基質(zhì)金屬蛋白酶－9與腦梗死的研究進展

胡 克（綜述） 儲照虎（審校）

腦梗死的病理生理過程實質(zhì)上是在動脈粥樣硬化的基礎(chǔ)上發(fā)生的局部腦組織缺血壞死的過程。腦缺血可引起一系列復(fù)雜的導(dǎo)致血管源性水腫的病理變化，包括谷氨酸的釋放、白細胞浸潤和血－腦屏障的破壞。在實驗?zāi)X缺血模型中發(fā)現(xiàn)，基質(zhì)金屬蛋白酶參與了基底膜和細胞外基質(zhì)的破壞。MMP－9在腦梗死的病理生理過程中具有雙相作用，在急性期主要介導(dǎo)損傷作用而在恢復(fù)期可引起半暗帶的神經(jīng)血管重塑。在腦梗死部位 MMP－9明顯滲出，這與基底膜IV型膠原降解和血腦屏障的破壞密切相關(guān)。越來越多的研究表明，腦梗死后MMP－9的表達增加。本文就 MMP－9的基本特征及其與腦梗死關(guān)系的研究現(xiàn)狀及進展作一綜述。

1 MMP－9的結(jié)構(gòu)

MMPs由多個結(jié)構(gòu)組成，主要分為膠原酶、明膠、基質(zhì)溶解素、金屬彈性蛋白酶、膜型金屬蛋白酶（MT－MMPs）和其他作用于結(jié)構(gòu)域及選擇性底物的酶［1］。MMPs都有一個前肽區(qū)和一個催化區(qū)，前者是維持這些酶的潛伏期所必需的，一旦激活隨即被裂解；后者主要由含有3個保守組氨酸殘基的鋅結(jié)合序列構(gòu)成，這些殘基融合了重要的金屬離子。此外，催化區(qū)還包含其他的鋅離子和鈣離子，這些離子是維持MMPs三維結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和酶活性所必需的。明膠酶還含有另外3個插入催化區(qū)的重復(fù)II型纖維連接蛋白序列，這有利于促進酶結(jié)合到相應(yīng)的基質(zhì)明膠和膠原蛋白上［1］。MMP－9的 啟 動 序 列 在－80bp 有 AP－1 結(jié) 合 位 點，而 在－600 bp有NF－κB結(jié)合位點。其唯一的連接序列由超過50個氨基酸組成，主要作用是連接活性位點和血紅素結(jié)合區(qū)。此序列被認為是一個獨立的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，與V型膠原是不同源的。在連接區(qū)的作用下血紅素結(jié)合區(qū)準(zhǔn)確地被TIMP－1抑制，同時被LRP－1和巨蛋白所內(nèi)化。因此，連接區(qū)和血紅素結(jié)合區(qū)使被激活的MMP－9的生物利用度降低。

2 MMP－9的表達與調(diào)控

MMP－9的轉(zhuǎn)錄是一個復(fù)雜的過程，并受多種因素調(diào)控。白細胞被認為是MMP－9的主要來源，而中性粒細胞的可能性最大。在局灶性腦缺血后MMP－9可促使白細胞聚集，破壞血腦屏障和引起神經(jīng)元損傷。Wang等研究發(fā)現(xiàn)，在缺血性腦組織中MMP－9引起血腦屏障破壞，其主要來源于骨髓源性細胞（bone marrow－derived cell，BMDC）［2］。炎性因子可通過激活 MEK1－Erk，P38，PI3K－Akt信號通路，從而引起MMP－9的分泌。最終這些蛋白酶通過激活A(yù)P－1和NF－κB來調(diào)節(jié)MMP－9轉(zhuǎn)錄過程，隨后與啟動子上的順式作用元件相結(jié)合。這將進一步促進染色質(zhì)重構(gòu)復(fù)合物，活化因子及轉(zhuǎn)錄裝置的聚集，從而誘導(dǎo)MMP－9的表達。至少有三種活化因子在MMP－9的表達過程中至關(guān)重要，包括CBP／P300，PCAF，CARM1及 GRIP1［3］。然而，其他與 MMP－9表達相關(guān)的活化因子尚不明確。MMP－9是以其前酶原（Pro－MMP－9）的形式合成并被分泌到細胞外。在催化區(qū)和前肽區(qū)之間Pro－MMP－9的活化是通過鋅－硫相互作用的破壞完成的［4］。此外，Pro－MMP－9還可被NO通過 MMP－9蛋白的巰基亞甲基化途徑激活［5，6］。

3 MMP－9與動脈粥樣硬化

研究發(fā)現(xiàn)，動脈粥樣硬化及血管狹窄與細胞外基質(zhì)的局部重構(gòu)和平滑肌細胞的遷移、增殖有關(guān)。通常情況下不穩(wěn)定動脈粥樣硬化斑塊的纖維帽變薄，平滑肌細胞的數(shù)量減少及脂質(zhì)核增大。含有大量單核細胞來源的巨噬細胞和泡沫細胞的部位更容易發(fā)生動脈粥樣硬化斑塊破裂。因此，有人認為巨噬細胞可通過分泌基質(zhì)降解蛋白酶來誘導(dǎo)斑塊破裂。MMP－9在參與血管平滑肌細胞的移行過程，小鼠巨噬細胞過度表達活性MMP－9可明顯增加斑塊破裂。此外，MMP－9可降解神經(jīng)降鈣素，通過β－連環(huán)蛋白通路引起血管平滑肌細胞的增生［7］。MMPs在動脈粥樣硬化的組織中表達，在被激活后參與血管重塑和斑塊破裂。在這種情況下單核巨噬細胞中氧化的低密度脂蛋白使 MMP－9的表達升高而此時TIMP－1的表達卻下降。這可能有利于動脈粥樣硬化斑塊中的基質(zhì)降解。Speidl等研究發(fā)現(xiàn)，單核細胞中 MMP－9的數(shù)量受一些因素的影響，如腎上腺素、去甲腎上腺素（術(shù)后應(yīng)激）和脂多糖可引起MMP－9水平的上升［8］。在經(jīng)皮冠狀動脈介入治療中 MMP－9和IL－6從斑塊中釋放，MMP－9的活性增高。MMP－9可作為評價斑塊不穩(wěn)定性的一個生物學(xué)指標(biāo)［9］。在人類巨噬細胞中補體成分C5a可引起 MMP－9的m RNA水平升高，而在平滑肌細胞中氧化低密度脂蛋白可通過miRNA介導(dǎo)的表觀遺傳調(diào)控來調(diào)節(jié)MMP－9的表達并參與細胞移行。這可能是一種新的動脈粥樣硬化機制［10］。

4 MMP－9在腦梗死中的作用

4.1 MMP－9與缺血再灌注

在腦梗死的發(fā)展中缺血部位的擴散可促進血管的再生。小面積擴散可使 MMP－9增加，從而引起可溶性Kit配體（soluble Kit ligand，s Kit L）水平的升高。在缺血組織中s Kit L可刺激祖細胞遷移和新的肥大細胞生成。缺血面積的擴散可誘導(dǎo)血管內(nèi)皮生長因子從肥大細胞中釋放，進一步導(dǎo)致肥大細胞生成和 MMP－9水平的上升。在誘導(dǎo)小鼠腦缺血模型中活性 MMP－9水平明顯升高。褪黑激素可明顯降低MMP－9水平，同時可以減少腦損傷和出血性轉(zhuǎn)化。此外，MMP－9水平的降低還可能與uPA水平的下降及TIMP－1和 PAI－1水平的升高有關(guān)［11］。

4.2 MMP－9與腦梗死面積

在腦缺血模型中抑制MMP－9的表達可減小梗死面積。既往有關(guān)急性腦梗死MRI的研究發(fā)現(xiàn)，腦灌注的時間峰值圖及彌散加權(quán)成像表現(xiàn)異常，這為評估急性腦梗死時缺血性腦損傷的面積提供了可靠的方法［12，13］。Ulrich等通過研究急性腦梗死患者在灌注成像及彌散加權(quán)成像的梗死面積，并檢測MMP－9的表達與兩者的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，外周血單核細胞中MMP－9的表達水平與梗死面積呈正比［14］。酶譜分析表明，梗死面積與外周血單核細胞中MMP－9的活性并無相關(guān)性。溶栓治療和未經(jīng)溶栓治療的患者中無論是 MMP－9的表達（P＝0.766），還是蛋白水解 MMP－9活性（P＝0.111）方面均無顯著差異。Montaner等通過對39例心源性腦梗死患者的研究顯示，腦梗死面積與 MMP－9水平呈正相關(guān)［15］。48hCT結(jié)果顯示MMP－9的基礎(chǔ)水平亦與梗死面積相關(guān)（r＝50.322，P＝0.07），發(fā)病48 h時 MMP－9與梗死面積的相關(guān)性最大。Park等在腦梗死動物模型中發(fā)現(xiàn)，血漿中MMP－9的總體水平與腦梗死有明顯相關(guān)性，尤其是在梗死發(fā)生后24 h，此時 MMP－9水平與最終的梗死面積呈正相關(guān)［16］。

4.3 MMP－9 與腦梗死后出血性轉(zhuǎn)化 （hemorrhagic transformation，HT）

腦梗死后HT在其治療過程中受到了極大的關(guān)注，雖然HT可能是病程自然進展的一部分，但更多的還是出現(xiàn)在腦梗死急性期抗凝藥物的使用和溶栓治療。另外，其他如年齡、腦梗死的嚴重程度、高血壓病及溶栓藥物劑量的控制等均可作為影響因素。Rosell等在腦梗死并發(fā)出血患者中的研究發(fā)現(xiàn)，出血和未出血的梗死組織中MMP－9含量明顯高于對側(cè)部位（P＜0.0001和P＜0.05），與其他兩組相比，出血組 MMP－9水平明顯升高（P＝0.033和P＜0.0001），表明血液中MMP－9水平與腦梗死后并發(fā)出血有關(guān)［17］。因此，在急性腦梗死的患者中通過檢測血 MMP－9的水平可能為預(yù)測腦梗死后出血提供條件。rtPA常用于缺血性腦卒中癥狀發(fā)生3 h內(nèi)的溶栓治療，然而溶栓治療與腦梗死后HT的發(fā)生密切相關(guān)［18］。

4.4 MMP－9與腦損傷后神經(jīng)功能恢復(fù)

MMP－9在腦梗死急性期可促進血腦屏障的損傷、血管性水腫形成、梗死面積的擴大及出血性轉(zhuǎn)化。但是在腦梗死后特定的時期內(nèi) MMP－9可能還有其他方面的作用。在皮質(zhì)周圍梗死后的7～14 d，MMP－9的表達增加，并與神經(jīng)血管重塑標(biāo)志物分布一致。梗死后第7 d用MMPs抑制劑治療可抑制神經(jīng)血管重塑，增加缺血性腦損傷；在第14 d可損害神經(jīng)功能恢復(fù)［19］。在小鼠短暫局灶性腦缺血后2周的恢復(fù)期MMP－9可介導(dǎo)神經(jīng)母細胞從腦室下區(qū)擴大并向受損的組織遷移。而MMPs抑制劑可抑制從腦室下區(qū)到紋狀體的神經(jīng)性遷移。Yagi等研究發(fā)現(xiàn)，自由基清除劑依達拉奉有助于腦梗死后神經(jīng)功能的恢復(fù)，其不僅可抑制MMP－9蛋白的水平及其m RNA的表達，還可抑制NF－k B的活化［20］。Lei等通過對膠原酶誘導(dǎo)腦出血的大鼠模型研究發(fā)現(xiàn)，在ICH恢復(fù)期MMP－9可能有促進神經(jīng)和血管的再生作用［21］。

5 結(jié)束語

MMP－9為腦梗死的治療提供了新的方法。MMP－9基因水平和蛋白水平的調(diào)控已為人所知。因此，可探索一種可以通過阻斷信號通路和抑制 MMP－9活性的潛在化合物來調(diào)節(jié)其表達。MMPs的三維結(jié)構(gòu)可為特定MMPs的選擇性抑制的結(jié)構(gòu)因素提供新的觀點。然而，MMP－9表達的途徑還需進一步研究，藥物和MMP－9的具體相互作用機制有待進一步探討。在腦損傷過程中MPP－9水平升高的部位、時間及如何使損傷過渡到修復(fù)仍不十分明確。隨著關(guān)于MMP－9研究的增加，可以更加了解其和腦梗死的關(guān)系，抗MMP－9治療也許成為腦梗死治療的重要方面。

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