基質金屬蛋白酶在組織創傷愈合中的作用

基質金屬蛋白酶（matrix metallo proteinases， MMPs）在皮膚組織的結構和功能中發揮重要作用，尤其是創傷愈合過程中。有研究表明組織的創傷愈合是一個復雜有序和精細的病理生理學過程[1]，包括從組織損傷開始到組織結構和功能恢復的每一個階段，可分為纖維蛋白凝塊的形成、炎癥反應的急性應答階段、新生組織的上皮覆蓋、枝芽狀血管的新生、新生的肉芽組織形成、細胞周圍基質的形成、膠原的重塑等病理進程。以上過程均需要細胞外基質（extracelluar matrix，ECM）的降解，并涉及到多種病理平衡的失調。MMPs作為降解ECM的重要基因和蛋白，對調節創傷愈合有重要的作用[2]。但是，MMPs在形成過程中其表達常失控，尤其是表達過多時將引起創傷愈合的障礙[3]，目前，關于MMPs在創傷愈合過程中的作用研究較少，本文將MMP-1、MMP-2和MMP-3在組織創傷愈合中的作用進行綜述，對于 MMPs 在病變的作用及機理的研究可以提供新的思路。

1 MMPs的結構及其在組織創傷愈合中的作用

MMPs是一個大家族，因其需要Ca2+、Zn2+等金屬離子作為輔助因子而得名，其家族成員具有相似的結構，一般由5個功能不同的結構域組成：①疏水信號肽序列；②前肽區，主要作用是保持酶原的穩定。當該區域被外源性酶切斷后，MMPs酶原被激活；③催化活性區，有鋅離子結合位點，對酶催化作用的發揮至關重要；④富含脯氨酸的鉸鏈區；⑤羧基末端區，與酶的底物特異性有關。其中酶催化活性區和前肽區具有高度保守性。MMPs包括膠原酶（MMP-1、MMP-8）、明膠酶（MMP-2、MMP-9）和基質溶解素（MMP-3、MMP-10）等，是由MMP基因編碼的一組金屬依賴性蛋白酶家族。

MMPs是一類由正常組織細胞或腫瘤細胞合成、分泌，并依賴金屬鋅離子存在而獲得催化活性的鋅金屬蛋白酶超家族，其作用較為廣泛，但是在創傷愈合和腫瘤進展中主要調節細胞外基質的降解作用。同時受體內多種細胞因子的調節，MMPs也在生長因子的分泌、激素的產生、細胞形態和功能的改變等方面具有重要作用。MMPs在體內可由不同的細胞分泌產生，如軟組織中的間葉細胞、炎細胞、內皮細胸、胸腺上皮細胞、角質形成細胞、成纖維細胞、肌成纖維細胞等。MMPs分泌后以酶原的形式存在，當其激活后可以有效地降解IV型膠原和纖維粘連蛋白，并參與組織重塑及傷口愈合等過程[4-5]。MMPs能參與皮膚的許多病理生理學過程，被覆上皮的修復、皮膚組織的老化、神經細胞和神經纖維的形成、枝芽狀血管的新生等。MMPs對細胞的增殖和分化過程也有顯著調節作用。在創傷愈合早期，MMPs可以降解ECM中的膠原肽段，并產生趨化因子，加速炎性細胞吞噬作用，對清潔炎性反應區有重要的作用。在此過程中，炎性細胞的移動也要通過MMPs降解ECM，引起營養成分的進入，加速愈合。不僅炎性細胞需要MMPs的參與，與創傷愈合有關的其他細胞，如成纖維細胞、肌成纖維細胞、血管內皮細胞和基底細胞也需要 MMPs 的參與，此過程也與降解ECM有關。MMPs還能通過受體激活血管內皮生長因子，加速血管的新生，此機制在腫瘤中的研究較多。在組織創傷愈合中的作用與腫瘤中血管新的機制相似。相關研究也發現，在細胞外基質的降解中另外一類起重要作用的物質是基質金屬蛋白酶抑制劑（TIMP）家族[6-7]。目前的研究發現TIMP 家族有四個成員，TIMP1、2、3、4，相關研究認為TIMP-1 和TIMP-2對MMPs 家族成員的活性均有抑制作用，因此TIMP-1 的表達升高增加能起到保護IV型膠原和細胞外基質大分子的作用，同時可以有效地減少膠原酶對其細胞外的降解作用。而且，TIMPs 可以促進生長因子的表達，進而調控由MMPs引起的細胞增殖和細胞凋亡的作用。TIMP-1可以導致膠原水平降低[8]。因此，MMPs和TIMP之間的平衡對病變的進展有重要作用。

2 MMP-1在傷口愈合中的作用及其機制

MMP-1是MMPs家族中首先被認識的蛋白。研究表明，在皮膚角質形成細胞發揮功能和創傷愈合的過程中，成纖維細胞、肌成纖維細胞、鱗狀上皮細胞、基底細胞和血管內皮細胞等均可以表達MMP-1蛋白。由于細胞外基質中的Ⅰ型膠原對誘導細胞表達MMP-1有重要作用，其可能作為重要的細胞外信號傳導分子，因此MMP-1和膠原有密切的相關性。MMP-1不僅可以有效地促進相關的細胞和蛋白的遷移，還可以有效地使創面Ⅲ型和IV型膠原比例增多，進而對組織的重塑有重要影響，對創面的愈合有明顯的促進作用，影響組織的重塑，加速創面愈合。也有研究顯示層粘連蛋白和彈力蛋白均能替代I型膠原，同時能誘導MMP-1的產生[9-10]?；啄鹊膶诱尺B蛋白-1在上皮化生過程中對角質形成細胞表達MMP-1有重要作用，主要與抑制角質形成細胞遷移的作用有關。而且角質形成細胞再上皮化生過程中，利用MMP-1裂解膠原成明膠，也提供了一種有利于細胞遷移的物質。而損傷后角質形成細胞與真皮基質間的相互調節， 對上皮化修復起到了重要作用。在此過程中，角質形成細胞可以得到足夠的信號，引起MMP-1分泌的增加，因而使角質形成細胞的遷移和方向更加具體化。角質形成細胞形成定向移動后，使細胞間與膠原間的作用更強，MMP-1的產生更多，加速創傷愈合[11-12]。

MMP-1 在傷口愈合過程中的作用主要有以下機制：①在新生表皮細胞中的表達可幫助清除損傷引起壞死的組織，促進細胞的定向移動能力，對上皮化進程有明顯的促進作用；②在成纖維細胞中高表達MMP-1后，使細胞的遷移作用增加，對基質的降解作用增加，進而參與組織的改建；③在毛細血管內皮細胞中的高表達是枝芽狀血管新生的重要促進因素，有利于填補缺損，加速創傷的愈合；④在巨噬細胞中高表達，可以有效地清除壞死組織，增加炎細胞的吞噬作用，對炎區的清潔能力增強。但是學者們也對損傷后的角質細胞中的MMP-1表達有相關研究，如紫外線，此時MMP1 合成減少，可能與射線對多種細胞包括成纖維細胞的損傷作用有關，也說明射線對成纖維細胞和未分化間充質細胞的損傷是放射復合傷口難愈合的主要機理[13]，而表皮細胞的損傷對傷口愈合的影響較小。

3 MMP-2在創傷愈合中的作用

MMP-2屬于基質金屬蛋白酶家族中的明膠酶類，與既往的研究熱點MMP-1相比無論從其生物學功能還是活性調節上都有很多獨特之處。MMP-2與TIMP-1在不同時期角質形成細胞中表達分布的特征有差異。而裂解的層粘連蛋白至今并未發現有效的抑制因子，因此，其在彌散到較遠的位置時依舊可以發揮趨化作用。MMP-2在調節細胞外基質的降解過程中，對細胞移動有明顯的促進作用。也有研究認為MMP-2活化后能促進細胞的移動功能，主要對血管內皮細胞、成纖維細胞和肌成纖維細胞的運動[14-15]。血管內皮細胞在移動過程中，可以有效地促進血管內皮生長因子的表達，進而對血管的生芽起重要作用，在增生的高峰中期，血管內皮細胞中MMP-2高表達與血管內皮細胞的增殖密切相關，MMP-2能降解血管基底膜中的IV型膠原，使內皮細胞通過基底膜進入間質區?；罨腗MP-2通過促進MMP-3的激活間接降解細胞周圍ECM的變化。首先從生物學功能上來說MMP-2雖然不像MMP-1那樣能降解過量沉積的膠原，但卻能降解基底膜的主要構成膠原。而且MMP-2能激活特殊的潛在活性蛋白。MMP-2可以認為是最廣譜的水解酶，較MMPs家族其他成員的水解作用均強[16-17]。MMP-2 也能激活其他的 MMPs。MMP-2 可以釋放出 ECM 中 IV 型膠原隱藏的刺激血管發生的抗原表位，促進創傷愈合的血管發生。體外有學者將原代人角質形成細胞種植于I 型膠原上培養時， 形成增殖和分化細胞灶，外周由遷移狀態的細胞包繞，分析顯示MMP-1 mRNA 僅由外周細胞表達，該細胞反映了體內再生上皮化過程中基層角質形成細胞的表型變化特點[18]。

4 MMP-3在促進傷口愈合中的作用

MMP-3是基質溶解素，能降解明膠、III型、V型膠原層粘連蛋白和纖維粘連蛋白等，與多種病理過程及腫瘤的進展密切相關。MMP-3是鋅離子依賴的內分泌蛋白酶，它能降解細胞外基質中的各種蛋白成分，MMP-3的作用機制主要通過直接降解細胞外基質和基膜成分，調節腫瘤細胞與基質的黏附，激活具有潛在活性的蛋白質等作用來促進癌細胞的轉移[19]。ECM是儲存多種生長因子和細胞活素類物質的容器，MMP-3可活化和動員ECM中的血管內皮生長因子、轉化生子因子β（TGFβ）等，來加強血管內皮細胞間的空隙，增加通透作用[20]。MMP-3對炎癥病變、再上皮化和修復的改建有重要的調節功能。研究表明，缺乏MMP-3時傷口收縮作用下降，引起創面組織的愈合減慢[21]。MMP-3 對血管內皮的作用可能是通過降解血管內皮細胞產生的硫酸軟骨素釋放的堿性成纖維細胞生長因子進行調節的。

5 展望

關于MMP-1、MMP-2和MMP-3在組織創傷愈合中的作用逐漸引起人們的重視，其作用過程中與多種基因和蛋白有密切關系。目前MMP-1、MMP-2和MMP-3蛋白的阻斷實驗也在進行中，但是效果并不明顯。因此，構建合理的動物模型，進行阻斷MMP-1、MMP-2和MMP-3相關通路及影響因素的研究，有望成為相關學者研究的靶點，可能為組織創傷愈合的治療提供相應的新途徑。

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[收稿日期]2013-01-24 [修回日期]2013-05-20

編輯/李陽利