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1 MMPs概述
MMPs是一个在结构上具有极大同源性的Zn 2+ 依赖性内源性蛋白水解酶家族，主要功能为分解细胞外基质（ECM），迄今为止至少已发现MMPs有26个成员 ［1］ ，根据它们结构和ECM底物特异性可分为6类:（1）间质胶原酶（MMP-1、8）:降解天然Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原，是目前已知酶中唯一能在细胞外间隙的中性pH条件下降解天然Ⅰ型胶原三螺旋的酶;（2）基质溶解素（MMP-7、26等）:特异性降解蛋白多糖、纤维连接蛋白、层粘连蛋白;（3）明胶酶（MMP-2、9等）:降解变性胶原分子（明胶）及天然Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型胶原的活性;（4）膜型-金属蛋白酶（MT-MMPs）:作用于Ⅳ型胶原、明胶，还与MMP-2激活有关;（5）间充质溶解素（MMP-3，10，11，12）;（6）其他MMP。
MMPs的主要特性:（1）催化机制依赖于内源性的Zn 2+ 和外源性的Ca 2+ ，在pH中性时表现最佳活性;（2）以潜酶或酶原的形式分泌;（3）酶原可被蛋白酶及有机汞激活，激活过程伴有-10kDa分子量的减少;（4）所有MMPs的cDNA序列与胶原酶相似;（5）每种MMP可降解一种或多种细胞外基质成分;（6）酶活性可被组织金属蛋白酶抑制剂（TIMPs）抑制。
研究发现在角膜病变发生发展过程由角膜细胞分泌的蛋白水解酶95%以上是MMP ［2］ 。正常角膜组织即有相当量的MMP-2表达 ［3］ ，是角膜的主要基质金属蛋白酶，主要定位于上皮基底细胞，MMP-1、MMP-9存在于基质和上皮，MMP-3存在于基质中。间质细胞、角膜上皮细胞、基质成纤维细胞、血管内皮细胞和中性粒细胞均能产生不同种类的MMPs，但MMPs（除MMP-7由腺上皮产生）主要由间质细胞产生。角膜上皮细胞主要合成分泌MMP-9，亦可由角膜基质细胞和侵入角膜的多形核白细胞、巨噬细胞合成。
2 角膜中的ECM
角膜ECM由3种类型的大分子构成:胶原、蛋白多糖、糖蛋白，其中胶原蛋白占角膜干重的75%。丰富的ECM主要位于基质层中，基质层胶原纤维的主要组成成分是Ⅰ型胶原，亦含有少量的其他类型胶原，如Ⅴ型胶原（11%）、Ⅲ型胶原（1%～2%）等， Ⅳ型、Ⅶ型胶原也普遍分布于整个角膜基质，起到稳定角膜板层的作用。角膜前弹力膜中主要含有Ⅰ型胶原，后弹力膜由Ⅲ和Ⅷ型胶原组成。Ⅳ型胶原主要组成基底膜丝状结构，Ⅵ型胶原促进角膜基质中Ⅰ型胶原底规则排列。蛋白多糖和糖蛋白存在于整个角膜中。
3 MMPs在角膜新生血管发生中的作用
角膜新生血管形成需要经历3个主要环节:内皮细胞迁移、细胞外基质降解、细胞因子活化。MMPs在多个环节中直接和间接地发挥着重要作用。
3.1 直接作用
3.1.1 MMPs参与了内皮细胞血管表型的转变和血管生成开关的激活过程 Fang J等 ［4］ 在动物实验中发现MMP-2活性增高能促进血管生成表型的转变;MMP-2反义寡核苷酸能抑制血管生成表型的转变;外源性的MMP-2作用于内皮细胞后引起内皮细胞剂量依赖性形态变化，并与血管生成反应一致。Bergers G ［5］ 等通过转基因动物模型发现MMP-9是血管生成开关激活必需的。
3.1.2 MMPs降解ECM为血管内皮细胞的迁移开辟道路 内皮细胞在基础状态下处于休眠状态并与其下的（包括基膜）及周围的内皮细胞相互连接。在血管生成过程中，内皮细胞要穿过ECM和基质外的纤维支架。细胞外基质的降解依赖纤溶酶原/纤溶酶系统、组织蛋白酶和MMP等的作用，其中主要是MMP。激活后的每一种MMP对ECM不同分子结构的成分进行降解，合在一起，它们可以降解ECM所有成分。MMP-1可降解Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原，MMP-9及MMP-2可降解明胶和Ⅳ、Ⅴ型胶原，并且MMP-2与MMP-1可协同降解Ⅰ型胶原;MMP-3降解明胶、蛋白多糖、纤维连接蛋白及Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅺ型胶原，同时能增强MMP-1和MMP-9的活性。Zhang等 ［6］ 发现在大鼠碱烧伤角膜新生血管模型中MMP-2和MT1-MMP有阳性表达。Ma等 ［7］ 研究基质金属蛋白酶在角膜新生血管模型中的作用也表明MMP-2的酶动力学活性平行角膜新生血管生长，而MMP-9平行于渗出的炎性细胞数量。Hirao-ka N等 ［8］ 发现MMP-1、MMP-2、MMP-3和MT1-MMP能降解纤维支架;进一步研究发现MT2-MMP、MT3-MMP在MT1-MMP基因敲除时也能降解纤维支架;并与MT1-MMP具有协同作用。MMP-9既可参与基底膜的降解，加速角膜化学伤后基质溃疡的形成和发展，又能对基底膜的修复及重构过程起平衡作用，使基底膜不至于过分形成。MMP的降解作用不是随机发生的，其与细胞表面小凹处的受体、底物、激活剂及整合素等结合而定位于细胞与细胞外基质接触的部位，并以局部降解方式进行。MT-MMPs不仅自己与细胞表面小凹结合还介导其他MMPs与小凹的结合 ［9］ 。Silletti ［10］ 在实验中用TSRⅡ265阻断MMP-2与小凹的结合后发现基质降解减少，血管生成受到抑制。在角膜发生炎症、新生血管形成的过程中，MMP在角膜中出现的时间及浓度变化有所不同。Ma等 ［11］ 在实验中发现MMP-2在角膜发生炎症4天后显著升高，而MMP-9在第1天即升高，随后逐渐下降。另外，在某些情况下，MMP降解细胞外基质暴露了隐藏的难以接近的细胞表面受体，使重要的细胞与细胞、细胞与基质之间的相互作用更易发生。如［12］ MMP-2可以裂解层粘连蛋白-5的α 2 亚单位，从而暴露整合素结合位点，促使细胞移行。
3.1.3 MMP可以诱导新生血管的发芽及血管内皮细胞在角膜实质内的移动 Galvez等 ［13～15］ 分别在实验中发现由血管内皮细胞、角膜上皮和内皮细胞产生的MMP-6对新生血管的发芽及血管内皮细胞在角膜实质内的移动有着重要的作用。MT1-MMP、MT2-MMP、MT3-MMP和MMP-2也可以促进内皮细胞的迁移;但MMP-9不能诱导内皮细胞的迁移。
3.1.4 MMPs在血管壁形成中的作用 体外研究发现MMP-2 ［16］ 、MT1-MMP ［17］ 、MT3-MMP ［18］ 能促进内皮细胞穿过周围基质并形成管状结构。其中MT1-MMP能诱导血管壁形成，在MT1-MMP的实验中，新生血管密度明显减少。
3.2 MMP对角膜新生血管生成的间接作用 MMP可作用于多种血管因子、细胞因子及细胞来促进新生血管生成，后者也可作用于前者。在新生血管发生的诸多细胞因子中血管内皮生长因子最为重要，MT1-MMP通过调节信号使传导的表达增加;MMP-9能促进血管内皮生长因子的释放。同时血管内皮生长因子也能够促进血管内皮细胞分泌MMP ［18］ 。Kvanta等 ［19］ 研究了炎症相关的大鼠新生血管模型，结果表明MMP-2表达增强并主要在炎性细胞浸润新生血管形成的区域表达，VEGF的表达和MMP-2大体一致，与炎症平行。此外，单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）和MMP-2之间有一定的协同作用 ［20］ 。在MCP-1趋化下，单核细胞从血液迁移到毛细血管内皮后可变为巨噬细胞，可分泌MMP-2降解细胞外基质的组成成分，增加血管壁的不稳定性，有利于单核巨噬细胞的渗出和进入眼内。而眼内单核巨噬细胞增多后，将产生更多的MMP-2。MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-11可裂解胰岛素样生长因子结合蛋白-1、5，使它们对胰岛素样生长因子的抑制作用消失。MMPs还能灭活白介素-1β。角膜炎症条件下炎性细胞与内皮细胞的黏附可诱导MMP的表达。
4 MMPs的调节
MMPs的表达调节大致可分为三个环节:基因水平调节、酶原激活调节和活化后调节。
4.1 基因水平调节 在大多数MMPs（MMP-1，3，9等）基因的调节序列中存在多种转录调节因子（如AP-1和NF-κB）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。生长因子也可以有同样的作用。
4.2 酶原激活调节 MMP以酶原形式分泌到组织中，其生理激活过程是调控的关键步骤。具体机制尚不确切，公认的“半胱氨酸开关”学说 ［21］ 认为MMPs活性的封闭是由于其Zn 2+ 活性中心旁结合有该MMP前区肽链内所含的一个半胱氨酸，该半胱氨酸阻断了活性中心与底物的结合。血浆纤溶酶等激活剂可打断连接，暴露酶的活性中心而使MMP活化。
4.3 活化后调节 已发现的天然抑制剂有两类，一类是特异的内源性组织抑制因子（TIMP），已发现的有TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3、TIMP-4。TIMP分为两个功能区，N端功能区的半胱氨酸残基与MMPs的Zn 2+ 活性中心结合，C端功能区与MMPs的其他部位结合，以1∶1的比例形成MMP-TIMP复合体，从而阻断MMPs与底物结合。主要从两个方面抑制MMPs的激活:（1）在酶原活化阶段:如TIMP-2与proMMP-2可结合成稳定的复合体并阻碍proMMP的酶原自我激活;（2）在活化的MMPs阶段:如TIMP-2可直接与活化的MMPs以1∶1的比例二者结合成复合物，使MMPs活性丧失 ［22，23］ 。MMPs和TIMPs是影响ECM代谢的重要酶和酶抑制剂，二者的调节平衡与维持ECM的代谢正常和形态及功能的稳定密切相关，在创伤修复、组织重建、血管和瘢痕形成以及肿瘤转移等疾病中起重要的作用，并参与了角膜伤口愈合 ［24］ 、青光眼 ［25］ 、葡萄膜炎 ［26］ 和玻璃体视网膜疾病的病理过程。TIMP可在多个环节抑制MMPs的作用，如阻碍MMPs介导的内皮细胞移动;抑制基质中促血管生成因子的释放，进而抑制血管生成;防止ECM的降解等。另一类是MMPs的血浆抑制剂α 2 -巨球蛋白（α 2 -M）。α 2 -M是肝脏生成的750kD的蛋白质，具有“诱饵结构”，被蛋白酶水解，引起构象改变，从而捕获蛋白酶，阻断MMPs与ECM结合。
5 结语
随着研究的逐步深入，MMPs已日益成为角膜乃至眼部新生血管治疗的新靶点，多种基质金属蛋白酶抑制剂已经开发并在动物实验中应用，证实能很好地抑制角膜新生血管的生长，但在临床实验中出现了许多不良反应，这可能是由于基质金属蛋白酶抑制剂的专一性差所造成的，并且药物价格昂贵、来源稀少也限制了基质金属蛋白酶抑制剂的进一步应用。因此，基质金属蛋白酶抑制剂的研究尚需进一步深入进行。
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作者单位:400016重庆医科大学第二附属医院眼科