基質(zhì)金屬蛋白酶1與皮膚衰老的研究進(jìn)展

1、基質(zhì)金屬蛋白酶一1與皮膚衰老的研究進(jìn)展劉月恒，來(lái)桔祥，董銀卯，何聰芬木 (北京工商大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，植物資源研究開(kāi)發(fā)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100048)摘要：基質(zhì)金屬蛋白酶一1(matrix metalloproteinasel，MMP一1)與人體皮膚衰老密切相關(guān)。本文對(duì) MMP一1的合成、功能、活性調(diào)節(jié)等方面的研究進(jìn)展，哪P一1在皮膚老化過(guò)程中的重要作用，及MMPl抑制劑的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，為基于抑制MMP一1活性延緩皮膚老化提供了理論依據(jù)，為研發(fā)延緩皮膚衰 老成效添加劑提供了新思路。關(guān)鍵詞：皮膚衰老、M咿一1、M唧一1抑制劑Research And Development of Mat

2、rix Metalloproteinase一1(n伊一1)and Skin AgingLiu Yueheng，Lai Jixiang，Dong Yinmao，He Congfeff(Beijing Key Lab of Plant Resources Research and Development，Chemical and Environmental Engineering School，Beijing Technology and Business University，100048)Abstract：Matrix metal loproteinase一1(MMP1)has been cl

3、osely related to human skinSagingThis paper reviews on the synthesis，the function and activity regulation of MMP一1，the important role of skin aging，and the development of MMPl inhibitor recentlyIn the paper，there are theoretical basis for antiaging of human skin by inhibiting activity of MMPland new

4、 idea for reserch and development of functional additives with the effect of antiagingKey Words：skin aging，lIMP一1，MMP一1 inhibitor衰老(aging，senescence)又稱(chēng)老化，通常是指在正常狀況下生物體發(fā)育成熟后，隨年齡增長(zhǎng)機(jī)體 發(fā)生的功能性和器質(zhì)性衰退的漸進(jìn)過(guò)程【1】。皮膚老化的主要原因之一是真皮層的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。導(dǎo)致 皮膚真皮結(jié)構(gòu)改變的原因有很多種，其中，由于一些外界因素作用，激活體內(nèi)的基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MM

5、Ps)，可導(dǎo)致皮膚真皮中支撐皮膚結(jié)構(gòu)的膠原蛋白和彈性蛋白被過(guò)度降解，從而 使皮膚出現(xiàn)皺縮無(wú)彈性等衰老病癥【2】。有關(guān)MMPs與皮膚衰老的研究相對(duì)較少，研究也不夠深入和細(xì)致， 本文就目前MMP1與皮膚衰老的相關(guān)研究綜述如下。一、M肝s概述姍Ps是一組鋅離子依賴(lài)性內(nèi)肽酶(刪P一126)，是自然界進(jìn)化中高度保守的一類(lèi)酶，廣泛分布于 植物、脊椎動(dòng)物、無(wú)脊椎動(dòng)物中，是細(xì)胞外基質(zhì)降解過(guò)程中必不可少的酶，幾乎能降解細(xì)胞外基質(zhì) (Extracellular matrix，EcM)的所有成分。在正常穩(wěn)定狀態(tài)組織中刪P表達(dá)量極少，而在炎性細(xì)胞因 子、激素、生長(zhǎng)因子刺激下和細(xì)胞轉(zhuǎn)化過(guò)程其表達(dá)量上升。此過(guò)程涉及人體多

6、種生理及病理過(guò)程，如炎癥、胚胎發(fā)生、血管形成、腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移等1。 MMPs家族成員具有相似的結(jié)構(gòu)，一般由以下幾個(gè)功能不同的結(jié)構(gòu)域組成：信號(hào)肽與前肽區(qū)、催化區(qū)、鉸鏈區(qū)與類(lèi)血紅素蛋白結(jié)合區(qū)和跨膜區(qū)H1。glPs根據(jù)作用底物及結(jié)構(gòu)的不同分為五大類(lèi)：膠原酶(collagenases)； 明膠酶(gelatinases)： 基質(zhì)溶解素(stromelysins)；膜型基質(zhì)金屬蛋白酶(MT-MMP)；其他類(lèi)型MMP。MMPs的功能主要有：(1)降解真皮中的膠原蛋白及彈性蛋白。MMP一1、8、13、14能直接降解纖維 膠原的三螺旋結(jié)構(gòu)，使纖維膠原對(duì)熱不穩(wěn)定，在生理溫度下就可發(fā)生變性，隨后被MMP家族其他成員

7、進(jìn) 一步降解崎1。(2)MMPs有調(diào)節(jié)促血管生新生因子以及產(chǎn)生內(nèi)源型的血管新生抑制因子作用，通過(guò)溶解周 邊的基質(zhì)來(lái)促進(jìn)血管新生哺兒。MMPs也可以為上皮、腫瘤細(xì)胞與基質(zhì)相互作用的通信系統(tǒng)1。(3)調(diào)節(jié) 細(xì)胞間的黏附，腫瘤細(xì)胞之間及宿主細(xì)胞之間的粘附在腫瘤侵襲與轉(zhuǎn)移中起重要作用陽(yáng)。(4)MMPs可以n激活有潛在活性的蛋白質(zhì)，即血漿纖維蛋白質(zhì)和層粘連蛋白5 01。7l二、MMP-1簡(jiǎn)介l、MMP-1的合成 MMP1又稱(chēng)膠原酶1，成纖維細(xì)胞膠原酶或間質(zhì)膠原酶(EC號(hào)為34247)，是最早被純化和cDNA克隆的脊椎動(dòng)物膠原酶，可降解I、II、III、和X型膠原明膠及蛋白多糖。盡管MMP一1在體外 可由

8、許多種正常細(xì)胞(如成纖維細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞)產(chǎn)生，但與其他多種MMP一 樣，在正常休眠組織中MMP1水平極低，一般難以檢測(cè)。在體內(nèi)，MMP一1主要在生理和病理?xiàng)l件下， 組織生長(zhǎng)、重構(gòu)期間表達(dá)，廣泛發(fā)揮其生物學(xué)功能。人MMP1基因位于染色體11q222223，該基因和 其他MMP家族的基因及兩個(gè)假基因緊密連鎖。MMP家族包括8種基因：即MMP3，7，8，10，12， 13，20，27【111。血管內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、泡沫細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞等多種細(xì)胞可以合成單 肽的MMP一1，以酶原形式分泌到細(xì)胞外后被激活。在正常成人組織中MMP一1表達(dá)量極少，但在病理情 況下如創(chuàng)傷愈合

9、、修復(fù)或重塑過(guò)程中，MMP一1表達(dá)量增加【12，13】。2、MMP-1的功能MMP-1具有多種功能，能作用于不同的底物。MMP一1能降解一些基質(zhì)分子，如聚集蛋白聚糖、多 能聚糖、基膜蛋白聚糖、酪蛋白、巢蛋白、絲氨酸蛋白抑制劑和黏蛋白一C4|。因此，MMP一1在細(xì)胞外基 質(zhì)的生理修復(fù)中起關(guān)鍵作用。MMP一1通過(guò)分解作用將細(xì)胞外基質(zhì)中貯存的生物活性分子釋放出來(lái)，使其發(fā)揮功能。研究說(shuō)明， 細(xì)胞基質(zhì)間相互作用，尤其是與I型膠原相接觸在激發(fā)角質(zhì)形成細(xì)胞MM P-1合成中起關(guān)鍵性作用1151。 調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的鈣可以阻斷脫離基底層的角質(zhì)形成細(xì)胞的MMP一1分泌【161。當(dāng)再上皮化完成后，基底角質(zhì)形 成細(xì)胞即停

10、止表達(dá)MMP1。Soo等【1 7】報(bào)道，大鼠全層皮膚缺損創(chuàng)面內(nèi)MMP1，9及TIMP一1的mRNA表 達(dá)于傷后12 h內(nèi)迅速增強(qiáng)，與炎癥反響及表皮增生遷移相對(duì)應(yīng)于2“3 d時(shí)上述表達(dá)至頂峰，其后逐漸減 弱。此外，同燒傷等急性創(chuàng)面病程相比，具有明顯差異的靜脈淤滯潰瘍等慢性難愈創(chuàng)面，其邊緣可見(jiàn) MMP一1的持續(xù)表達(dá)18】。3、MMP-1的活性調(diào)節(jié) MMP一1的表達(dá)調(diào)節(jié)分為：轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)、酶原活化調(diào)節(jié)和活化后調(diào)節(jié)，這三個(gè)環(huán)節(jié)的相互作用共同維持機(jī)體MMP1的水平19】。31 MMP-1轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)MMPs基因的表達(dá)和酶的合成受許多因素的調(diào)控，其中最重要的是生長(zhǎng)因子，多數(shù)生長(zhǎng)因子都可促 進(jìn)MMPs的表

11、達(dá)與合成，包括表皮生長(zhǎng)因子(EGF)、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(bFGF)、腫瘤壞死因子 (TNFa)、白介素1(IL1)、血小板衍生生長(zhǎng)因子(bDGF)。生長(zhǎng)因子調(diào)節(jié)MMP表達(dá)的所用是通過(guò)刺激 原癌基因產(chǎn)物c-fos和c-jun的表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而TGFl3與維生素A衍生物(維生素A酸和合成類(lèi)視黃醇) 抑制MMP1轉(zhuǎn)錄。32 MMP-1酶原活化調(diào)節(jié) MMP1以酶原形式分泌到細(xì)胞外基質(zhì)中，水解去除前肽區(qū)后被活化，同時(shí)翻開(kāi)前肽結(jié)構(gòu)域PRCGXPD序列中半胱氨酸和催化鋅間的結(jié)合，從而使水分子與zn2+能相互反響【2講。蛋白水解酶裂解前段結(jié)構(gòu)域， 可逐步激活MMP一1。全部激活至少需要兩種蛋白水解酶即纖

12、溶酶原活性劑尿激酶和基質(zhì)降解酶一1相互 作用；或經(jīng)化學(xué)性的醋酸氨基苯汞酸化作用亦可水解前肽區(qū)。在新近的研究中，還發(fā)現(xiàn)某些細(xì)胞因子可 激活MMPs：在lL-z13、TNFa、EGF、bFGF的協(xié)同刺激下，MMP1、MMP一3的表達(dá)會(huì)增多，|L-2那么促進(jìn) MMP一2、MMP9的表達(dá)，TNFB分泌增多與MMP-1、MMP-9活性增強(qiáng)相對(duì)應(yīng)。33 MMP-1活化后調(diào)節(jié)MMPs活性受到特異性抑制劑TIMP家族和非特異性抑制劑如Or巨球蛋白、肝素等內(nèi)源性物質(zhì)抑制。 的TIMP家族有四個(gè)成員：即TIMP1，2，3，4，其中TIMP一1是糖基化蛋白，主要抑制MMP1，9活性。 TIMP一1是通過(guò)與MMP1中

13、活性中心催化鋅形成一個(gè)1：1的等分子復(fù)合物，阻斷MMP1與底物的結(jié)合， 進(jìn)而抑制其活性，減少基質(zhì)膠原的降解【211。體內(nèi)TIMP1隨著MMP-1活性改變而相應(yīng)增減是一種自我保 護(hù)機(jī)制。一旦失衡，組織那么發(fā)生病理改變，從而導(dǎo)致疾病的發(fā)生。72三、MMP-1與皮膚衰老MMP一1可以降解細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)，并且參與腫瘤【22】、心血管疾病【23】f24】、多發(fā) 性硬化癥【2s】【26】等一系列生理和病理過(guò)程。近些年，人們逐漸開(kāi)始關(guān)注其在皮膚衰老過(guò)程中發(fā)揮的作用。 1、MMP-1與ECMECM是由大分子構(gòu)成的錯(cuò)綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。為細(xì)胞的生存及活動(dòng)提供適宜的場(chǎng)所，

14、并通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系 統(tǒng)影響細(xì)胞的形狀、代謝、功能、遷移、增殖和分化。在維持正常組織結(jié)構(gòu)與功能及細(xì)胞生長(zhǎng)、分化過(guò) 程中起到非常重要的作用。ECM主要成分包括膠原蛋白、彈性蛋白、非膠原(基質(zhì))糖蛋白和蛋白多糖。 皮膚創(chuàng)傷修復(fù)依賴(lài)于細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的相互作用。 ECM影響細(xì)胞的存活、死亡、增殖和分化【2n。ECM的降解主要依靠蛋白水解酶，而基質(zhì)金屬蛋白酶家族 在四類(lèi)蛋白水解酶中是最為重要的一組蛋白水解酶。目前已發(fā)現(xiàn)了26種，它們幾乎能降解ECM的所有 成分，但不同酶的降解效率可不同。其中MMP1主要參與I、III型膠原的降解28】。2、MMpol與皺紋膠原蛋白是皮膚組織的主要蛋白質(zhì)成分，是細(xì)胞外基質(zhì)中

15、的主要分子化合物。膠原蛋白和免疫球蛋 白一樣，富有多樣性和組織分布的特異性，是與各組織、器官功能有關(guān)的功能性蛋白【291。其組織特異性 表現(xiàn)在：皮膚中主要含有I型和III型膠原：具有很強(qiáng)的抗張性】。膠原蛋白是構(gòu)成人體結(jié)締組織的蛋白 質(zhì)，占人體總蛋白含量的三分之一還多，而皮膚中的膠原蛋白那么高達(dá)85以上。這些結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)不僅為 其周?chē)募?xì)胞提供了營(yíng)養(yǎng)代謝的場(chǎng)所，同時(shí)也與其周?chē)?xì)胞的形態(tài)有關(guān)。當(dāng)體內(nèi)MMP一1過(guò)度表達(dá)時(shí)，會(huì)降解ECM的膠原蛋白，真皮層結(jié)構(gòu)由于膠原蛋白的分解，而遭到破壞。 真皮層結(jié)構(gòu)的改變是皮膚老化的主要原因，衰老皮膚的真皮厚度變薄，密度降低r31。超聲波或直接 測(cè)量都提示20歲以后皮

16、膚厚度呈線性減少。Ki8man糾認(rèn)為，皮膚變薄可能是皮膚衰老早的原因。20 歲以后真皮纖維細(xì)胞數(shù)量逐漸減少，膠原總含量每年減少1，膠原纖維變粗，出現(xiàn)異常交聯(lián)；同時(shí)，密 度增大，不易被膠原酶所分解，膠原穩(wěn)定性增加口副。衰老皮膚中III型膠原合成會(huì)減少口川，當(dāng)皮膚衰老時(shí)，膠原應(yīng)力傳導(dǎo)下降，抗剪切力減弱。MMP一1是降解I型和III型膠原最主要的酶，當(dāng)刪Pl過(guò)度表達(dá)時(shí)，特異性降解細(xì)胞外基質(zhì)成分，破膠原纖維和彈力纖維的正常結(jié)構(gòu)34,35因此MMP一1是導(dǎo)致皮膚出現(xiàn) 皺縮細(xì)紋等衰老病癥最主要的酶，與其特異性抑酶(tissue inhibitor of MMP，TIM_P)共同維持真皮 結(jié)構(gòu)。近年來(lái)有關(guān)二

17、者與皮膚衰老的聯(lián)系研究較多，mmPs分泌增加，或TIMP分泌減少均使膠原分子細(xì)胞 內(nèi)降解增加，有研究說(shuō)明，在皮膚真皮的成纖維細(xì)胞胞質(zhì)內(nèi)，皮膚的損傷過(guò)程中有明顯的iMPs的表達(dá)， 尤其是MMPl的表達(dá)36o3、通過(guò)抑制枷,IP-1活性途徑延緩皮膚衰老研究現(xiàn)狀 由于咖P一1機(jī)體中的重要作用，從上個(gè)世紀(jì)九十年代以來(lái)，MMPl抑制劑的開(kāi)展尤為快速。 MMP一1抑制劑篩選及研究方法，主要有：熒光底物法檢測(cè)天然成效成分對(duì)MMP-1性的影響；有蛋白質(zhì)印跡法檢測(cè)天然成效成分對(duì)MMP一1、唧P一1組織抑制劑和膠原基因表達(dá)的影響；以電泳遷移實(shí)驗(yàn)檢測(cè) 天然成效成分對(duì)激活劑蛋白一I(AP-I)活化的作用71；免疫分析

18、法檢測(cè)MMP-1活性：酶譜分析法篩選MMPl 抑制劑“等。抑制MMP一1的酶活性，從廣義上講，可以通過(guò)抑制M艘一1酶本身，阻斷rompl酶原活化，在基因水 平阻斷MMPl的合成等幾個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)；而通常所說(shuō)的M即一1抑制劑即指第一種情況。根據(jù)已有的刪P一1 抑制劑的不同來(lái)源，它可分為一下四種：(1)人體內(nèi)源M舊一l抑制因子，如人體中的TIMPl、a一巨球蛋白、the reversion inducing cysteine-rich protein with kazal motifs(RECK)蛋白、肝素舊1等內(nèi)源物質(zhì)。其中TI肝一1是通過(guò)與mIP-1 中活性中心催化Zn2+形成一個(gè)1：1的等分子

19、復(fù)合物，阻斷M肝一1與底物的結(jié)合，進(jìn)而抑制其活性，減 少基質(zhì)膠原的降解。(2)人工合成MdP-1抑制劑，包括底物類(lèi)似物(如膠原類(lèi)似物)和非肽類(lèi)類(lèi)似物：四環(huán)素類(lèi)，磷酸鹽類(lèi)，以及金屬離子螯合劑等。73目前人工合成的金屬蛋白酶抑制劑中抑制作用最強(qiáng)的一種為GM6001，又名Galardin或ilomastat， 是一種含羧基的二肽，是一種廣譜金屬蛋白酶抑制劑。其作用機(jī)制是：通過(guò)與酶的活性中心的zn2+絡(luò)合，抑制酶的活化，從而抑制MMPs對(duì)膠原的破壞；在纖溶蛋白酶原存在時(shí)以劑量依賴(lài)形式抑制了膠原降解， 其過(guò)程由IL-1 a介導(dǎo)，且抑制了MMPl前體轉(zhuǎn)化為有活性的M船一l。(3)從天然產(chǎn)物中篩選得到的M仲

20、抑制劑，如長(zhǎng)鏈脂肪酸，表沒(méi)食子酸兒茶素沒(méi)食子酸酯(EGCG)， Neovastat，一些黃酮類(lèi)化合物等。表1天然產(chǎn)物中篩選得到的局部MMPI抑制劑名稱(chēng)來(lái)源抑制酶類(lèi)型抑制效果 碧蘿芷及其兩種主要代謝海岸生松樹(shù)皮 MMP一1、2、9很強(qiáng) 物：y一(3，4二羥苯基)一g一 提取物戊內(nèi)酯和y一(3一甲氧基一4一 羥苯基)一g一戊內(nèi)酯囪褚胺411 褚白軟骨MMPl較弱 內(nèi)消旋二氫愈創(chuàng)木脂酸1紅楠樹(shù)皮MMP一1抑制熱休克誘導(dǎo)的MMPl的表達(dá)，預(yù)防由熱引起 的皮膚老化蒜頭素m1堇菜mlIP一1減少UV誘導(dǎo)的姍P一1在蛋白水平上的表 達(dá)2 7，4，7 堇菜 P一1 在mRNA水平和蛋白水平 一trihydro

21、xyi soflavone44】 抑制效果顯著 昆布、二聚昆布m1褐藻脅P一1抑制人的皮膚成纖維細(xì)胞MMP一1的表達(dá)桃葉珊瑚甙杜仲塒Pl顯著(4)通過(guò)噬菌體展示肽庫(kù)篩選出來(lái)的一些小肽類(lèi)抑制劑。 基于MMPl在皮膚衰老過(guò)程中的重要作用，人們逐漸將抑制MMP一1活性，抑制異常的膠原降解，減少皮膚炎癥反響及防止皮膚光老化產(chǎn)生的皺紋，做為延緩衰老的新途徑。 Lim等發(fā)現(xiàn)，槲皮素、山奈酚、柚皮苷元、芹黃素、漢黃岑素等黃酮類(lèi)化合物對(duì)MPP-1活性和表達(dá)抑制作用口引，可作為皮膚炎癥和防治皮膚光老化藥物或化裝品的主要成分。另外，從南瓜屬植物種子水 提取物活性成分，可抑制細(xì)胞外基質(zhì)蛋白質(zhì)(尤其是膠原)的退化和降

22、解，抑制細(xì)胞外基質(zhì)蛋白酶，尤 其是基質(zhì)金屬蛋白酶，可用于減輕和預(yù)防皮膚衰老，減少皺紋和細(xì)紋，增加皮膚彈性，使皮膚光滑、細(xì) 膩，并具抗炎作用H引。四、展望隨著衰老研究的深入，研究者們對(duì)衰老的認(rèn)識(shí)越來(lái)越全面，通過(guò)研究MMP1降解ECM，膠原蛋白 被分解流失的機(jī)理，揭示出MMP-1的過(guò)度表達(dá)是導(dǎo)致皮膚衰老的重要原因之一。篩選MMP1抑制劑， 并利用其解決皮膚衰老的問(wèn)題，將是以后延緩衰老研究的新途徑。同時(shí)，人們對(duì)抗皺、抗氧化等活性成 分的平安性也越來(lái)越重視，如何從天然植物中篩選MMP1抑制成分，得到平安高效的延緩衰老成效成 分是今后研究的重點(diǎn)和方向。參考文獻(xiàn)： 1符移才，金錫鵬皮膚衰老和細(xì)胞衰老cJ臨

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