基質金屬蛋白酶與高血壓腦出血后腦水腫相關性的研究進展

周德生，李煦昀，王仙偉(綜述)，胡 華(審校)

(湖南中醫藥大學第一附屬醫院，長沙410007)

高血壓腦出血是非創傷性顱內出血的主要原因，為神經內科的常見病、多發病，具有高病死率、高致殘率的特點。高血壓腦出血患者血腫周圍有明顯的腦水腫發生［1］，而高血壓腦出血后腦水腫是腦出血患者病情惡化和死亡的主要原因。目前針對腦水腫的臨床治療除有手術指征者采用外科手術減壓外，一般主張在ICU條件下行及時、有力的藥物治療［2］，多使用滲透性脫水劑為主，而針對腦水腫的形成機制治療尚少。相關研究表明基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)參與和介導了多種原因所致腦水腫的形成［3-5］，其表達和調控越來越成為治療腦水腫的新的研究點，同時中醫藥通過影響MMPs的表達而起到抗高血壓腦出血后腦水腫的作用。近年來已被諸多學者研究并證實，這為急性期腦出血的治療提供了一條新的途徑。

1 MMPs系統

MMPs是參與降解包括全身各種組織細胞外基質(extracellular matrix，ECM)的蛋白酶家族，包括基質中以及整合于質膜中的各種膠原酶和彈性蛋白酶等，因其需要Zn2+、Ca2+等金屬離子作為輔助因子而得名。這是一個不斷擴大的家族，自1962年人們發現了第一個MMPs——來源于蝌蚪尾組織中的膠原酶后，陸續找到并已分離鑒別出人源MMPs家族近30個成員，根據作用底物以及片段同源性，可將其分為五類:①間質膠原酶，包括 MMP-1、MMP-8、MMP-13、MMP-18;②Ⅳ型膠原酶，也叫明膠酶，包括明膠酶A(MMP-2)和明膠酶B(MMP-9);③基質溶解素，包括基質溶解素1 (MMP-3)、基質溶解素2 (MMP-10)以及基質溶解素3(MMP-7);④膜型MMPs，包括MT1-MMP(MMP-14)、MT2-MMP(MMP-15)、MT3-MMP(MMP-16)以及近來分離命名的MT5-MMP;⑤其他類，包括MMP-4、MMP-5、MMP-6、MMP-20等，這些未歸類MMPs的作用較特殊，不能歸類于其他MMPs［6］。所有MMPs家族成員都存在以下六個基本特征:①降解ECM。②以酶原的形式被分泌到ECM中，在適當的條件下被激活而發揮生理作用。③其活性部位都含有Zn2+。④均需要Ca2+保持其穩定性。⑤在中性pH值條件下起作用。⑥在體內存在著其天然激活劑和抑制劑(組織抑制因子及血漿抑制因子α2巨球蛋白)。

2 MMPs與高血壓腦出血

2.1 MMPs與高血壓腦出血危險因素的相關性 動脈壁中層發育缺陷、動脈硬化和高血壓是自發性腦出血的三個重要因素，其中高血壓是導致腦出血的最重要的獨立危險因素，三者可互影響，長期高血壓可以引起動脈壁異常增厚，平滑肌變性，彈性降低，甚至形成微動脈瘤等，使動脈壁在血壓突然升高時破裂出血［2］。血管壁的變性及微動脈瘤或夾層動脈瘤的形成過程中，血管ECM的破壞和重建起著重要的作用，動脈壁ECM的增多或沉積是病變加重的一個關鍵因素，在原發性高血壓早期血管重構中起十分重要的作用［7］。MMP-9可以降解血管壁ECM中最主要的兩種成分:彈性蛋白和膠原纖維，從而改變血管管壁結構，長期發展則致管壁增厚、血管內徑減小、管壁順應性減低，在高血壓病的發生、發展及血管重構中發揮著重要作用［8］。Dhingra等［9］縱向研究觀察595例無心力衰竭及心肌梗死病史的非高血壓人群4年，發現患者血清MMP-9高水平與高血壓的發生風險具有相關性。此外，還有研究表明，MMPs與動脈硬化密切相關，在動脈粥樣硬化斑塊處的表達還與斑塊的穩定性密切相關，易損斑塊處MMPs表達水平增高［10-11］，由此可知MMPs與自發性腦出血的三個危險因素均有關聯，其是否與高血壓腦出血的發生存在正相關具有重要的探討價值。

2.2 腦出血后MMPs的表達與調控 MMPs的調節發生在許多階段，包括轉錄水平的調節、酶原活化和抑制物的調節［12］。正常狀態下腦血管內皮細胞有MMP-2與MMP-9低水平基礎表達，其中MMP-2的表達活性高于MMP-9，它們與其組織抑制因子之間保持動態平衡，然而在許多病理環境中，這些分子能發生正調節而過度表達［13-14］。Rosell等［15］報道腦出血患者死亡后腦組織檢出MMP-9高水平表達。Katsu等［16］的研究顯示，腦出血后血紅蛋白誘導的氧化應激反應有助于MMP-9的活化。Power等［17］對膠原酶誘導的大鼠腦出血模型中MMPs的表達進行研究發現，在血腫的邊緣區MMP-2、MMP-3、MMP-7、MMP-9和MMP-12的mRNA水平均明顯增加。Yang等［18］經尾狀核注射膠原酶誘導大鼠腦出血模型，測得MMP-9的表達在腦出血后4 h至7 d均有上升。王慶廣等［19］研究發現，在自體血注入法的大鼠腦出血模型中，MMP-2在腦出血后1 h即可開始表達，24 h達到高峰，48 h恢復正常，而MMP-9在腦出血后6 h即有表達，48 h達到高峰，此后漸減，直到第7天恢復正常。

3 MMPs引發腦水腫的機制

近年來的研究證實，MMP-2和MMP-9的血清水平與腦出血后初期水腫容積和隨后的擴大相關聯，是早期反映腦出血血腫周圍水腫嚴重程度和預后的敏感指標［20-22］。血腦屏障(blood brain barrier，BBB)的開放是MMPs引起腦水腫的主要原因［23］，BBB損害后，血漿溢出，大分子的糖、血漿白蛋白均可通過BBB，使組織問液和腦脊液白蛋白增加，造成腦水腫。BBB主要由毛細血管內皮細胞及細胞間緊密連接、毛細血管內皮下基膜和星形膠質細胞終足構成［24］。

毛細血管內皮細胞及其緊密連接是BBB的第1層結構，其中細胞間緊密連接主要由跨膜蛋白和胞質附著蛋白組成，胞質附著蛋白中的閉鎖小帶蛋白1 (zonula occluding-1，ZO1)能與多種跨膜蛋白相互連接，在緊密連接的組成中居于核心地位。MMP-9可通過降解ZO1破壞BBB結構［25-27］。

基膜也是組成BBB的重要結構，主要由ECM構成。腦微血管ECM由Ⅳ型膠原蛋白、層粘蛋白、纖維粘連蛋白、類肝素硫酸蛋白多糖以及其他糖蛋白構成。其中Ⅳ型膠原蛋白是血管基膜的主要成分，在一定程度上決定著血管的完整性，Ⅳ型膠原酶(包括MMP-2和MMP-9)對Ⅳ型膠原蛋白的過度降解是血管壁病損的重要原因。類肝素硫酸蛋白多糖位于內皮細胞表面，是微血管ECM以及支持細胞功能的血管外結構，同時也是MMP-9的主要底物［28］。這些基膜蛋白多糖的快速降解能引起大范圍的微血管完整性改變和微血管基質中其他成分的解離，從而導致多種病理過程的發生，如BBB損傷、髓鞘脫失、T細胞和巨噬細胞對基質和內皮細胞的黏附、細胞因子的分泌和炎性反應的擴散等［29-31］。

Rosenberg等［32］研究指出，在腦再灌注損傷模型中，MMP-2被激活導致再灌注損傷幾小時后BBB開放，24～48 h后MMP-9和MMP-3被激活，使血管損害更加嚴重。也有報道顯示［33］，高血壓腦出血發病后6 h就可在血腫周圍腦組織中測出MMP-9陽性表達，可引起神經細胞壞死。相關實驗研究表明［34］，在自體血注入的大鼠腦出血模型中，腦組織含水量約在腦出血后2 h升高，2～5 d達到高峰，MMP-9則在腦出血后2 d升到高峰，與腦水腫存在一定時間相關性。因此，從MMPs入手來拮抗腦出血急性期腦損傷及腦水腫，從而促進腦出血后神經功能修復與重塑，已成為近年來醫學領域的研究熱點。

4 中醫藥對MMPs的干預作用研究現狀

目前，甘露醇是國內外臨床療效最肯定、應用最廣泛的滲透性脫水劑，甘露醇為單糖，在患者的體內不會被代謝掉，可以有效地減輕腦水腫的情況，但腦出血時由于BBB破壞，甘露醇反復應用后能通過破裂的血管進入病灶區腦組織內逐漸蓄積，導致滲透壓梯度逆轉，造成病灶內腦水腫形成速度加快，程度加重;此外，應用甘露醇后還有血容量改變、水及電解質紊亂、心腎負擔加重等不良反應。近年來，中醫藥對抗腦水腫作用已被諸多學者研究并證實，梔子總環烯醚萜苷對大鼠腦出血后MMP-2/9表達有抑制作用，能減輕腦出血后腦水腫的形成［35］;黃芩水提取物具有抗炎作用，并且可降低大鼠腦出血后血腫周圍MMP-9和MMP-12的表達，抑制BBB的破壞［36］;中藥湯劑補陽還五湯可通過調節腦出血后膜型MMP-2和MMP-9表達，改善出血后腦組織的微環境，有利于微血管系統重建，促進組織修復［37］;安腦平沖湯在一定程度上能降低大鼠腦出血急性期MMP-2、MMP-9的表達，有效控制腦水腫［38］;涼血通瘀方可能通過上調MMP組織抑制劑1的表達來抑制MMP-9水平，減輕大鼠腦出血后腦水腫［39］。相關中藥對MMPs表達和活性的抑制作用為急性期腦出血的治療提供了一條新的途徑。

5 結語

MMPs對高血壓所致的腦出血后腦水腫的發生、發展和預后均有影響。能否將檢測相關MMPs作為一種預測高血壓腦出血發生、發展及預后的手段，是個值得繼續研究的課題。另外，從當前一些實驗研究中還可以了解到，某些藥物及MMPs抑制劑可以阻斷相關MMPs的功能，以此來作為一種新的治療靶點，為治療腦出血后腦水腫的新藥研發提供新的方向。

［1］ 尹曉亮，張新慶，張智敏，等.腦出血患者血腫周圍腦組織中基質金屬蛋白酶-9及其抑制劑的表達［J］.中風與神經疾病雜志，2008，25(3):319-321.

［2］ Richard Winn H，Spetzler RF，Mever FB，et al.尤曼斯神經外科學［M］.王任直，鄧侃，趙元立，等譯.北京:人民衛生出版社，2009:1377-1379.

［3］ Nagel S，Su Y，Horstmann S，et al.Minocycline and hypothermia for reperfusion injury after focal cerebral ischemia in the rat:effects on BBB breakdown and MMP expression in the acute and subacute phase［J］.Brain Res，2008，1188:198-206.

［4］ Chen W，Hartman R，Ayer R，et al.Matrix metalloproteinases inhibition provides neuroprotection against hypoxia-ischemia in the developing brain［J］.J Neurochem，2009，111(3):726-736.

［5］ Nag S，Kapadia A，Stewart DJ.Review:molecular pathogenesis of blood-brain barrier breakdown in acute brain injury［J］.Neuropathol Appl Neurobiol，2011，37(1):3-23.

［6］ 嚴廣斌.基質金屬蛋白酶［J/OL］.中華關節外科雜志:電子版，2010，4(4):29.

［7］ Raffetto JD，Khalil RA.Matrix metalloproteinases and their inhibitors in vascular remodeling and vascular disease［J］.Biochem Pharmacol，2008，75(2):346-359.

［8］ Yamamoto D，Takai S.Pharmacological implications of MMP-9 inhibition by ACE inhibitors［J］.Curr Med Chem，2009，16(11): 1349-1354.

［9］ Dhingra R，Pencina MJ，Schrader P，et al.Relations of matrix remodeling biomarkers to blood pressure progression and incidence of hypertension in the community［J］.Cicrulation，2009，119(8): 1101-1107.

［10］ Fic P，Zakrocka I，Kurzepa J，et al.Matrix metalloproteinases and atherosclerosis［J］.Postepy Hig Med Dosw(Online)，2011，65:16-27.

［11］ 丁潔，滕皋軍.基質金屬蛋白酶在動脈粥樣硬化易損斑塊中的分子影像學研究［J］.生物物理學報，2011，27(4):312-318.

［12］ Al-Dasooqi N，Gibson RJ，Bowen JM，et al.Matrix metalloproteinases:key regulators in the pathogenesis of chemotherapy-induced mucositis?［J］.Cancer Chemother Pharmacol，2009，64(1):1-9.

［13］ 全冠民，張云亭.MMPs，TIMPs與缺血后血管源性腦水腫［J］.國外醫學生理、病理科學與臨床分冊，2002，22(3):281-283.

［14］ Michalski D，Pelz J，Weise C，et al.Early outcome and blood-brain barrier integrity after co-administered thrombolysis and hyperbaric oxygenation in experimental stroke［J］.Exp Transl Stroke Med，2011，3(1):5.

［15］ Rosell A，Ortega-Aznar A，Alvarez-Sabín J，et al.Increased brain expression of matrix metalloproteinase-9 after ischemic and hemorrhagic human stroke［J］.Stroke，2006，37(6):1399-1406.

［16］ Katsu M，Niizuma K，Yoshioka H，et al.Hemoglobin-induced oxidative stress contributes to matrix metalloproteinase activation and blood-brain barrier dysfunction in vivo［J］.J Cereb Blood Flow Metab，2010，30(12):1939-1950.

［17］ Power C，Henry S，Del Bigio MR，et al.Intracerebral hemorrhage induces macrophage activation and matrix metalloproteinases［J］.Ann Neurol，2003，53(6):731-742.

［18］ Yang JT，Lee TH，Lee IN，et al.Dexamethasone inhibits ICAM-1 and MMP-9 expression and reduces brain edema in intracerebral hemorrhagic rats［J］.Acta Neurochir(Wien)，2011，153(11):2197-2203.

［19］ 王慶廣，趙輝，崔桂云，等.大鼠腦出血后血腫周圍基質金屬蛋白酶2和9及其組織抑制劑1的表達［J］.中國腦血管病雜志，2009，6(2):79-83.

［20］ Feiler S，Plesnila N，Thal SC，et al.Contribution of matrix metalloproteinase-9 to cerebral edema and functional outcome following experimental subarachnoid hemorrhage［J］.Cerebrovasc Dis，2011，32 (3):289-295.

［21］ 陳小平，永星，李小剛.尼美舒利對大鼠腦出血后腦水腫及基質金屬蛋白酶2的影響［J］.四川醫學，2010，31(9):1229-1231.

［22］ Castellazzi M，Tamborino C，De Santis G，et al.Timing of serum active MMP-9 and MMP-2 levels in acute and subacute phases after spontaneous intracerebral hemorrhage［J］.Acta Neurochir Suppl，2010，106:137-140.

［23］ Yang Y，Rosenberg GA.Blood-brain barrier breakdown in acute and chronic cerebrovascular disease［J］.Stroke，2011，42(11):3323-3328.

［24］ Thanabalasundaram G，El-Gindi J，Lischper M，et al.Methods to assess pericyte-endothelial cell interactions in a coculture model［J］.Methods Mol Biol，2011，686:379-399.

［25］ Copin JC，Gasche Y.Matrix metalloproteinase-9 deficiency has no effect on glial scar formation after transient focal cerebral ischemia in mouse［J］.Brain Res，2007，1150:167-173.

［26］ Martins T，Baptista S，Gon?alves J，et al.Methamphetamine transiently increases the blood-brain barrier permeability in the hippocampus:role of tight junction proteins and matrix metalloproteinase-9［J］.Brain Res，2011，1411:28-40.

［27］ Qiu LB，Zhou Y，Wang Q，et al.Synthetic gelatinases inhibitor attenuates electromagnetic pulse-induced blood-brain barrier disruption by inhibiting gelatinases-mediated ZO-1 degradation in rats［J］.Toxicology，2011，285(1/2):31-38.

［28］ Donzelli R，Maiuri F，Piscopo GA，et al.Role of extracellular matrix components in facial nerve regeneration:an experimental study［J］.Neurol Res，2006，28(8):794-801.

［29］ 楊永剛，錢玉中，趙會穎，等.急性腦梗死患者血清MMP-9與C反應蛋白水平的變化［J］.疑難病雜志，2009，8(10):609-610.

［30］ 孫善衛，石秋艷，張瑞彪，等.腦出血大鼠腦組織缺氧誘導因子的動態變化及促紅細胞生成素對其的影響［J］.河北醫藥，2009，31(16):2051-2053.

［31］ Li Y，Ogle ME，Wallace GC 4th，et al.Erythropoietin attenuates intracerebral hemorrhage by diminishing matrix metalloproteinases and maintaining blood-brain barrier integrity in mice［J］.Acta Neurochir Suppl，2008，105:105-112.

［32］ Rosenberg GA，Yang Y.Vasogenic edema due to tight junction disruption by matrix metalloproteinases in cerebral ischemia［J］.Neurosurg Focus，2007，22(5):E4.

［33］ Zhang XQ，Zhang ZM，Yin XL，et al.Exploring the optimal operation time for patients with hypertensive intracerebral hemorrhage:tracking the expression and progress of cell apoptosis of prehematomal brain tissues［J］.Chin Med J(Engl)，2010，123(10):1246-1250.

［34］ Wu H，Zhang Z，Li Y，et al.Time course of upregulation of inflammatory mediators in the hemorrhagic brain in rats:correlation with brain edema［J］.Neurochem Int，2010，57(3):248-253.

［35］ 楊奎，鄔春久，蒙亞江，等.梔子總環烯醚萜苷對大鼠腦出血AQP4和MMP-2/9表達的影響［J］.中藥藥理與臨床，2010，26 (2):37-39.

［36］ Shin JW，Kang HC，Shim J，et al.Scutellaria baicalensis attenuates blood-brain barrier disruption after intracerebral hemorrhage in rats［J］.Am J Chin Med，2012，40(1):85-96.

［37］ 王玲，唐濤，羅杰坤，等.腦出血大鼠腦組織膜型基質金屬蛋白酶、基質金屬蛋白酶2和基質金屬蛋白酶9表達及益氣活血中藥的干預效應［J］.中國組織工程研究與臨床康復，11(43): 8712-8716.

［38］ 周德生，陳艷，胡華等.安腦平沖湯對大鼠腦出血后腦水腫及MMP-2/9蛋白表達的影響［J］.疑難病雜志，2011，10(2): 129-131.

［39］ He CY，Huang JH，Wang WJ，et al.Effects of Liangxue Tongyu Formula on brain edema and expressions of matrix metalloproteinase-9 and tissue inhibitor of metalloproteinase-1 in rats with intracerebral hemorrhage［J］.Zhong Xi Yi Jie He Xue Bao，2010，8(4): 347-351.