基質(zhì)金屬蛋白酶與高血壓腦出血后腦水腫相關(guān)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(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院，長沙410007)

高血壓腦出血是非創(chuàng)傷性顱內(nèi)出血的主要原因，為神經(jīng)內(nèi)科的常見病、多發(fā)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(fā)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(shù)指征者采用外科手術(shù)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(guān)研究表明基質(zhì)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(diào)控越來越成為治療腦水腫的新的研究點，同時中醫(yī)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(tǒng)

MMPs是參與降解包括全身各種組織細胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)的蛋白酶家族，包括基質(zhì)中以及整合于質(zhì)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(fā)現(xiàn)了第一個MMPs——來源于蝌蚪尾組織中的膠原酶后，陸續(xù)找到并已分離鑒別出人源MMPs家族近30個成員，根據(jù)作用底物以及片段同源性，可將其分為五類:①間質(zhì)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(zhì)溶解素，包括基質(zhì)溶解素1 (MMP-3)、基質(zhì)溶解素2 (MMP-10)以及基質(zhì)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?shù)臈l件下被激活而發(fā)揮生理作用。③其活性部位都含有Zn2+。④均需要Ca2+保持其穩(wěn)定性。⑤在中性pH值條件下起作用。⑥在體內(nèi)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(guān)性 動脈壁中層發(fā)育缺陷、動脈硬化和高血壓是自發(fā)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(guān)鍵因素，在原發(fā)性高血壓早期血管重構(gòu)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(jié)構(gòu)，長期發(fā)展則致管壁增厚、血管內(nèi)徑減小、管壁順應性減低，在高血壓病的發(fā)生、發(fā)展及血管重構(gòu)中發(fā)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(fā)現(xiàn)患者血清MMP-9高水平與高血壓的發(fā)生風險具有相關(guān)性。此外，還有研究表明，MMPs與動脈硬化密切相關(guān)，在動脈粥樣硬化斑塊處的表達還與斑塊的穩(wěn)定性密切相關(guān)，易損斑塊處MMPs表達水平增高［10-11］，由此可知MMPs與自發(fā)性腦出血的三個危險因素均有關(guān)聯(lián)，其是否與高血壓腦出血的發(fā)生存在正相關(guān)具有重要的探討價值。

2.2 腦出血后MMPs的表達與調(diào)控 MMPs的調(diào)節(jié)發(fā)生在許多階段，包括轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)、酶原活化和抑制物的調(diào)節(jié)［12］。正常狀態(tài)下腦血管內(nèi)皮細胞有MMP-2與MMP-9低水平基礎(chǔ)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(tài)平衡，然而在許多病理環(huán)境中，這些分子能發(fā)生正調(diào)節(jié)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(fā)現(xiàn)，在血腫的邊緣區(qū)MMP-2、MMP-3、MMP-7、MMP-9和MMP-12的mRNA水平均明顯增加。Yang等［18］經(jīng)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(fā)現(xiàn)，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(fā)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(guān)聯(lián)，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(nèi)皮細胞及細胞間緊密連接、毛細血管內(nèi)皮下基膜和星形膠質(zhì)細胞終足構(gòu)成［24］。

毛細血管內(nèi)皮細胞及其緊密連接是BBB的第1層結(jié)構(gòu)，其中細胞間緊密連接主要由跨膜蛋白和胞質(zhì)附著蛋白組成，胞質(zhì)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(jié)構(gòu)［25-27］。

基膜也是組成BBB的重要結(jié)構(gòu)，主要由ECM構(gòu)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(gòu)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(nèi)皮細胞表面，是微血管ECM以及支持細胞功能的血管外結(jié)構(gòu)，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(zhì)中其他成分的解離，從而導致多種病理過程的發(fā)生，如BBB損傷、髓鞘脫失、T細胞和巨噬細胞對基質(zhì)和內(nèi)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(fā)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(jīng)細胞壞死。相關(guān)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(guān)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(jīng)功能修復與重塑，已成為近年來醫(yī)學領(lǐng)域的研究熱點。

4 中醫(yī)藥對MMPs的干預作用研究現(xiàn)狀

目前，甘露醇是國內(nèi)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(nèi)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(qū)腦組織內(nèi)逐漸蓄積，導致滲透壓梯度逆轉(zhuǎn)，造成病灶內(nèi)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(zhì)紊亂、心腎負擔加重等不良反應。近年來，中醫(yī)藥對抗腦水腫作用已被諸多學者研究并證實，梔子總環(huán)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(diào)節(jié)腦出血后膜型MMP-2和MMP-9表達，改善出血后腦組織的微環(huán)境，有利于微血管系統(tǒng)重建，促進組織修復［37］;安腦平?jīng)_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(diào)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(guān)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(jié)語

MMPs對高血壓所致的腦出血后腦水腫的發(fā)生、發(fā)展和預后均有影響。能否將檢測相關(guān)MMPs作為一種預測高血壓腦出血發(fā)生、發(fā)展及預后的手段，是個值得繼續(xù)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(guān)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(fā)提供新的方向。

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