细胞外基质的代谢
辛绍杰，邹正升，中国人民解放军第302医院感染三科 北京市 100039
项目负责人 辛绍杰， 100039，北京市，中国人民解放军第302医院感染三科
收稿日期 2001-08-09 接受日期 2001-12-04
辛绍杰，邹正升.细胞外基质的代谢. 世界华人消化杂志 2002;10(1):54-56
0 引言细胞外基质(extracellular matrix,ECM)是指位于机体细胞外的非细胞性的有形或无定形成 分.ECM的代谢包括ECM的合成与降解，ECM合成与降解失衡是肝纤维化形成的基础.
, http://www.100md.com 1 ECM合成
1.1 HSC的活化增殖 ECM的细胞来源是肝星状细胞(HSC)、肝细 胞、内皮细胞及枯否细胞.其中HSC是ECM的主要细胞来源，因此HSC的活化是ECM合成的关键. 静止的HSC靠近正常基底膜，含大量视黄酯，产生少量Ⅲ型胶原.肝损伤时激活的枯否细胞增 殖，所产生的细胞因子开始激活HSC. 激活的HSC胞体展开，视黄酯减少，表达细胞因子的受 体,如转化生长因子β(TGF-β)受体、血小板衍生生长因子(PDGF)受体β异构型等.慢性炎症病变持续激活HSC，同时大量增殖并合成大量基质.
HSC激活、增殖及合成ECM受细胞因子和ECM本身所调节. PDGF是首先从血小板中分离到的， Mr30 000，由A,B两条链通过二硫键相连形成三种形式的二聚体.PDGF可作为HSC的强 效致分裂剂，对HSC活化、分裂、增殖及其合成胶原等均有明显的促进作用；而增殖、活化 的HSC表面表达PDGF受体的β异构型，使细胞对PDGF敏感.此外，转化生长因子α(TGFα) 、TGFβ、胰岛素样生长因子1(IGF1)、表皮生长因子(EGF)和HSC刺激因子(LSF)等，主 要通过增加HSC对ECM基因表达和翻译和/或刺激HSC增殖和转化起作用.肿瘤坏死因子α( TNFα),白介素(IL)-1,IL-4,IL-6,IL-8,血小板活化因子(PAF)等，通过促进 炎症反应或促进巨噬细胞而影响HSC的增殖和活化[1，2].
, 百拇医药
ECM本身可影响HSC的形态和功能.当将HSC培养在以某一ECM成分为主的培养板上时，细胞迅 速增殖并处于活化状态，开始大量合成ECM成分.因此，ECM不仅在结构上把各种细胞连成一 个整体，而且还参与细胞功能的调节.
1.2 胶原的合成 ECM主要包括胶原、非胶原糖蛋白、 蛋白多糖及弹性蛋白.胶原是构成ECM的重要蛋白质.正常时胶原合成包括：细胞核内的遗传 信息复制与转录；mRNA入胞质后修饰、再转到粗面内质网翻译合成前α肽链，肽链的脯氨酸 和赖氨酸被羟化，羟赖氨酸半乳糖转移酶对羟氨酰残基进行糖化，α肽链3条链结合，形成 三股螺旋结构；新合成的前胶原分泌至胞外间隙；前胶原氨肽酶和羧肽酶裂解前胶原使其转 变为原胶原；原胶原聚合成胶原纤维；在单胺氧化酶作用下，胶原纤维共价交联形成稳定的 不溶性胶原参与ECM的组成.TGF-β可在转录水平调节或通过转录后机制起作用.体外实验发 现，TGF-β处理培养肝细胞24h后，I型前胶原mRNA水平增加13倍，这是通过转录后机制起 作用的.用正常人HSC进行培养，发现TGF-β1以剂量依赖方式刺激Ⅰ、Ⅲ型前胶原合成.TGF -β1促进ECM合成及沉积的作用机制还与其增强前胶原基因启动子活性有关.TGF-β1在0.1μg.L-1～10μg.L-1浓度范围内以剂量依赖方式显著增强α2(I)胶原 基因启动子活性，这是一种转录水平的调节.
, http://www.100md.com
2 ECM的降解
2.1 MMP与ECM降解 ECM的降解依赖ECM降解蛋白酶，目 前主要分为三个主要类别：基质金属蛋白酶类(MMP)、丝氨酸蛋白酶类及半胱氨酸蛋白酶类.大量资料表明MMP在ECM降解中起关键作用，而纤溶酶在丝氨酸蛋白酶类中占主导地位.目前 人体已发现的MMP有20种[3].按照作用底物不同，MMP可分为4类：①间质胶原酶(主 要包括MMP-1,MMP-8, MMP-13)主要作用Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ型胶原[4-6]；②基质溶解素，主要包括MMP-3, MMP-10,MMP-11及MMP-7，主要作用于蛋白多糖等[7]；③明 胶酶，主要包括MMP-2及MMP-9，主要作用于Ⅳ型胶原与变性胶原及弹力蛋白[8]. ④膜型金属蛋白酶(含MT-MMP1及MT-MMP2)，位于细胞的表面，主要与MMP-2的激活有关.肝细胞外基质降解的关键酶是MMP家族.MMPs可在多水平上受到多种方式的调节，从而影响ECM降解.细胞因子、激素、生长因子、化学药物、生理应激、肿瘤细胞转化等都可以增强MMPs 基因的表达，如TNF-α、PDGF、bFGF、干扰素α、干扰素γ、IL-1α、IL-1β；而增强 的基因表达又可以被抑制因子所下调，如TGF-β、视黄酸、糖皮质激素等.某些生长因子可 通过促进或抑制原癌基因c-jun、c-fos的表达而起调节作用，因为这些原癌基因 的产物作为转录激活因子与激动蛋白-1(Ap-1)结合，从而促进MMP基因的转录.
, 百拇医药
酶原活化过程的调节.MMPs以无活性的酶原形式分泌到细胞外.体内最主要的激活系统是组织 或血浆纤溶酶原-纤溶酶系统(t-PA or PA).纤溶酶的激活有赖于尿激酶-纤溶酶原激活系 统(u-PA)，u-PA的活性被血浆纤溶酶原激活物抑制物(PAI)抑制.TGF-β能上调PAI、下调 PA，从而抑制MMP的激活.肥大细胞类胰蛋白酶、弹性蛋白酶、激肽释放酶及反应性氧中间产 物等可单独或与血浆纤溶酶共同参与MMP的激活过程.此外，MMP-9可被基质溶解素活化，MM P-2可被MT-MMP作用而活化.
2.2 TIMPs与ECM降解 TIMPs在肝脏中来源主要为HSC、 枯否细胞，少量来源于肝细胞.激活的MMP可被普通的蛋白酶清除剂抑制，如α2-巨球蛋白, 但主要被特异的TIMPs所抑制.TIMPs是组织中MMP主要的内源性抑制因子，现已发现四种.TIM Ps对目前已知的MMPs均具有抑制作用.TIMP-1可与MMP-1、MMP-3结合形成1∶1化合物.T IMP-2亦可与MMP-1、MMP-2和MMP-3呈1∶1结合.TIMP-1和TIMP-2除能与活性MMP结合抑 制其活性外，还能以非共价形式与明胶酶原结合，与明胶酶原结合的TIMP-1或TIMP-2仍然 能抑制MMP的活性，提示TIMP可与明胶酶原、MMP形成三联复合体.TIMP-1及TIMP-2通过N末端结合MMP而形成复合体，不可逆地抑制MMP的活性，TIMP-3以不溶性形式与ECM结合，也能 抑制各种MMP活性[9-11].TIMP的下调成为ECM降解的重要因素.TIMP-1及和TIMP- 2的基因表达同样可被调节MMP基因表达的生长因子所调节.TNF-α、EGF、b-FGF增加TIMP -1和间质胶原酶的表达，TGF-β1可抑制间质胶原酶、基质溶解素、PA及TIMP-2，促进T IMP-1，PAI合成，使前MMP-1，TIMP-1，MMP-2表达增加.IL-1及IL-6可增加TIMP-1的 表达，间质胶原酶表达减少.PDGF可以增加间质胶原酶的含量[12].
, http://www.100md.com
2.3 HSC与ECM降解 大量资料表明HSC也参与肝纤维化 基质降解，具体表现为：①分泌MMP促进ECM降解；②表达TIMP；③合成释放uPA及PA-1；④ 活化HSC的凋亡；⑤合成α2-巨球蛋白据报导培养的活化HSC能表达α2-巨球蛋白mRNA及合 成α2-巨球蛋白,影响MMP活性.但HSC是如何调节自身变化以促进基质沉积及降解双重作用 ，目前尚无定论.
4 参考文献1 辛绍杰，赵景民，王林杰，王松山. 血小板衍生生长因子及其受体与病毒性肝 炎肝纤维化的关系.
中华实验和临床病毒学杂志 1998;12:51-53
2 陆晓青，王琳，李文，孙辉. 肝硬变病变中细胞因子的变化. 世界华人消化杂志 2000；8(特刊8)：85
, http://www.100md.com
3 Massova I, Iakshmi P, Fridman R, Mobashery S. Martrix metalloproteinase: st ructure, evolution, and diversification.
FASEB J 1998; 12:1075-1095
4 王爱民,杨跃伟，张斌，张云斌, 江龙安, 李培建.实验性肝纤维化间质胶原酶基因表达 的研究.首都医科大学学报 1998；19：327-330
5 王爱民，王宝恩，董忠，李新民.实验性肝纤维化过程中间质胶原酶活性的动态变化.中华消化杂志 1998；18：213-216
6 杨长青, 王吉耀, 郭津生, 刘建军, 张弛. 大鼠基质金属蛋白酶-1表达质粒对实验性肝纤维化的影响.中华消化杂志 2000；20：297-300
, http://www.100md.com
7 王爱民，王宝恩，杨跃伟，江龙安, 杜双存, 李培建.实验性肝纤维化基质分解素l基因表达.中华实验外科杂志 1999；16：46-47
8 王爱民，王宝恩，杨跃伟，张云斌, 江龙安, 李培建, 杜双存.实验性肝纤维化明胶酶B基因表达的研究.
解放军医学杂志 1998；23：461-463
9 王爱民，王宝恩，杨跃伟，江龙安, 杜双存, 李培建.实验性肝纤维化金属蛋白酶组织 抑制因子-I(TIMP-l)基因表达的动态变化.
中华实验外科杂志 1998；15：352-353
10 Arthur MJP，Mann DA，Iredale JP.Tissue inhibitors of metall oproteinases，hepatic stellate cells and liver fibrosis.
, 百拇医药
J Gastroentero l Hepatol 1998；13(suppl.1):s33-s38
11 Iredale JP，Benyon RC，Pickering J，Mccullen M, Pawley NS, Hovell C, Arthur MJP. Mechanisms of spontaneous resolution of rat
liver fibrosis，hepatic stellate cell apoptosis and reduced hepatic expression of metalloproteinase i nhibitors.
J Clin lnvest 1998；102：538-549
12 Kawser CA，Iredale JP，Winwood PJ，Arthur MJP.Rat hepatic stellate cell expression of (2-macroglobulin is a feature of
cellular activation: imp lications for matrix remodelling in hepatic fibrosis.Clin Science 1998； 95：179-186, http://www.100md.com
项目负责人 辛绍杰， 100039，北京市，中国人民解放军第302医院感染三科
收稿日期 2001-08-09 接受日期 2001-12-04
辛绍杰，邹正升.细胞外基质的代谢. 世界华人消化杂志 2002;10(1):54-56
0 引言细胞外基质(extracellular matrix,ECM)是指位于机体细胞外的非细胞性的有形或无定形成 分.ECM的代谢包括ECM的合成与降解，ECM合成与降解失衡是肝纤维化形成的基础.
, http://www.100md.com 1 ECM合成
1.1 HSC的活化增殖 ECM的细胞来源是肝星状细胞(HSC)、肝细 胞、内皮细胞及枯否细胞.其中HSC是ECM的主要细胞来源，因此HSC的活化是ECM合成的关键. 静止的HSC靠近正常基底膜，含大量视黄酯，产生少量Ⅲ型胶原.肝损伤时激活的枯否细胞增 殖，所产生的细胞因子开始激活HSC. 激活的HSC胞体展开，视黄酯减少，表达细胞因子的受 体,如转化生长因子β(TGF-β)受体、血小板衍生生长因子(PDGF)受体β异构型等.慢性炎症病变持续激活HSC，同时大量增殖并合成大量基质.
HSC激活、增殖及合成ECM受细胞因子和ECM本身所调节. PDGF是首先从血小板中分离到的， Mr30 000，由A,B两条链通过二硫键相连形成三种形式的二聚体.PDGF可作为HSC的强 效致分裂剂，对HSC活化、分裂、增殖及其合成胶原等均有明显的促进作用；而增殖、活化 的HSC表面表达PDGF受体的β异构型，使细胞对PDGF敏感.此外，转化生长因子α(TGFα) 、TGFβ、胰岛素样生长因子1(IGF1)、表皮生长因子(EGF)和HSC刺激因子(LSF)等，主 要通过增加HSC对ECM基因表达和翻译和/或刺激HSC增殖和转化起作用.肿瘤坏死因子α( TNFα),白介素(IL)-1,IL-4,IL-6,IL-8,血小板活化因子(PAF)等，通过促进 炎症反应或促进巨噬细胞而影响HSC的增殖和活化[1，2].
, 百拇医药
ECM本身可影响HSC的形态和功能.当将HSC培养在以某一ECM成分为主的培养板上时，细胞迅 速增殖并处于活化状态，开始大量合成ECM成分.因此，ECM不仅在结构上把各种细胞连成一 个整体，而且还参与细胞功能的调节.
1.2 胶原的合成 ECM主要包括胶原、非胶原糖蛋白、 蛋白多糖及弹性蛋白.胶原是构成ECM的重要蛋白质.正常时胶原合成包括：细胞核内的遗传 信息复制与转录；mRNA入胞质后修饰、再转到粗面内质网翻译合成前α肽链，肽链的脯氨酸 和赖氨酸被羟化，羟赖氨酸半乳糖转移酶对羟氨酰残基进行糖化，α肽链3条链结合，形成 三股螺旋结构；新合成的前胶原分泌至胞外间隙；前胶原氨肽酶和羧肽酶裂解前胶原使其转 变为原胶原；原胶原聚合成胶原纤维；在单胺氧化酶作用下，胶原纤维共价交联形成稳定的 不溶性胶原参与ECM的组成.TGF-β可在转录水平调节或通过转录后机制起作用.体外实验发 现，TGF-β处理培养肝细胞24h后，I型前胶原mRNA水平增加13倍，这是通过转录后机制起 作用的.用正常人HSC进行培养，发现TGF-β1以剂量依赖方式刺激Ⅰ、Ⅲ型前胶原合成.TGF -β1促进ECM合成及沉积的作用机制还与其增强前胶原基因启动子活性有关.TGF-β1在0.1μg.L-1～10μg.L-1浓度范围内以剂量依赖方式显著增强α2(I)胶原 基因启动子活性，这是一种转录水平的调节.
, http://www.100md.com
2 ECM的降解
2.1 MMP与ECM降解 ECM的降解依赖ECM降解蛋白酶，目 前主要分为三个主要类别：基质金属蛋白酶类(MMP)、丝氨酸蛋白酶类及半胱氨酸蛋白酶类.大量资料表明MMP在ECM降解中起关键作用，而纤溶酶在丝氨酸蛋白酶类中占主导地位.目前 人体已发现的MMP有20种[3].按照作用底物不同，MMP可分为4类：①间质胶原酶(主 要包括MMP-1,MMP-8, MMP-13)主要作用Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ型胶原[4-6]；②基质溶解素，主要包括MMP-3, MMP-10,MMP-11及MMP-7，主要作用于蛋白多糖等[7]；③明 胶酶，主要包括MMP-2及MMP-9，主要作用于Ⅳ型胶原与变性胶原及弹力蛋白[8]. ④膜型金属蛋白酶(含MT-MMP1及MT-MMP2)，位于细胞的表面，主要与MMP-2的激活有关.肝细胞外基质降解的关键酶是MMP家族.MMPs可在多水平上受到多种方式的调节，从而影响ECM降解.细胞因子、激素、生长因子、化学药物、生理应激、肿瘤细胞转化等都可以增强MMPs 基因的表达，如TNF-α、PDGF、bFGF、干扰素α、干扰素γ、IL-1α、IL-1β；而增强 的基因表达又可以被抑制因子所下调，如TGF-β、视黄酸、糖皮质激素等.某些生长因子可 通过促进或抑制原癌基因c-jun、c-fos的表达而起调节作用，因为这些原癌基因 的产物作为转录激活因子与激动蛋白-1(Ap-1)结合，从而促进MMP基因的转录.
, 百拇医药
酶原活化过程的调节.MMPs以无活性的酶原形式分泌到细胞外.体内最主要的激活系统是组织 或血浆纤溶酶原-纤溶酶系统(t-PA or PA).纤溶酶的激活有赖于尿激酶-纤溶酶原激活系 统(u-PA)，u-PA的活性被血浆纤溶酶原激活物抑制物(PAI)抑制.TGF-β能上调PAI、下调 PA，从而抑制MMP的激活.肥大细胞类胰蛋白酶、弹性蛋白酶、激肽释放酶及反应性氧中间产 物等可单独或与血浆纤溶酶共同参与MMP的激活过程.此外，MMP-9可被基质溶解素活化，MM P-2可被MT-MMP作用而活化.
2.2 TIMPs与ECM降解 TIMPs在肝脏中来源主要为HSC、 枯否细胞，少量来源于肝细胞.激活的MMP可被普通的蛋白酶清除剂抑制，如α2-巨球蛋白, 但主要被特异的TIMPs所抑制.TIMPs是组织中MMP主要的内源性抑制因子，现已发现四种.TIM Ps对目前已知的MMPs均具有抑制作用.TIMP-1可与MMP-1、MMP-3结合形成1∶1化合物.T IMP-2亦可与MMP-1、MMP-2和MMP-3呈1∶1结合.TIMP-1和TIMP-2除能与活性MMP结合抑 制其活性外，还能以非共价形式与明胶酶原结合，与明胶酶原结合的TIMP-1或TIMP-2仍然 能抑制MMP的活性，提示TIMP可与明胶酶原、MMP形成三联复合体.TIMP-1及TIMP-2通过N末端结合MMP而形成复合体，不可逆地抑制MMP的活性，TIMP-3以不溶性形式与ECM结合，也能 抑制各种MMP活性[9-11].TIMP的下调成为ECM降解的重要因素.TIMP-1及和TIMP- 2的基因表达同样可被调节MMP基因表达的生长因子所调节.TNF-α、EGF、b-FGF增加TIMP -1和间质胶原酶的表达，TGF-β1可抑制间质胶原酶、基质溶解素、PA及TIMP-2，促进T IMP-1，PAI合成，使前MMP-1，TIMP-1，MMP-2表达增加.IL-1及IL-6可增加TIMP-1的 表达，间质胶原酶表达减少.PDGF可以增加间质胶原酶的含量[12].
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2.3 HSC与ECM降解 大量资料表明HSC也参与肝纤维化 基质降解，具体表现为：①分泌MMP促进ECM降解；②表达TIMP；③合成释放uPA及PA-1；④ 活化HSC的凋亡；⑤合成α2-巨球蛋白据报导培养的活化HSC能表达α2-巨球蛋白mRNA及合 成α2-巨球蛋白,影响MMP活性.但HSC是如何调节自身变化以促进基质沉积及降解双重作用 ，目前尚无定论.
4 参考文献1 辛绍杰，赵景民，王林杰，王松山. 血小板衍生生长因子及其受体与病毒性肝 炎肝纤维化的关系.
中华实验和临床病毒学杂志 1998;12:51-53
2 陆晓青，王琳，李文，孙辉. 肝硬变病变中细胞因子的变化. 世界华人消化杂志 2000；8(特刊8)：85
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3 Massova I, Iakshmi P, Fridman R, Mobashery S. Martrix metalloproteinase: st ructure, evolution, and diversification.
FASEB J 1998; 12:1075-1095
4 王爱民,杨跃伟，张斌，张云斌, 江龙安, 李培建.实验性肝纤维化间质胶原酶基因表达 的研究.首都医科大学学报 1998；19：327-330
5 王爱民，王宝恩，董忠，李新民.实验性肝纤维化过程中间质胶原酶活性的动态变化.中华消化杂志 1998；18：213-216
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7 王爱民，王宝恩，杨跃伟，江龙安, 杜双存, 李培建.实验性肝纤维化基质分解素l基因表达.中华实验外科杂志 1999；16：46-47
8 王爱民，王宝恩，杨跃伟，张云斌, 江龙安, 李培建, 杜双存.实验性肝纤维化明胶酶B基因表达的研究.
解放军医学杂志 1998；23：461-463
9 王爱民，王宝恩，杨跃伟，江龙安, 杜双存, 李培建.实验性肝纤维化金属蛋白酶组织 抑制因子-I(TIMP-l)基因表达的动态变化.
中华实验外科杂志 1998；15：352-353
10 Arthur MJP，Mann DA，Iredale JP.Tissue inhibitors of metall oproteinases，hepatic stellate cells and liver fibrosis.
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11 Iredale JP，Benyon RC，Pickering J，Mccullen M, Pawley NS, Hovell C, Arthur MJP. Mechanisms of spontaneous resolution of rat
liver fibrosis，hepatic stellate cell apoptosis and reduced hepatic expression of metalloproteinase i nhibitors.
J Clin lnvest 1998；102：538-549
12 Kawser CA，Iredale JP，Winwood PJ，Arthur MJP.Rat hepatic stellate cell expression of (2-macroglobulin is a feature of
cellular activation: imp lications for matrix remodelling in hepatic fibrosis.Clin Science 1998； 95：179-186, http://www.100md.com