血清基質(zhì)金屬蛋白酶-3在強直性脊柱炎發(fā)生發(fā)展中的研究進展

范利娟，郝洋，羅亞鴿，馬言，李記天,,5

強直性脊柱炎（ankylosing spondylitis,AS）是一種侵犯患者骶髂關(guān)節(jié)和脊柱的慢性進行性疾病，以中軸性炎癥、外周性關(guān)節(jié)炎和終端炎為主要特征，臨床可見患者不明原因的腰背痛、脊柱僵硬、畸形及嚴重活動受限等表現(xiàn)[1]。研究顯示，AS 的患病率為0.1%～1.6%[2]，好發(fā)于青壯年，男性多于女性。其病變部位以滑膜為主，可累及關(guān)節(jié)囊、肌腱、韌帶的骨附著點等。隨著病變的進展，炎癥還可能累及關(guān)節(jié)外部位，如心臟、肝、肺、腎等，嚴重影響患者運動功能，危害患者生命健康[2-4]。尋求一種能夠早期診斷、預(yù)測疾病進展及判斷病情活動的生物標志物對AS 來說尤為重要。

基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases,MMPs）由多種組織和細胞產(chǎn)生，1962 年被確定為一種膠原蛋白水解酶，是導(dǎo)致關(guān)節(jié)損傷的重要因素，其介導(dǎo)的基質(zhì)降解可破壞關(guān)節(jié)和軟骨，與炎性因子形成和血管周圍基質(zhì)降解有關(guān)?；|(zhì)金屬蛋白酶-3（matrix metalloproteinase-3,MMP-3）屬于MMPs 成員，不僅參與AS 的炎癥過程，同時能作用于軟骨胞外基質(zhì)，降解胞外明膠、多糖、膠原等成分，破壞軟骨組織，繼而引起關(guān)節(jié)疼痛或腫脹[5]，其表達與AS 活動度之間存在相關(guān)性，是血清中可以反映AS 的生物標志物之一。本文就血清MMP-3在AS發(fā)生、發(fā)展中的作用研究進行綜述。

1 MMP-3的來源、分布和功能

MMP-3 作為含有金屬離子的蛋白酶，又稱基質(zhì)分解素-1，是MMPs 家族的成員之一。MMP-3 直接來源于炎性病變的關(guān)節(jié)，由軟骨細胞、滑膜細胞及成纖維細胞等釋放，是一種重要的鋅離子依賴性內(nèi)肽酶[6]，可作為關(guān)節(jié)內(nèi)活躍炎癥的潛在標志物，在軟骨損傷和關(guān)節(jié)破壞中起著關(guān)鍵作用[7]。MMP-3 存在3種生物活性形式，即MMP-3 前體、活性MMP-3 和MMP-3/組織金屬蛋白酶抑制物（tissue inhibitor of metalloproteinase,TIMP）復(fù)合物。有學(xué)者認為MMP-3在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎中表達過高，且與血清樣本相比，MMP-3更多地存在于滑液中[8]，是關(guān)節(jié)炎癥的良好生物標志物[7]。研究顯示，膝骨關(guān)節(jié)炎患者血液和滑液MMP-3水平明顯高于健康人，其中，膝骨關(guān)節(jié)炎患者的血液MMP-3 水平是健康人的近2.5 倍，其滑液MMP-3水平是健康人的7倍余[9]。

在功能上：①MMP-3在結(jié)構(gòu)上具有極大同源性，能裂解一系列細胞外基質(zhì)蛋白，包括集聚蛋白、層粘連蛋白和膠原蛋白等。②MMP-3 可以激活MMPs前體，如MMP-1前體和MMP-9前體[10-13]，是骨吸收和重建的關(guān)鍵酶，可以調(diào)節(jié)人體多種反應(yīng)，主要參與組織重建與修復(fù)、傷口愈合、軟骨基質(zhì)的降解、骨吸收、腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移等[10]。MMP-3 的高表達會導(dǎo)致軟骨基質(zhì)分解大于合成，加重軟骨病變，與關(guān)節(jié)軟骨退變程度密切相關(guān)，可作為預(yù)測療效的重要指標。③MMP-3是炎癥反應(yīng)中的重要因子，參與炎癥過程，加劇炎癥反應(yīng)，是導(dǎo)致軟骨降解最重要的蛋白酶，不僅在軟骨代謝過程中發(fā)揮作用，還參與降解軟骨中Ⅳ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅺ等各型膠原的過程，導(dǎo)致軟骨降解和破壞。④MMP-3還參與非膠原成分的降解過程，在骨重建過程中發(fā)揮重要作用，使基質(zhì)中膠原、蛋白等成分降解，損害關(guān)節(jié)軟骨，造成骨關(guān)節(jié)炎進行性加重，表現(xiàn)為關(guān)節(jié)腫脹、疼痛及變形等[14-16]。

2 血清MMP-3在AS診斷中的潛在價值

AS的發(fā)病機制較復(fù)雜，涉及炎癥反應(yīng)、免疫功能改變及骨代謝異常等多個環(huán)節(jié)，且早期癥狀不典型，容易出現(xiàn)誤診、漏診，尋找有效的實驗室檢查指標對AS 的早期診治尤為重要[17]。AS 活動期患者可見紅細胞沉降率（erythrocyte sedimentation rate,ESR）加快、C反應(yīng)蛋白（C-reactive protein,CRP）水平增高等，但ESR 和CRP 的診斷價值較低，因此許多學(xué)者開始致力于研究候選生物標志物在測量AS 疾病活動性方面的作用。

研究發(fā)現(xiàn)，多種MMPs 在AS 患者滑膜、關(guān)節(jié)液及血清中表達，特別是在關(guān)節(jié)液中，MMP-3呈高水平表達，其高水平表達與關(guān)節(jié)炎的炎性活動指標（如炎性細胞）浸潤相關(guān)，是AS 的發(fā)病機制之一[18]，可作為AS 早期診斷的參考指標。Gao 等[19]通過薈萃分析發(fā)現(xiàn)AS 患者血清MMP-3 水平顯著高于健康對照組，MMP-3 表達水平的升高與AS 的病情進展及預(yù)后呈正相關(guān)，說明MMP-3水平升高與AS患者危險性增加相關(guān)，可作為AS 診斷的血清學(xué)標志物，但需進行更大樣本量的研究。也有研究表明，活動期AS 患者血清MMP-3水平顯著高于穩(wěn)定期患者，血清MMP-3水平與強直性脊柱炎疾病活動指數(shù)（Bath ankylosing spondylitis disease activity index,BASDAI）、強直性脊柱炎脊柱評分體系（modified stoke ankylosing spondylitis spine score,mSASSS）呈正相關(guān)，MMP-3水平在診斷AS患者操作特征曲線下面積為0.888，充分 說明MMP-3 診斷AS 的良好效能[20]。MMP-3是miR-17 的靶基因，在AS 的發(fā)生發(fā)展過程中，miR-17可以調(diào)控MMP-3的表達。姜芳等[21]深入探討了miR-17 和MMP-3 在AS 患者血漿、外周血單核細胞中的表達及其臨床意義，發(fā)現(xiàn)MMP-3在AS診斷中的靈敏度較高，miR-17 及MMP-3 聯(lián)合可顯著提高對AS的診斷能力，有望成為新的臨床診斷指標。此外，血清MMP-3 可作為早期AS 患者病情活動及放射學(xué)損傷的潛力評價指標[6,22]，可能是AS診斷的潛在生物標志物。Zhu 等[22]研究發(fā)現(xiàn)AS 患者MMP-3 基因rs522616多態(tài)性與AS 的易感性相關(guān)，其血清MMP-3水平顯著高于健康受試者，且在疾病活動度高的患者中水平更高，在軟骨損傷和關(guān)節(jié)破壞中起著關(guān)鍵作用，證實了MMP-3 與AS 患病率之間的顯著相關(guān)性，表明MMP-3 可以作為關(guān)節(jié)活動性炎癥反應(yīng)的潛在生物標志物。

3 血清MMP-3對AS病情進展的預(yù)測

目前，相關(guān)臨床和實驗室研究表明血清MMP-3水平與AS 疾病活動性和MRI 骶髂關(guān)節(jié)評分之間存在相關(guān)性，是AS 患者結(jié)構(gòu)性損傷進展的獨立預(yù)測因子[5,23-24]。MMP-3 在組成關(guān)節(jié)軟骨的聚合素和乙型膠原等分子降解中起重要作用，患者疾病功能指數(shù)與MMP-3 呈顯著正相關(guān)，這可能與降解結(jié)締組織的細胞外基質(zhì)有關(guān)，MMP-3 是AS 發(fā)病的重要分子，可在一定程度上預(yù)測AS 患者的病情進展情況，作為評估AS 病情的血清學(xué)指標[25-26]。Liu 等[27]通過對比AS 患者及健康人的滑膜組織標本，研究AS 滑膜組織中腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor,TNF-α）、血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）和MMP-3 的表達，并深入探索它們在成纖維細胞向成骨細胞和破骨細胞轉(zhuǎn)化中的作用，發(fā)現(xiàn)TNF-α、VEGF 及MMP-3 僅在AS 組表達，TNF-α、VEGF 可能直接參與成纖維細胞向成骨細胞和破骨細胞的分化，而成熟的成骨細胞可能在很大程度上表達MMP-3，加速軟骨的降解，在AS 的疾病進展中起重要作用。

MMP-3 不僅介導(dǎo)成纖維細胞增生，也參與炎癥反應(yīng)及間質(zhì)膠原酶的激活，直接參與Ⅱ型膠原降解，MMP-3 處于激活狀態(tài)時可直接作用于骨礦化過程，利于骨基質(zhì)礦化前成熟，在骨吸收和骨形成中發(fā)揮重要作用。研究顯示，通過下調(diào)MMP-3水平，可以降低致炎因子釋放，對調(diào)整AS 異?；|(zhì)降解、改善血管翳形成有積極作用，進而發(fā)揮改善患者癥狀、抑制骨質(zhì)及軟骨破壞的作用[28]，MMP-3 可在抗炎作用的水平上作為預(yù)測治療效果的指標，是炎癥反應(yīng)的標志物[29-30]，在臨床中可以通過密切檢測患者血清MMP-3 水平的變化情況，提前采取有效措施以預(yù)防患者病情惡化。Wei 等[31]對AS 患者和健康人進行基因分型，并通過BASDAI、強直性脊柱炎功能指數(shù)（Bath ankylosing spondylitis functional index,BASFI）和強直性脊柱炎全球評分（Bath ankylosing spondylitis global score,BAS-G）評定患者的疾病活動和功能狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)血清MMP-3 水平與患者ESR、CRP 及白細胞介素6（interleukin-6,IL-6）水平等炎癥指標相關(guān)，MMP-3基因啟動因子的5A/6A 多態(tài)在AS的病理生理學(xué)中是功能相關(guān)的，研究發(fā)現(xiàn)了MMP-3和TIMP-1基因作為AS 疾病進展中關(guān)鍵元素的重要性。

AS疾病進展的另一個參數(shù)是放射學(xué)進展，與AS相關(guān)的脊髓損傷過程可以通過MRI顯示[5,32]，但AS發(fā)病初期臨床表現(xiàn)輕微，影像學(xué)檢查也無明顯的骶髂關(guān)節(jié)炎癥狀，極易被忽視而導(dǎo)致病情延誤。在以往的研究中，只有基線放射學(xué)損傷被認為是AS 患者放射學(xué)進展的獨立預(yù)測因素，但隨著近些年醫(yī)學(xué)的進步，一些生物標志物也被認為是AS 患者放射學(xué)進展的獨立預(yù)測因子[33-34]。He等[5]研究了24 例AS 患者治療前及治療12 周后MMP-3、IL-6、TNF-α 等生物標志物的變化與關(guān)節(jié)炎癥的MRI 指標、BASDAI、BASFI、BAS-G、CRP、ESR 等之間的相關(guān)性，結(jié)果顯示，AS 患者血清MMP-3 的變化與MRI 骶髂關(guān)節(jié)評分之間存在顯著相關(guān)性，與CRP、IL-6 之間呈正相關(guān)，通過AS患者血清MMP-3的變化模式可以較好地預(yù)測其骶髂關(guān)節(jié)評分。也有學(xué)者認為AS 骶髂關(guān)節(jié)MRI 表現(xiàn)與患者血清MMP-3水平呈顯著正相關(guān)，血清MMP-3水平和MRI一樣，可用于AS骶髂關(guān)節(jié)炎的早期診斷[6]。但也有學(xué)者認為MMP-3 與MRI 結(jié)果之間不存在顯著相關(guān)性，究其原因可能是由于現(xiàn)存的研究有限，不同的研究設(shè)計、有限的措施及研究對象的質(zhì)量和數(shù)量導(dǎo)致結(jié)果之間的差異，因此，未來仍需要大量的研究以證明MMP-3 和MRI 之間的相關(guān)性[35]。綜上所述，MMP-3 與AS 患者MRI 結(jié)果顯著相關(guān)，是AS 患者放射學(xué)進展的獨立預(yù)測因子[6]。

4 血清MMP-3判斷AS疾病活動性

準確評估AS 疾病的活動性在臨床實踐中已經(jīng)變得十分重要。近些年有學(xué)者將血清MMP-3應(yīng)用于AS疾病活動性的檢測，但目前尚未有關(guān)于MMP-3作為判斷AS 病情活動的可靠性及有效性。研究表明，AS 疾病活動期患者血清MMP-3 水平明顯較穩(wěn)定期高，且血清MMP-3 水平和mSASSS 評分呈顯著正相關(guān)，說明其表達水平與疾病活動度之間存在密切關(guān)系，檢測患者血清MMP-3、IL-1β、骨保護素水平可以為AS的早期診斷和病情評估提供依據(jù)[20]。在治療過程中，隨著體內(nèi)血清MMP-3水平的下降，CRP、TNF-α等促炎性細胞因子也會下降，因此MMP-3 可被認為是AS 活動性的重要指標[5,36]。Soliman 等[35]通過對AS 患者和健康志愿者的血清MMP-3 的檢測，評價MMP-3和MRI在AS患者疾病活動度的評估作用，并與BASDAI、ESR、CRP 等常規(guī)指標進行比較，發(fā)現(xiàn)活動期AS 患者血清MMP-3 水平顯著升高，與BASDAI之間存在顯著相關(guān)性，與ESR 和CRP 無關(guān)。因此認為血清MMP-3 是反映AS 臨床疾病活動性的客觀指標，在評估AS 患者的疾病活動性方面比ESR 和CRP更有效，但在臨床評估疾病活動性和指導(dǎo)在AS 中生物抑制劑的使用時，應(yīng)將MMP-3 和MRI 與BASDAI一起考慮。

AS 現(xiàn)有的生物標志物是ESR 和CRP，但由于ESR 和CRP 等常規(guī)指標的特異度較低，在反映AS 患者疾病活動度上效能較低，因此不能作為評估AS 疾病活動性和嚴重程度的唯一參數(shù)。相比之下，血清MMP-3 在檢測AS 患者的疾病活動性及藥物療效方面有更高的潛在應(yīng)用價值。Chen 等[37]對42 例AS 患者及20名健康志愿者的血清MMP-3及TIMP水平進行統(tǒng)計學(xué)分析，并對ESR 和CRP 進行比較，探討MMP-3 作為AS 疾病高活動性標志物的臨床應(yīng)用價值，發(fā)現(xiàn)AS 患者僅MMP-3 水平顯著高于正常對照組，疾病活動度高的AS 患者血清MMP-3 水平也較高，與BASDAI 和功能指數(shù)顯著相關(guān)，其靈敏度（69.2%）和特異度（68.8%）均較高，比以往使用的ESR 和CRP 更準確，是判斷AS 活動性的一個重要生物標志物。

5 血清MMP-3 作為TNF-α 抑制劑的療效評價指標

AS患者外周血清中MMP-3的濃度與AS患者疾病活動性密切相關(guān)，MMP-3 與ESR、CRP 一樣，不僅可以作為評估AS 病情活動的另一個客觀指標，而且還可以作為判定TNF-α 抑制劑治療AS 療效的客觀指標[38]。近年來，隨著TNF-α 抑制劑治療AS 的進展，采用更準確方法、手段用于評估疾病活動性和檢測治療效果勢在必行[39]。在臨床中，許多AS 活動期患者對依那西普（etanercept）或英夫利昔（infliximab）單抗的治療反應(yīng)良好，但由于這些藥物的成本較高，且主要依靠AS 患者疾病活動性相關(guān)的主觀指標，如BASFI 和醫(yī)師的意見，存在極大的主觀性，因此急需一種更客觀的方法來評估AS 患者對TNF-α 阻斷治療的反應(yīng)[40]。Wendling 等[41]通過對比AS 患者和正常對照組血清中MMP-3 及組織蛋白酶K 的水平，探討MMP-3 在TNF-α 抑制劑治療中的變化，發(fā)現(xiàn)MMP-3在活動期AS 患者血清中的水平顯著升高，但這與評估疾病活動性的常規(guī)指標，如BASDAI、ESR、CRP 之間無明顯相關(guān)性。臨床通過TNF-α 的應(yīng)用，可顯著降低血清中MMP-3 水平，說明MMP-3 可以作為AS患者疾病活動性的生物標志物。

英夫利昔單抗是一種TNF-α 的中和抗體，是另一種臨床常用的AS 治療策略，對AS 有額外的治療作用，與MMP-3表達減少有關(guān)，也可以作為患者潛在的生物標志物[5,42]。Yang等[43]通過對接受和未接受英夫利昔單抗治療的AS 患者的血清MMP-3 和巨噬細胞集落刺激因子（macrophage colony-stimulating factor,M-CSF）水平進行檢測，并將其與28 名健康受試者進行比較，發(fā)現(xiàn)在未接受生物制劑治療的AS 患者組中，MMP-3 和M-CSF 均與BASDAI 值相關(guān)，但彼此之間不相關(guān)。重度活動期AS 患者血清中的MMP-3 水平較高，但在應(yīng)用英夫利昔單抗治療后，BASDAI 和血清MMP-3 水平均顯著下降，M-CSF 值無明顯變化，認為MMP-3 和M-CSF 可以作為AS 疾病活動性的潛在標志物，特別是在英夫利昔單抗治療期間。楊春花等[44]檢測AS患者血清和關(guān)節(jié)液中的MMP-3表達水平，并進一步分析其與AS患者疾病活動的相關(guān)性，以確認和探討MMP-3在AS發(fā)病中的作用，研究發(fā)現(xiàn)AS患者的血清MMP-3水平與以往常用的AS 診斷方法BASDAI 之間顯著相關(guān)，在關(guān)節(jié)和外周血中均有穩(wěn)定水平的表達，提示MMP-3 有可能作為評估AS 病情活動的另一個客觀指標，特別是在應(yīng)用生物抑制劑（如英夫利昔單抗）治療期間，是研究AS 發(fā)病機制的肯定而有用的候選基因。Maksymowych 等[45]的研究納入了接受英夫利昔單抗治療24 周的21 例AS 患者，發(fā)現(xiàn)BASDAI 的變化與MMP-3 水平的變化顯著相關(guān)，在橫向和縱向評估AS疾病活動性方面有很高的價值，可作為AS 患者生物治療反應(yīng)的評價指標。

依那西普治療可以有效降低AS 疾病活動度，改善骨生化指標及軟骨更新，包括Ⅱ型膠原降解減少和聚集蛋白聚糖更新增加，MMP-3水平與AS患者疾病活動度之間密切相關(guān)，可以作為依那西普治療的一個有用的生物標志物[46-47]。Arends等[48]通過縱向觀察92 例接受依那西普治療的患者，探討MMP-3 作為AS患者日常臨床監(jiān)測和預(yù)測依那西普治療反應(yīng)的生物標志物的潛力，發(fā)現(xiàn)依那西普治療后血清中的MMP-3水平發(fā)生顯著變化，但數(shù)據(jù)分析表明MMP-3水平對監(jiān)測和預(yù)測AS 患者對依那西普的治療反應(yīng)效果欠佳，其預(yù)測3個月后強直性脊柱炎評估協(xié)作組20 反應(yīng)標準（ASAS group response criteria 20 score,ASAS20）的準確性為中等，與目前常用的客觀生物標志物ESR 和CRP 相比沒有明顯優(yōu)勢。He 等[5]的研究檢測了AS患者接受依那西普治療后血清中TNF-α、MMP-3 等的水平，并評價這些血清標志物與患者疾病活動度、疾病嚴重程度及TNF-α 抑制劑治療后關(guān)節(jié)癥狀緩解程度之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)AS 患者的血清MMP-3 和IL-6 水平明顯高于正常人，在接受依那西普治療后，患者MMP-3水平明顯下降，而TNF-α和轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β,TGF-β）水平升高，證明血清MMP-3可以作為AS患者疾病活動性及放射學(xué)進展的獨立預(yù)測因子，與關(guān)節(jié)腫脹指數(shù)及BASDAI相關(guān)。

6 問題與展望

目前仍存在以下問題：①關(guān)于AS 的發(fā)病機制尚無明確的認識，篩選并鑒定候選基因是研究AS 病因和發(fā)病機制的一個重要領(lǐng)域；②尚無標準的方法來評估AS 患者的疾病活動性，醫(yī)師和患者常根據(jù)不同的依據(jù)來判斷疾病的活動性，急需尋找一種黃金標準來評估AS 患者疾病過程；③由于AS 治療所需要的藥物成本較高，制定一種準確的方法來測量疾病的活動性及確保藥物對患者有效性十分重要；④目前的MMP-3 檢測方法在區(qū)分MMP-3 前體和活性MMP-3 上效能較低，需要一種專門測量活性MMP-3的分析方法，可用于體外模型和臨床樣本。

幾年來，由于新的治療方法及成像方式的出現(xiàn)，臨床醫(yī)師和患者對AS 及其結(jié)果的認識有所提高[2]。MMPs，尤其是MMP-3 在AS 的發(fā)病機制中起重要作用，能夠介導(dǎo)骨和軟骨的破壞、促進致炎因子的釋放、調(diào)整異常的基質(zhì)降解和血管形成等病理因素，MMP-3 的活化還可以使MMP-9 產(chǎn)生級聯(lián)放大效應(yīng)，加劇炎癥反應(yīng)、分解破壞細胞內(nèi)皮基膜，造成血腦屏障破壞[49]，臨床可用于AS 的早期診斷、預(yù)測病情進展、判斷患者病情活動及評價TNF-α 抑制劑的治療效果等。

【利益沖突】所有作者均聲明不存在利益沖突