金屬基質蛋白酶9與疾病的研究進展

摘要：金屬基質蛋白酶（MMPs）是一組可以選擇性降解細胞外基質（ECM）的內肽酶，金屬基質蛋白酶9（MMP-9）又名明膠酶B，它是MMPs家族中一個重要成員，能水解彈性蛋白、膠原蛋白、明膠、纖維蛋白等多種細胞外基質成分，在生理情況下參與人體的正常發育，是ECM降解的生理性調節因子。所有MMPs都受金屬基質蛋白酶抑制劑所抑制，兩者的不平衡導致許多疾病的發生。金屬基質蛋白酶抑制劑1（tissue inhibitor of metalloproteinase-1，TIMP-1）為MMP-9特異性抑制劑，目前認為MMP-9與TIMP-1是調節ECM降解、合成的主要酶類，MMP-9/TIMP-1比值失衡是多種疾病發生、發展的重要機制之一。近年研究發現MMP-9還與全身多系統疾病的發生、發展有關，現就MMP-9與多種疾病的相關研究進展進行綜述。

關鍵詞：金屬基質蛋白酶9；疾病；研究進展 金屬基質蛋白酶（matrix metalloteinases，MMPs）是一組鋅離子依賴的肽鏈內肽酶，因含金屬離子（鋅、鈣）而得名，現至少已發現26種MMPs，稱為MMPs家族，是構成細胞外基質降解最重要的蛋白水解系統。其抑制劑（tissue inhibitor of metalloproteinases，TIMPs）是調節MMPs的重要因素。MMPs與TIMPs在維持ECM的動態平衡中起重要作用。細胞外基質（extracellullar matrix，ECM）是一類由膠原、蛋白聚糖及糖蛋白等大分子物質組成的動態網狀結構，ECM不僅起細胞與細胞之間機械支持和連接作用，也是細胞與細胞之間信號傳遞的橋梁，現已識別絲氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶、基質金屬蛋白酶均能降解ECM[1]。金屬基質蛋白酶9（matrix metalloteinases-9，MMP-9）是MMPs家族分子量最大的明膠酶。TIMP-1是MMP-9的重要的生理性抑制劑，二者在維持ECM的動態平衡中起重要作用。MMP-9/TIMP-1比值失衡是多種疾病發生、發展的重要機制之一。近年許多研究發現MMP-9與多種疾病的發生發展密切相關。

1 MMP-9概述

MMP-9是1974年從人中性粒細胞中首次提純得到，于1989年的金屬蛋白酶學會上被正式命名。MMP-9的分子量為92KD，MMP-9基因長7.7kb，含13個外顯子，其長度不一，位于染色體的20q11.2-13.1[2]。MMP-9起源于角質形成細胞、單核細胞、中性粒細胞、巨噬細胞和成纖維細胞。在生理PH值時，在金屬鋅離子的作用下，能夠切斷任何ECM成分，調節細胞黏附、作用于細胞外成分或其他蛋白成分而啟動潛在生物學功能，直接或間接參與胚胎發育、組織模型重建和場上恢復等正常生理功能。MMP-9其作用底物包括明膠、彈性蛋白、Ⅳ型、Ⅵ型、Ⅸ型、X型膠原和黏結蛋白等。TIMP-1為MMP-9特異性抑制劑，可與MMP-9形成1：1的復合體，從而抑制其活性。MMP-9主要功能是參與炎癥反應、組織構型、創傷修復、基質結合的生長因子的動員及細胞因子的表達。MMP-9表達的原始調控是在轉錄水平上，啟動子區的特定反應元件是多種刺激調控MMP-9的最終作用靶點。與許多MMPs相同，MMP-9的調節主要通過基因轉錄、酶原激活及MMP-9的組織型基質蛋白酶抑制劑1三個水平實現。

2 MMP-9與呼吸系統疾病

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一種進行性發展的呼吸道慢性炎癥性疾病。MMP-9作為主要限速酶，參與COPD發病的機制主要是：通過破壞肺泡基質成分，使肺泡結構破壞，形成肺氣腫，參與氣道重塑，導致氣流阻塞。蛋白酶-抗蛋白酶失衡在這一過程中發揮著重要作用，其中MMP-9發揮著比較重要的作用，可作為COPD的標志物之一。活化的MMP-9作用于彈性蛋白、IV型膠原等，引起細胞外基質損傷，在COPD患者血清中表達明顯升高，且與氣流受限及疾病的進展相關。

張永標等研究文獻報道[3]，社區獲得性肺炎（CAP）患者發病期血清MMP-9水平明顯升高，在治療后又顯著下降，提示MMP-9與CAP的炎癥反應有關。尚有研究認為，血液中MMP-9水平以及MMP-9與基質金屬蛋白酶組織抑制因子1（TIMP-1）的比值（MMP-9/TIMP-1）可作為判斷CAP病情嚴重性的指標[4]。

急性肺損傷（ALI）以彌漫性肺泡上皮和血管內皮損傷、中性粒細胞性炎癥、血管通透性增加、肺出血水腫及肺泡透明膜形成為特征，如不能及時治療，可進展為急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）及多臟器功能障礙綜合征，甚至死亡。有文獻報道，血漿MMP-9、TIMP-1能在一定程度上較好反映肺損傷的嚴重程度[5]。Torii等發現ARDS患者體內MMP-9濃度較健康對照組明顯升高[6]。

MMP-9在肺癌等多種惡性腫瘤中異常高表達，與癌細胞的侵襲轉移密切相關。有研究報道肺癌患者血清VEGF、MMP-9均有較高水平表達，且可作為肺癌患者預測轉移復發以及評估預后的有效指標。

3 MMP-9與心血管系統疾病

許多心血管系統疾病發生、發展的病理過程與ECM的改變密切相關。冠狀動脈內不穩定斑塊的纖維帽破裂、局部血栓形成是急性冠狀動脈綜合癥（acute coronary syndrome，ACS）的主要發病機制。研究顯示，ACS患者血清MMP-2和MMP-9顯著高于穩定型冠心病患者以及健康正常人，且急性心肌梗死患者血清中MMP-2、MMP-9水平顯著高于不穩定型心絞痛患者，提示MMP-2、MMP-9水平與斑塊穩定性密切相關[7]。

心力衰竭時MMPs被激活，膠原結構被破壞，在持續室壁壓力作用下心室發生重構。近幾年研究發現，MMP-9水平的升高與心室擴張和重構密切相關。研究表明，慢性心衰患者血清MMP-9顯著高于正常對照組，TIMP-1較對照組有顯著性下降，MMP-9/TIMP-1較對照組存在顯著性升高[8]。

4 MMP-9與腦血管疾病

缺氧缺血性腦損傷是嚴重威脅人類的一大類疾病，近年來大量實驗表明MMP-9參與了缺血性腦卒中后的炎癥反應，并在繼發腦損傷病理過程中起重要的作用，并且腦梗死體積越大，神經功能缺損評分越高，血清MMP-9水平也越高，提示MMP-9水平可能反映缺血性腦卒中的病情嚴重程度[9]。

創傷性顱腦損傷（TBI）是最常見的機械性損傷之一。TBI導致血腦屏障損傷，MMP-2和MMP-9對TBI死亡細胞的清除扮演著重要作用，是調節TBI損傷的重要細胞因子之一。有研究提示，蛛網膜下腔出血后外周血MMP-9含量和活性均會升高，且與預后相關。實驗證明在神經元組織中，血腦屏障完整時MMP-2和MMP-9表達極少量，在顱腦硬膜外損傷后，血腦屏障中MMP-2和MMP-9起到重要積極的保護作用[10]。

腦膠質瘤是顱內最常見且極具破壞性生長的腫瘤之一，由于其浸潤性生長，加之對手術治療、放療及化療等缺乏特異性，預后往往較差。研究發現，隨著膠質瘤惡性級別的升高，MMP-9表達增強，說明MMP-9的表達與膠質瘤的侵襲性密切相關[11]。

5MMP-9與消化系統疾病

MMP-9在包括食管鱗癌、胃癌的多種惡性腫瘤中呈過度表達。研究顯示MMP-9在食管癌中的表達明顯高于正常組織，且與食管癌的TNM分期、淋巴結轉移密切相關，提示MMP-9高表達與食管癌的分期、浸潤和轉移有關[12]。包泱等[13]研究報道MMP-9在胃癌的癌組織和癌旁組織中均有陽性表達，且癌組織中的表達明顯高于癌旁組織，提示MMP-9可能參與胃癌的發病過程。

劉敏等[14]報道了原發性肝癌中Glypican3、MMP-9和MMP-14表達的陽性率明顯高于正常肝組織，提示三者對肝癌的發生和發展有明顯的促進作用。

胰腺癌發病隱匿，病情發展迅速，病死率高。研究通過免疫組化法證實了MMP-9在胰腺癌細胞中高表達，提示MMP-9在胰腺癌細胞浸潤、轉移中起重要作用[15]。

孫晉敏等[16]發表的文獻報道了MMP-9在結直腸癌中的表達明顯高于正常腸黏膜組織，而且其表達與結直腸癌的浸潤深度、分化程度、淋巴結轉移和臨床分期密切相關，MMP-9表達越高，腫瘤浸潤越深、分化越低、分期越高。

6 MMP-9與泌尿生殖系統疾病

有研究報道，膀胱癌組織標本中MMP-9的陽性表達率為70.9%，顯著高于正常膀胱黏膜組織，提示MMP-9可能在膀胱癌的發生發展中起到重要的作用。Gong[13]等對前列腺研究中發現MP-2、MMP-9和TIMP-1可以作為腫瘤臨床研究研判的指標。

王繁等[14]研究報道，MMP-9在子宮內膜癌上表達呈正相關，在子宮內膜癌的發生、浸潤轉移中起了積極促進作用。金海鴻等研究發現MMP-9在子宮腺肌癥異位癥中的表達明顯高于正常子宮內膜組[15]。Demeter等研究了17例上皮性卵巢癌，5例良性卵巢腫瘤[16]，5例正常卵巢組織，5例低度潛在惡性卵巢腫瘤，4例性索間質瘤以及2例生殖細胞腫瘤，發現活性MMP-2、MMP-9不存在于正常卵巢，上皮性卵巢癌MMP-2、MMP-9水平明顯高于良性腫瘤。

7 MMP-9與風濕性疾病

現已發現MMP-9與許多慢性炎癥性自身免疫疾病相關，如：風濕性關節炎、干燥綜合癥、原發性葡萄膜眼炎，系統性紅斑狼瘡等。近年來有報道MMPs在潰瘍性結腸炎（UC）的病理生理過程中發揮重要作用[17]。研究顯示，活動期UC患者外周血中MMP-2、MMP-9水平明顯增高，與UC嚴重程度和病變范圍呈一定相關，提示MMP-2、MMP-9可能是腸黏膜通透性改變的關鍵分子之一[18]。

8展望

既往已有許多研究證實MMP-9與腫瘤密切相關，參與腫瘤侵襲和轉移，且與腫瘤的惡性程度及生物學行為有關。近年研究發現MMP-9還與全身多系統疾病的發生、發展有關，但仍需要大量的基礎及臨床研究加以證實。通過對MMPs的深入研究有助于降低相關疾病的發生率，可能對未來相關疾病的預防和治療帶來新的曙光。

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