基质金属蛋白酶1与皮肤衰老的研究进展

1、基质金属蛋白酶一1与皮肤衰老的研究进展刘月恒，来桔祥，董银卯，何聪芬木 (北京工商大学化学与环境工程学院，植物资源研究开发北京市重点实验室，100048)摘要：基质金属蛋白酶一1(matrix metalloproteinasel，MMP一1)与人体皮肤衰老密切相关。本文对 MMP一1的合成、功能、活性调节等方面的研究进展，哪P一1在皮肤老化过程中的重要作用，及MMPl抑制剂的研究现状进行了综述，为基于抑制MMP一1活性延缓皮肤老化提供了理论依据，为研发延缓皮肤衰 老成效添加剂提供了新思路。关键词：皮肤衰老、M咿一1、M唧一1抑制剂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)又称老化，通常是指在正常状况下生物体发育成熟后，随年龄增长机体 发生的功能性和器质性衰退的渐进过程【1】。皮肤老化的主要原因之一是真皮层的结构发生了改变。导致 皮肤真皮结构改变的原因有很多种，其中，由于一些外界因素作用，激活体内的基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MM

5、Ps)，可导致皮肤真皮中支撑皮肤结构的胶原蛋白和弹性蛋白被过度降解，从而 使皮肤出现皱缩无弹性等衰老病症【2】。有关MMPs与皮肤衰老的研究相对较少，研究也不够深入和细致， 本文就目前MMP1与皮肤衰老的相关研究综述如下。一、M肝s概述姗Ps是一组锌离子依赖性内肽酶(删P一126)，是自然界进化中高度保守的一类酶，广泛分布于 植物、脊椎动物、无脊椎动物中，是细胞外基质降解过程中必不可少的酶，几乎能降解细胞外基质 (Extracellular matrix，EcM)的所有成分。在正常稳定状态组织中删P表达量极少，而在炎性细胞因 子、激素、生长因子刺激下和细胞转化过程其表达量上升。此过程涉及人体多

6、种生理及病理过程，如炎症、胚胎发生、血管形成、肿瘤侵袭转移等1。 MMPs家族成员具有相似的结构，一般由以下几个功能不同的结构域组成：信号肽与前肽区、催化区、铰链区与类血红素蛋白结合区和跨膜区H1。glPs根据作用底物及结构的不同分为五大类：胶原酶(collagenases)； 明胶酶(gelatinases)： 基质溶解素(stromelysins)；膜型基质金属蛋白酶(MT-MMP)；其他类型MMP。MMPs的功能主要有：(1)降解真皮中的胶原蛋白及弹性蛋白。MMP一1、8、13、14能直接降解纤维 胶原的三螺旋结构，使纤维胶原对热不稳定，在生理温度下就可发生变性，随后被MMP家族其他成员

7、进 一步降解崎1。(2)MMPs有调节促血管生新生因子以及产生内源型的血管新生抑制因子作用，通过溶解周 边的基质来促进血管新生哺儿。MMPs也可以为上皮、肿瘤细胞与基质相互作用的通信系统1。(3)调节 细胞间的黏附，肿瘤细胞之间及宿主细胞之间的粘附在肿瘤侵袭与转移中起重要作用阳。(4)MMPs可以n激活有潜在活性的蛋白质，即血浆纤维蛋白质和层粘连蛋白5 01。7l二、MMP-1简介l、MMP-1的合成 MMP1又称胶原酶1，成纤维细胞胶原酶或间质胶原酶(EC号为34247)，是最早被纯化和cDNA克隆的脊椎动物胶原酶，可降解I、II、III、和X型胶原明胶及蛋白多糖。尽管MMP一1在体外 可由

8、许多种正常细胞(如成纤维细胞、巨噬细胞、内皮细胞和上皮细胞)产生，但与其他多种MMP一 样，在正常休眠组织中MMP1水平极低，一般难以检测。在体内，MMP一1主要在生理和病理条件下， 组织生长、重构期间表达，广泛发挥其生物学功能。人MMP1基因位于染色体11q222223，该基因和 其他MMP家族的基因及两个假基因紧密连锁。MMP家族包括8种基因：即MMP3，7，8，10，12， 13，20，27【111。血管内皮细胞、平滑肌细胞、巨噬细胞、泡沫细胞和T淋巴细胞等多种细胞可以合成单 肽的MMP一1，以酶原形式分泌到细胞外后被激活。在正常成人组织中MMP一1表达量极少，但在病理情 况下如创伤愈合

9、、修复或重塑过程中，MMP一1表达量增加【12，13】。2、MMP-1的功能MMP-1具有多种功能，能作用于不同的底物。MMP一1能降解一些基质分子，如聚集蛋白聚糖、多 能聚糖、基膜蛋白聚糖、酪蛋白、巢蛋白、丝氨酸蛋白抑制剂和黏蛋白一C4|。因此，MMP一1在细胞外基 质的生理修复中起关键作用。MMP一1通过分解作用将细胞外基质中贮存的生物活性分子释放出来，使其发挥功能。研究说明， 细胞基质间相互作用，尤其是与I型胶原相接触在激发角质形成细胞MM P-1合成中起关键性作用1151。 调节细胞内的钙可以阻断脱离基底层的角质形成细胞的MMP一1分泌【161。当再上皮化完成后，基底角质形 成细胞即停

10、止表达MMP1。Soo等【1 7】报道，大鼠全层皮肤缺损创面内MMP1，9及TIMP一1的mRNA表 达于伤后12 h内迅速增强，与炎症反响及表皮增生迁移相对应于2“3 d时上述表达至顶峰，其后逐渐减 弱。此外，同烧伤等急性创面病程相比，具有明显差异的静脉淤滞溃疡等慢性难愈创面，其边缘可见 MMP一1的持续表达18】。3、MMP-1的活性调节 MMP一1的表达调节分为：转录水平调节、酶原活化调节和活化后调节，这三个环节的相互作用共同维持机体MMP1的水平19】。31 MMP-1转录水平的调节MMPs基因的表达和酶的合成受许多因素的调控，其中最重要的是生长因子，多数生长因子都可促 进MMPs的表

11、达与合成，包括表皮生长因子(EGF)、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)、肿瘤坏死因子 (TNFa)、白介素1(IL1)、血小板衍生生长因子(bDGF)。生长因子调节MMP表达的所用是通过刺激 原癌基因产物c-fos和c-jun的表达来实现的。而TGFl3与维生素A衍生物(维生素A酸和合成类视黄醇) 抑制MMP1转录。32 MMP-1酶原活化调节 MMP1以酶原形式分泌到细胞外基质中，水解去除前肽区后被活化，同时翻开前肽结构域PRCGXPD序列中半胱氨酸和催化锌间的结合，从而使水分子与zn2+能相互反响【2讲。蛋白水解酶裂解前段结构域， 可逐步激活MMP一1。全部激活至少需要两种蛋白水解酶即纤

12、溶酶原活性剂尿激酶和基质降解酶一1相互 作用；或经化学性的醋酸氨基苯汞酸化作用亦可水解前肽区。在新近的研究中，还发现某些细胞因子可 激活MMPs：在lL-z13、TNFa、EGF、bFGF的协同刺激下，MMP1、MMP一3的表达会增多，|L-2那么促进 MMP一2、MMP9的表达，TNFB分泌增多与MMP-1、MMP-9活性增强相对应。33 MMP-1活化后调节MMPs活性受到特异性抑制剂TIMP家族和非特异性抑制剂如Or巨球蛋白、肝素等内源性物质抑制。 的TIMP家族有四个成员：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是通过与MMP1中

13、活性中心催化锌形成一个1：1的等分子复合物，阻断MMP1与底物的结合， 进而抑制其活性，减少基质胶原的降解【211。体内TIMP1随着MMP-1活性改变而相应增减是一种自我保 护机制。一旦失衡，组织那么发生病理改变，从而导致疾病的发生。72三、MMP-1与皮肤衰老MMP一1可以降解细胞外基质(extracellular matrix，ECM)，并且参与肿瘤【22】、心血管疾病【23】f24】、多发 性硬化症【2s】【26】等一系列生理和病理过程。近些年，人们逐渐开始关注其在皮肤衰老过程中发挥的作用。 1、MMP-1与ECMECM是由大分子构成的错综复杂的网络。为细胞的生存及活动提供适宜的场所，

14、并通过信号转导系 统影响细胞的形状、代谢、功能、迁移、增殖和分化。在维持正常组织结构与功能及细胞生长、分化过 程中起到非常重要的作用。ECM主要成分包括胶原蛋白、弹性蛋白、非胶原(基质)糖蛋白和蛋白多糖。 皮肤创伤修复依赖于细胞与细胞外基质的相互作用。 ECM影响细胞的存活、死亡、增殖和分化【2n。ECM的降解主要依靠蛋白水解酶，而基质金属蛋白酶家族 在四类蛋白水解酶中是最为重要的一组蛋白水解酶。目前已发现了26种，它们几乎能降解ECM的所有 成分，但不同酶的降解效率可不同。其中MMP1主要参与I、III型胶原的降解28】。2、MMpol与皱纹胶原蛋白是皮肤组织的主要蛋白质成分，是细胞外基质中

15、的主要分子化合物。胶原蛋白和免疫球蛋 白一样，富有多样性和组织分布的特异性，是与各组织、器官功能有关的功能性蛋白【291。其组织特异性 表现在：皮肤中主要含有I型和III型胶原：具有很强的抗张性】。胶原蛋白是构成人体结缔组织的蛋白 质，占人体总蛋白含量的三分之一还多，而皮肤中的胶原蛋白那么高达85以上。这些结构蛋白质不仅为 其周围的细胞提供了营养代谢的场所，同时也与其周围细胞的形态有关。当体内MMP一1过度表达时，会降解ECM的胶原蛋白，真皮层结构由于胶原蛋白的分解，而遭到破坏。 真皮层结构的改变是皮肤老化的主要原因，衰老皮肤的真皮厚度变薄，密度降低r31。超声波或直接 测量都提示20岁以后皮

16、肤厚度呈线性减少。Ki8man纠认为，皮肤变薄可能是皮肤衰老早的原因。20 岁以后真皮纤维细胞数量逐渐减少，胶原总含量每年减少1，胶原纤维变粗，出现异常交联；同时，密 度增大，不易被胶原酶所分解，胶原稳定性增加口副。衰老皮肤中III型胶原合成会减少口川，当皮肤衰老时，胶原应力传导下降，抗剪切力减弱。MMP一1是降解I型和III型胶原最主要的酶，当删Pl过度表达时，特异性降解细胞外基质成分，破胶原纤维和弹力纤维的正常结构34,35因此MMP一1是导致皮肤出现 皱缩细纹等衰老病症最主要的酶，与其特异性抑酶(tissue inhibitor of MMP，TIM_P)共同维持真皮 结构。近年来有关二

17、者与皮肤衰老的联系研究较多，mmPs分泌增加，或TIMP分泌减少均使胶原分子细胞 内降解增加，有研究说明，在皮肤真皮的成纤维细胞胞质内，皮肤的损伤过程中有明显的iMPs的表达， 尤其是MMPl的表达36o3、通过抑制枷,IP-1活性途径延缓皮肤衰老研究现状 由于咖P一1机体中的重要作用，从上个世纪九十年代以来，MMPl抑制剂的开展尤为快速。 MMP一1抑制剂筛选及研究方法，主要有：荧光底物法检测天然成效成分对MMP-1性的影响；有蛋白质印迹法检测天然成效成分对MMP一1、唧P一1组织抑制剂和胶原基因表达的影响；以电泳迁移实验检测 天然成效成分对激活剂蛋白一I(AP-I)活化的作用71；免疫分析

18、法检测MMP-1活性：酶谱分析法筛选MMPl 抑制剂“等。抑制MMP一1的酶活性，从广义上讲，可以通过抑制M艘一1酶本身，阻断rompl酶原活化，在基因水 平阻断MMPl的合成等几个方面来实现；而通常所说的M即一1抑制剂即指第一种情况。根据已有的删P一1 抑制剂的不同来源，它可分为一下四种：(1)人体内源M旧一l抑制因子，如人体中的TIMPl、a一巨球蛋白、the reversion inducing cysteine-rich protein with kazal motifs(RECK)蛋白、肝素旧1等内源物质。其中TI肝一1是通过与mIP-1 中活性中心催化Zn2+形成一个1：1的等分子

19、复合物，阻断M肝一1与底物的结合，进而抑制其活性，减 少基质胶原的降解。(2)人工合成MdP-1抑制剂，包括底物类似物(如胶原类似物)和非肽类类似物：四环素类，磷酸盐类，以及金属离子螯合剂等。73目前人工合成的金属蛋白酶抑制剂中抑制作用最强的一种为GM6001，又名Galardin或ilomastat， 是一种含羧基的二肽，是一种广谱金属蛋白酶抑制剂。其作用机制是：通过与酶的活性中心的zn2+络合，抑制酶的活化，从而抑制MMPs对胶原的破坏；在纤溶蛋白酶原存在时以剂量依赖形式抑制了胶原降解， 其过程由IL-1 a介导，且抑制了MMPl前体转化为有活性的M船一l。(3)从天然产物中筛选得到的M仲

20、抑制剂，如长链脂肪酸，表没食子酸儿茶素没食子酸酯(EGCG)， Neovastat，一些黄酮类化合物等。表1天然产物中筛选得到的局部MMPI抑制剂名称来源抑制酶类型抑制效果 碧萝芷及其两种主要代谢海岸生松树皮 MMP一1、2、9很强 物：y一(3，4二羟苯基)一g一 提取物戊内酯和y一(3一甲氧基一4一 羟苯基)一g一戊内酯囱褚胺411 褚白软骨MMPl较弱 内消旋二氢愈创木脂酸1红楠树皮MMP一1抑制热休克诱导的MMPl的表达，预防由热引起 的皮肤老化蒜头素m1堇菜mlIP一1减少UV诱导的姗P一1在蛋白水平上的表 达2 7，4，7 堇菜 P一1 在mRNA水平和蛋白水平 一trihydro

21、xyi soflavone44】 抑制效果显著 昆布、二聚昆布m1褐藻胁P一1抑制人的皮肤成纤维细胞MMP一1的表达桃叶珊瑚甙杜仲埘Pl显著(4)通过噬菌体展示肽库筛选出来的一些小肽类抑制剂。 基于MMPl在皮肤衰老过程中的重要作用，人们逐渐将抑制MMP一1活性，抑制异常的胶原降解，减少皮肤炎症反响及防止皮肤光老化产生的皱纹，做为延缓衰老的新途径。 Lim等发现，槲皮素、山奈酚、柚皮苷元、芹黄素、汉黄岑素等黄酮类化合物对MPP-1活性和表达抑制作用口引，可作为皮肤炎症和防治皮肤光老化药物或化装品的主要成分。另外，从南瓜属植物种子水 提取物活性成分，可抑制细胞外基质蛋白质(尤其是胶原)的退化和降

22、解，抑制细胞外基质蛋白酶，尤 其是基质金属蛋白酶，可用于减轻和预防皮肤衰老，减少皱纹和细纹，增加皮肤弹性，使皮肤光滑、细 腻，并具抗炎作用H引。四、展望随着衰老研究的深入，研究者们对衰老的认识越来越全面，通过研究MMP1降解ECM，胶原蛋白 被分解流失的机理，揭示出MMP-1的过度表达是导致皮肤衰老的重要原因之一。筛选MMP1抑制剂， 并利用其解决皮肤衰老的问题，将是以后延缓衰老研究的新途径。同时，人们对抗皱、抗氧化等活性成 分的平安性也越来越重视，如何从天然植物中筛选MMP1抑制成分，得到平安高效的延缓衰老成效成 分是今后研究的重点和方向。参考文献： 1符移才，金锡鹏皮肤衰老和细胞衰老cJ临

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