基质金属蛋白酶与眼新生血管形成的关系

眼新生血管形成是一个极其复杂的过程，包括血管内皮细胞激活、细胞外基质（ECM）降解、内皮细胞增殖和迁移、管腔结构形成以及血管外膜形成等，涉及多种细胞因子，其中基质金属蛋白酶（MMPs）及其抑制因子在此过程发挥着重要作用。MMPs促进新生血管形成机制主要包括两个方面：一方面就是MMPs降解细胞外基质及血管基底膜，为血管内皮的迁移和新生血管的延伸创造了必要条件，即“清除物理屏障作用”，也是MMPs最重要的作用；另一方面是MMPs调节和释放血管活性因子促进新生血管生成。

（一）MMPs与角膜新生血管的关系

角膜新生血管（corneal neovascularization，CNV）是眼表炎症和感染的常见并发症，常导致角膜失去正常透明性，是致盲的主要原因。正常角膜没有血管，主要依赖于抗血管生成因素的存在和角膜基质形成的抗血管穿透性屏障。当受到感染、外伤、排斥反应及其他原因诱导时，维持角膜无血管的平衡因素被打破，导致角膜新生血管的形成。

MMPs在角膜新生血管形成中起非常重要的作用，不但可通过降解基底膜和其他ECM促进新生血管形成，而且可通过释放与ECM相结合的促生成因子（bFGF、VEGF、TGFβ）促进血管生成，直接或间接参与了角膜新生血管形成过程中的多个环节。

MMPs参与了内皮细胞血管表型转变和血管生成开关的激活过程。Fang等在动物实验中发现MMP－2活性增高能促进血管生成表型的转变，MMP－2反义寡核苷酸能抑制血管生成表型转变，外源性MMP－2作用于内皮细胞后引起内皮细胞剂量依赖性形态变化，并与血管生成反应一致。Bergers G等通过转基因动物模型发现MMP－9是血管生成开关激活所必需的。

MMPs降解ECM为血管内皮细胞的迁移开辟道路。在新生血管形成过程中，内皮细胞要穿过ECM和基质外的纤维支架。细胞外基质的降解依赖纤溶酶原／纤溶酶系统、组织蛋白酶和MMPs等的作用。MMPs常以酶原形式分泌，经活化后的MMPs几乎可以降解ECM所有成分。MMPs的降解作用不是随机发生的，其与细胞表面小凹处的受体、底物、激活剂及整合素等结合而定位于细胞与细胞外基质接触的部位，并以局部降解方式进行。Kato等人在由碱性成纤维细胞生长因子bFGF诱导的小鼠CNV中发现。MMP－2基因缺陷型鼠的新生血管面积远远小于对照组，即同系野生型小鼠的新生血管面积；体外培养发现MMP－2基因缺陷鼠的内皮细胞生长面积也远小于同系野生型小鼠。由此推论由MMP－2而导致的基底膜降解可能在血管形成中起重要作用。Zhang等发现在大鼠碱烧伤角膜新生血管模型中MMP－2和MT1－MMP有阳性表达。Ma等研究基质金属蛋白酶在角膜新生血管模型中的作用也表明MMP－2的酶动力学活性平行角膜新生血管生长，而MMP－9平行于渗出的炎性细胞数量。Hirao－ka等发现MMP－1、MMP－2、MMP－3和MT1－MMP能降解纤维支架，进一步研究发现MT2－MMP、MT3－MMP在MT1－MMP基因敲除时也能降解纤维支架，并与MT1－MMP具有协同作用。MMP－9既可参与基底膜的降解，加速角膜化学伤后基质溃疡的形成和发展，又能对基底膜的修复及重构过程起平衡作用，使基底膜不至于过分形成。MT－MMPs不仅自己与细胞表面小凹结合还介导其他MMPs与小凹的结合。Silletti在实验中用TSRⅡ265阻断MMP－2与小凹的结合后发现基质降解减少，血管生成受到抑制。在角膜发生炎症、新生血管形成的过程中，MMPs在角膜中出现的时间及浓度变化有所不同。Ma等在实验中发现MMP－2在角膜发生炎症4d后显著升高，而MMP－9在第1天即升高，随后逐渐下降。另外，在某些情况下，MMPs降解细胞外基质暴露了隐藏的难以接近的细胞表面受体，使重要的细胞与细胞、细胞与基质之间的相互作用更易发生。如MMP－2可以裂解层黏连蛋白－5的α2亚单位，从而暴露整合素结合位点，促使细胞移行。

MMPs可以诱导新生血管的发芽及血管内皮细胞在角膜实质内的移动。Galvez等分别在实验中发现由血管内皮细胞、角膜上皮和内皮细胞产生的MMP－6对新生血管的发芽及血管内皮细胞在角膜实质内的移动有着重要的作用。MT1－MMP、MT2－MMP、MT3－MMP和MMP－2也可以促进内皮细胞的迁移，但MMP－9不能诱导内皮细胞的迁移。

MMPs促进血管壁的形成中。体外研究发现MMP－2、MT1－MMP、MT3－MMP能促进内皮细胞穿过周围基质并形成管状结构，其中MT1－MMP能诱导血管壁形成，而在MT1－MMP的实验中，新生血管密度明显减少。

MMPs还通过作用于多种血管因子、细胞因子及细胞间接促进新生血管生成。在新生血管发生的诸多细胞因子中血管内皮生长因子最为重要，MT1－MMP通过调节信号使传导的表达增加，MMP－9能促进血管内皮生长因子的释放。同时血管内皮生长因子也能够促进血管内皮细胞分泌MMP。Kvanta等研究了炎症相关的大鼠新生血管模型，结果表明MMP－2表达增强并主要在炎性细胞浸润新生血管形成的区域表达，VEGF的表达和MMP－2大体一致，与炎症平行。Fini等在体外培养条件下研究对兔角膜MMP表达情况，结果发现除MMP－2有持续性表达，MMP－9也高度表达，证实了MMP－2和MMP－9参与了眼部疾病的缺血、缺氧的病理过程并与新生血管化密切相关。在血管生成中，MMP－9表达也与VEGF呈共同上调的趋势。它也可激活TGF－β促进血管形成。另外，MMP－1、MMP－3、MMP－13及MMP－14（MT1－MMP）也起非常重要的作用。Zhou等在MMP－14基因缺陷型鼠的角膜基质植入FGF－2诱导CNV时，缺乏新生血管反应，MMP－2的激活受到抑制，提示在CNV过程中MMP－14是MMP－2活化所必需的因子之一。此外，单核细胞趋化蛋白－1（MCP－1）和MMP－2之间有一定的协同作用。在MCP－1趋化下，单核细胞从血液迁移到毛细血管内皮后可变为巨噬细胞，可分泌MMP－2降解细胞外基质的组成成分，增加血管壁的不稳定性，有利于单核巨噬细胞的渗出和进入眼内。而眼内单核巨噬细胞增多后，将产生更多的MMP－2。MMP－1、MMP－2、MMP－3、MMP－11可裂解胰岛素样生长因子结合蛋白－1、5，使它们对胰岛素样生长因子的抑制作用消失。MMPs还能灭活白介素－1β。角膜炎症条件下炎性细胞与内皮细胞的黏附可诱导MMP的表达。

在MMPs家族成员中还有些具有抑制角膜新生血管形成的MMP。Kure等在角膜表面激光切除术所诱导的小鼠CNV中发现，MMP－7基因缺陷型鼠的新生血管面积显著大于对照组即同系野生型小鼠的新生血管面积；此结果提示MMP－7可能在角膜创伤愈合中发挥保持其无血管化的重要作用。进一步研究表明MMP－7的这种作用与角膜上皮bFGF和VEGF的表达水平无关。

（二）MMPs与脉络膜新生血管的关系

脉络膜新生血管（choroidal neovascularization）也称视网膜下新生血管，是来自脉络膜血管的增生血管。病理检查已证实脉络膜新生血管膜是黄斑下脉络膜血管通过被损害的Bruch膜在视网膜色素皮下生长和增生。脉络膜新生血管可发生于许多眼底疾病，如年龄相关性黄斑变性（age－related rllacular degeneration，AMD）、中心性渗出性脉络膜视网膜炎以及高度近视眼的眼底病变等。脉络膜新生血管形成后，由于管壁的通透性高于正常血管，极易引起出血和渗出，继而可形成瘢痕造成黄斑部损伤，严重影响中心视力，甚至致盲。

Kvanta等发现在激光造成的大鼠脉络膜新生血管模型中MMP－2mRNA在脉络膜新生血管膜上表达明显增高，在未用激光处理的大老鼠脉络膜中MMP－2mRNA的表达很弱；MMP－9 mRNA在正常脉络膜表达比较低，且激光处理后表达也没有增加。在MMP－2基因敲除鼠中，脉络膜新生血管形成明显减少。曾军等用免疫组化检测到17例AMD患者的脉络膜新生血管膜有MMP－2和MMP－9阳性染色，主要分布在视网膜色素上皮细胞周围，正常视网膜组织MMP－2和MMP－9染色阴性；并认为MMP－2和MMP－9可能通过降解Bruch膜，促进脉络膜新生血管在视网膜色素上皮下生长，参与AMD的病理变化过程。

另外，TIMP－3基因突变可引起Sorsby眼底萎缩，该病的典型表现就是脉络膜新生血管形成。可能是由于TIMP－3的表达减少使得MMP活性增加，进一步刺激脉络膜新生血管形成。这表明MMP在脉络膜新生血管形成过程中起着主要作用。

（三）MMPs与视网膜新生血管的关系

视网膜新生血管化是增生型糖尿病视网膜病变、视网膜静脉阻塞、早产儿视网膜病变等视网膜血管疾病共同的病理生理改变的基础；也是继发性玻璃体出血、玻璃体纤维组织增生以及牵拉性视网膜脱离导致患者视力减退甚至致盲的主要原因之一。

有报道糖尿病视网膜病变患者的视网膜前膜的MMP－2和MMP－9酶原及其活性形式有着显著性增加并过度表达。Pournara等研究表明缺氧是导致视网膜VEGF高水平表达的主要刺激因素，并有主控作用，MMP－2和MMP－9在基底膜上能够表达它的蛋白水解活性，通过对细胞外基质的改建，促使新生血管的形成，这同时成为内皮细胞趋化、迁移通过基底膜的先决条件。细胞外基质的VEGF能够通过存在于血管平滑肌细胞上的VEGFR－1受体调解MMPs的表达。而MMPs又能降解细胞外基质释放更多的VEGF，这便建立了一个正反馈调节环路来促进新生血管的形成。而Kvanta等在小鼠视网膜血管发育及病理条件下视网膜新生血管化中MMP－2表达及活性没有明显改变，认为MMP－2在此过程中不是新生血管所必需的。

（四）MMP家族在血管生成中的抑制作用

MMPs通过降解ECM及调节血管活性因子促进新生血管形成，但也有报道MMP家族的一些成员具有抑制血管形成的作用，这个与以往观念完全相反的现象引起了许多学者的关注。进一步研究结果表明：在抑制血管形成过程中，MMP介导产生最强烈的抑制内皮细胞和肿瘤新生血管形成的物质——血管抑素（angiostatin）。血管抑素来源于纤溶酶原分子4个结构区域中的第1部分，是一种分子质量为38ku的蛋白，能明显抑制Lewis肺癌的转移和肿瘤生长。有学者发现MMP－3，MMP－7，MMP－12具有纤溶酶原转化酶的活性，能将纤溶酶原转化为血管抑素。Pozzi等在敲除了整合素al的鼠中，MMP－7，MMP－9的水平增加，并且鼠血浆中的血管抑素水平也明显增加。同时肿瘤的生长和血管生长均受抑制，这一结果均归于循环血中血管抑素水平的提高。

（阳菊华　韩晓丽）