文摘
意义重大的气道重塑是一个主要组件的增加发病率和死亡率在囊性纤维化(CF)的病人。这些航空公司特性进行白细胞的炎症和无情的细菌感染。感染与急性细菌性肺炎,CF不是有效地清除和随后的炎症反应会导致组织损伤。这种结构性损伤主要是由于自由发布的蛋白水解活性渗透中性粒细胞和巨噬细胞。这种疾病的主要蛋白酶是丝氨酸和矩阵metalloproteases(基质金属蛋白酶)。虽然丝氨酸蛋白酶的作用,弹性蛋白酶等为特征的详细,有新兴的证据表明,基质金属蛋白酶可能发挥关键作用CF肺部疾病的发病机理。本文总结研究基质金属蛋白酶与CF肺病和探讨了基质金属蛋白酶的潜在价值,未来在CF和其他慢性肺部疾病治疗靶点。
蛋白水解活性在囊性纤维化肺病
慢性进行性破坏的肺囊性纤维化患者死亡的主要原因(CF) [1]。而胃肠道症状被建立药物治疗有效,如胰酶替代疗法,肺部症状的恶化和破坏肺组织不能,到目前为止,充分控制。CF航空公司的特点是气道表面液体(ASL)损耗产生粘液阻塞和慢性炎症持续白细胞积累,主要是中性粒细胞和巨噬细胞。尽管数以百万计的激活吞噬细胞的存在,细菌等病原体铜绿假单胞菌,金黄色葡萄球菌和流感嗜血杆菌在CF气道微环境,导致慢性感染。因为招募白细胞在其抗菌能力受损是由于黏膜纤毛的间隙减少(2],CXCR1受体乳沟[3],但低效的中性粒细胞胞外陷阱形成过度[4)和其他机制、脱水粘液和细胞外DNA堵塞了呼吸道和其他有毒产品,如蛋白酶和氧化剂,引起宿主组织损伤。这种疾病的主要蛋白酶情况是丝氨酸蛋白酶和基质金属蛋白酶(MMPs)。而丝氨酸蛋白酶的作用,如中性粒细胞弹性蛋白酶(NE),组织蛋白酶G和蛋白酶3已经在小鼠和人类研究的细节特征(包括天然和合成拮抗剂),有新兴的证据表明,基质金属蛋白酶可能发挥关键作用在CF肺部疾病的发病机制。免费的蛋白水解活性增加的数量在CF患者的生命周期(3),击溃了antiprotease空域的盾牌。这些酶破坏细胞和肺结构,包括纤毛、弹性蛋白、纤连蛋白,蛋白质表面活性剂A和D、免疫球蛋白和CXCR1中性粒细胞和淋巴细胞CD4(上5]。本文将介绍MMP的家庭和未来将突出一些成员的潜在目标CF肺部疾病。
基质金属蛋白酶:结构和功能
基质金属蛋白酶是一个总科内的四个亚科metalloendopeptidases称为metzincins [6]。超过20基质金属蛋白酶已确定,基于结构和底物特异性,它们进一步细分为组。所有基质金属蛋白酶展览一个氨基端信号序列,pro-domain地区和一个活跃的催化域(锌结合地区)。另一个主要领域观察到的是一个haemopexin-like c端域(发现于所有基质金属蛋白酶除了MMP-7和-22年),即认为调解MMP的底物特异性细胞外基质的组成部分。额外的域包含一个跨膜域(MMP-14中发现,-15年,-16年和-24年)和glycosylphosphatidylinositol (GPI锚;cell-bound基质金属蛋白酶MMP-17和-25年),重要的。Furin-recognition图案出现在多个MMP亚型的pro-domain地区,和II型纤连蛋白重复在白明胶酶(MMP-2和9)催化领域。这些区域似乎有重要意义的交互MMP的衬底(综述[7])。
基质金属蛋白酶的降解能力基本上所有结缔组织组件相结合。虽然基质金属蛋白酶参与许多正常的自我平衡的机制,他们的表情和活动通常升高在炎症和组织改造的条件/修复手术(8,9]。基质金属蛋白酶是监管在不同的点。Transcription-level监管,通过感应等多种细胞因子白介素1 (IL)和肿瘤坏死因子(TNF) -α,可能涉及不同群的激活细胞内的信号级联(如p38增殖蛋白激酶(MAPK)或细胞外signal-regulated激酶1/2 MAPK),核信号等因素导致激活激活蛋白1,核factor-κB,信号传感器和转录诱导MMP的转录的激活10]。翻译大多数基质金属蛋白酶发酵菌(不活跃)的形式。这些酶的pro-domain地区穿过,然后激活半胱氨酸切换机制。可以诱导激活各种触发,包括protease-mediated激活(由另一个蛋白酶或自动激活MMP)的活性形式,oxidant-mediated激活或matrix-mediated激活。
除了调节激活,有许多的基质金属蛋白酶抑制剂。虽然组织抑制剂metalloproteases (TIMPs)常被认为是主要的组对基质金属蛋白酶抑制剂,他们真的最具体的内生MMP抑制剂。大多数MMP-related抑制在活的有机体内发生在相对特异性的MMP抑制剂如α2巨球蛋白(8,11]。TIMPs是一组四个小(20 - 24 kDa) MMP-specific抑制剂结合1:1化学计量关系中基质金属蛋白酶(12- - - - - -15]。动物研究,除了人类研究在成人中,支持基质金属蛋白酶的作用和基质金属蛋白酶之间的不平衡和TIMPs发病机制的几个常见肺部疾病,如慢性阻塞性肺疾病(COPD) (16,17)和哮喘(18- - - - - -20.]。
基质金属蛋白酶执行大量的生物功能,包括退化矩阵组件和改造的组织,释放细胞因子,生长因子和趋化因子,调节细胞的迁移和迁移11]。数据表明,细胞特异表达生产、分泌和基质金属蛋白酶的激活,和/或功能障碍的抑制剂,参与肺实质内的病理条件。通过降解细胞外基质成分,基质金属蛋白酶可以破坏肺泡上皮细胞,以及干扰重组修复过程中(8,9]。虽然之前在其他肺部疾病,研究基质金属蛋白酶的作用在CF肺病最近才新兴和显示重要的下游效应蛋白水解失调。
基质金属蛋白酶在囊性纤维化肺病
首次发现调节基质金属蛋白酶在CF患者的航空公司在1995年,当Delacourtet al。(21]描述的增加95/88 kDa白明胶酶同种型(大概MMP-9)痰的CF患者肺部疾病(n = 27)与哮喘控制(n = 9)与TIMP的失衡有关。因为这个发现,CF肺病MMP的文学的蓬勃发展,不仅关注相对蛋白酶/ antiprotease失衡也越来越多的证据表明下游蛋白水解环境的影响。这些潜在的生物效应对CF肺病所示图1。
基质金属蛋白酶(MMP)预测的影响(用剪刀描绘成椭圆)活动在囊性纤维化。)氯化MMP-2扰乱(Cl- - - - - -)电流,抑制MMP-2废除这一效应。b) MMP-7功能来修复损伤气道上皮细胞。c) MMP-8和9能够打通胶原蛋白和修改ELR +科学家趋化因子,调节呼吸道的炎症反应。d)减少气道表面液体(ASL)激活巨噬细胞(MØ)和增加表达MMP-12,劈开弹性蛋白,导致气道和肺实质的退化。这些弹性蛋白片段也可能增加招聘的单核细胞和活化的巨噬细胞。PGP: proline-glycine-proline。
MMP-2
MMP-2 (EC 3.4.24.24)是一种蛋白酶gelatinolytic活动(因此它替代的名字,白明胶酶),发现表达持续在各种细胞类型中发现肺部。这种酶广泛的基质,并参与调节多种细胞功能,包括血管生成(22),组织改造(9和炎症反应的强化23]。以独特的膜式MMP-dependent方式MMP-2被激活,展示了一个典型的例子MMP-to-MMP激活(24]。MMP-2被认为有助于各种肺部疾病的发病机制,包括慢性阻塞性肺病、哮喘、肺癌和间质性肺纤维化(25]。
MMP-2尚未广泛研究了CF肺部疾病但有一些有趣的见解CF的潜在作用的蛋白酶。例如,一项研究表明,抑制MMP-2 Calu-3细胞(持续表达MMP-2)会导致增加的氯运输这些细胞,表明自分泌调节离子运输通过这种蛋白酶26]。此外,格拉提神et al。(27]最近证明,不可能增加MMP-2从上皮细胞表达,可能导致增加了CF的改建和炎性反应。有趣的是,尽管MMP-2海拔并不具有普遍性与CF(肺标本来自个人28,29日手稿),最近发现MMP-2降低血清中CF恶化[30.]。
MMP-7
MMP-7 (EC 3.4.24.23)或matrilysin,已知MMP是最小的。它表现出广泛的底物特异性,分裂能力矩阵的多个组件(31日]。此外,MMP-7已经观察到发挥作用在不同生物反应,如气道re-epithelialisation、炎症(32),宿主防御(33)和细胞生长通过劈理的胰岛素生长因子结合蛋白(34]。MMP-7已被证明是参与特发性肺纤维化(IPF)是基因敲除小鼠免受bleomycin-induced损伤(35)和MMP-7从IPF患者在肺组织中36]。
MMP-7可能发挥重要作用的损伤/ CF肺病修复反应。Dunsmoreet al。(37]显示增加MMP-7 CF患者的气道上皮细胞中表达,并从这些不同释放水或基底细胞。作者假设,这一规定是人类重要的损伤反应,表明航空公司对待MMP-7抑制剂未能re-epithelialise受伤后(37]。当前作者的知识,具体研究的重要性MMP-7表达CF跨膜电导调节器基因敲除小鼠受伤后尚未出版。
MMP-8
MMP-8 (EC 3.4.24.34),或中性粒细胞胶原酶,是三种胶原酶基质金属蛋白酶(金属蛋白酶- 1、8、-13)和中性粒细胞中高度表达。这些胶原酶共同乳沟为I型网站,II和III胶原蛋白,产生四分之三n端片段和四分之一c端片段(38- - - - - -40]。这表明这些蛋白酶在疾病潜在的冗余。MMP-8也已被证明能够aggrecan灭亡在体外(41],和可能发挥作用在关节炎[42]。两个特定亚型的pro-MMP-8中描述人类:1∼80 kDa,高度表达的多形核白细胞(中性粒细胞);和一个55-kDa同种型表达间充质细胞(43]。在分裂细胞外基质的能力之外,MMP-8有不同的生物效应,包括调制的趋化因子(44),调节修复反应(45和先天免疫46]。增加MMP-8表达式在各种肺部疾病包括慢性阻塞性肺病(为特征的47],IPF [43),支气管扩张(48)和哮喘(49]。
MMP-8表达式和活动也被发现是升高患者的呼吸道分泌物CF肺部疾病(50]。此外,这种酶升高血清的CF患者和水平与肺功能(MMP-8水平与用力呼气量在1 s (FEV1)%预测,r = -0.468, p < 0.001) (30.]。不幸的是,除了这些特征外,几乎没有其他已知的关于这种失调CF发病机理的影响。最近,一种新型嗜中性粒细胞趋化因子(proline-glycine-proline (PGP))被发现在CF患者的痰和MMP-8被发现是一个重要的酶参与其代(51]。进一步检查的影响MMP-8进展的CF肺部疾病无疑是必要的。
MMP-9
也许其中最广泛研究蛋白酶,MMP-9 (EC 3.4.24.35),或白明胶酶B,广泛表达于多种细胞肺癌、包括炎症(中性粒细胞、巨噬细胞)、上皮和内皮细胞。这个观察冗余掩盖MMP-9的重要地点的功能,其中一些似乎反对其他MMP-9功能。例如,MMP-9已经观察到重要的促炎效应通过生成PGP (51和增加引发的趋化因子效力52),但MMP-9也扮演着重要的角色在结核肉芽肿形成的规定(53]。同样,MMP-9被认为导致矩阵分解,但最近有人建议MMP-9可能作用矩阵修复(54,55]。
MMP-9一直在广泛研究了CF患者的低气道分泌物和被发现在数量和活动增加(28,50]。一项研究发现肺功能(FEV之间的相关性1)和MMP-9 (r = -0.78, p = 0.001) (56]。此外,MMP-9表达升高血清的CF患者肺部疾病(30.]。
MMP-12
MMP-12 (EC 3.4.24.65),也被称为巨噬细胞弹性蛋白酶,是由巨噬细胞分泌的蛋白酶降解弹性蛋白的能力。MMP-12被夏皮罗第一只克隆et al。(57]。它似乎受到蛋白酶部分监管,如凝血酶和胞浆素,并且可以从巨噬细胞释放多种炎性细胞因子,如TNF-α和IL-1β[58]。这种蛋白酶新兴生物效应在调节细胞因子和趋化因子网络,包括乳沟pro-TNF-α[59)和ELR +科学家趋化因子(60]。MMP-12-mediated生理作用的蛋白水解作用仍然知之甚少,可能与改造的结缔组织生长和发育期间,和巨噬细胞的迁移到组织。有趣的是,最近的数据表明,MMP-12直接抗菌活性和扮演重要的角色在macrophage-mediated杀死革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌在肺和其他器官61年]。MMP-12蛋白水解活性的增加已表现出肺气肿的发病机制中发挥重要作用诱导通过烟(17]或超表达的辅助2型细胞因子IL-13小鼠(62年]。
人类最近的一项研究发现了一个单核苷酸多态性生产MMP-12启动子的功能变体,与哮喘儿童肺功能和慢性阻塞性肺病的风险在成人吸烟者,这表明MMP-12扮演着一个重要的角色在哮喘和COPD的发病机制63年]。最近,表达MMP-12 CF患者的痰已经证明(28]。CF MMP-12活动增加肺部疾病的作用还没有被研究过。然而,最近的观察与airway-specific转基因老鼠的过度amiloride-sensitive上皮细胞钠离子通道(βENaC-Tg老鼠),它表现出美国手语枯竭和拟表型CF肺部疾病(64年),表明气道表面脱水和mucostasis引起巨噬细胞激活和MMP-12-dependent肺气肿(65年]。进一步说明在人类CF MMP-12肺的作用应该是促进最新发展的荧光共振能量转移(FRET)探测器,用来评估MMP-12活动白细胞和生物体液(66年]。基于高灵敏度(检测限制人类MMP-12 sub-nanomolar范围的),这些小说MMP-12烦恼传感器应该适合测量MMP-12活动在临床标本,如支气管肺泡灌洗液或痰,并确定其在发病机制中的作用和CF的潜在生物标志物和其他慢性炎症性肺疾病。
前景:针对基质金属蛋白酶治疗CF肺部疾病
随着越来越多的信息被发现对基质金属蛋白酶在CF肺部疾病的存在和活动,有兴趣增加调节MMP的活动改善疾病的结果。证据支持的基质金属蛋白酶参与CF肺病总结表1。
MMP的抑制一直得到广泛的研究作为一个潜在的癌症治疗途径,尽管MMP-inhibiting药物显示重要的承诺,两三期试验没有表现出临床效益(67年]。此外,MMP抑制剂(pg - 116800)研究了post-myocardial梗死心肌重塑和没有任何好处。迄今为止,MMP抑制剂的临床使用设置的炎症性疾病,如关节炎很大程度上令人失望(68年]。不幸的是,许多合成MMP抑制剂的用途是有限的由于脱靶效应或无法忍受的副作用。尽管治疗方法翻译成其他的困难条件下,兴趣变成了潜在的MMP抑制肺部疾病如CF。各种方法研究了抑制MMP的活动。
TIMPs
TIMPs天然基质金属蛋白酶抑制剂在活的有机体内。而TIMP绑定块MMP的活动,TIMPs自己可以通过蛋白酶,如不通过直接灭活蛋白水解降解[69年),或由过度MMP-12活动70年]。尽管这种TIMP / MMP失调已被证明有助于疾病的病理和关联在动物和人类研究疾病严重程度,有不是,当前作者的知识,尝试使用TIMPs作为治疗CF。尽管TIMPs作为相当强力的MMP抑制剂活性,增加大量的TIMP需要克服pro-proteolytic环境可能会使成本TIMP疗法。
抗生素
如前所述,当前标准的长期临床护理的CF患者肺部疾病通常包括thrice-weekly剂量的大环内脂类抗菌素(71年]。虽然这些抗生素具有多种生物效应,一个强有力的效应的抑制MMP的活动。迄今为止,四环素抗生素还没有系统的研究为类似anti-protease CF或抗炎活动。此前数据显示,四环素有内在的抗炎作用。强力霉素,四环素家族的一员,能够减少中性粒细胞趋化作用[72年)和一氧化氮产量从小鼠肺上皮细胞73年]。强力霉素可以抑制MMP的更中肯的,从人类内皮细胞合成74年]。基质金属蛋白酶一直积极四环素抗生素视为目标疾病(75年),有越来越多的兴趣,使用这些药物抑制基质金属蛋白酶。最近体外数据显示,这类抗生素可以有效地减少CF痰(MMP的活动28]。只有随机对照临床试验计划来检查这些影响在美国成年人口住院CF (Clinicaltrials.gov标识符NCT01112059首席研究员Gaggar)。
脚注
本系列之前的文章:没有。1:Loffek年代,先令O, Franzke北京市。生物基质金属蛋白酶的作用:一个关键的平衡。欧元和J2011:38:191 - 208;2号:Elkington PT, Ugarte-Gil CA, Friedland JS。基质金属蛋白酶在肺结核。欧元和J2011;38:456 - 464。
支持声明
这篇文章是由美国国立卫生研究院(贝塞斯达,医学博士,美国;批准号HL102371-01A1 Gaggar),囊性纤维化基金会(贝塞斯达;批准号GAGGAR07A0 Gaggar),德国研究基金会(德国波恩;DFG MA2081/3-3和马2081/4-1硕士商城)和欧盟委员会(比利时布鲁塞尔;下边了ct - 2004 - 013666,硕士商场)。
感兴趣的语句
没有宣布。
- 收到了2010年11月6日。
- 接受2010年12月22日。
- ©2011人队