MMP-2、MMP-9与脑出血的研究进展

　　作者：姚晓利(综述),唐兴江(审校)　　作者单位： 四川，泸州医学院附属医院神经内科(姚晓利、唐兴江

　　【关键词】 脑出血,MMP-2,MMP-9;脑水肿

　　基质金属蛋白酶(Matrix metalloproteinases，MMPs) 是一组同源的酶活性依赖钙离子和锌离子的中性蛋白酶基因家族，是广泛参与降解全身各种组织细胞外基质(ECM)的蛋白酶类，现发现20多种,其中MMP-2和MMP-9是MMPs家族的两个最主要的成员。由于MMP-2和MMP-9的作用使细胞外基质降解的正常平衡被破坏，从而导致多种病理过程的发生，如髓鞘脱失、血脑屏障损伤等。近年来的研究认为MMP-2和MMP-9与脑血管病的关系密切，其参与了脑出血后脑水肿及炎症反应以及继发性脑损伤的病理过程，并发挥重要作用。本文着重对其与脑出血的关系及研究进展作简要综述。

　　与MMP-9的特性及调控

　　基质金属蛋白酶最早是1962年Gross和Lapiere在研究蝌蚪尾巴蜕变时发现的。目前已发现至少21种MMPs系列酶，这类酶的主要功能是分解细胞外基质，在正常人体胚胎发育、组织塑形、瘢痕改造和血管发生、伤口愈合等方面起着重要的作用，而异常MMPs 的表达与启动也参与人体众多病理生理过程,如肿瘤浸润及转移、炎症反应、动脉粥样硬化的形成、血管再生等。

　　与MMP-9的特性 MMP-2即72 KD IV型胶原酶(又称明胶酶A，matrixmetalloproteinases-2，MMP-2)，它是Liotta等[1]首次在高度转移的鼠肿瘤移植培养液内发现的，属于中性金属蛋白酶，存在于多种恶性肿瘤细胞培养液内，参与肿瘤的侵入与转移。该酶的相对分子质量为72 KD。现已证实MMP-2有两种形式：无活性的酶原和有活性的酶。酶原的相对分子质量为72 KD,活性酶相对分子质量为66 KD和62 KD。基质金属蛋白-9(又称明胶酶B，matrixmetalloproteinases-9，MMP-9)酶原相对分子质量为92 KD，活性酶相对分子质量83 KD，主要作用于明胶、Ⅳ、V型胶原、弹性蛋白等。

　　与MMP-9的作用底物主要包括明胶、胶原Ⅳ 、V、Ⅶ、X，层粘连蛋白，纤维连接蛋白，弹性蛋白和变性的基质胶原等。越来越多的证据表明MMP-2及MMP-9通过降解脑血管周围基膜主要成分IV,V型明胶原，层粘连蛋白，纤维连接蛋白，在脑出血后周围水肿及继发性脑损伤病理过程中起着重要作用。

　　有多种细胞参与MMP-2与MMP-9的合成和分泌，如星形细胞、内皮细胞、小胶质细胞、神经细胞、间质细胞、T细胞、巨噬细胞、嗜酸性粒细胞和中性粒细胞等。MMP-2与MMP-9在人体内是以前体或酶原的形式分泌，合成后以酶原pro-MMP的形式存在。正常脑组织中只有pro-MMP，而无活性的MMP。通过自身催化或某些酶(如纤溶酶)的作用被启动，并常在中性环境中和钙离子参与时发挥活性。

　　与MMP-9的调控 MMP-2与MMP-9表达的调节分为3个水平：(1)转录水平的调节;(2)酶原活化的调节;(3)蛋白水解酶活性抑制的调节。在转录水平，许多生长因子和组织因子(如白细胞介素1、血小板源性生长因子、肿瘤坏死因子、上皮生长因子、纤维母细胞生长因子等可诱导MMP-2与MMP-9合成增加。干扰素-β可抑制MMP-2的表达，转化生长因子-β、肝素、可的松等则抑制MMP-9的表达。Rosenberg等[2]在大鼠尾状核内注射TNF-α后引起MMP-9水平上调，推测是TNF-α通过Fos/Jun二聚体(即早基因c-fos和c-jun的转录翻译产物)作用于MMP-9基因促进其转录的结果。MMPs体内激活机制尚未明了，据推测可能与自由基、凝血酶和膜型MMP(membrane-typeMMP，MT-MMP)有关。

　　与MMP-9的调节除了转录水平调节外,金属蛋白酶组织抑制因子调节蛋白水解酶活性也是一个重要方面。金属蛋白酶组织抑制剂(tissue inhibitor metalloproteinase，TIMP)是内源性MMP抑制剂，可阻止MMP的活化，抑制或削弱其降解细胞外基质的能力。TIMP分为非特异性和特异性抑制因子，非特异性抑制剂包括α2-巨球蛋白、α1-抗胰蛋白酶、BB-94(Bati-mistat)、乙二胺四乙酸等。特异性抑制因子为金属蛋白酶组织抑制因子,是正常体内存在的MMPs 的天然特异性抑制剂,对调控MMPs 活性具有重要作用。迄今已有4种因子被详细描述。分别命名为TIMP-1，TIMP-2，TIMP-3，TIMP-4，其中TIMP-1对MMP-9具有特异性抑制作用，而TIMP-2是MMP-2的特异性抑制物。MMPs 活性的抑制作用有一定的特异性。分泌MMP的细胞同时分泌TIMP，在ECM代谢调节中，是与MMP对应的负调节剂。TIMPs一般与MMPs 酶原按1:1比例以非共价键形式形成复合体，从而阻断MMPs的激活;也可与已激活的MMPs结合而抑制其活性。正常情况下，体内MMPs与TIMPs 分泌保持平衡，相互牵制，维持MMPs的生理功能及MMPs 和TIMPs 之间的平衡。

　　脑出血后MMP-2与MMP-9的表达变化

　　在正常脑组织内,MMP-2与MMP-9仅有低水平基础表达，星形细胞可以产生无活性的MMP-2，小胶质细胞在炎性因子存在下，受刺激可产生MMP-9。在生理情况下，能够切断任何细胞外基质成分、调节细胞粘着、作用于细胞外成分或其它蛋白成分而启动潜在生物学功能。在缺血缺氧和炎性因子存在下，血管内皮细胞、小胶质细胞、神经细胞等可合成MMP-2与MMP-9，发挥降解ECM的生物学作用，从而引起疾病的发生与发展。

　　有研究显示，MMP-9定位于神经元、血管内皮细胞及胶质细胞。脑出血时MMP-9增加，内源性MMP-9来自星形胶质细胞和小胶质细胞，外源性则来自内皮细胞、渗出的中性粒细胞和巨噬细胞。MMP-9一旦启动，即可通过降解细胞外基质成分，破坏血脑屏障完整性。Power等[3]对脑出血后基质金属蛋白酶的表达及其病理作用进行研究发现，在血肿的边缘区MMP-2、MMP-3、MMP-7、MMP-9和MMP-12的mRNA水平均明显增加。Rosenberg等[4]用胶原酶法诱导脑出血模型试验表明，脑出血后l6-24 h MMP-9、MMP-2含量升高，脑组织含水量亦增高，给予MMP-9的抑制剂BB-1101后，显著减轻了脑组织含水量。

　　另外，也有研究显示，ICH后血浆MMP-2与MMP-9的含量与血肿体积、神经功能缺失程度密切相关，血肿体积越大，MMP-2与MMP-9表达越显著，血脑屏障通透性增高和炎症反应加重，导致脑组织广泛损伤，使神经功能损伤进一步加重。

　　鞠波等[5]研究发现，正常wistar大鼠脑血管壁没有发现MMP-2和MMP-9的表达，SHR/SP大鼠的血管壁仅有少量表达，在发生脑出血的SHR/SP大鼠MMP-2和MMP-9表达较强。证明了大鼠高血压脑出血的血管壁病损与MMP-2和MMP-9有关，而且在发生出血时，MMP-2与MMP-9的产生进一步增多。田力等[6]研究证实ICH患者血浆MMP-9,MMP-2含量明显增高,且MMP-9在ICH后6h开始表达，5d达高峰，以后逐渐下降，15d接近正常水平，MMP-9表达与脑水肿发生规律基本一致。而MMP-2表达则与MMP-9早期表达不同，从第24小时开始表达，5d达高峰，并维持较高水平达2周，提示可能与巨噬细胞表达有关，其主要功能为吞噬细胞碎片和坏死组织，故推测ICH后期表达MMP-2可能与ICH后的细胞碎片和组织清除和修复有关。MMP-2、MMP-9的表达增加可能与脑组织中氧自由基产物、一氧化氮和肿瘤坏死因子等炎性因子的大量增加以及N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate，NMDA)受体的激活有关。

　　与MMP-9造成脑损伤的机制

　　脑水肿的形成 脑出血后急性期和亚急性期常见的继发性损害是血肿周围脑组织水肿，其形成机制可能与脑出血后伴随血肿周围缺血、炎症反应和细胞因子、凝血酶等多种因素有关 。其中MMP-2和MMP-9表达或活性升高，通过降解细胞外基质使血脑屏障(blood brain barry，BBB)受损，导致脑微血管通透性及BBB通透性增加，造成脑组织水肿及神经细胞损伤[7,8]。有研究表明[10,11]，MMP-9表达的增加可能是脑出血后脑水肿形成重要原因之一;而MMP-2的表达上调可能是出血后早期脑水肿(24h内)形成的重要因素，与迟发性脑水肿的形成无关。迟发性脑水肿的形成可能与MMP-9的表达增加及凝血酶介导引起的炎性反应、细胞凋亡等神经毒性有关。

　　血脑屏障主要由毛细血管内皮细胞、细胞间紧密连接、毛细血管内皮下基底膜和星形胶质细胞终足构成，毛细血管内皮细胞及其紧密连接是血脑屏障的第一层结构，构成紧密连接的蛋白质分子，包括膜周蛋白( ZO-1、ZO-2,ZO-3)、跨膜蛋白等，在这些蛋白质中，目前有研究表明ZO-1正是MMP-9的底物。而基底膜的主要成分IV型胶原、层粘连蛋白和纤粘连蛋白以及其他细胞外基质的重要成分如胶原、糖蛋白、脂蛋白也均为MMPs作用的底物[9]。

　　正常情况下细胞在分泌MMPs的同时还产生组织金属蛋白酶抑制剂，二者以复合物的形式调节细胞外基质，使细胞外基质保持在一种动态平衡中。动物实验证实，脑出血后基质金属蛋白酶相对过度被启动，基质金属蛋白酶与TIMPs之间动态平衡失调，病变区MMP-2与MMP-9表达增加。激活的MMP-2与MMP-9攻击血脑屏障毛细血管内皮下基底膜，降解ECM 的胶原成分、层粘蛋白、弹性蛋白及纤维连接蛋白，使其结构完整性遭受破坏，增加血管通透性，由此造成BBB通透性增加，毛细血管内的水分与血浆蛋白外渗，致细胞间隙内水分增多，形成血管源性脑水肿及炎性细胞浸润，和进一步释放炎症因子，从而促发脑水肿形成以及继发性脑出血和脑损伤。

　　炎症反应 脑出血的过程中，机体发生了一系列结构、代谢和功能的改变，血肿周围组织存在明显的炎症反应，其过程包括大量中性粒细胞和淋巴细胞浸润、小胶质细胞增多以及多种炎性因子(如细胞因子、粘附分子)的显著表达和补体系统的启动。

　　在脑出血早期，血肿周围脑组织中即有中性粒细胞MMP-9阳性表达及中性粒细胞浸润。有研究指出，中性粒细胞、巨噬细胞均需借助于MMP-9游出血管外。BBB破坏后为炎性细胞侵入脑组织打开了方便之门。中性粒细胞本身可表达MMP-9，它本身有穿过基膜的能力，并可通过蛋白水解作用在组织中游走，通过自身炎性破坏作用直接侵犯神经细胞。另外脑出血损伤时，氧自由基和其它信使启动炎性细胞因子和致炎症酶原，引起趋化因子释放、白细胞黏附分子(选择蛋白、整合素、免疫球蛋白超基因家族等)表达上调，从而中性粒细胞向微血管内皮细胞移动和黏附，致使中性粒细胞在出血脑组织中浸润。浸润、聚集的白细胞释放氧自由基、溶蛋白酶及细胞激动素等造成组织损伤、坏死，引起脑组织继发性损伤。

　　脑出血不仅引起中枢神经系统炎症反应，还引起全身炎症反应，使周围循环系统炎症因子可以通过MMP-9基因启动子位置存在的NF-KB，AP-1，SP-1等多种核因子结合位点上调MMP-9表达，从而使血清MMP-9表达升高。NF-KB参与基因转录功能的调控，ICH后，炎性因子可通过激活NF-KB诱导神经细胞产生一系列促凋亡因子(如iNOS、P53和Fas配体等)，这些因子通过级联反应导致细胞凋亡。另外血肿直接压迫周围脑组织和小血管，引起局部血流量降低，组织细胞缺血缺氧，导致细胞功能发生改变;缺血，缺氧作为一种信号，刺激炎性细胞因子、神经元、内皮细胞和胶质细胞，从而启动了MMPs系统导致MMP-9与MMP-2表达上调,这样就导致脑水肿及炎症损伤的恶性循环。

　　治 疗

　　综上所述，脑出血后MMP-2与MMP-9表达增高，增高越明显，病情越危重，如何降低其表达成为治疗的关键。Rosenberg等[12]应用合成的MMPs抑制剂BB-1101，通过阻止内皮细胞表达MMP-9，抑制了血-脑屏障的早期开放和脑水肿，从而减轻了缺血性脑损伤。Yushchenko等[13]用干扰素β1b治疗原发性进展性多发性硬化性患者，发现干扰素β1b可降低血浆MMP-9水平，缓解病情,从不同水平选择性抑制MMP-9，可显著减轻其对病灶局部的损伤作用。许宏伟等[14]研究发现用七叶皂苷钠可使实验性脑出血大鼠的MMP-2和MMP-9mRNA和蛋白表达阳性染色细胞数明显减少;提示七叶皂苷钠可能具有抑制MMP-2和MMP-9mRNA和蛋白表达的作用;且可能在一定范围内存在着量效关系。Harkness等[15]研究表明，地塞米松在中枢神经系统能抑制血管内皮细胞MMP-2、MMP-9的表达，降低BBB的损害。其机制可能是：糖皮质激素通过fos/jun二聚体形成复合物，阻止其与激活蛋白一1的结合而抑制MMP-9基因转录[16] 。邢红霞[17]等用阿托伐他汀治疗急性脑出血时发现，治疗组较对照组神经功能恢复快，脑水肿产生率小，MMP-2、MMP-9水平降低明显。提示阿托伐他汀可通过降低血清MMP-2、MMP-9水平，减少血脑屏障的开放，减轻水肿，促进神经功能恢复，为ICH 的治疗提供了一个新思路。张建平等[18]研究对大鼠脑出血后经局部亚低温干预后，其不同时间点脑组织水含量及BBB通透性均较常温实验组明显降低，同时MMP-2/9的表达量也较常温实验组显著下降，表明亚低温干预可能具有抑制脑出血后MMP-2/9表达异常升高的作用，从而保护BBB、减轻脑水肿及炎症反应。周爽等[19]研究发现电针对脑出血的作用机制可能通过下调NF-KB、TNF-α的表达水平，阻止了脑出血后脑缺血所引起的脑炎性反应，进而减轻脑细胞的损伤，改善了脑出血的预后。

　　总之，由于MMP-2和MMP-9与脑出血后脑水肿及炎症反应关系密切，通过各种不同的途径降低MMP-2/9水平可减少脑水肿及脑损伤程度，可能会成为保护血脑屏障和治疗脑水肿的新途径。

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