基質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展

譚勤銳，李暉，楊琪，韓朋麗

(1成都中醫藥大學附屬醫院，成都 610072；2 成都中醫藥大學臨床醫學院)

基質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展

譚勤銳1,2，李暉1,2，楊琪2，韓朋麗2

(1成都中醫藥大學附屬醫院，成都 610072；2 成都中醫藥大學臨床醫學院)

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

肝纖維化；細胞外基質；基質金屬蛋白酶；金屬蛋白酶抑制劑

細胞外基質(ECM)即組織細胞外成分，由膠原、纖維連接蛋白、層黏連蛋白等組成，主要調節細胞運動和細胞間的相互作用，為組織、細胞的生長提供條件；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向高密度間質型基質轉化，最終引起肝纖維化[1]。基質金屬蛋白酶(MMPs)及其特定抑制劑(TIMPs)在上述過程中發揮重要作用，MMPs主要降解ECM組分[2]，而TIMPs可結合MMPs，導致膠原降解受限[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，基于其結構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)、基質溶解素(MMP-7、11、26，底物有Ⅳ型膠原、糖蛋白、明膠等)、溶基質素(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，通過對兩者的調節可逆轉和重塑ECM，從而達到治療肝纖維化的目的。現就MMPs、TIMPs在肝纖維化形成中的研究進展作一綜述。

1 MMPs在肝纖維化形成過程中的作用

1.1 MMPs的表達及分布 肝臟MMPs主要來源于靜止和活化的肝星狀細胞(HSC)、成纖維細胞或肌成纖維細胞及Kupffer細胞等，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以無活性的狀態被分泌到細胞外環境或細胞膜上，可被絲氨酸蛋白酶或其他已活化的MMPs激活[10]，其活性的調節可發生在轉錄、轉錄后和蛋白水平，并受TIMPs調控。

MMPs表達的類型會根據細胞類型的不同而變化，如Kupffer細胞主要產生MMP-2、9、13，巨噬細胞表達MMP-12和MMP-13，肝細胞可表達MMP-2、3、10、13，還能表達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，主要定位在膽管上皮和門靜脈周圍的肝細胞，還可在內皮細胞和Kupffer細胞中表達。研究發現，MMPs表達與門脈周圍纖維化分級呈正相關[12]。

1.2 肝纖維化發生時MMPs的調節功能 MMPs可調節一系列生物過程，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的；此外，它們還可作用于非ECM底物，如細胞因子和趨化因子，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節功能[13]。

各種因素導致MMPs活性失調后，通常會導致組織結構及功能改變，當發生肝損傷等病理情況時，MMPs的產生通常依賴于HSC的活性，此時的表達可被認為是肝組織對促炎細胞因子的應答。一系列炎癥因子通過刺激Kupffer細胞釋放大量的MMP-9，引起局部ECM降解；而另一方面，α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)表達陽性細胞可產生不同量的MMP-2、9、13。因此，肝損傷早期MMP-2、9、13等的表達增加[14]。這些MMPs切割并激活轉化生長因子-β(TGF-β)和血小板衍生因子(PDGF)，這兩種因子均為促進肝纖維化形成的重要調節因子，故肝損傷后有向肝纖維化發展的趨勢。肝損傷后期逐漸形成肝纖維化時，MMP-2、MMP-9等表達升高[15]；在肝纖維化后期階段，由于TIMPs表達增加，MMPs不斷失活，可見MMP-2、MMP-9等表達降低，導致過度的ECM積累，且有其他因素不斷促進TGF-β、PDGF的表達和激活，纖維化過程逐漸被鞏固。例如，細胞因子IL-1β由活化的單核細胞、巨噬細胞和樹突細胞產生后，可誘導TNF-α、IL-6的產生，進一步誘導與中性粒細胞募集和成纖維細胞增殖相關的MMP的產生，并通過NF-κB和激活物蛋白1(AP-1)途徑刺激TGF-β的轉錄，而且IL-1β的釋放可啟動與它相關的正反饋循環而大量增加，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表現為抗肝纖維化。Radbill等[17]進行體外研究時發現，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現。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，并促進肝細胞生長因子表達和肝細胞增殖。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可促進肝細胞的增殖和損傷肝細胞的修復以實現組織重塑，從而起到抗肝纖維化作用。研究[20]發現，MMP-12表達減少時可引起肉芽腫相關的肝纖維化減輕，而表達增加時則可能通過抑制MMP-13的表達而促肝纖維化形成。MMP-14能夠激活細胞膜上的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]研究發現，MMP-19基因缺失后會導致TGF-β信號傳導減弱，從而減輕肝纖維化；進一步研究發現，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TGF-β信號傳導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的表達情況，以明確藥物的作用機制。

2 TIMPs的促肝纖維化作用

TIMPs來源于巨噬細胞、成纖維細胞等，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TIMP-1-siRNA的干細胞能夠抑制大鼠肝纖維化的進展并恢復肝功能[24]，并發現其表達可誘導成纖維細胞的生長和增殖，并對MT1-MMP具有較弱的抑制能力，阻礙纖維化基質的清除，導致ECM累積[25]，提示TIMP-1是肝纖維化發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之間形成復合物，通過促進MMP-2的活化間接控制ECM的降解，對成纖維細胞轉分化具有強烈的效應[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結合，也能抑制MMPs的活性，可通過多種途徑介導纖維化形成，包括從炎癥控制到調節TGF-β1的激活；另外，發現它還具有保持肝內穩態的作用。TIMP-4可能是目前研究最少的，有關其作用的討論也很少；但是，仍有研究顯示其具有保護ECM蛋白免于水解的作用，可能與抑制MMP-9 、MMP-14的活性有關[27，28]。總而言之，TIMP可通過直接抑制ECM蛋白水解及間接控制ECM轉變來實現促肝纖維化作用，由于TIMPs在體內半衰期短，因此目前還不能適用于藥物的應用研究。但是，仍有許多MMP抑制劑正在努力研發中。

MMPs和TIMPs在肝臟生理條件和疾病進展過程中的特殊作用還遠未被完全了解，除了它們傳統的重塑ECM及處理某些非ECM組分的作用，我們需要對MMPs和TIMPs的功能進行更全面的研究，以提供對肝纖維化形成發展的新見解，從而有助于開發更多“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)