基质金属蛋白酶（matrix metallo proteinases， MMPs）在皮肤组织的结构和功能中发挥重要作用，尤其是创伤愈合过程中。有研究表明组织的创伤愈合是一个复杂有序和精细的病理生理学过程[1]，包括从组织损伤开始到组织结构和功能恢复的每一个阶段，可分为纤维蛋白凝块的形成、炎症反应的急性应答阶段、新生组织的上皮覆盖、枝芽状血管的新生、新生的肉芽组织形成、细胞周围基质的形成、胶原的重塑等病理进程。以上过程均需要细胞外基质（extracelluar matrix，ECM）的降解，并涉及到多种病理平衡的失调。MMPs作为降解ECM的重要基因和蛋白，对调节创伤愈合有重要的作用[2]。但是，MMPs在形成过程中其表达常失控，尤其是表达过多时将引起创伤愈合的障碍[3]，目前，关于MMPs在创伤愈合过程中的作用研究较少，本文将MMP-1、MMP-2和MMP-3在组织创伤愈合中的作用进行综述，对于 MMPs 在病变的作用及机理的研究可以提供新的思路。
1 MMPs的结构及其在组织创伤愈合中的作用
MMPs是一个大家族，因其需要Ca2+、Zn2+等金属离子作为辅助因子而得名，其家族成员具有相似的结构，一般由5个功能不同的结构域组成：①疏水信号肽序列；②前肽区，主要作用是保持酶原的稳定。当该区域被外源性酶切断后，MMPs酶原被激活；③催化活性区，有锌离子结合位点，对酶催化作用的发挥至关重要；④富含脯氨酸的铰链区；⑤羧基末端区，与酶的底物特异性有关。其中酶催化活性区和前肽区具有高度保守性。MMPs包括胶原酶（MMP-1、MMP-8）、明胶酶（MMP-2、MMP-9）和基质溶解素（MMP-3、MMP-10）等，是由MMP基因编码的一组金属依赖性蛋白酶家族。
MMPs是一类由正常组织细胞或肿瘤细胞合成、分泌，并依赖金属锌离子存在而获得催化活性的锌金属蛋白酶超家族，其作用较为广泛，但是在创伤愈合和肿瘤进展中主要调节细胞外基质的降解作用。同时受体内多种细胞因子的调节，MMPs也在生长因子的分泌、激素的产生、细胞形态和功能的改变等方面具有重要作用。MMPs在体内可由不同的细胞分泌产生，如软组织中的间叶细胞、炎细胞、内皮细胸、胸腺上皮细胞、角质形成细胞、成纤维细胞、肌成纤维细胞等。MMPs分泌后以酶原的形式存在，当其激活后可以有效地降解IV型胶原和纤维粘连蛋白，并参与组织重塑及伤口愈合等过程[4-5]。MMPs能参与皮肤的许多病理生理学过程，被覆上皮的修复、皮肤组织的老化、神经细胞和神经纤维的形成、枝芽状血管的新生等。MMPs对细胞的增殖和分化过程也有显著调节作用。在创伤愈合早期，MMPs可以降解ECM中的胶原肽段，并产生趋化因子，加速炎性细胞吞噬作用，对清洁炎性反应区有重要的作用。在此过程中，炎性细胞的移动也要通过MMPs降解ECM，引起营养成分的进入，加速愈合。不仅炎性细胞需要MMPs的参与，与创伤愈合有关的其他细胞，如成纤维细胞、肌成纤维细胞、血管内皮细胞和基底细胞也需要 MMPs 的参与，此过程也与降解ECM有关。MMPs还能通过受体激活血管内皮生长因子，加速血管的新生，此机制在肿瘤中的研究较多。在组织创伤愈合中的作用与肿瘤中血管新的机制相似。相关研究也发现，在细胞外基质的降解中另外一类起重要作用的物质是基质金属蛋白酶抑制剂（TIMP）家族[6-7]。目前的研究发现TIMP 家族有四个成员，TIMP1、2、3、4，相关研究认为TIMP-1 和TIMP-2对MMPs 家族成员的活性均有抑制作用，因此TIMP-1 的表达升高增加能起到保护IV型胶原和细胞外基质大分子的作用，同时可以有效地减少胶原酶对其细胞外的降解作用。而且，TIMPs 可以促进生长因子的表达，进而调控由MMPs引起的细胞增殖和细胞凋亡的作用。TIMP-1可以导致胶原水平降低[8]。因此，MMPs和TIMP之间的平衡对病变的进展有重要作用。
2 MMP-1在伤口愈合中的作用及其机制
MMP-1是MMPs家族中首先被认识的蛋白。研究表明，在皮肤角质形成细胞发挥功能和创伤愈合的过程中，成纤维细胞、肌成纤维细胞、鳞状上皮细胞、基底细胞和血管内皮细胞等均可以表达MMP-1蛋白。由于细胞外基质中的Ⅰ型胶原对诱导细胞表达MMP-1有重要作用，其可能作为重要的细胞外信号传导分子，因此MMP-1和胶原有密切的相关性。MMP-1不仅可以有效地促进相关的细胞和蛋白的迁移，还可以有效地使创面Ⅲ型和IV型胶原比例增多，进而对组织的重塑有重要影响，对创面的愈合有明显的促进作用，影响组织的重塑，加速创面愈合。也有研究显示层粘连蛋白和弹力蛋白均能替代I型胶原，同时能诱导MMP-1的产生[9-10]。基底膜内的层粘连蛋白-1在上皮化生过程中对角质形成细胞表达MMP-1有重要作用，主要与抑制角质形成细胞迁移的作用有关。而且角质形成细胞再上皮化生过程中，利用MMP-1裂解胶原成明胶，也提供了一种有利于细胞迁移的物质。而损伤后角质形成细胞与真皮基质间的相互调节， 对上皮化修复起到了重要作用。在此过程中，角质形成细胞可以得到足够的信号，引起MMP-1分泌的增加，因而使角质形成细胞的迁移和方向更加具体化。角质形成细胞形成定向移动后，使细胞间与胶原间的作用更强，MMP-1的产生更多，加速创伤愈合[11-12]。
MMP-1 在伤口愈合过程中的作用主要有以下机制：①在新生表皮细胞中的表达可帮助清除损伤引起坏死的组织，促进细胞的定向移动能力，对上皮化进程有明显的促进作用；②在成纤维细胞中高表达MMP-1后，使细胞的迁移作用增加，对基质的降解作用增加，进而参与组织的改建；③在毛细血管内皮细胞中的高表达是枝芽状血管新生的重要促进因素，有利于填补缺损，加速创伤的愈合；④在巨噬细胞中高表达，可以有效地清除坏死组织，增加炎细胞的吞噬作用，对炎区的清洁能力增强。但是学者们也对损伤后的角质细胞中的MMP-1表达有相关研究，如紫外线，此时MMP1 合成减少，可能与射线对多种细胞包括成纤维细胞的损伤作用有关，也说明射线对成纤维细胞和未分化间充质细胞的损伤是放射复合伤口难愈合的主要机理[13]，而表皮细胞的损伤对伤口愈合的影响较小。
3 MMP-2在创伤愈合中的作用
MMP-2属于基质金属蛋白酶家族中的明胶酶类，与既往的研究热点MMP-1相比无论从其生物学功能还是活性调节上都有很多独特之处。MMP-2与TIMP-1在不同时期角质形成细胞中表达分布的特征有差异。而裂解的层粘连蛋白至今并未发现有效的抑制因子，因此，其在弥散到较远的位置时依旧可以发挥趋化作用。MMP-2在调节细胞外基质的降解过程中，对细胞移动有明显的促进作用。也有研究认为MMP-2活化后能促进细胞的移动功能，主要对血管内皮细胞、成纤维细胞和肌成纤维细胞的运动[14-15]。血管内皮细胞在移动过程中，可以有效地促进血管内皮生长因子的表达，进而对血管的生芽起重要作用，在增生的高峰中期，血管内皮细胞中MMP-2高表达与血管内皮细胞的增殖密切相关，MMP-2能降解血管基底膜中的IV型胶原，使内皮细胞通过基底膜进入间质区。活化的MMP-2通过促进MMP-3的激活间接降解细胞周围ECM的变化。首先从生物学功能上来说MMP-2虽然不像MMP-1那样能降解过量沉积的胶原，但却能降解基底膜的主要构成胶原。而且MMP-2能激活特殊的潜在活性蛋白。MMP-2可以认为是最广谱的水解酶，较MMPs家族其他成员的水解作用均强[16-17]。MMP-2 也能激活其他的 MMPs。MMP-2 可以释放出 ECM 中 IV 型胶原隐藏的刺激血管发生的抗原表位，促进创伤愈合的血管发生。体外有学者将原代人角质形成细胞种植于I 型胶原上培养时， 形成增殖和分化细胞灶，外周由迁移状态的细胞包绕，分析显示MMP-1 mRNA 仅由外周细胞表达，该细胞反映了体内再生上皮化过程中基层角质形成细胞的表型变化特点[18]。
4 MMP-3在促进伤口愈合中的作用
MMP-3是基质溶解素，能降解明胶、III型、V型胶原层粘连蛋白和纤维粘连蛋白等，与多种病理过程及肿瘤的进展密切相关。MMP-3是锌离子依赖的内分泌蛋白酶，它能降解细胞外基质中的各种蛋白成分，MMP-3的作用机制主要通过直接降解细胞外基质和基膜成分，调节肿瘤细胞与基质的黏附，激活具有潜在活性的蛋白质等作用来促进癌细胞的转移[19]。ECM是储存多种生长因子和细胞活素类物质的容器，MMP-3可活化和动员ECM中的血管内皮生长因子、转化生子因子β（TGFβ）等，来加强血管内皮细胞间的空隙，增加通透作用[20]。MMP-3对炎症病变、再上皮化和修复的改建有重要的调节功能。研究表明，缺乏MMP-3时伤口收缩作用下降，引起创面组织的愈合减慢[21]。MMP-3 对血管内皮的作用可能是通过降解血管内皮细胞产生的硫酸软骨素释放的碱性成纤维细胞生长因子进行调节的。
5 展望
关于MMP-1、MMP-2和MMP-3在组织创伤愈合中的作用逐渐引起人们的重视，其作用过程中与多种基因和蛋白有密切关系。目前MMP-1、MMP-2和MMP-3蛋白的阻断实验也在进行中，但是效果并不明显。因此，构建合理的动物模型，进行阻断MMP-1、MMP-2和MMP-3相关通路及影响因素的研究，有望成为相关学者研究的靶点，可能为组织创伤愈合的治疗提供相应的新途径。
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[收稿日期]2013-01-24 [修回日期]2013-05-20
编辑/李阳利