MMP-2/MMP-9在炎癥中的研究進展

王海波(綜述)，俞為榮(審校)

(1.蚌埠醫學院，安徽 蚌埠 233000； 2.上海交通大學醫學院附屬第三人民醫院燒傷整形科，上海 219000)

正常情況下，細胞外基質對于維持細胞內環境的穩定至關重要，它們通常是由細胞合成并分泌到細胞外、分布在細胞表面或細胞之間的大分子，主要是一些多糖和蛋白，或蛋白多糖。這些物質構成復雜的網架結構，支持并連接組織結構、調節組織的發生和細胞的生理活動。而在炎癥、腫瘤等病理情況下，機體細胞外基質溶解，由于正常的細胞外基質結構遭到破壞，進一步加重炎性細胞浸潤、腫瘤細胞浸潤轉移的病理變化，在疾病的發生、發展過程中起著重要作用。而導致細胞外基質溶解的酶通常與基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)有關[1-2]。該文就MMPs中MMP-2/MMP-9在炎癥中作用的研究進展進行綜述。

1 MMPs

迄今為止，在脊椎動物中共發現24種MMPs，其中有23種在人類發現，MMPs是一組重要的內在Zn2+外在Ca2+依賴性酶家族。通常情況下，機體常以無活性的MMPs的形式合成和分泌，通過逐級活化、被細胞表面膜型MMPs激活[3]和細胞內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通常都由原結構域、催化結構域、鏈接區域和血液結合素區域構成。除上述共同的性質外，MMPs的結構在其氨基酸序列上也有一定的同源性，它們均有一個80個氨基酸前肽序列，其中含有與酶激活有關的高度保守半胱氨酸序列PRCGXPD；均有一個大約120個氨基酸的N端片段；都有一個含高度保守Zn2+結合位點的催化片段HEXGHXXGXXH[5]，此Zn2+結合位點與細菌熱解素結合位點為同源序列。根據其降解的底物不同，可將人源性MMPs分為膠原酶、明膠酶、間質溶解素、基質溶解因子、膜型MMPs及其他 MMPs六大類(圖1)[5]。

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

S：信號肽；pro：前肽；Zn：鋅活性位點；Hpx：血紅素結合蛋白區域；Fn：粘連蛋白區域；Ⅴ：玻連蛋白插入點；Ⅰ：Ⅰ型跨膜結構域；Ⅱ：Ⅱ型跨膜結構域；G：GPI錨位；Cp：胞質結構域；Ca：半胱氨酸排列位點；Ig：類IgG結構域

2 MMP-2/MMP-9

2.1一般結構 MMP-2/MMP-9屬于MMPs中的明膠酶類。MMP-2又稱為明膠酶A，以相對分子質量為72×103的酶原形式分泌后，N端裂解掉80個氨基酸成為相對分子質量為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[相對分子質量為(78～82)×103]的形式合成，后經裂解掉19個氨基酸的信號肽，再糖基化而轉變成相對分子質量為95×103的酶原形式，酶原降解掉N端73個氨基酸產生此酶的活化形式(相對分子質量為84×103)。

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

2.3生物學效應 正常情況下，MMPs在體內多種生物學進程中發揮重要作用，如參與胚胎發育、正常組織重塑、創面愈合和血管形成等過程；也可見于多種疾病，如關節炎、腎炎、組織潰瘍、纖維素炎癌癥、動脈粥樣硬化、動脈瘤。其在細胞外基質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；但是兩者對間質膠原(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型膠原)則不起作用[8-9]。

2.4合成與活性的調控 MMPs的合成及對其活性的調控發生在以下幾個水平。①基因轉錄水平上的調控：許多因素可影響MMPs的基因轉錄，其中主要是細胞因子和生長因子，如白細胞介素(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。有學者研究證明[10-11]，TNF-α、IL-6能夠促進MMP-2、MMP-9的表達。②酶原激活調控：機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：基質金屬蛋白酶組織抑制劑是金屬蛋白酶體內天然抑制劑，它是抑制MMPs的多功能因子，可在間質細胞中表達，兩者通常以1∶1的比例組合，共同調節MMPs的活性[12]。

3 MMP-2/MMP-9在炎癥中的表達變化

3.1早期炎性介質的調節作用 機體在遭遇創傷后，大量炎性細胞聚集創區，最早以中性粒細胞到達創面，之后巨噬細胞、淋巴細胞等免疫細胞進一步到達創面。創傷后組織的壞死和缺血/再灌注損傷能激活體內單核/巨噬系統，釋放以TNF-α和IL-6為主的早期炎性介質，啟動全身炎性反應綜合征，而全身炎性反應綜合征進一步發展可誘發多臟器功能衰竭，嚴重者可導致患者死亡[13]。增高的TNF-α和IL-6可激活補體及C反應蛋白的表達，刺激中性粒細胞、內皮細胞、單核-巨噬細胞及淋巴細胞遷移和外滲至局部組織，引起炎性反應，這些活化的炎性細胞又產生更多的黏附因子、細胞因子和趨化因子，進一步導致炎性反應的加重[14-16]。

3.2MMP-2/MMP-9與TNF-α、IL-6 炎癥早期釋放的TNF-α和IL-6等炎性介質能夠促進MMP-2、MMP-9的表達，而過表達的MMP-2、MMP-9可降解細胞外基質，破壞基膜，使炎性細胞進一步浸潤到更深層次的組織中，腫瘤細胞也可因基膜的破壞、細胞外基質的溶解發生轉移。提示MMP-2、MMP-9的合成及分泌與TNF-α高度密切相關，而TNF-α、IL-6正是炎癥早期滲出的細胞因子，說明MMP-2、MMP-9與炎性反應有密切的關系。

3.2相關實驗研究 Kalela等[17]也對冠心病傳統危險因素(如糖尿病、高脂血癥等)與MMP-9的關系進行研究，對健康人的研究發現其MMP-9與白細胞計數呈顯著正相關，說明血清MMP-9可以作為有價值的炎性反應標志物。有學者研究發現[18]，在MMP-2與MMP-9的作用下，基膜中細胞外基質降解，肌纖維完整性遭到破壞，使炎性細胞浸入肌組織，出現肌纖維壞死及吞噬現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現，正常大鼠的骨膜MMP-2、MMP-9很少表達甚至不表達，而分泌性中耳炎的大鼠骨膜MMP-2、MMP-9的分泌顯著地增加，兩者比較差異有統計學意義，而這些增加的MMP-2、MMP-9引起基膜破壞從而進一步導致鼓膜纖維層被降解破壞，出現紊亂的疏松結構更有利于炎性細胞的浸潤，蛋白酶的接觸與降解。朱運奎等[20]研究發現，MMPs可直接降解肺內膠原和其他間質組織，導致肺組織破壞，中性粒細胞彈力蛋白酶通過活化MMPs引起或加速細胞外基質的破壞，MMPs與彈力蛋白酶的協同作用可能是肺氣腫等肺組織破壞的機制。張寧等[21]通過研究發現，MMP-2、MMP-9基因mRNA在對照組大鼠外周血、脾臟淋巴細胞中的表達水平較低，而在實驗性自身免疫性肌炎組中各時相點均增高，兩者比較差異有統計學意義，同樣基質金屬蛋白酶抑制劑表達水平與對照組相比，實驗性自身免疫性肌炎組明顯升高，兩者比較差異有統計學意義。

Corbel等[22]研究發現肺長期高氧暴露下，肺組織的基膜受損，炎性細胞浸潤，出現暫時性的細胞外基質異常沉積，進而通過目前尚未明確的基質誘導MMP-2、MMP-9釋放增加，活性增強，其結果可能是適時、適量的MMP-2、MMP-9用以降解臨時沉積的細胞外基質，可促進基膜的重建。但是，過量表達MMP-2、MMP-9后，導致MMP-9/基質金屬蛋白酶抑制劑1比值失調，基膜破壞更加嚴重，大量炎性細胞(中性粒細胞、單核-巨噬細胞等)可穿透基膜至肺間質和肺泡，釋放更多的炎性因子，加重肺部損傷，同時也促進MMP-2、MMP-9的釋放；MMP-2、MMP-9與炎性細胞計數及某些炎性細胞因子呈正相關，減少機體內MMP-2、MMP-9的表達，是否能夠有效地改善炎性反應程度呢？有研究表明，在給予某種藥物干預后，能夠有效地抑制MMP-2和MMP-9的合成與分泌，減輕炎性細胞的浸潤從而阻止MMP-2和MMP-9對結腸組織細胞外基質的過度降解，促進結腸損傷的愈合[23]。

4 小 結

MMPs在細胞外基質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胞外基質，破壞基膜。而有大量研究發現，MMP-2、MMP-9的過表達與炎癥初期釋放的某些炎性介質呈正相關，細胞外基質和基膜的降解可進一步加重炎性細胞的浸潤范圍，從而加重炎性反應。

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