综述：基质金属蛋白酶及其内源性组织抑制剂在细胞和组织调节中的不同结构基础、催化分类以及糖基化问题

本文是关于基质金属蛋白酶（MMP）的综述。MMP 作为 Zn2+结合的内肽酶，可裂解细胞外基质（ECM）蛋白。它有 29 种类型，受组织金属蛋白酶抑制剂（TIMPs）调控。MMP 的 N- 糖基化影响细胞行为，其异常糖基化与疾病相关，值得深入研究。

　　

引言

细胞和组织由细胞外基质（ECM）、细胞质内容物和机体系统构成。基质金属蛋白酶（MMP）能够降解细胞表面表达的 ECM 物质。在生理病理过程中，内源性蛋白水解对 ECM 的降解是局部组织进行结构重塑所必需的。ECM 由多种成分构成，如胶原蛋白纤维、弹性蛋白、纤连蛋白等，形成了填充细胞间隙的非细胞网络，不仅能在细胞间形成物理屏障，还在细胞增殖、迁移和细胞内信号传导等过程中发挥重要作用。

MMP 作为 ECM 重塑和重构的酶，在生理活动中特异性切割细胞表面的 ECM。其在细胞和组织中的表达各不相同，且会随着细胞的发育和分化阶段而变化，这使得 MMP 不仅是正常细胞内环境稳定的直接调节者，还参与肿瘤进展、炎症适应等病理过程。同时，MMP 自身也受到组织金属蛋白酶抑制剂（TIMPs）的调节，以此来平衡 ECM 的周转。MMP 切割 ECM 生成小分子多肽，诱导 ECM 分解，进而调控机体在生理和病理状态下的细胞反应，这些反应涉及 ECM 的形成与适应、细胞表面和组织的降解与修复、细胞区域的物质流入以及炎症诱导等。此外，MMP 在胚胎着床、骨骼形成、器官重塑、伤口愈合和肿瘤进展等过程中也发挥着重要作用。

MMP 属于锌依赖性内肽酶家族，其酶催化依赖于结合的 Zn²⁺或 Ca²⁺离子，而丝氨酸蛋白酶的活性位点则含有丝氨酸残基。MMP 的活性在转录表达、酶成熟以及被 TIMPs 抑制等多个层面受到严格调控。目前，外源性 MMP 抑制剂多为合成化合物、天然产物衍生化合物和单克隆抗体。MMP 及其抑制机制与细胞 - 细胞识别、药理学、免疫反应、癌症治疗等众多领域密切相关。

内源性 MMP 抑制剂 TIMPs

内源性 TIMP 抑制剂对不同的 MMP 具有特异性抑制作用，能够平衡 ECM 的周转，是 MMP 的天然抑制剂。在体内，MMP 的活性主要通过三种方式进行严格调控：前体 MMP（pro - MMPs）的合成、无活性 MMP 的激活以及 TIMP 对 MMP 活性的抑制。过去，人们发现血浆中的 α2 - 巨球蛋白是主要的 MMP 抑制剂，而如今，TIMP 在 MMP 活性调控中的作用备受关注。

MMP 分类

MMP 根据底物识别特异性可细分为六个不同的家族成员：

1. 降解纤维状胶原的胶原酶类：如 MMP - 1、 - 8、 - 13 以及爪蟾型 MMP - 18。
2. 明胶酶类：包括 MMP - 2 和 - 9，也可称为 IV 型胶原酶，能够切割明胶和 IV 型胶原。
3. 基质溶解素类：可以降解蛋白聚糖和糖蛋白，如 MMP - 3、 - 10、 - 11，以及基质溶解素样的 MMP - 11 和 - 12。
4. 基质溶素类：主要有 MMP - 7 和 - 26。
5. 膜型 MMP（MT - MMP）：具有独特的结构和功能。

MMP 结构域

MMP 属于 Zn²⁺依赖的内肽酶家族。自 1962 年首次从蝌蚪尾巴中发现并鉴定以来，其在发育、胚胎发生、形态发生、组织重塑 / 修复、伤口愈合和内环境稳定等过程中的作用已被充分记录。MMP 不仅可以调节蛋白酶、生长因子、细胞因子和众多受体，还能够降解 ECM 中的蛋白质成分，如细胞因子和生长因子（GFs）。

MMP 从 proMMPs 到 MMPs 的激活机制、蛋白水解成熟过程及底物

像 MT1 - MMP（属于 MMP - 1、 - 2、 - 3、 - 14 类型）这类 MMP，其催化位点结构域含有血红素结合蛋白结构域。MMP - 2 和 - 9 中的重复 II 型纤连蛋白可与 ECM 的胶原蛋白底物结合。通常情况下，MMP 在生物合成后会被分泌出来，其中 MMP - 14、 - 15、 - 16、 - 24 这六种不同的 MT - MMP 形式，各自含有特定的跨膜（TM）结构域和细胞质尾结构域；而 MMP - 17 和 - 25 则具有糖基磷脂酰肌醇（GPI）锚定的独特结构。

MMP 糖基化问题

关于 TIMPs 和 MMPs 的糖基化，目前大多数 MMPs 和 4 种 TIMPs 的糖基化研究尚不充分。MMP 含有潜在的 N- 糖基化和 O- 糖基化位点。O- 糖基化可以增加蛋白质的刚性、促进蛋白质识别、调节酶活性和信号转导，还能稳定保护蛋白质免受降解。一般来说，连接结构域富含 O- 糖基化位点，而 Zn²⁺结合区域的催化区域仅含有 N- 糖基化位点。此外，膜和细胞质部分在糖基化方面也有其特点，但具体情况还需进一步研究。

TIMPs 和 MMP 调节剂的糖基化问题

TIMPs 与 pro - MMPs 的结合会影响蛋白质的成熟过程，例如糖基化。TIMPs 通过其 N- 末端区域的半胱氨酸（Cys）残基与 MMP 催化区域和 Zn²⁺离子配位，来调节 MMP 的功能并抑制其活性。在 4 种 TIMPs 中，TIMP - 1 和 - 3 含有 N- 糖基化修饰。TIMP - 1 在其 N- 末端结构域的 Asn30 和 Asn78 位点带有两个岩藻糖基化的 N- 聚糖。在结肠癌中，TIMP - 1 的异常糖基化会直接干扰其与 MMP - 2 和 - 9 的相互作用，进而影响相关生理病理过程。

结论

MMP 作为金属结合蛋白酶，广泛存在于各种真核生物系统中，能够切割和消化特定的 ECM 蛋白质成分，其催化过程关键依赖于活性 Zn 离子。目前已报道了 29 种 MMP 形式，并且随着研究的深入，其种类可能还会增加。MMP 在结构上由三个高度保守的结构域组成，即前结构域、催化结构域和血红素结合蛋白结构域。这三个结构域相互协作，共同完成 MMP 在细胞和组织调节中的各种功能，而 MMP 与 TIMPs 的相互作用以及糖基化修饰等方面仍有许多未知等待进一步探索和研究，这对于深入理解相关生理病理过程以及开发潜在的治疗策略具有重要意义。