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嘉峪檢測網 2020-03-25 15:09
摘要：
MMPs:基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase）
是指一個肽鏈內切酶大家族，功能是降解 ECM（細胞外基質）,其家族成員具有相似的結構。
目前 MMPs 家族已分離鑒別出二十余種以上，根據結構及底物特異性,將MMPS分為6類:
膠原酶（MMPs 1,8,13和18），主要水解底物是纖維類膠原，即即1、Ⅱ、Ⅲ型膠原。
明膠酶（MMPs 2和9），主要水解變性膠原及基膜的主要成分Ⅳ型膠原。
基質溶解素（MMPs 3和10），其中MMP3和MMP-10的水解底物比較廣泛,如Ⅳ型膠原、蛋白聚糖、明膠及糖蛋白等。
基質降解素，包括基質溶解因子1（MMP7)和基質溶解因子 2(MMP26）
膜型基質金屬蛋白酶MT-MMPs（MMPs 14、15、16和17）
其他類型 MMP
1、介紹：
膠原蛋白植入物在組織缺損中的命運
ALLEN J. BAILEY, MA, PhD, ScD
降解的機制
去除植入物的過程包含酶法降解，其個別機制實現地很好，但是在特定情況下，哪種特定的機制占主導地位目前尚不清楚。
膠原蛋白可被四大分類的內肽酶（見表格1） 降解：（i）金屬蛋白酶，（ii）絲氨酸蛋白酶，（iii）半胱氨酸蛋白酶和（iv）天冬氨酸蛋白酶。假定降解主要在生理pH下發生，所以金 屬蛋白酶和絲氨酸蛋白酶將處于其最佳功能能力。在局部酸性環境中，半胱氨酸蛋白酶（組織蛋白酶B、H、L和S）和天冬氨酸蛋白酶（組織蛋白酶D）在酸性pH下作用于細胞外時具有最佳活性，盡管在膠原片段的吞噬作用之后，它們的主要作用可能在細胞內的溶酶體內。然而，它們的相對作用卻隨著環境的不同而有所不同，并且它們還能夠協同作用于消化膠原蛋白。盡管一些過程通過原纖維片段的吞噬發生，但通常認為，細胞內消化不是吸收過程中的關鍵事件。
金屬蛋白酶
MMP是17個或更多個結構上和功能上相關的鋅依賴性內肽酶（現被稱為基質金屬蛋白酶）的亞家族。15–18 直到最近才普遍認為， 膠原酶組僅由間質膠原酶MMP-1和嗜中性粒細胞膠原酶MMP-8組成；然而，針對不同于 MMP-1的嚙齒動物間質膠原酶，我們確認其具有被稱為MMP-13的人類同系物。19
所有的MMPs在生理pH下都起作用，并且需要鋅用于催化功能，需要鈣來確保結構穩定性，因此它們會受到陽離子螯合劑（例如 EDTA）抑制。它們被合成為酶原，并分泌到細胞外空間中（除了可被隔離在特定顆粒中的嗜中性粒細胞MMP-9和并入細胞膜中的膜 型MMPs（MT-MMPs）之外）。在細胞外將 MMPs激活，而MT-MMPs和MMP-11則例外， 它們在細胞內由fucin所活化。激活涉及前肽的切除，從而暴露含鋅的活性位點。20
膠原酶
膠原酶是 MMPs，被合成于大多數結締組織細 胞、成纖維細胞、角質化細胞、成骨細胞和 巨噬細胞中。21在健康組織中 MMP-1不顯而易見，僅存在于傷口中少于一半的細胞中，但是基底角質化細胞是顯著的主要來源，而 不是成纖維細胞。22 它們的功能是在α1 鏈上 的 Gly（775）-Ileu（776）處和α2 鏈上的 Gly（775）-Leu（776）處水解纖維膠原的三股螺旋以產生 3/4 和 1/4 分子長度的兩個三螺旋片段。
23 不會發生進一步的水解，但是現在兩個三螺旋片段的變性溫度低于生理溫度（完整分子的變性溫度只比生理溫度高 1/2℃），并且它們都變性生成明膠的無規多肽鏈， 其現在對多種蛋白酶，特別是 MMP-2 敏感。水解三股螺旋的速率對溫度非常敏感：在37-39℃之間，水解速率會提高 3 倍，并且超過 5℃范圍后（可能發生于嚴重的炎癥中） 提高 15 倍。應該將其與溫度每上升 10℃而 酶反應速率正常提高約 2 倍相比較。
就膠原蛋白而言，認為該顯著提高是由于在水解位點處三股螺旋結構的穩定性發生變化，與膠原三股螺旋的其余部分相比，這可被認為更松弛的螺旋結構域。24 膠原蛋白分子的酶水解是一個非常緩慢的過程，并且已經計算出酶能夠每 45 秒水解一個分子的一個α鏈。膠原蛋白的性質對水解速率有深遠的影響。例如，MMP-1 會以不同的速率來降解纖維狀膠原蛋白，對 III 型的活性大于 I 型，而對 II 型僅有弱的活性。
嗜中性粒細胞膠原酶（MMP-8）由多形核白 細胞（嗜中性粒細胞）特異性地產生，并且 與MMP-1具有60％的同一性。通過切除前肽，中性粒細胞彈性蛋白酶、組織蛋白酶G和基 質溶解素將其激活。MMP-8被隔離在嗜中性粒細胞內的特定顆粒中；其對I型膠原蛋白的活性大于III型膠原蛋白，而II型膠原蛋白是次 要底物。MMP-13由MT-1-MMP、MMP-2和纖溶酶激活，并且其活性對II型膠原蛋白最大，與其它膠原酶不同，它水解纖維膠原的N-末端肽。
明膠酶
明膠酶會特異性降解已變性的纖維膠原（明膠）（見圖2）和IV型膠原蛋白。MMP-2和 MMP-9具有相似的基質特異性，但是基因啟動子的組織和結構中存在差異，這允許差異 調節和表達兩種明膠酶。
圖 2.膠原蛋白植入物的交聯纖維降解的雙重機制。這些機制包括：（左）中性膠原酶水解三股螺旋的三條鏈，（右）酸性組織蛋白酶和中性絲氨酸蛋白酶水解含有分子間交聯的非螺旋末端區（端肽）。
所有MMPs中分布最廣的是MMP-2，由所有結締組織細胞組成性地產生，并且不與其它MMPs一起協調表達。由MTMMPs（如 MMP-13）的激活過程也是不同的。MMP-9 由大量細胞產生，通常在炎癥、血管生成和組織修復過程中表達。
可以通過明膠酶譜以極低的水平檢測出MMP-2和-9（明膠酶A和B），并且通過該技術，人們可區分和定量酶的前體和活性形式。25,26通過免疫組織化學、原位雜交和反轉錄- 聚合酶鏈反應確定其它MMPs，但是這些技術不會區分活性酶和非活性酶。
通過特異性抗體技術而獲得的MMPs和TIMPS的地形圖已經表明，有時它們的位置與體外所觀察到的顯著不同。在（細胞）培養中許多類型的細胞可以表達MMP-9，但是在體內似乎僅限于某些細胞類型，如小鼠發育期間所示。組織和細胞培養表達模式之間似乎存在顯著差異。
半胱氨酸和天冬氨酸蛋白酶（組織蛋白酶）
半胱氨酸蛋白酶（組織蛋白酶B、H、L和S） 和天冬氨酸蛋白酶（組織蛋白酶D）均在pH3-5下發揮最佳功能，并且在吞噬物質的細胞內消化中起主要作用。這些蛋白酶通常儲存在細胞內的溶酶體顆粒中。然而，它們以潛在的形式分泌，并且在局部酸性條件下在細胞外發揮其作用。像絲氨酸蛋白酶一樣， 這些組織蛋白酶的作用是將含有交聯（其結合纖維中的分子）的端肽進行水解的（見圖2）。 它們經合成作為酶原，在哺乳動物組織中組織蛋白酶B是最豐富的，32 盡管組織蛋白酶L對蛋白質底物具有更大的活性。33 在溶解的三股螺旋變性后，單個的α-鏈易于被大多數蛋白酶降解，但是組織中的主要試劑是明膠酶MMP-2和-9，對降解細胞外纖維膠原十分關鍵。33,35
消化膠原蛋白的最終命運
明膠酶、組織蛋白酶和絲氨酸蛋白酶都能夠將已變性的膠原蛋白植入物完全消化成其組分氨基酸，然后重新利用這些氨基酸，無論是產生于細胞內還是細胞外的消化。在正常的生理周轉、降解和再合成期間，將75-80％的氨基酸重新用于新的蛋白質合成。由于不儲存過量的氨基酸，它們被轉化成代謝中間 體。剩余的20-25％氨基酸的α-氨基發生轉氨作用，形成尿素排出體外。碳骨架充當碳水化合物和脂質生物合成的底物或特定的代謝物，如核苷酸、激素、丙酮酸、草酰乙酸和 α-酮戊二酸，這對于膠原蛋白中脯氨酸和賴氨酸的羥基化是重要的。
就膠原蛋白而言，有許多重要的加工后過程產生新的氨基酸，這些氨基酸在釋放后，無法并入到新的蛋白質中。例如，沒有針對羥脯氨酸和羥賴氨酸的三聯體密碼。通過脯氨酰羥化酶和賴氨酰羥化酶分別作用于肽結合脯氨酸和賴氨酸，在形成三股螺旋之前，細胞內在新生肽鏈上產生這些氨基酸。羥脯氨酸和羥賴氨酸（以及其所連接的二糖、半乳 糖-葡萄糖）對于膠原蛋白而言實際上是獨特的，因此在尿液分析測量體內，膠原蛋白轉換中已經被用作膠原蛋白降解的標記物。這些標記物也被用于評估在嚴重傷口（例如燒 傷）中發生的代謝變化。
穩定的成熟交聯，如羥基賴氨酰吡啶啉，以游離或肽結合交聯的形式排泄到尿液中，并且被用作骨轉換的量度。37 根據交聯的程度和性質，化學交聯的膠原蛋白植入物和敷料但可以推測，與天然醛交聯結構類似的戊二醛交聯對于酶的消化具有穩定性，因此在完全消化植入物后，將以與天然交聯相同的方式排泄。
4、結論：
膠原蛋白植入體內降解的過程及降解產物總結
1、首先通過 *MMPs-1（膠原酶），將三股螺旋水解為¾和¼螺旋片段，然后通過含有分子間交聯的膠原分子端肽區的組織蛋白酶水解完成。
2、水解后的三螺旋片段在生理溫度下發生變性為明膠。
3、明膠被許多蛋白酶（主要是明膠酶（ MMPs-2和-9 ）和組織蛋白酶）迅速降解為氨基酸。
4、最終將膠原蛋白植入物降解為氨基酸成分， 75-80%的氨基酸重新用于新的蛋白質合成。剩余的20-25%氨基酸（羥脯氨酸、羥賴氨酸以及各種交聯氨基酸）的a-氨基酸發生轉氨基作用，形成尿素排出體外。
來源：Internet
