基质金属蛋白酶—2与皮肤病的研究进展

张璐　林新瑜

基质金属蛋白酶（Matrix metalloproteinases，MMPs）是一族锌依赖性内肽酶，以酶原或前基质金属蛋白酶（Pro-Matrix metalloproteinase，ProMMP）的形式存在于细胞中，可被多种蛋白酶水解或改变其构象后激活，可降解细胞外基质中的各种蛋白成分[1]。基质金属蛋白酶-2（Matrix metalloproteinase-2，MMP-2）是其家族中的重要成员之一，它可参与调节生理和病理状态下细胞外基质（extra celluar matrix，ECM）的合成和代谢，亦可发挥其类细胞生长因子样作用，调节系膜细胞的增殖与分化。本文就MMP-2的来源、结构、功能及其在皮肤病中的作用综述如下。

1 MMP简介

MMPs自1962年被发现至今，其家族至少已有28名成员，是一组在结构与功能上极为相似的锌依赖性肽链内切酶，能降解一种或多种细胞外基质[2]。根据MMPs的结构和底物特异性分为以下内容：①胶原酶；②明胶酶；③基质水解酶；④基质溶解因子；⑤膜型基质金属蛋白酶；⑥其他的MMPs[3]。基质金属蛋白酶抑制剂（Tissue Inhibitor of Metalloproteinase，TIMP） 能特异性抑制其活性， MMP及TIMP是细胞外基质合成及代谢平衡中两个重要的酶系，参与多种与ECM蛋白水解重塑有关的生理及病理过程，如：炎症反应、组织结构破坏、组织修复、瘢痕形成及肿瘤转移等[4]。

2 MMP-2的研究

2.1 MMP-2的来源： MMP-2是MMPs家族中的重要成员，也是发现较早的因子，又称明胶酶或IV型胶原酶，是临床最重要的明胶酶之一。MMP-2可由体内多种细胞合成和分泌，包括成角质细胞、内皮细胞、纤维细胞及软骨细胞等[5]。但MMP-2无活性，以ProMMP-2的形式分泌，经过水解后才被激活。

2.2 MMP-2的结构： MMP-2基因位于人类染色体16q21，是由13个外显子和12个内含子组成，其结构基因总长度为27KB，相对分子量为72kD。较其他MMPs不同的是MMP-2基因的调节序列中含有2个GC盒而不是TATA盒。其肽链一般含有三个结构域，分别是：①信号肽结构域；②催化结构域；③前肽结构域。

2.3 MMP-2的功能：MMP-2 作为明胶酶，生物学特性有降解基底膜和细胞外基质的作用。MMP-14与TIMP-2协同作用催化MMP-2成为活性形式[6-7]。MMP-2在内皮细胞的激活依赖于“胞膜依赖”的机制，而在肿瘤细胞和成纤维细胞则需形成“ProMMP-2，TIMP-2和MMP-14”三联分子复合体，将ProMMP-2转化为相对分子质量为64 000的中间体，然后通过自身激活形成相对分子质量为62 000的活性形式[8]。MMP-2主要水解的胶原物有Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅹ、Ⅺ型胶原及明胶，降解非胶原的细胞外基质有层粘连蛋白、纤维连接蛋白、多功能蛋白聚糖、蛋白多糖连接蛋白、弹力蛋白、聚集蛋白聚糖及骨结合素[9]。MMP-2还能作用于单核细胞化学吸引蛋白-3、白介素-1β、基质细胞衍生因子-1等非基质类底物[10]。通常情况下，正常成人组织中MMP-2的表达水平比较低，只有在系统受刺激或病理状态下其表达水平才会升高。MMP-2可通过调节ECM的合成与降解，影响细胞间、细胞与基质间的信息传递，进而调节细胞的生长、分化、迁移、粘附、损伤修复及组织重塑。在生理状态下，MMP-2参与新生血管的形成、损伤修复和组织重建等。在病理状态下，MMP-2参与恶性肿瘤转移等多种疾病的病理进程。

3 MMP-2与皮肤病

皮肤中的角质形成细胞、成纤维细胞及内皮细胞均可产生MMP-2，MMP-2在皮肤炎症反应、角化异常、瘢痕愈合、自身免疫、肿瘤形成等方面已有相关研究。

3.1 MMP-2与痤疮：痤疮是一种常见的毛囊皮脂腺的慢性炎症，多种因素参与了痤疮的发病，包括皮脂分泌过多、性激素对皮脂腺的调控异常、毛囊皮脂腺导管过度角化、痤疮丙酸杆菌引发炎症反应等。其发病机制尚未完全明确，但目前许多研究发现MMPs的表达在痤疮的炎性反应及炎症后基质重塑过程中起着重要作用[11]。Sang等[12]研究表明，痤疮患者的角质形成细胞在痤疮丙酸杆菌的刺激下可诱导产生MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-9和MMP-13，这几种基质金属蛋白酶通过蛋白酶激活受体-2激活，该学者采用免疫组化检测发现在痤疮炎症性皮损中MMP-1，MMP-2，MMP-3，MMP-9含量显著增加。Takashi等[13]研究发现在仓鼠的皮脂腺和真皮成纤维细胞中痤疮丙酸杆菌刺激ProMMP-2基因表达及产量增加，并推测皮脂腺细胞源性MMP-2参与痤疮皮脂腺异常细胞外基质重塑的过程。Katsuhiro等[14]在研究仓鼠皮脂腺细胞中脂多糖诱导炎症反应时发现，在粉刺及毛囊炎皮脂腺中脂多糖是通过直接增加环氧酶-2、前列腺素-2a的含量来增加炎症反应，并且前列腺素-2a介导的ProMMP-2含量也增加，因此推测皮脂腺中产生的ProMMP-2可能与痤疮丙酸杆菌一起参与破坏皮脂腺的完整性并扩大炎症反应导致痤疮瘢痕形成。

3.2 MMP-2与银屑病：银屑病是一种慢性增生性的炎性皮肤病，其表皮增殖过速且伴有真皮乳头新生血管形成。该病的病因及发病机制尚未完全明确。有研究表明银屑病表皮的细胞与细胞间、细胞与基质间黏附关系的改变与MMP-2异常增多有关，国外临床应用MMP-2抑制剂治疗银屑病已取得较好疗效[15]。近年的研究表明，银屑病皮损区和非皮损区表皮基底层以上的角质形成细胞高度表达MMP-2及TIMP-2。Fleischmajer等[16]实验结果提示，MMP-2及TIMP-2在银屑病皮损区的表达显著增高，并伴随基底膜降解。皮损区和非皮损区表皮角质形成细胞的MMP-2和TIMP-2的高表达为银屑病最初损害定位于角质形成细胞提供了有力依据，他们由此推测活性MMP-2的表达增加导致细胞与细胞间、细胞与细胞外基质粘附关系的改变与破坏，从而破坏细胞外基质和基底膜。Vasku等[17]用聚合酶链反应方法检测斑块型银屑病皮损时发现MMP-2的强表达，认为MMP-2参与皮损形成。刘露等[18]实验显示在正常人皮肤组织MMP-2呈阴性，而银屑病患者皮损表皮基底层角质形成细胞的胞质中MMP-2呈阳性表达，推测MMP-2可能通过直接蛋白水解酶的作用，诱导ECM降解，改变角质形成细胞的微环境及细胞外信号，使其正常生长、分化及凋亡受到干扰，最终导致表皮动力学异常，从而参与银屑病角质形成细胞过度增殖的过程。

3.3 MMP-2与瘢痕疙瘩：创面愈合后形成增生性瘢痕是个复杂的病理学过程，细胞移行、肉芽组织形成、新生血管生成及基质重塑均依赖于ECM的分泌及降解[19]。随着瘢痕组织的形成，ECM内的胶原纤维类型及分布都在不断发生变化。MMPs及其特异抑制因子TIMPs两者之间的平衡在创伤修复过程中起着重要作用[20]。研究表明MMP-2降解糖蛋白成分层粘连蛋白和纤粘连蛋白，在增生性瘢痕发生和成熟过程中起着重要作用[21]。Gillard等[22]研究结果显示，在创伤愈合的早期（3～8周），MMP-2、MMP-9蛋白含量和生物活性明显升高，并且持续到瘢痕形成后9个月。谢晓繁等[23]检测16例不同发生时期的增生性瘢痕和8例正常皮肤中MMP-2、 MMP-9和TIMP-2的表达，结果提示在正常皮肤组织中，MMP-2、MMP-9基因表达水平较低，而在增殖期的瘢痕组织中，MMP-2、MMP-9基因表达水平显著升高，故推测MMP-2、MMP-9可通过降解成纤维细胞及上皮细胞的ECM和基底膜，促使其增殖迁移，并加速肉芽组织过度增生和组织重建，最终诱导增生性瘢痕的形成。Neely等[24]研究发现增生性瘢痕组织和瘢痕疙瘩中活性MMP-2的含量分别是正常皮肤组织的6.9倍和7.8倍，酶原形式MMP-2的含量分别是正常皮肤组织的3.9倍和2.6倍。张占召等[25]研究结果表明在病理性瘢痕组织中MMP-2、MMP-13和TIMP-2的表达水平均较其在正常皮肤组织中的表达显著升高，在MMP-2、MMP-13阳性表达的样本中TIMP-2多呈阳性表达，两者与TIMP-2在病理性瘢痕组织中的表达均呈正相关，提示MMP-2、MMP-13的高表达可能诱发TIMP-2的表达，三者共同参与病理性瘢痕的形成。许多学者研究也都发现瘢痕疙瘩和增生性瘢痕组织中MMP-2的含量均高于正常皮肤组织，且病理性瘢痕组织中胶原酶的活性较正常皮肤显著降低[26]。

3.4 MMP-2与扁平苔藓：扁平苔藓（lichen planus）是一种可累及皮肤、黏膜、毛发和甲的炎症性皮肤病。可以单独发生于皮肤或口腔，也可与皮肤和粘膜同时罹患，其发病原因尚不明确。Giannelli等[27]采用免疫组化方法研究扁平苔藓皮损发现，在基底膜免疫染色减弱或消失的区域伴有 MMP-2的强表达，其表达既可见于角质形成细胞也可见于真皮炎症浸润细胞。TIMP-2 在扁平苔藓皮损中染色明显减弱。体外试验证明 MMP-2可降解层粘连蛋白-5（基底膜的重要组成成分）γ2链产生80Kd的片段。因此认为表皮及真皮MMP-2表达增加而表皮TIMP-2表达减弱造成两者平衡失调，从而导致扁平苔藓基底膜的破坏。Guilherme等[28]研究发现在外阴硬化性苔藓皮损中MMP-2、MMP-9的免疫表达较正常外阴皮肤明显增加，推测MMP-2和MMP-9可能参与外阴硬化性苔藓皮肤病理胶原重塑的过程。

3.5 MMP-2与系统性红斑狼疮：系统性红斑狼疮（systemic lupus erythematosus，SLE）是一种导致多系统、多器官损害的系统性自身免疫疾病，以血清中出现多种自身抗体为特征，至今病因未明。有研究表明，MMPs参与SLE病理过程的多个环节。Chang等[29]采用酶联免疫吸附测定法和酶谱分析了48例类风湿关节炎和27例SLE患者及186例健康对照者血清中MMP-2和MMP-9的浓度和活性，酶联免疫吸附测定结果表明SLE组的MMP-2和MMP-9 浓度明显高于对照组，酶谱分析结果显示SLE组MMP-2和MMP-9的活性显著高于对照组，MMP-2和MMP-9在SLE患者血清中的浓度和活性的明显升高，表明MMPs在这些自身免疫疾病中起一定作用，可作为临床辅助诊断指标。胡亮等[30]采用双抗夹心酶联免疫吸附测定法检测58例SLE患者及30例正常对照者的血清MMP-2、MMP-3、MMP-9和TIMP-4水平，结果发现SLE患者的血清MMP-3水平与MMP-2、MMP-9、TIMP-4水平均呈正相关，MMP-9水平与MMP-2水平间亦呈正相关，提示MMP-2、MMP-3、MMP-9均参与了SLE病理损害过程，包括肝脏和肾脏的损害。Zhu等[31]采用酶联免疫吸附测定法检测病例组和对照组血清MMP-2、MMP-3和MMP-13水平，结论为MMP-2、MMP-3、MMP-13的血清水平在SLE患者中显著升高，以及相应的一些与临床指标同向或异向的变化提示MMPs可能在SLE的发病和病程进展中起重要作用。

3.6 MMP-2与大疱性类天疱疮：大疱性类天疱疮（bmullous pemphigoid，BP）是以循环中存在自身抗体直接对抗基底膜半桥粒蛋白为特点的自身免疫性表皮下水疱类疾病。Niimi等[32]研究发现与正常皮肤相比，BP患者皮损中MMP-2、MMP-9和MMP-13的表达显著增加，且这些MMPs在疱液中的水平显著高于血清，此外在表皮角质形成细胞中检测到MMP-2显著表达。作者推论MMP-2、MMP-9和MMP-13可能参与了BP水疱的形成。Narbutt等[33]采用酶联免疫吸附测定法检测21名BP患者皮损中MMPs的表达，发现MMP-1、MMP-2、MMP-9、MMP-10在皮损的整个表皮或基底角质形成细胞中被检测到，提示这些MMPs可能在BP的发病机制中起重要作用。

3.7 MMP-2与恶性黑素瘤：恶性黑素瘤是一种高度恶性肿瘤，多发生于皮肤。MMP-2不仅是降解基底膜和ECM的关键酶，而且在肿瘤间质血管生成中起重要作用[34]。有研究显示，MMP-2、MMP-9在人的侵袭性恶性黑素瘤组织中表达，并促进黑素瘤转移[35-36]。吕宇等[37]采用MV3恶性黑素瘤细胞复合去表皮的真皮（de-epidermized dermis，DED）组织体外构建皮肤恶性黑素瘤模型，使用免疫组化方法对该模型中MMP-2和MMP-9的表达进行检测，结果显示该模型组织中有MMP-2、MMP-9的表达，而未接种MV3黑素瘤细胞的DED组织中无MMP-2、MMP-9的表达，推测MV3黑素瘤细胞在DED侵袭生长过程中分泌MMP-2和MMP-9，降解基底膜后沿破损及基质空隙浸润到DED。陈建立等[38]选择恶性黑素瘤30例、黑素细胞痣30例及正常皮肤组织15例，采用免疫组化链霉菌抗生物素蛋白-过氧化物酶连结法分别检测皮损中乙酰肝素酶、MMP-2和TIMP-2的表达，研究结果显示与黑素细胞痣和正常皮肤相比，恶性黑素瘤皮损表达乙酰肝素酶，MMP-2和TIMP-2的阳性率显著升高，提示乙酰肝素酶、MMP-2和TIMP-2的高表达可能在恶性黑素瘤发生、发展过程中起着一定作用。

4 小结

近年来，MMP-2的结构和功能得到了广泛的研究，许多研究结果表明MMP-2在多种皮肤病的病理进程中发挥着关键作用。对MMP-2的深入研究，有助于我们对相关皮肤病发生的分子机制更进一步了解，为预后判断提供有价值的分子生物学指标，为临床制定合理有效的综合治疗方案提供可靠的理论依据。

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[收到日期]2014-05-05 [修回日期]2014-06-03

编辑/李阳利