基质金属蛋白酶在痤疮发病机制中的作用

余贺玲 柏冰雪

·综述·

基质金属蛋白酶在痤疮发病机制中的作用

余贺玲 柏冰雪

基质金属蛋白酶（MMPs）是一类分解细胞外基质成分的钙锌蛋白酶，基质金属蛋白酶组织抑制剂（TIMPs）是MMPs的特异性组织抑制因子。近年来MMPs及其抑制剂在痤疮发病机制中的作用逐渐被揭示，本文对MMPs和TIMPs在痤疮发病中的作用机制做一综述。

痤疮； 痤疮丙酸杆菌； 基质金属蛋白酶； 基质金属蛋白酶组织抑制剂

目前关于痤疮发病机制的研究主要有细胞免疫及体液免疫失衡、炎症因子的产生、遗传基因突变等，部分MMPs及其抑制剂共同参与上述痤疮的发病机制。MMPs以酶原形式和前基质金属蛋白酶的形式存在于细胞中，分泌至细胞外降解各种蛋白。TIMPs是MMPs活性调节因子之一，特异的抑制基质金属蛋白酶。

1　MMPs

1.1MMPs是一族钙锌金属离子依赖性肽链内切酶，其特殊的基本结构，包括：信号肽与前肽区；催化区；铰链区与类血红素蛋白结合区；跨膜区。MMPs是一个大的家族，目前发现的MMPs根据作用底物及结构的不同分为以下几大类：1（1）胶原酶：包括MMP-1（间质胶原酶-1）、MMP-8（多形核胶原酶-2）、MMP-13（胶原酶-3）、MMP-18（胶原酶-4），主要降解胶原型I，II，III，V，VII，VIII，X，明胶，IL-1b，MMP-2，MMP -9，纤维蛋白等。（2）明胶酶：包括MMP-2（明胶酶-A）、MMP-9（明胶酶-B），可分解胶原型I，IV，V，VII，X，明胶，弹性蛋白，层黏蛋白等。（3）解素：包括MMP-7、MMP-11、MMP-26，主要降解胶原型IV糖蛋白、明胶等。（4）基质溶解素：包括MMP-3（基质溶解素-1）、MMP-10（基质溶解素-2），主要分解蛋白聚糖、纤连蛋白、层黏连蛋白、弹性蛋白、明胶，玻璃体结合蛋白，纤溶酶原，纤维蛋白原、纤维蛋白、胶原类型III，IV，V，抗凝血酶III等。（5）膜型基质金属蛋白酶（MMPs，MT-MMPs）：MMP-14（MT1-MMP）、MMP-15（MT2-MMP）、MMP-16（MT3-MMP）、MMP -17（MT4-MMP）、MMP-24（MT5-MMP）、MMP-25（MT6-MMP），可以降解胶原型I、II、III、明胶、弹性蛋白、层黏连蛋白、纤维连接蛋白、纤维蛋白、前MMP -2、前MMP-13等。（6）其他类型MMPs：MMP-12、MMP-19、MMP-20、MMP-21、MMP-23、MMP-27、MMP-28，可以降解釉原蛋白、聚集蛋白聚糖、弹性蛋白等。MMPs为一特异的酶家族，根据不同的结构、功能及分类，它的活性调节主要受三个水平调节，基因转录水平调节、酶原活化水平调节、特异性抑制因子调节。

1.2TIMPs TIMPs家族是一个多基因家族的编码蛋白，至今发现TIMPs家族有4个成员：TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3、TIMP-4，分别抑制同种或不同种类的MMPs，其中研究较多的TIMP-2是MMP-2的特异性抑制剂。TIMPs氨基端的半胱氨酸残基与活化的MMPs锌离子活性中心结合，以1∶1比例形成TIMPs-MMPs复合体，从而阻碍酶原的活化并抑制MMPs的活性。

2　MMPs与痤疮

随着近年来对MMPs的深入研究及治疗靶点的探索，大量资料证实MMPs在痤疮炎性反应及炎症后的基质重塑过程中起着至关重要的作用。2目前在痤疮机制研究中有较多关联的基质金属蛋白酶有MMP -1、MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-13等。

2.1MMP-1 MMP-1又称间质胶原酶-1，正常情况下皮损中MMP-1表达阳性率很低，但在各种刺激下可以高表达。MMP-1基因型定位于11q22-q33，Trivedi等3学者运用基因芯片比较痤疮患者皮损和非皮损处基因水平因子表达发现，皮损处参与细胞外基质重建过程的基因水平上调，其中就包括MMP-1和MMP-3等，即MMP-1及MMP-3在痤疮皮损中呈高表达。此外，MMP-1和MMP-8在皮损中表达增加，可能通过降解连接I型胶原蛋白去破坏皮肤，Yamaguchi等4在体外评估研究蛇麻花在寻常痤疮中抗菌、抗胶原酶、抗氧化活性能力中，证明蛇麻花抗胶原酶活性中MMP-1和MMP-8涉及痤疮发病机制。虽然MMP-1在痤疮的发病机制没有太多直接的关联，但是Pluemsamran等5学者研究得出结论：咖啡酸和阿魏酸保护人永生化表皮细胞对抗UVA诱导的MMP-1活性和活性氧形成增加，可能通过咖啡酸和阿魏酸恢复细胞毒性和抗氧化防御系统。假设这是使胶原再生改变肤质，那么痤疮是否也可以通过其他物理方式来改变MMP-1的活性，这对痤疮的分子机制是一个挑战。

2.2MMP-2 MMP-2又称明胶酶-A，主要降解IV、V、VII、X型胶原和弹性纤维，MMP-2基因的-1306C/T基因多态性可以改变启动子的转录活性，在MMP-2启动子区还发现另外2个基因多态性位点：T790G和C735T。Yaykasli等6就是运用限制性片断长度多态性（PCR-RFLP）技术研究证实土耳其人外周血中MMP-2（-1306C/T）多态性与痤疮发病存在潜在关联。实验数据证明MMPs和TIMPs在痤疮发病机制扮演着重要的角色，而炎症因子也是痤疮发病机制中的关键角色。其中痤疮本身炎症可以分泌多种促炎症因子，包括IL-1α、IL-8、TNF-α等，7，8因此一些研究显示痤疮和这些促炎因子多态性之间有密切联系。9，10另外Choi等11研究报道痤疮丙酸杆菌通过皮肤成纤维细胞TNF-α刺激促进MMP-2前体的mRNA和蛋白水平表达。尽管促炎细胞因子对于MMPs表达潜在上调，但是MMPs表达上升可能依靠Toll样受体（Toll-like receptor，TLR-2）因子。

许多学者通过动物实验也证明了MMP-2和痤疮病变的关系，首先Iinuma等12在2010年研究仓鼠皮脂腺细胞中脂多糖诱导炎症反应时，发现在粉刺及毛囊炎皮脂腺中脂多糖通过直接增加环氧酶（COX）-2、前列腺素（PG）F-2α的含量来增加炎症反应，并且PGF-2α介导的MMP-2前体含量也增加，数据证明皮脂腺中产生的MMP-2前体可能与痤疮丙酸杆菌一起参与破坏皮脂腺的完整性并扩大炎症反应导致痤疮瘢痕形成。2011年Sato等13使用动物模型发现在仓鼠的皮脂腺和真皮成纤维细胞中痤疮丙酸杆菌刺激MMP-2前体基因表达及蛋白产量增加，因此推测皮脂腺细胞源性MMP-2参与痤疮皮脂腺异常细胞外基质重建的过程。Fan等14在2013年也在动物模型中发现TNF-α和MMP-2水平在通过420 nm强脉冲激光治疗后降低。这与先前研究人类痤疮皮损MMP-2表达结果一致，显示MMPs可以被痤疮丙酸杆菌诱导直接增加或者通过TNF-α提高痤疮丙酸杆菌诱导增加。Sato等15发现那氟沙星和克林霉素能抑制仓鼠痤疮模型的皮脂腺细胞中皮脂、PGE2、MMP -2前体的产生，从而降低了皮损中MMP-2前体的表达水平。因此，痤疮中MMP-2活性作用成为了研究痤疮发病机制的一个引人注目的分子。

2.3MMP-3 MMP-3又称间质溶解素-1，MMP-3作用于细胞外基质（ECM）和基底膜（BM）中许多组成部分。Kang等16利用定量聚合酶链反应方法测出MMP-1、MMP-3、MMP-9在痤疮皮损中mRNA水平明显高表达。MMPs主要降解胶原纤维，炎症性痤疮增加MMP-1、MMP-3、MMP-9的生成，真皮基质退化后新的胶原纤维出现，完成转化生长因子（TGF）-β增长和真皮炎症后的重塑。另有研究发现，痤疮患者的角质形成细胞在痤疮丙酸杆菌的刺激下可诱导产生MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-9和MMP-13，这几种MMPs是通过蛋白酶激活受体（PAR）-2激活，该研究采用免疫组化检测在痤疮炎症性皮损中在mRNA水平MMP-l、MMP-2、MMP-3、MMP-9含量显著增加。17他们已经证明角质形成细胞是痤疮中MMPs重要的来源，痤疮丙酸杆菌蛋白酶活性可以诱发某些基质金属蛋白酶的表达，通过PAR-2活性诱发MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-9及MMP-13表达，我们也观察到MMP-1、MMP-2、MMP-3及MMP -9通过免疫组化检测在痤疮病变皮损中上调。同时验证先前的研究结果：MMP-1、MMP-3及MMP-9表达水平增加，显著提高了痤疮病变的炎症。MMP-3虽然在痤疮发病机制中研究较少，但是为将来的研究预留了很大空间和思路。

2.4MMP-9 MMP-9又称明胶酶B，是MMPs中分子量最大的酶，与痤疮发病机制有潜在关联。首先，痤疮丙酸杆菌是痤疮发病的重要因素，Isard等18研究显示痤疮丙酸杆菌可显著增强痤疮皮损中IL-1α、IL -1受体拮抗剂（IL-1RA）、IL-8和MMP-9表达，并发现一个新的物质APRC11（undecyl-rhamnoside）在痤疮皮损中蛋白和mRNA水平下调IL-1α、IL-8、MMP-9而上调IL-1RA的表达，说明MMP-9表达在痤疮的发病机制中起着重要作用。相关研究显示，在机体内TLR-2和TLR-4通过角质形成细胞在痤疮病变表皮中表达增高，通过角质形成细胞分泌的MMP-9也增高，TLR-2、TLR-4和MMP-9在痤疮炎症中起着重要作用。19在观察药物对痤疮的作用中，Papakonstantinou等20报道MMPs和TIMPs在痤疮患者面部皮脂标本中的表达及经过异维A酸治疗前后的表达对比，明胶酶谱检测和免疫印迹分析显示，皮脂中含有MMP-9前体，并用异维A酸口服或局部治疗后显示MMP-9前体含量明显减少。另外，Jalian等2在体外实验发现在痤疮丙酸杆菌诱导MMP-9和MMP-1的mRNA表达中，证实MMP-9表达依靠TLR-2，意味着痤疮丙酸杆菌上调MMP-1和MMP-9表达水平，并用全反式维A酸（ATRA）处理过的组织中单核细胞减少了MMP-9的表达水平。这些数据表明痤疮丙酸杆菌诱发的MMP-9可能与痤疮的发病机制有关。

2.5MMP-13 MMP-13又称胶原酶-3，它属于胶原酶亚家族，可以降解细胞外基质中的I、II、III、VII、X型胶原和蛋白多糖，MMP-13的表达增强有助于ECM降解，与痤疮发病机制密切相关。Ganceviciene等21研究发现痤疮皮损中核转录因子NF-kB和激活蛋白AP-1被激活后增加了靶基因产物炎性细胞因子和MMPs的表达，并且在异维A酸不影响TIMPs的情况下，通过诱导减少MMP-9前体和MMP-13表达，证明异维A酸对痤疮的治疗有重要作用。通过MMPs表达验证了异维A酸对痤疮的治疗效果，数据证实MMP-9前体和MMP-13在痤疮的发病机制中起着重要作用。同时通过酶免疫吸附测定（ELISA）和免疫印迹进行评估，皮脂中也包含MMP-1、MMP-13、TIMP-1和TIMP-2，但是只有MMP-13在用异维A酸治疗后有所降低。20痤疮患者面部皮脂中MMPs和TIMPs主要来源于角质形成细胞和皮脂腺细胞，研究者通过基因芯片分析确定：HaCaT细胞培养可分泌MMP-2前体、MMP-9前体、MMP-1、MMP-13、TIMP -1和TIMP-2；SZ95皮脂腺细胞培养可分泌MMP-2前体、MMP-9前体。异维A酸治疗后可以抑制MMP-2前体、MMP-9前体和MMP-13的信使核糖核酸（mRNA）表达水平。研究数据表明上皮源性的MMPs可能与痤疮的发病机制有潜在关联，异维A酸诱导降低MMP-9和MMP-13表达，可能对治疗痤疮有一定的帮助。Jasson等22发现痤疮丙酸杆菌不同菌株在不同皮肤固有免疫的调节作用中，通过RT-PCR和ELISA方法来证实痤疮丙酸杆菌不同菌株在不同皮肤固有免疫的基因及蛋白水平表达。研究证实痤疮丙酸杆菌III型通过正调节PAR-2、TNF-α、MMP-13和TIMP-2表达有较高的促炎潜能，然而卵白丙酸杆菌仅仅在MMP-13及TIMP-2表达有较弱的正调节，MMP-13通过其他炎症和细胞外基质重塑证实与痤疮发病机制的关联。

3　TIMPs与痤疮

在痤疮基质重塑中促炎因子的释放影响了MMPs的活性，同时MMPs的活性也受TIMPs的控制，MMPs和TIMPs在细胞外基质重塑中起到重要的作用，二者比例失衡会增加痤疮继发萎缩或增生性瘢痕发生的风险。23，24目前研究较多的基质金属蛋白酶组织抑制剂是TIMP-1和TIMP-2，Papakonstantinou等20在观察异维 A酸对痤疮皮损作用的研究显示HaCaT角质形成细胞培养后不仅分泌MMPs而且还分泌TIMP-1和TIMP-2，在花生四烯酸（许多循环二十烷酸衍生物的生物活性物质）作用下TIMP-1和TIMP-2在痤疮病变中蛋白质和mRNA水平显著增高。除此之外，Jasson等22研究数据显示痤疮丙酸杆菌不同的菌株可增高TIMP-2而降低TIMP-1的表达水平，同时也证明MMPs和TIMPs的比例与痤疮疤痕的发生密切关联。MMPs和TIMPs可能共同参与了痤疮的发病机制。

有关MMPs和TIMPs在痤疮患者基因多态性的研究较少，Yaykasli等6研究寻常痤疮患者外周血MMP-2和TIMP-2基因多态性一文中，TIMP-2基因型包括-418G/G、-418G/C和-418C/C三类，实验数据显示痤疮实验组的基因型-418C/C明显高于正常对照组，结论证实TIMP-2（-418C/C）基因型破坏MMPs和TIMPs平衡对痤疮存在明显潜在风险。

4　展望

本文主要总结痤疮与MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-13、TIMP-1和TIMP-2之间的潜在联系。在痤疮皮损中基质金属蛋白酶明显高表达并且在药物诱导下，部分基质金属蛋白酶在痤疮皮损中表达明显下降，基质金属蛋白酶组织抑制剂对应增高。炎症反应的发生、发展以及炎症后组织损伤的修复可能存在MMPs和TIMPs的参与机制，进一步阐述了基质金属蛋白酶及其抑制剂在痤疮机制中扮演着重要的角色。

目前基质金属蛋白酶及其抑制剂在皮肤疾病中的基因多态性研究较多，但在痤疮患者中研究甚少，需要进一步探索。随着分子生物学的发展，基质金属蛋白酶在痤疮发病机制中的作用得到了广泛的研究，有助于探索未知因子对痤疮的新疗法，有助于对痤疮发生的分子机制更进一步探究，为预后判断提供有价值的分子生物学指标，对痤疮疾病的靶向治疗提供新的思路。

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（收稿：2015-04-03 修回：2015-04-09）

M atrix metalloproteinases and acne

YU He-ling，BAIBing-xue.Department ofDermatology，the2nd Affiliated Hospital ofHarbin Medical University，Harbin，150001

Matrixmetalloproteinases（MMPs）belongs to the scope of calcium and zinc proteinase that degrade compounds of the extracellularmatrix.Matrixmetalloproteinases tissue inhibitor（TIMPs）is a specific inhibiting factorofMMPs.In recentyears，the roleofMMPs and TIMPs in the pathogenesis of acne has been studied，which is reviewed in this article.

acne；propionibacterium acne；MMPs；TIMPs

哈尔滨医科大学附属第二医院，黑龙江，150001