作者：李书云，宋慧洋 作者单位：（平顶山市第一人民医院，河南 平顶山 467000）
【摘要】 基质金属蛋白酶(matrix metalloproeinases,MMPs) 是降解基质的一组重要酶类,金属蛋白酶组织抑制剂(tissue inhibitor of metalloproeinases,TIMPs)是MMPs的特异性抑制物,近年来研究表明近视的发生发展与巩膜细胞外基质(scleral extracellularmatrix,ECM)的重塑有密切关系,而基质金属蛋白酶(MMPs) 及其抑制剂(TIMPs)作为调节巩膜ECM动态平衡最重要的一大酶系, 两者的表达, 代谢平衡与近视的发生发展明显相关。因此，对MMPs , TIMPs 的研究对近视的发病原因及临床的治疗都有重要的意义，本文就金属基质蛋白酶(MMPs)及其抑制剂在近视的实验性研究进展做一综述。
【关键词】 实验性近视；基质金属蛋白酶；基质金属蛋白酶组织抑制剂
近视是眼睛的屈光度和眼轴的长度不相匹配，远处平行光线经过眼睛屈光系统后成像在视网膜前。近视眼是目前全球发生率最高的屈光不正，儿童和青少年近视眼已经成为严重的公共卫生问题，近视的发生和发展同其他疾病一样是一个复杂的过程。研究认为近视的病因主要包括遗传因素和环境因素，近视的发生主要是眼轴的过度生长。实验性近视虽然是一种由实验诱导的近视形式，但由于其结构和屈光特点与人类的近视非常相似，且其实验条件容易控制，常被用于人类近视的研究，其研究主要集中在形觉剥夺和离焦性近视的动物模型，离焦和形觉剥夺引起的视觉环境的改变均会导致眼轴的过度生长，从而诱导近视发生。该类研究认为，近视的发生是由于局部视网膜或中枢通过某种途径调控巩膜外基质的改变，从而引起巩膜的重塑，眼轴伸长，近视发生。大量研究表明，基质金属蛋白酶(matrix metalloproeinases,MMPs)是调控巩膜外基质的改变，引起巩膜重塑的主要酶类，MMPs)是一组水解巩膜细胞外基质中（scleral extr-acellularmatrix,ECM ）多种成分(如胶原, 纤维连接蛋白, 蛋白多糖) 的蛋白酶［1］ ,由于其活性的产生依赖于Zn2+, Ca2+, Mg2+等金属离子, 因此，称基质金属蛋酶（MMPs)。
1 MMPs简介
MMPs几乎能降解除多糖以外的全部ECM成分，还可使别的MMP 激活，形成瀑布效应，在胚胎发育、组织塑型中起着不可替代的作用［2］。近年研究发现,已确认的MMPs 有20多种。
1.1 MMPs 结构 研究表明，MMPs各成员具有以下相似的结构［3］：⑴ 含有保守的PRCGV/ NPD 氨基酸序列前肽区，它的裂解对MMPs 的激活至关重要。人类MMPs 中除MMP - 14 外均需一个信号肽序列, 它可将翻译后的产物引导至胞浆内质网。⑵ 催化区中有两个Zn2+结合区和至少一个Ca2+结合区, 其中保守的HE-X-GH-X-X- HS-X-M中有Zn2+ 的催化结合位点, 对于Zn2+ 的催化活性必不可少。⑶ 与细胞外基质具有同源序列区域。⑷ 除MMP-7外, 都有一个羧基区域。⑸跨膜区存在于MT- MMP 中, 有将MMPs 固定于细胞膜上的作用。
1.2 MMPs理化特性 ⑴ 均以潜酶形式分泌，其前肽内含有一个半胱氨酸开关和两个高度保守区，一个高度保守区位于催化中心(含锌结合位点)，另一个高度保守区位于N 末端( 类血红素结合区)。⑵ 均含有2个锌离子，其中一个位于催化活性中心，为酶活性的激活必需的辅助因子。⑶ 均含有2个钙离子参与酶活性的激活，并为酶活性的稳定所必需。⑷ 均为内肽酶，能从肽链中间裂解底物。⑸ 其酶活性能为相应的特异性抑制因子所抑制。
1.3 MMPs的分类 根据其作用底物的特异性不同分为四大类［4］ ：⑴ 基质溶解酶(MMP-3 , 7 , 10 , 11),降解底物为Ⅲ、Ⅳ、Ⅺ型胶原、明胶、纤维粘连蛋白、及粘连蛋白等, 部分来源于纤维母细胞、癌细胞等；(⑵ 胶原酶(MMP-1,5,8,13)， 降解Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ、Ⅹ型胶原、明胶等, 部分来源于纤维母细胞? 癌细胞等; ⑶明胶酶( Ⅳ型胶原酶) , 包括明胶酶A (MMP-2) 、明胶酶B (MMP-9),降解底物为明胶Ⅰ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅹ、Ⅺ 型胶原、弹性蛋白、纤维粘连蛋白、层粘连蛋白等, 分来源于纤维母细胞、癌细胞、巨噬细胞、滋养细胞等；⑷ 膜型金属蛋白酶(MT -MMPs) (MMP-14,15,16,17) : 存在于肿瘤细胞表面, 降解底物为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型胶原、纤维粘连蛋白、层粘连蛋白-1 等。⑸ 金属弹性蛋白酶(MMP-12)。
1.4 MMPs 调节 除MT-MMPs 外，MMPs 均以酶原形式分泌，机体MMPs活性调节包括酶原合成、酶原活化、特异性组织抑制因子，其他抑制因子和负反馈调节。许多生长因子、细胞因子、细胞外基质成分、致癌物质、原癌基因产物等均可诱导MMPs 在多种细胞和组织中表达, 其中生长因子最重要。血小板源性生长因子、白细胞介素-1β、肿瘤坏死因子-α等可诱导MMPs 的表达, 有些激素、蛋白酶、化学物质或药物也具有相同的作用，如促性腺激素、前列腺素、激肽释放酶、胰蛋白酶、等；而转化生长因子-β、糖皮质激素、雌二醇、黄体酮、肝素、维甲酸等可下调MMPs 的基因表达。活化的MMPs还可引起MMPs 之间较为复杂的瀑布式的级联激活过程，MMPs 被激活后作用于MMP-1，9 的酶原激活过程, 活化的MT-MMPs 可引起MMP-2 的活化。可见 MMPs 的调节是众多因素构成的微妙调节系统, 它的精确调节才能保证生理状态下的细胞迁移和ECM的重建；若调节失控, 则会导致细胞外基质的合成或降解失衡等病理过程的发生。
2 TIMPs 简介
TIMPs 是MMPs 的特异性抑制物, 在ECM代谢调节中, 是与MMPs 对应的负调节产物,常由分泌MMPs 的同一细胞合成, 与活化状态的MMPs 结合稳定且不可逆。目前已发现的TIMPs 主要有4 种, 即TIMP-1,2,3 ,4，它们具有抑制MMPs 活性的共性, 但在表达模式等方面各有特征［5］ 。TIMP-1 是28ku 的糖蛋白,主要在卵巢、骨骼中表达；TIMP - 2是21ku 的非糖基化蛋白, 主要在胎盘表达；TIMP-3 是24ku 的非糖基化蛋白, 主要在肾、脑组织中表达；TIMP - 4 为22ku 的非糖基化蛋白, 是从成人cDNA 基因库中筛选的一种新型TIMP。TIMP-1,2,3均可抑制MMPs 对基质的降解。
3 近视的实验研究
在近视实验性研究中，主要的近视诱导方式有两种：⑴形觉剥夺性近视：形觉剥夺即通过眼睑缝合、遮盖、等方法制造人为的视觉障碍，其共同的特点是使幼年的实验动物视网膜不能获得清晰的物象刺激，所形成的近视称形觉剥夺性近视。⑵离焦性近视 ：在实验动物眼前戴凹透镜，使光线经过眼睛屈光系统后成像在视网膜后，造成人为的远视离焦，所形成的近视成为离焦性近视。在MMPs蛋白家族中, 最近的研究再次证明,巩膜MMP-2其抑制剂TIMP-2表达水平与近视的发生有明显相关［6］。
3.1 小鸡的研究 研究表明，小鸡纤维层和软骨层结构的不同使其对剥夺或离焦的反应不同，近视的纤维层变薄而软骨层变厚［7］。较早的有关MMP-2与近视关系的研究是由Jones等1992年［8］和1996年［9］进行研究, 发现鸡形觉剥夺眼巩膜明胶酶A(MMP-2) 活性增加。显著高于对照眼,伴有MMP-2的组织抑制因子TIMP-2含量增加,去除TIMP-2后对照眼MMP-2活性显著增加( 22.2% ),而剥夺眼仅增加76% ,因此认为,形觉剥夺打破了基质金属蛋白酶及其组织抑制因子之间的平衡导致巩膜,尤其是后部巩膜ECM的重塑。
1999年Rada 等［11］的研究结果表明MMP-2 和TIMP-2主要在鸡眼巩膜的纤维层表达,且形觉剥夺性近视鸡眼后极部巩膜MMP-2 mRNA表达明显高于对照眼。在近视鸡眼，MMP-2 mRNA升高，TIMP-2 mRNA下降，其纤维层变薄，提示后极部巩膜MMP-2 的变化参与了调节鸡眼巩膜纤维层的厚度，去除形觉剥夺(恢复期)可使MMP-2 mRNA含量下降。可以推测MMP-2 和TIMP-2表达水平的改变破坏了后极部纤维巩膜合成和分解代谢之间的平衡,后极部纤维巩膜分解代谢及胶原裂解活动增强, 最终导致纤维巩膜变薄。鸡的巩膜纤维层主要由Ⅰ型胶原纤维构成,而MMP-2 可以降解自身的Ⅰ型胶原纤维,因此MMP-2 可能与近视性眼球伸长过程中巩膜胶原的降解直接有关。
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