MMPs（基质金属蛋白酶）

MMPs（基质金属蛋白酶）

一、MMPs（matrix metalloproteinases，MMPs）

MMPs是一组重要的内在Zn2+外在Ca2+依赖性酶家族，能特异性降解ECM成分[1,5,8]。 迄今已发现至少 28 种MMPs（1~28）[1,5]。在人类中已鉴定出 24 个MMPs基因，其中MMP-23基因包括两个遗传重复，因此人类具有 23 种MMPs[8]。

二、同源性

MMPs通常都由原结构域、催化结构域、链接区域、血液结合素区域构成。

MMPs的结构在其氨基酸序列上有一定的同源性[1,7]：

• 均有一个80个氨基酸的N端前肽序列，其中含有与酶激活有关的高度保守半胱氨酸序列PRCGXPD（半胱氨酸开关）； 
• 均有一个大约120个氨基酸的C端片段（血液结合素区域）；
• 均有一个含高度保守Zn2+结合位点的催化片段HEXGHXXGXXH，此Zn2+结合位点与细菌热解素结合位点为同源序列（催化结构域）。

MMPs均有以下理化特性[2]：

• 以酶原形式分泌；
• 含有2个锌离子，其中一个位于催化活性中心，为酶活性所必需的辅助因子；
• 含有2个钙离子，参与酶活性的激活，并为酶活性的稳定所必需；
• 均为内肽酶（endopeptidases），能从肽链中间裂解底物；
• 其酶活性能为相应的TIMPs所抑制。

三、分类

根据其降解的底物不同，可将人源性MMPs分为六大类：胶原酶（collagenases）、明胶酶（gelatinases）、间充质溶解素（stromelysins）、基质溶解酶（matrilysins）、膜型（membrane-type）MMPs、未分类MMPs[1-3,5,7,8]。

• 胶原酶：MMP-1、8、13、18，主要切割纤维状胶原；
• 明胶酶：MMP-2、9，降解变性的胶原蛋白、明胶和层粘连蛋白；
• 间充质溶解素：MMP-3、10、11，水解蛋白聚糖、明胶和胶原蛋白；
• 基质溶解酶：MMP-7、26，主要作用于蛋白聚糖；
• 膜型MMPs：MMP-14、15、16、17、24、25，定位于胞膜并具有细胞质结构域，参与信号通路的导和其他MMPs的激活；
• 未分类MMPs：12、19、20、21、22、23、27、28，参与 ECM 成分的降解。

四、MMPs活化

正常情况下，机体常以无活性的MMPs的形式合成和分泌，且只分泌较少的MMPs，通过逐级活化、被细胞表面膜型MMPs激活和细胞内活化这三种途径激活[1,8]。

1、活化机制

MMPs酶原形成分泌，其活性的封闭是由于在其Zn2+活性中心的旁边结合有该MMP前区肽链内所含的一个半胱氨酸，该半脱氨酸阻断了活性中心与底物的结合所致。MMPs的活化过程，是将MMPs的前区肽劈开，使半胱氨酸与Zn2+分离，从而暴露出Zn2+活性中心[2]。

膜型MMPs与可溶性分泌型MMPs不同，它们在分泌过程中逐步活化，到达基质中时已呈活化形式[7]。

2、级联反应

血浆纤溶酶和间充质溶解素是已知的生理性MMPs激活因子。血浆纤溶酶由血浆纤溶酶原在尿激酶型(uPA)或组织型(tPA)纤溶酶原激活因子的作用下激活而来。因此，丝氨酸蛋白酶在MMPs的活化中起有决定性的作用[2,3,7]。

五、MMPs调节

MMPs的活性在基因转录、酶原激活和活性酶抑制等多个水平上受到调控，且MMPs的活性在转录水平上受到严格的控制。

1、转录水平调节

在大多数MMPs（如MMP-1、MMP-3、MMP-9等）基因的调节序列中，含有TATA盒。此TATA盒前，存在多种转录调节结合位点，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MMPs的转录。也就是说，当某种刺激因素引起细胞增殖、ECM产生增多的同时，也诱导了MMPs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。与其它MMPs不同的是，MMP-2基因的调节序列中不含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看家基因[2]。

2、TIMPs

激活后的酶活性可被共同的螯合剂所抑制，亦可被金属蛋白酶共同的天然抑制剂TIMPs（tissue inhibitor of matrix metalloproteinases，金属蛋白酶组织抑制因子）所抑制。TIMPs与活性酶的催化位点结合从而抑制其活性，TIMPs与酶原的羧基末端结合从而阻止其活化[4]。TIMPs具体见专楼：TIMPs。

3、负反馈调节

纤溶酶一方面激活MMPs，引起ECM降解，另一方面又诱导产生纤溶酶原激活抑制因子-1，使纤溶酶的产生受限，从而使纤溶酶的激活不至于过度。纤溶酶诱导产生纤溶酶原激活抑制因子-1的机制较复杂，可能系由于ECM降解导致细胞骨架改变或由于ECM降解产物引起的受体调节所致[2]。

4、其他抑制因子[2,6]

• 血浆中的α2巨球蛋白，是一种重要的金属蛋白酶清除剂，属于非特异性蛋白酶抑制因子，可非特异性地抑制MMP-1及MMP-3。
• 3-羟-3-甲基戊二酰辅酶A还原抑制剂，通过提高LRP（低密度脂蛋白受体相关蛋白）的含量增加基质金属蛋白酶的降解。
• 四环素族抗生素。 临床研究发现，50mmol多西环素可在mRNA和蛋白质两个水平下调滑膜细胞MMP-8表达，并可完全抑制MMP-8对Ⅱ型胶原的降解。因此, 多西环素对MMP-8 的合成及活性的双重阻断作用为骨性关节炎临床治疗提供了有力的依据。 
• 多硫酸氨基葡聚糖酯、氨基葡聚糖-多肽复合物。 动物实验表明，其二者均能使病变软骨中MMPs显著减少。 多硫酸氨基葡聚糖酯能直接阻断MMPs活性, 并显著减轻骨性关节炎软骨水肿和改善组织病理学指标；氨基葡聚糖-多肽复合物在缓解疼痛和减轻软骨病变方面显著优于对照药物。
• 此外，某些人工合成的含硫多肽衍生物，甚至半胱氨酸的非肽衍生物也能与MMPs的锌离子活性中心结合，抑制MMPs的活性。

六、椎间盘退变中的MMPs

随着椎间盘退化的进展，椎间盘组织内MMPs的表达增加（Table 2[8]）。

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参考文献

[1]王海波,俞为荣.MMP-2/MMP-9在炎症中的研究进展[J].医学综述,2014,20(17):3120-3122.

[2]袁发焕.细胞外基质、基质金属蛋白酶及其抑制因子的研究进展[J].国外医学.临床生物化学与检验学分册，2000(02):62-65.

[3]王一,徐毅.基质金属蛋白酶[J].医学综述,1999(04):174-177.

[4]Yang SD, Yang DL, Sun YP, et al. 17β-estradiol protects against apoptosis induced by interleukin-1β in rat nucleus pulposus cells by down-regulating MMP-3 and MMP-13. Apoptosis. 2015;20(3):348–357. doi:10.1007/s10495-015-1086-4.

[5]杨雪娜,熊咏民.基质金属蛋白酶在骨关节疾病中的研究进展[J].国外医学(医学地理分册),2019,40(04):470-474.

[6]王毅,刘长明.基质金属蛋白酶与骨关节疾病关系的研究进展[J].中国骨伤,2003(03):66-68.

[7]刘智敏.基质金属蛋白酶的结构、功能和调节[J].生物医学工程学杂志,2002(04):680-683.

[8]Wang WJ, Yu XH, Wang C, Yang W, He WS, Zhang SJ, Yan YG, Zhang J. MMPs and ADAMTSs in intervertebral disc degeneration. Clin Chim Acta. 2015 Aug 25;448:238-46. doi: 10.1016/j.cca.2015.06.023. Epub 2015 Jul 8. PMID: 26162271.