مطالعات فراساختاری روی قرنیه KC نشان دهنده اختلال در سازماندهی فیبرهای کلاژن، کاهش کلاژن کل در ناحیه آسیب دیده و کاهش پیوند بین رشته های کلاژن است. این تغییرات در لایه‌های مختلف قرنیه با کاهش بیان سطح کلاژن I، III، IV، V، VI و XII در استروما و کلاژن I، VI، VII، XII و XIII در اپیتلیوم قرنیه‌های KC دیده می‌شود. همچنین در بیان کلاژن I و IV بین نواحی اکتاتیک و غیر اکتاتیک تفاوت وجود دارد. مشخص شده است که بیان
پروتئین های ECM در KC بر اساس درجه و نوع بیماری متفاوت است. ارتباط این تغییرات با ویژگی های بالینی می تواند به درک بهتر بیماری کمک کند. عدم تعادل در آنزیم های پروتئولیتیک مانند متالوپروتئینازهای ماتریکس (MMP)، کاتپسین، کلاژناز، ژلاتیناز، می تواند منجر به تغییرات ساختاری در KC شود.
MMP9 در قرنیه، اشک و سرم بیماران KC افزایش یافته است. نشان داده شده است که با بدتر شدن درجه KC افزایش می یابد و نشان داده شده است که در ناحیه اکتاتیک قرنیه بیشتر است. بیماران KC با آلرژی چشمی و سیستمیک مرتبط نیز سطوح بالاتری از MMP9 را در اشک نشان دادند. این یافته ها به نقش مهم MMP9 در اتیوپاتوژنز بیماری اشاره دارد. سطوح MMP2 و MMP13 در قرنیه KC و سطح MMP13 در اشک بیماران KC در ارتباط با شدت و پیشرفت بیماری افزایش یافت. سطوح مهارکننده های پروتئیناز مانند بازدارنده آلفا 1-پروتئیناز و بازدارنده بافتی ماتریکس متالوپروتئیناز-1 که آنزیم های پروتئولیتیک را تنظیم می کنند در KC به طور قابل توجهی کمتر بود.
