MMPs/TIMP在增殖性玻璃体视网膜疾病发病机制中的研究进展

　　作者：张晓静，任兵，高晓唯 作者单位：1(832003)中国新疆维吾尔自治区石河子市，石河子大学医学院;2(830011)中国新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市，解放军474医院眼科中心

　　【摘要】基质金属蛋白酶(MMPs)/基质金属蛋白酶抑制剂(TIMP)系统在降解和重塑细胞外基质(ECM)过程中发挥着重要的作用，同时这一酶系也参与了如：眼外伤、糖尿病性视网膜病变、增殖性玻璃体视网膜病变(PVR) 、青光眼等常见眼科疾病的病理过程。本文就MMPs/TIMP在PVR病程中可能的作用机制以及以这一酶系为靶向干预的治疗的进展作一综述。

　　【关键词】 基质金属蛋白酶;基质金属蛋白酶抑制剂;增殖性玻璃体视网膜病变

　　Current advances about the mechanism of PVR correlated with MMPs/TIMP

　　XiaoJing Zhang,Bing Ren,XiaoWei Gao

　　lGraduate School of Medical College, Shihezi University，Shihezi 832003，Xinjiang Uygur Autonomous Region，China;2 Department of Ophthalmology，No.474 Hospital Chinese PLA，Center of Ophthalmology of Chinese PLA，Urumqi 830011，Xinjiang Uygur Autonomous Region，China

　　Correspondence to：Bing Ren.Department of Ophthalmology，No.474 Hospital Chinese PLA，Center of Ophthalmology of Chinese PLA，Urumchi 830011，Xinjiang Uygur Autonomous Region，China. stopdh@sina.com

　　AbstractThe matrix metalloproteinase (MMPs)/tissue inhibitor of metalloproteinase (TIMP) system plays a vital role in degrading and remodeling the extracellular matrix (ECM).It is also involved in pathologic processes of ocular trauma, proliferative diabetic retinopathy, proliferative vitreoretinopathy (PVR) and primary open angle glaucoma,etc. We discuss the potential relationship between MMPs/TIMP system and PVR, as well as the intervention therapy targeting at MMPs/TIMP system for the PVR.

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　　KEYWORDS: matrix metalloproteinase; tissue inhibitor of metalloproteinase; proliferative vitreoretinopathy

　　0引言

　　基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)是一类活性依赖于锌离子和钙离子的蛋白水解酶, 主要的生理功能是降解细胞外基质成分，其组织抑制剂(tissue inhibitor of metalloproteinase, TIMP)组成MMPs/TIMP系统，是降解和重塑细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的重要酶系。同时这一酶系也参与了多种眼科疾病，如：眼外伤、糖尿病性视网膜病变、增殖性玻璃体视网膜病变(proliferative vitreoretinopathy, PVR) 、角膜病变、青光眼等常见的眼科疾病。本文就MMPs/TIMP在PVR病程中可能的作用机制及与这一酶系相关的药物治疗的进展作一综述。

　　1 MMPs/TIMP的分类、作用及调节

　　1.1 MMPs的分类、作用[1]

　　目前发现的MMPs有25种,按结构和底物选择性可大致分为6类: (1)胶原酶：包括MMP1，MMP8，MMP13，MMP18主要降解I，II，III型胶原等纤维类胶原;(2)明胶酶：包括MMP2(明胶酶A)、MMP9(明胶酶B)，主要的水解底物为变性的明胶、IV，V胶原和层粘连蛋白等;(3)间质溶素：包括MMP3，MMP10，MMP11，其中MMP3，MMP10 可以降解III，IV，V型胶原、明胶、蛋白聚糖、以及纤维粘连蛋白、层粘连蛋白等。MMP  3 除了降解细胞外基质,还可以激活部分MMPs 前体, 其对MMP  1 的作用对于后者的完全激活十分重要;(4)基质溶素：包括MMP7，MMP26，主要功能似MMP3;(5)膜型 MMPs(MTMMPs)：MMP14，MMP15，MMP16，MMP17，MMP24，MMP25，除MMP24 ,其余都可以激活MMP2 前体，其中MMP14还对I，II，III型胶原有降解作用;(6)其它类：MMP12，MMP19，MMP20，MMP21，MMP23，MMP27，MMP28。

　　1.2 TIMP的分类、作用[2,3]

　　目前在脊椎动物中现已发现的TIMPs共有4 种分别为TIMP1，2，3，4。TIMP有两个功能区: N末端功能区相对保守, 其中的半胱氨酸残基是与MMPs 的锌离子活性中心结合的区域。C 末端功能区研究相对较少, 在定位和/ 或与MMPs 形成复合物方面有重要意义。

　　TIMP1，TIMP2 为游离形式, TIMP3 与ECM 结合存在,TIMP4具有器官特异性。TIMP与MMPs以1∶1的比例与其活性中心相结合,从而抑制MMPs 的活性。TIMP1，TIMP2有促进红细胞前体增殖的作用，称为“红细胞增强活素”。TIMP3有促细胞凋亡活性，且与视锥细胞营养不良、单纯性视网膜炎、黄斑变性等疾病有关。而TIMP2可抑制在促分裂原作用下的毛细血管内皮细胞的增殖，且与其抑制MMPs的作用无关。

　　1.3 MMPs/TIMP的调节[1]

　　MMPs/TIMP的调节在3个水平上发生:基因转录水平、酶原激活水平、活性酶抑制性调节水平。蛋白激酶、转录因子、NFκB、生长因子( EGF，FGF，PDGF，TGFα，VEGF等)、炎细胞因子( IL1，IL6，TNF等)上调MMPs基因表达;TGFβ，γ干扰素、糖皮质激素下调MMPs表达。MMPs以酶原形式分泌,纤维蛋白溶解酶是人体内重要的MMPs 酶原激活剂, 而且MMPs各成员之间也可以相互激活。如，MTMMPs 可以激活MMP2前体,而MMP3 则可以激活MMP1。TIMP既在活性水平上又在酶原水平抑制MMPs作用。而对于TIMP的调节仍需要进一步研究。

　　MMPs，TIMP与各种细胞因子、生长因子之间存在着复杂、精密的网络调节机制,参与眼部各种疾病的发生发展，以MMPs/TIMP系统为靶向的干预疗法为我们治疗眼部疾病提供了新的前景。

　　2 MMPs/TIMP与PVR

　　增殖性玻璃体视网膜病变(PVR)是裂孔源性视网膜脱离手术失败的最主要原因，也是眼外伤、血管性和炎症性视网膜病变的一种结局，与皮肤创伤愈合具有相似的特征，所以又被看作是视网膜创伤愈合过程的瘢痕期反应，其病理过程遵循了创伤愈合瘢痕期的再塑型规律[4]。在PVR 增殖膜形成过程中，细胞增殖出现于脱离的视网膜神经上皮层的表面、玻璃体后界膜以及玻璃体基底部，形成了具有收缩性的视网膜前膜或视网膜下膜。正是这种收缩阻止了视网膜裂孔的关闭，从而导致牵拉性视网膜脱离的形成[5]。越来越多的证据表明增殖膜中大量细胞外基质成分(ECM)的异常沉积是PVR 发病的重要环节，ECM 成分能增强视网膜色素上皮细胞中mRNA 的表达，并在PVR 病程进展中维持着炎症反应的继续[6]。基质金属蛋白酶(MMPs)可以降解并重塑细胞外基质，是调节ECM 动态平衡的一大重要酶系[7]，MMPs /TIMP参与了增殖性玻璃体视网膜病变发病的全过程，并与PVR 增殖膜的形成及其并发症有相关关系[8]。

　　2.1 MMPs/TIMP 在PVR 初始阶段的作用

　　视网膜色素上皮细胞(RPE)被认为是发生PVR 时的最重要细胞,这类细胞从裂孔底部或外伤导致的视网膜破裂处进入玻璃体,可在玻璃体内散布、增生,合成胶原及其它细胞基质,并具有成纤维细胞样作用[9，10]。PVR 增殖膜的主要细胞成分如视网膜色素上皮细胞、胶质细胞、成纤维细胞和巨噬细胞都可以在体外产生MMPs, 其中视网膜色素上皮细胞可以分泌MMP1，2，3 和9[11]。Webster等[12]观察到正常眼视网膜仅有MMP1 染色, 而大部分视网膜前膜和视网膜下膜中存在MMP2和MMP9, 且MMP2 在视网膜前膜的出现高于视网膜下膜，提示这些酶可能是由于血视网膜屏障的破坏而进入玻璃体—视网膜交界处。朱丹等[13]发现：PVR增生膜中有MMP2，MMP9和 TIMP1的表达，从细胞形态分析阳性表达在上皮样细胞和成纤维样细胞，而RPE细胞在PVR病变过程中可发生细胞表形变化呈现成纤维细胞样外观，因此提示MMP2，MMP9，TIMP1可能由RPE细胞分泌。MMP2在病程≤1a的增生膜中的表达明显高于病程≥1a的增生膜，提示MMP2可能在PVR增生膜形成早期起重要作用。这也和Immonen等[14]的研究结果有相同之处。Symeonidis等[15]在对孔源性视网膜脱离的37眼的视网膜下液的研究表明：大多数的MMPs在视网膜脱离的初始即升高，在2wk后MMP 1，MMP2的前体呈高峰表达，4wk后MMP3，MMP8，MMP9，MMP9的前体升高。大量升高的MMPs(如MMPs2，MMPs9)可降解玻璃体胶原，为PVR早期炎症细胞迁移至玻璃体腔创造条件。

　　2.2 MMPs/TIMP在PVR 增殖膜形成阶段的作用

　　这些迁移至玻璃体腔的细胞(如RPE细胞、神经胶质细胞、成纤维细胞及巨噬细胞)在各种细胞因子的作用下(如bFGF，TGFβ，PDGF等)大量增殖[16]，同时MMPs/TIMP轴的平衡被打破，影响ECM的合成和降解，促进PVR的进一步发展。在视网膜下膜和视网膜前膜的实验研究中, Webster等[12]发现TIMP1，TIMP2 在PVR 的增殖膜中均有表达。Salzmann 等[17]也在对PVR 增殖膜进行分析后，证实有MMP1，MMP2，MMP3，MMP9和TIMP1，TIMP2，TIMP3的表达。Matsuo等[18]研究不同眼底病玻璃体或/和视网膜下液内的TIMP1和TIMP2 的含量, 发现TIMP1 在视网膜下液的含量高于玻璃体内;TIMP1 在PVR 患眼玻璃体内含量较其它眼底病升高,而TIMP2 未见升高。TIMP1 在视网膜下液和玻璃体内浓度均高于血浆浓度, 而TIMP2 却正好相反。这说明TIMP1在视网膜下液和玻璃体内浓度升高不是由于血眼屏障的破坏, 而是眼内组织特异性分泌后进入视网膜下液和玻璃体的。视网膜下液内的高水平TIMP1 可能由视网膜色素上皮细胞分泌,也可能由于长期视网膜下液浓缩后蛋白含量升高而引起。朱丹等[13]的研究也同上述结果有一致之处，同时后者还发现：I，III型胶原成分随PVR病程增加而明显增加。提示PVR增生膜组织中不断合成新的ECM 成分，也表明在PVR病程晚期，经过组织再塑型过程，其增生膜成分与皮肤创伤愈合后的瘢痕组织极为相似[13，19]。Symeonidis等[15]研究表明，MMP2和TIMP1在RRD视网膜下液中的表达呈直线上升，且持续高值，即使是在RRD8wk后。同时TIMP1在视网膜脱离8wk或以上时间的持续表达将有助于解释与之相伴行的MMP1，MMP3，MMP8，MMP9水平的下降，尤其当视网膜脱离时间继续延长时。这些研究结果均表明TIMP1 含量的上升在PVR 病程进展中可能起到了更为重要的作用。TIMP1 可以抑制MMPs 对增殖膜基质的降解，因此异常升高时将导致增殖膜中的ECM过度堆积和纤维化[18]，促进PVR的发生发展。

　　2.3 MMPs /TIMP与增殖膜收缩

　　增殖膜的收缩是导致牵拉性视网膜脱离的直接原因。Scott等[20]认为MMPs 活性是体外介导的胶原收缩的决定因素。Sheridan等[21]研究三维胶原基质PVR模型,发现RPE细胞分泌的MMP对胶原收缩起关键作用,MMP抑制剂或抗体则抑制胶原收缩。GonzalezAvila等[22]也发现PVR 致视网膜脱离者视网膜下液MMP2，MMP9 及TGFβ2 明显增高,用此液培养肺纤维母细胞能刺激增生及胶原合成,尤其是孔源性视网膜脱离及术后复发者的下液刺激效能最大。

　　3 MMPs/TIMP与PVR的治疗

　　随着对MMPs /TIMP在PVR发病过程中作用的逐渐了解，目前国内外许多学者正在研究用药物防治PVR，近几年研究较多的则是合成的基质金属蛋白酶抑制剂，如选择性的基质金属蛋白酶抑制剂Prinomastat (AG3340) 是应用药物晶状体结构设计技术中发现的一种选择性、小分子量(423Da) MMPs 抑制剂。它可以与MMPs 的活性位点相结合, 从而选择性抑制MMP2，MMP9，MTMMP，MMP3[23]。Ozerdem等[23，24]通过早期多次兔眼玻璃体腔内注射AG3340观察实验诱导产生的PVR 的变化情况, 结果发现AG3340可以减轻实验性PVR 的发展,但不能根治。在外伤性PVR 的动物实验中注入AG3340 也得到了类似的结果，但由于AG3340的三期临床实验未通过，因而未见后续的报道。

　　GM6001又名Galardin或ilomastat,是一种含羧基的二肽，被认为是目前人工合成最强的一种基质金属蛋白酶抑制剂。其作用机制是与MMPs分子中的底物识别部位结合，并在酶的活性中心与催化所需的Zn2+ 络合，抑制其活性。GM6001目前已被用于肿瘤的临床辅助治疗，国外也已报道GM6001用于预防青光眼手术滤过泡的粘连[25]，国内已见GM6001治疗兔眼角膜碱烧伤的报道[26]。同时朱丹等[27]也应用GM6001来治疗dispase所诱导的兔PVR模型。于dispase玻璃体腔注射后1wk，注入GM6001，每2wk重复注射，观察6wk。其结果表明：注射GM6001组与对照组比较，PVR进展速度和程度缓慢且轻，GM6001组PVR发生率明显低于对照组。同时作者记录了其对玻璃体和视网膜细胞增生的影响：GM6001组与对照组的总细胞密度无显著差异，但相同时间点的增生期细胞密度GM6001组明显低于对照组，说明GM6001能有效抑制玻璃体内的细胞增生。在相同时间点视网膜抗增生核抗原(PCNA)免疫组织化学染色阳性率GM6001组均低于对照组，提示GM6001对视网膜细胞的增生也有抑制作用。在GM6001对眼内安全性评价的研究中表明：100μmol/L注射浓度对眼内组织是安全的[27,28]。

　　同时戴昳宁等[29]应用MMP1联合小剂量的tPA治疗由PRP(plateletrich plasma,富含血小板血浆)诱导的兔PVR模型，结果表明：600ng MMP1 联合tPA 玻璃体腔注射对兔增生性玻璃体视网膜病变可起到一定的治疗作用，且对视网膜无明显毒性。作者认为其可能的机制是：MMP1 可以有效补充被TIMP1 过度抑制的酶活性，及时降解增殖膜中过量堆积的细胞外基质成分(主要为Ⅰ型及Ⅲ型胶原)，胶原在被降解的同时也失去了其对增殖细胞的趋化作用，从而达到治疗PVR的目的。但其在眼内的安全性仍有待于进一步的研究。

　　4小结

　　MMPs/TIMP在PVR发病过程中可能机制的研究中已取得了初步的进展，但对于每一种MMPs在PVR不同阶段，不同程度的表达相关关系，以及TIMP是如何活化及调控，等等问题还需要进一步的研究。以MMP/TIMP 系统靶向干预已取得一定进展,期待更特异、更安全的MMPs及其抑制剂的出现为PVR的治疗带来新的希望。

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