MMP-2/MMP-9在炎癥中的研究進(jìn)展

王海波(綜述)，俞為榮(審校)

(1.蚌埠醫(yī)學(xué)院，安徽 蚌埠 233000； 2.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第三人民醫(yī)院燒傷整形科，上海 219000)

正常情況下，細(xì)胞外基質(zhì)對于維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定至關(guān)重要，它們通常是由細(xì)胞合成并分泌到細(xì)胞外、分布在細(xì)胞表面或細(xì)胞之間的大分子，主要是一些多糖和蛋白，或蛋白多糖。這些物質(zhì)構(gòu)成復(fù)雜的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，支持并連接組織結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)組織的發(fā)生和細(xì)胞的生理活動(dòng)。而在炎癥、腫瘤等病理情況下，機(jī)體細(xì)胞外基質(zhì)溶解，由于正常的細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)遭到破壞，進(jìn)一步加重炎性細(xì)胞浸潤、腫瘤細(xì)胞浸潤轉(zhuǎn)移的病理變化，在疾病的發(fā)生、發(fā)展過程中起著重要作用。而導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)溶解的酶通常與基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)有關(guān)[1-2]。該文就MMPs中MMP-2/MMP-9在炎癥中作用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 MMPs

迄今為止，在脊椎動(dòng)物中共發(fā)現(xiàn)24種MMPs，其中有23種在人類發(fā)現(xiàn)，MMPs是一組重要的內(nèi)在Zn2+外在Ca2+依賴性酶家族。通常情況下，機(jī)體常以無活性的MMPs的形式合成和分泌，通過逐級(jí)活化、被細(xì)胞表面膜型MMPs激活[3]和細(xì)胞內(nèi)活化這三種途徑激活；激活后的酶活性可被共同的螯合劑所抑制，亦可被金屬蛋白酶共同的天然抑制劑金屬蛋白酶組織抑制因子所抑制[4]；MMPs通常都由原結(jié)構(gòu)域、催化結(jié)構(gòu)域、鏈接區(qū)域和血液結(jié)合素區(qū)域構(gòu)成。除上述共同的性質(zhì)外，MMPs的結(jié)構(gòu)在其氨基酸序列上也有一定的同源性，它們均有一個(gè)80個(gè)氨基酸前肽序列，其中含有與酶激活有關(guān)的高度保守半胱氨酸序列PRCGXPD；均有一個(gè)大約120個(gè)氨基酸的N端片段；都有一個(gè)含高度保守Zn2+結(jié)合位點(diǎn)的催化片段HEXGHXXGXXH[5]，此Zn2+結(jié)合位點(diǎn)與細(xì)菌熱解素結(jié)合位點(diǎn)為同源序列。根據(jù)其降解的底物不同，可將人源性MMPs分為膠原酶、明膠酶、間質(zhì)溶解素、基質(zhì)溶解因子、膜型MMPs及其他 MMPs六大類(圖1)[5]。

正常情況下機(jī)體只分泌較少的MMPs，且MMPs的活性在轉(zhuǎn)錄水平上受到嚴(yán)格的控制，酶原激活后特異性作用于細(xì)胞外基質(zhì)，并且受內(nèi)源性抑制劑抑制。而對于MMPs活性控制的減少常見于一些疾病，如關(guān)節(jié)炎、癌癥、動(dòng)脈粥樣硬化、動(dòng)脈瘤、腎炎、組織潰瘍、纖維素炎等[6]。因此，過量分泌的MMPs激活后，共同參與細(xì)胞外基質(zhì)的降解,是降解細(xì)胞外基質(zhì)的重要酶類。

S：信號(hào)肽；pro：前肽；Zn：鋅活性位點(diǎn)；Hpx：血紅素結(jié)合蛋白區(qū)域；Fn：粘連蛋白區(qū)域；Ⅴ：玻連蛋白插入點(diǎn)；Ⅰ：Ⅰ型跨膜結(jié)構(gòu)域；Ⅱ：Ⅱ型跨膜結(jié)構(gòu)域；G：GPI錨位；Cp：胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域；Ca：半胱氨酸排列位點(diǎn)；Ig：類IgG結(jié)構(gòu)域

2 MMP-2/MMP-9

2.1一般結(jié)構(gòu) MMP-2/MMP-9屬于MMPs中的明膠酶類。MMP-2又稱為明膠酶A，以相對分子質(zhì)量為72×103的酶原形式分泌后，N端裂解掉80個(gè)氨基酸成為相對分子質(zhì)量為66×103或62×103而被激活為活化型MMP-2；MMP-9又稱為明膠酶B，以前酶原[相對分子質(zhì)量為(78～82)×103]的形式合成，后經(jīng)裂解掉19個(gè)氨基酸的信號(hào)肽，再糖基化而轉(zhuǎn)變成相對分子質(zhì)量為95×103的酶原形式，酶原降解掉N端73個(gè)氨基酸產(chǎn)生此酶的活化形式(相對分子質(zhì)量為84×103)。

2.2分泌來源 研究表明，MMP-2可由內(nèi)皮細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞、T細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞和中性粒細(xì)胞等合成和分泌，MMP-9則主要由炎性細(xì)胞(如T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞)分泌[7]。

2.3生物學(xué)效應(yīng) 正常情況下，MMPs在體內(nèi)多種生物學(xué)進(jìn)程中發(fā)揮重要作用，如參與胚胎發(fā)育、正常組織重塑、創(chuàng)面愈合和血管形成等過程；也可見于多種疾病，如關(guān)節(jié)炎、腎炎、組織潰瘍、纖維素炎癌癥、動(dòng)脈粥樣硬化、動(dòng)脈瘤。其在細(xì)胞外基質(zhì)的降解過程中起著重要作用，明膠酶A與明膠酶B的作用底物基本相同：降解變性的膠原、明膠，明膠酶A降解明膠，Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅹ型膠原，明膠酶B降解明膠，Ⅳ、Ⅴ型膠原；但是兩者對間質(zhì)膠原(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型膠原)則不起作用[8-9]。

2.4合成與活性的調(diào)控 MMPs的合成及對其活性的調(diào)控發(fā)生在以下幾個(gè)水平。①基因轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控：許多因素可影響MMPs的基因轉(zhuǎn)錄，其中主要是細(xì)胞因子和生長因子，如白細(xì)胞介素(interleukin，IL)1β、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、血小板生長因子、表皮生長因子。有學(xué)者研究證明[10-11]，TNF-α、IL-6能夠促進(jìn)MMP-2、MMP-9的表達(dá)。②酶原激活調(diào)控：機(jī)體通常以無活性的前酶或者酶原形式分泌，此后被胰蛋白酶、纖溶酶等激活。③活化酶的特異性抑制物：基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制劑是金屬蛋白酶體內(nèi)天然抑制劑，它是抑制MMPs的多功能因子，可在間質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)，兩者通常以1∶1的比例組合，共同調(diào)節(jié)MMPs的活性[12]。

3 MMP-2/MMP-9在炎癥中的表達(dá)變化

3.1早期炎性介質(zhì)的調(diào)節(jié)作用 機(jī)體在遭遇創(chuàng)傷后，大量炎性細(xì)胞聚集創(chuàng)區(qū)，最早以中性粒細(xì)胞到達(dá)創(chuàng)面，之后巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等免疫細(xì)胞進(jìn)一步到達(dá)創(chuàng)面。創(chuàng)傷后組織的壞死和缺血/再灌注損傷能激活體內(nèi)單核/巨噬系統(tǒng)，釋放以TNF-α和IL-6為主的早期炎性介質(zhì)，啟動(dòng)全身炎性反應(yīng)綜合征，而全身炎性反應(yīng)綜合征進(jìn)一步發(fā)展可誘發(fā)多臟器功能衰竭，嚴(yán)重者可導(dǎo)致患者死亡[13]。增高的TNF-α和IL-6可激活補(bǔ)體及C反應(yīng)蛋白的表達(dá)，刺激中性粒細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、單核-巨噬細(xì)胞及淋巴細(xì)胞遷移和外滲至局部組織，引起炎性反應(yīng)，這些活化的炎性細(xì)胞又產(chǎn)生更多的黏附因子、細(xì)胞因子和趨化因子，進(jìn)一步導(dǎo)致炎性反應(yīng)的加重[14-16]。

3.2MMP-2/MMP-9與TNF-α、IL-6 炎癥早期釋放的TNF-α和IL-6等炎性介質(zhì)能夠促進(jìn)MMP-2、MMP-9的表達(dá)，而過表達(dá)的MMP-2、MMP-9可降解細(xì)胞外基質(zhì)，破壞基膜，使炎性細(xì)胞進(jìn)一步浸潤到更深層次的組織中，腫瘤細(xì)胞也可因基膜的破壞、細(xì)胞外基質(zhì)的溶解發(fā)生轉(zhuǎn)移。提示MMP-2、MMP-9的合成及分泌與TNF-α高度密切相關(guān)，而TNF-α、IL-6正是炎癥早期滲出的細(xì)胞因子，說明MMP-2、MMP-9與炎性反應(yīng)有密切的關(guān)系。

3.2相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究 Kalela等[17]也對冠心病傳統(tǒng)危險(xiǎn)因素(如糖尿病、高脂血癥等)與MMP-9的關(guān)系進(jìn)行研究，對健康人的研究發(fā)現(xiàn)其MMP-9與白細(xì)胞計(jì)數(shù)呈顯著正相關(guān)，說明血清MMP-9可以作為有價(jià)值的炎性反應(yīng)標(biāo)志物。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)[18]，在MMP-2與MMP-9的作用下，基膜中細(xì)胞外基質(zhì)降解，肌纖維完整性遭到破壞，使炎性細(xì)胞浸入肌組織，出現(xiàn)肌纖維壞死及吞噬現(xiàn)象等一系列病理炎癥改變。Wilmoth等[19]建立大鼠分泌性中耳炎的模型后發(fā)現(xiàn)，正常大鼠的骨膜MMP-2、MMP-9很少表達(dá)甚至不表達(dá)，而分泌性中耳炎的大鼠骨膜MMP-2、MMP-9的分泌顯著地增加，兩者比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而這些增加的MMP-2、MMP-9引起基膜破壞從而進(jìn)一步導(dǎo)致鼓膜纖維層被降解破壞，出現(xiàn)紊亂的疏松結(jié)構(gòu)更有利于炎性細(xì)胞的浸潤，蛋白酶的接觸與降解。朱運(yùn)奎等[20]研究發(fā)現(xiàn)，MMPs可直接降解肺內(nèi)膠原和其他間質(zhì)組織，導(dǎo)致肺組織破壞，中性粒細(xì)胞彈力蛋白酶通過活化MMPs引起或加速細(xì)胞外基質(zhì)的破壞，MMPs與彈力蛋白酶的協(xié)同作用可能是肺氣腫等肺組織破壞的機(jī)制。張寧等[21]通過研究發(fā)現(xiàn)，MMP-2、MMP-9基因mRNA在對照組大鼠外周血、脾臟淋巴細(xì)胞中的表達(dá)水平較低，而在實(shí)驗(yàn)性自身免疫性肌炎組中各時(shí)相點(diǎn)均增高，兩者比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，同樣基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑表達(dá)水平與對照組相比，實(shí)驗(yàn)性自身免疫性肌炎組明顯升高，兩者比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

Corbel等[22]研究發(fā)現(xiàn)肺長期高氧暴露下，肺組織的基膜受損，炎性細(xì)胞浸潤，出現(xiàn)暫時(shí)性的細(xì)胞外基質(zhì)異常沉積，進(jìn)而通過目前尚未明確的基質(zhì)誘導(dǎo)MMP-2、MMP-9釋放增加，活性增強(qiáng)，其結(jié)果可能是適時(shí)、適量的MMP-2、MMP-9用以降解臨時(shí)沉積的細(xì)胞外基質(zhì)，可促進(jìn)基膜的重建。但是，過量表達(dá)MMP-2、MMP-9后，導(dǎo)致MMP-9/基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑1比值失調(diào)，基膜破壞更加嚴(yán)重，大量炎性細(xì)胞(中性粒細(xì)胞、單核-巨噬細(xì)胞等)可穿透基膜至肺間質(zhì)和肺泡，釋放更多的炎性因子，加重肺部損傷，同時(shí)也促進(jìn)MMP-2、MMP-9的釋放；MMP-2、MMP-9與炎性細(xì)胞計(jì)數(shù)及某些炎性細(xì)胞因子呈正相關(guān)，減少機(jī)體內(nèi)MMP-2、MMP-9的表達(dá)，是否能夠有效地改善炎性反應(yīng)程度呢？有研究表明，在給予某種藥物干預(yù)后，能夠有效地抑制MMP-2和MMP-9的合成與分泌，減輕炎性細(xì)胞的浸潤從而阻止MMP-2和MMP-9對結(jié)腸組織細(xì)胞外基質(zhì)的過度降解，促進(jìn)結(jié)腸損傷的愈合[23]。

4 小 結(jié)

MMPs在細(xì)胞外基質(zhì)及基膜的降解中起著重要作用，尤其是MMP-2、MMP-9。這兩類酶通常降解明膠、各型膠原(包括Ⅳ、Ⅶ型等)、纖維鏈接蛋白、層黏連蛋白、蛋白多糖及彈性蛋白等細(xì)胞外基質(zhì)，破壞基膜。而有大量研究發(fā)現(xiàn)，MMP-2、MMP-9的過表達(dá)與炎癥初期釋放的某些炎性介質(zhì)呈正相關(guān)，細(xì)胞外基質(zhì)和基膜的降解可進(jìn)一步加重炎性細(xì)胞的浸潤范圍，從而加重炎性反應(yīng)。

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