酶在疾病诊疗方面应用.ppt

酶在疾病诊断方面的应用,酶,“绿色健康，“酶”力无限 医药、洗涤剂、纺织、淀粉制糖、发酵、酒精、食品（包括果蔬汁、啤酒酿造、谷物食品、蛋白水解、和功能食品以及食用油脂）、饲料、皮革、造纸和化工等工业领域,酶在疾病诊断方面的应用,原理,1.执行具体的生理功能-唾液、胃液中的消化酶，凝血酶等 2.清除有害物质,起保卫作用-过氧化物酶，朝氧化物岐化酶等 3.协同激素等生理活性物质在体内发挥信号转换,传递与放大作用,调节生理功能-蛋白激酶 4.催化代谢反应,建立各种各样代谢体系与代谢途径-葡萄糖、氨基酸、核酸代谢,酶在疾病诊断方面的应用,通过酶活力变化进行疾病诊断,酶在疾病诊断方面的应用,PKU苯丙酮尿症 脑发育受阻，严重脑力呆滞，智商 050,苯丙氨酸代谢途径关系到三种遗传病,体检表中有关酶的选项,以眼类疾病为例,明胶酶MMP2和MMP9,结膜疾病,巩膜疾病,角膜疾病,白内障,等等,明胶酶MMP2和MMP9及其组织抑制剂与眼科疾病,【摘要】 基质金属蛋白酶2（matrix metalloproteinase2，MMP2）和基质金属蛋白酶9（matrix metalloproteinase9，MMP9）构成基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMPs)家族中的明胶酶。MMP2，MMP9 作为MMPs家族分布最广的两种亚型，参与了多种眼科疾病的病理过程，如翼状胬肉、角膜炎、白内障、青光眼、增生性玻璃体视网膜疾病及黄斑变性等。我们就其结构、功能、在眼科疾病中作用以及研究的最新进展做一综述。,基质金属蛋白酶是一组Zn2+和Ca2+依赖性内肽酶家族，目前确定了至少26 种MMPs 家族成员，按发现的先后顺序，分别命名为MMP126，根据这些酶的基本结构和主要作用底物的不同共分为5类，明胶酶是其中一个主要类型包括明胶酶A(MMP2)和明胶酶B(MMP9)，是目前研究比较多的两种基质金属蛋白酶。,1基质金属蛋白酶与基质金属蛋白酶抑制剂,1基质金属蛋白酶与基质金属蛋白酶抑制剂 基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMPs)其主要由成纤维细胞、内皮细胞、软骨细胞、巨噬细胞、中性粒细胞及肿瘤细胞合成和分泌，广泛分布于人体各组织，并在某些组织中特异性表达1。MMPs能降解除多糖以外的全部细胞外基质（extracellular matrixc,ECM）成分，参与了分解多种细胞外基质和降解基底膜的生理和病理过程。另外，还可以作用于非基质蛋白，如细胞因子、受体及抗微生物肽等2，在胚胎发育、组织属性、细胞分化、炎症反应、细胞增生及凋亡等方面发挥了不可替代的作用。基质金属蛋白酶组织抑制剂( tissue inhibitors of matrix metelloproteinases,TIMPs)是MMPs的天然组织特异性抑制剂。以11 的比例与MMPs形成复合体，从而阻断MMPs与底物结合。TIMPs家族主要有TIMP1，TIMP2，TIMP3，TIMP4。主要作用是调控MMPs局部表达及活性，此外，还具有生长因子样特性及调控细胞增殖与细胞凋亡等功能。,2基质金属蛋白酶2和基质金属蛋白酶9的特性,2基质金属蛋白酶2和基质金属蛋白酶9的特性 MMP2和MMP9是MMPs家族分布最广的两种亚型，具有MMPs家族的一般特点及生物学功能，其结构在信号肽、前肽和催化区三个结构区域的基础上，还有胶原结合区(collagen bindingdomain,CBD)和血红素样区。人类MMP2基因编码分子量约72kDa的酶原，经活化后水解为65kDa的活性形式。MMP2的底物主要有，型胶原以及明胶、纤维连接蛋白、弹力蛋白、proMMP9等3。在基底膜降解、伤口愈合和组织修复中起非常重要的作用。MMP9又叫92kd明胶酶，是金属蛋白酶家族中分子量最大的酶。MMP9第9外显子中的136个氨基酸碱基序列和MMP2的第9外显子是同源的，但与其他MMPs不同的是，MMP9基因中有48个碱基序列是其它金属蛋白酶所没有的。其底物主要有,型胶原以及明胶、纤维连接蛋白、弹力蛋白、蛋白聚糖等,3。在细胞分化、组织损伤、修复中发挥重要作用。在生理状态下，组织中MMP2，MMP9表达量极少，炎性细胞因子、激素、生长因子等可改变其转录水平，另外酶原的激活、介质中各种因子的作用，以及抑制剂等都可影响其在组织中的最终活性含量。TIMPs通常被认为是MMPs的抑制剂，如TIMP2和TIMP1能分别与MMP2酶原和MMP9酶原结合，从而抑制其活性3。在实验条件下，TIMP1 和TIMP2 可抑制肿瘤生长、浸润和转移4。但TIMPs也有激活作用，如TIMP2通过MMP14的介导而激活MMP2 5。,3基质金属蛋白酶2，基质金属蛋白酶9与眼科疾病,3.1结膜疾病 弹性纤维与胶原纤维增生和变性是翼状胬肉的主要病理改变，MMP2，MMP9主要在结膜成纤维细胞中表达，在胬肉中表达显著提高，在Bowman层见MMP2表达，胬肉眼泪液中的MMP9含量是正常的2倍6。沙眼病程后期，结膜瘢痕形成，患眼结膜中发现MMP9的活性增高，释放MMP9的炎细胞增多，提示此酶参与结膜ECM的降解及瘢痕形成,3.2巩膜疾病,巩膜炎的基本病理特征是巩膜基质的退行性改变。Di Girolam等7将培养的坏死性巩膜炎的巩膜成纤维细胞用IL1和TNF刺激后，发现TIMP1mRNA 表达提高1倍，MMP9 表达明显，这为MMPs/TIMPs失衡导致巩膜组织破坏机制的假设提供了证据。巩膜是近视作用下的靶组织。在近视眼后部巩膜可见ECM的改变，MMP2和MMP9能够降解巩膜成分中最多的天然型胶原。在动物近视模型中证实，MMP2，MMP9活性增加而TIMP活性降低，可能是导致巩膜近视改变的重要原因。Jones等8在树鼠形觉剥夺眼中发现赤道部和后极部巩膜MMP2的活性显著增加，而在对照眼MMP2大部分以非活性形式存在。Kenning等9的研究再次证明了巩膜MMP2表达水平与近视发生的相关关系。多项研究都说明 MMPs与其抑制物之间的失衡是导致ECM产生和降解失衡、巩膜重新塑形的关键因素10。,3.3角膜疾病,角膜基质中主要含有型胶原，另有少量，型胶原等，上皮基底膜主要成分为型胶原。在一些角膜疾病，如碱烧伤、炎症、移植排斥等可出现MMP2和MMP9的水平增高，导致角膜结构的破坏和崩解，其中MMPs可能起主要作用11。有实验在角膜热烧伤标本中发现MMP2阳性染色部位主要在角膜上皮细胞层和基质层，MMP9 阳性染色部位主要见于上皮层和基底膜，并与角膜基质的降解程度呈正相关12，推断二者参与角膜基质的降解丢失；1969 年Brown 等提出碱烧伤后角膜溃疡很大程度上是蛋白水解酶降解角膜细胞外基质的结果。在角膜碱烧伤后基质层出现新生血管，研究认为MMP9通过破坏细胞外的基质促进了新生血管的生长13。,糖尿病病变角膜上皮和基质中也有MMPs家族成员的表达增加，Takahashi等14在糖尿病大鼠损伤的角膜上皮细胞中发现包括MMP2，MMP9在内的MMPs活性升高。在类风湿性关节炎并活动性眼部疾病、周边溃疡性角膜炎、圆锥角膜、系统性和非系统性干眼症泪液中均有明胶酶存在，且主要来源于中性粒细胞15。Solomon 等16发现MMP9在酒渣鼻致睑板腺病变和Sjgrens综合征中活性明显增加。 TIMP1可促进上皮愈合重建，并抑制上皮源性MMP9。Paterson等17发现家兔角膜碱烧伤后，接受TIMP1 治疗的角膜溃疡的发展比单独应用赋形剂的治疗者要明显减轻，由此推断TIMP1在抑制角膜溃疡的发生发展中可能起着重要的作用。羊膜移植在角膜碱烧伤的治疗中有较好的疗效，与羊膜可能抑制MMP9在角膜上皮及多形核白细胞中的表达有关18，同时羊膜促使TIMP1后期表达水平升高。因此，通过基质金属蛋白酶抑制剂降低MMPs的活性可能是治疗角膜疾病的一个有效途径。MMPs抑制剂，如组织金属蛋白酶抑制剂、四环素、转化生长因子合成的基质金属蛋白酶抑制剂等，对各种角膜疾病均有治疗作用。目前研究较多的GM6001，其作用机制可能为通过与MMPs活性位点上的Zn2+结合，而抑制酶的活化。,白内障术后不同时期TIMPs和MMPs的表达则存在明显的差异。MMP2的表达水平增高，而TIMP2的表达水平未能相应增高，两者的比例失衡导致ECM中的型胶原和层黏连蛋白等降解增多，使正常ECM组成成分发生改变，导致晶状体后囊膜的混浊和纤维化，最终诱发囊膜下型白内障的形成。生理状态下房水中的MMPs和TIMPs可来源于血液，部分来源于角膜、睫状体和小梁等周围组织细胞。术后晶状体上皮细胞异常表达MMP1，MMP2，MMP9和TIMP1，