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基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMPs)是参与降解包括骨在内的全身各种组织细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的蛋白酶家族。自1962年Gross和Lapie re首次报道胶原酶(Collagenase)以来，作用于ECM其它成分的基质金属蛋白酶不断报道。到目前为止已发现和纯化的MMPs至少有20种,已证实MMPs在几乎机体各种组织的发育和修复、肿瘤发生发展、炎症反应等过程中发挥着重要的作用，已愈来愈引起人们的重视。本文就MMPs在骨发育、代谢与再生等的改建过程中的最新研究进展进行综述。
1 MMPs的一般特性
MMPs是一组含Zn2+的能够降解细胞外基质的蛋白酶，通常在中性条件下发挥活性，有 ca2+参与时活性最大。其活性受螯合剂抑制，但不受丝氨酸、半胱氨酸、天冬氨酸蛋白酶 类抑制剂的影响。用cDNA预测氨基酸序列，表明一些哺乳动物MMPs各种类型酶之间，其结构具有高度的恒定性。MMPs家族所有成员具有一些共同的氨基酸序列和结构域。这些结构域是：前肽结构域、信号肽、催化结构域、凝乳酶样结构域、跨膜结构域等。通过其中某个区的增减修饰而形成不同的MMPs。如明胶酶在催化区有一段纤维连接蛋白样的插入，MMP-7缺少凝乳酶样结构域，而膜型MMPs含有跨膜结构域等。MMPs均以酶原形式分泌，其活化需要进 行蛋白水解，前肽丢失，分子量减少。体外潜伏型MMPs可被有机汞制剂、促溶剂或蛋白酶激活。MMPs有一些共同的生化特点：①催化机制依赖于活化中心的锌原子；②蛋白酶均以无活性的酶原形式分泌；③酶原可被蛋白酶激活因子或有机汞制剂激活；④激活过程伴随分子量的减少；⑤不同细胞来源的MMPs有很高的同源性；⑥激活后的酶可裂解一种或多种细胞外基质成分；⑦酶的活性可被MMPs的天然抑制剂TIMPs抑制；⑧多数MMPs基因转录受到内源性生长因子和细胞因子调节，如IL-1和IL-6、TNF-α、TGF-α和IFN-γ以及BMP等。
2 MMPs的分类
MMPs根据其结构和底物特异性不同可分为5大类：①间质胶原酶，包括MMP-1、-8、-13、-18，主要降解Ⅰ～Ⅲ型胶原及Ⅶ和Ⅹ型胶原，不能降解明胶、Ⅳ型和细胞外基质的其它蛋白成 分。胶原酶以潜酶原方式合成。MMP-1(Mr=54×103)是成纤维细胞、巨噬细胞、上皮细胞等细胞来源的成纤维细胞型胶原酶。而MMP-8(Mr=75×103)是由中性白细胞 合成分泌的中性白细胞胶 原酶；②Ⅳ型胶原酶，也叫明胶酶，包括明胶酶A(MMP-2)和明胶酶B (MMP-9)。明胶酶 具 有降解变性Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原明胶的特异能力，也可切割天然Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅺ型胶原。对纤维结合素、弹性蛋白也有一定作用。MMP-9(Mr=92×103)是糖化蛋白酶，主要来源于中性白细胞和巨噬细胞。MMP-2(Mr=72×103)是非糖化蛋白酶，来源于许多结缔组织细胞；③基质溶解素，包括基质溶解素-1 (MMP- 3)、基质溶解素-2(MMP-10)和基质溶解素-3(MMP-7)，有广泛的底物特性，可降解纤粘蛋白、层粘蛋白、弹性蛋白和糖蛋白的蛋白核心以及Ⅳ和Ⅸ型胶原等，另外还可去除Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型原胶原N、C末端肽，起原胶原肽酶作用。基质溶解素的细胞来源与MMP-1相似；④膜型MMPs，包括MT1-MMP(MMP-14)、MT2-MMP(MMP-15)、MT3-MMP(MMP-16)以及近来分离命名的MT5-MMP。这种酶表达于细胞表面，除可直接降解基质，还对MMP-2和MMP-13有激活作用；⑤其它类，包括MMP-4、-5、-6、-20。这些未归类MMPs的作用较特殊，不能归类于其它MMPs。MMP-4被称为端肽酶，Mr为35×103，可从牙龈成纤维细胞培养液内分离。其作用是促进MMP-1接近胶原分子切割部位以加速胶原降解。MMP-5又叫3/4胶原肽链内切酶，Mr为54×103。具有胶原酶、明胶酶活性，可以继续降解MMP-1降解Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原所产生的天然3/4胶原片段。MMP-6适合pH=5.3的酸性环境，故被称为酸性金属蛋白酶。其细胞来源尚不清楚，Mr为55×103，可以消化软骨蛋白多糖。MMP-20在牙齿发育 过程中表达，能够分解牙釉质蛋白。
3 MMPs的激活
MMPs多数是以酶原形式分泌，其酶原体的胞外激活机制十分复杂且尚不完全清楚。胶原酶、明胶酶和基质溶解素的激活机制各不相同，现分述如下：①胶原酶的激活：血纤维蛋白溶解酶激活胶原酶原，使其Mr从55×103降为44×103，但酶活性较低。基质溶解素继续在Glu80-phe81位点切割使Mr进一步降为43×103，从而完全激活胶原酶，这时酶活 性提高近10倍。②明胶酶的激活：Mr为72×103的成纤维细胞明胶酶可被成纤维细胞参与的过程所激活。Seltzer等认为Integrin受体参与的信号传导途径参与Mr为72×103的明胶酶的激活。而Mr为95×103的明胶酶原可被血纤