態(tài)的作用。TIMP-4可能是目前研究最少的，有關(guān)其作用的討論也很少；但是，仍有研究顯示其具有保護(hù)ECM蛋白免于水解的作用，可能與抑制MMP-9 、MMP-14的活性有關(guān)[27，28]?？偠灾?，TIMP可通過直接抑制ECM蛋白水解及間接控制ECM轉(zhuǎn)變來實(shí)現(xiàn)促肝纖維化作用，由于TIMPs在體內(nèi)半衰期短，因此目前還不能適用于藥物的應(yīng)用研究。但是，仍有許多MMP抑制劑正在努力研發(fā)中。

MMPs和TIMPs在肝臟生理?xiàng)l件和疾病進(jìn)展過程中的特殊作用還遠(yuǎn)未被完全了解，除了它們傳統(tǒng)的重塑ECM及處理某些非ECM組分的作用，我們需要對MMPs和TIMPs的功能進(jìn)行更全面的研究，以提供對肝纖維化形成發(fā)展的新見解，從而有助于開發(fā)更多“定制”的方法來治療急性和慢性肝病。

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李暉(E-mail: 1400124746@qq.com)