正畸力作用下基質(zhì)金屬蛋白酶-2在牙周組織改建中的作用

顧小軍（綜述），劉新慶（審校）

﹙1.南昌大學(xué)附屬新余醫(yī)院口腔科，江西 新余338002；江西省人民醫(yī)院口腔科，南昌330006﹚

牙周組織包括牙齦、牙周膜、牙槽骨與牙骨質(zhì)，牙周膜由含豐富的細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)（Extracellularmartrix，ECM）組成，二者的附著是細(xì)胞行使功能的基礎(chǔ)［1］。正畸牙移動(dòng)是牙周膜受到應(yīng)力的作用，誘發(fā)牙周組織改建，進(jìn)而產(chǎn)生牙齒的位移。ECM的降解與合成是牙周組織改建的具體表現(xiàn)方式［2-3］。有研究［4-5］表明，基質(zhì)金屬蛋白酶-2（MMP-2）與結(jié)締組織的降解和重建有關(guān)，對(duì)ECM的降解起到重要的作用。但對(duì)于MMP-2的激活、調(diào)控機(jī)制及在牙周基質(zhì)降解中的確切作用尚不清楚。本文就MMP-2與牙周炎的關(guān)系以其在正畸力作用下牙周組織改建中發(fā)揮的作用作一綜述。

1 基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）的定義、種類及功能

MMPs是一組含Zn2＋、參與降解ECM最重要的蛋白酶。一般情況下，MMPs以酶原形式存在，而在特定的情況下，其既可被體內(nèi)存在的天然激活劑激活，也可被體內(nèi)特定的抑制劑（TIMP）所抑制。目前研究已證實(shí)MMPs參與人體眾多的生理和病理過(guò)程［2-3］。

MMPs家族成員迄今為止己發(fā)現(xiàn)28種，其中可以在人類組織中表達(dá)的至少有22種。根據(jù)結(jié)構(gòu)和作用底物的不同，MMPs可分為5類，1）膠原酶類：MMP-1、MMP-8等，主要降解間質(zhì)膠原，如Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅹ型膠原。2）明膠酶類：MMP-2，MMP-9，MMP-13，主要降解Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ型膠原，明膠、纖維粘連蛋白（fibronectin，F(xiàn)N）和彈性蛋白。3）基質(zhì)溶解素類：MMP-3，MMP-10等，作用底物比較廣泛，可降解層粘連蛋白（laminin，LN），F(xiàn)N，彈性蛋白和Ⅳ、Ⅴ、Ⅸ、Ⅹ型膠原等。4）膜性金屬蛋白酶類（Membrane type MMPs，MT-MMPs）：MMP-14，MMP-15等，MTMMPs不是分泌型蛋白，而是漿膜的一部分，可激活MMP-2酶原，并直接降解Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型膠原。5）其他MMPs：MMP-20，MMP-28等，作用尚不清楚，MMP-19又稱類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎滑膜炎癥因子-1（RAS-l），主要降解明膠；MMP-20又稱釉質(zhì)溶解素，可能參與牙本質(zhì)的形成［2-5］。

2 MMPs的共同特性

MMPs家族具有以下5個(gè)基本特征：1）除MMP-11和MMP-28直接以活性酶形式分泌至細(xì)胞外，其余成員均以酶原形式分泌到細(xì)胞外基質(zhì)中，并在適當(dāng)?shù)臈l件下被激活而發(fā)揮生理作用。2）MMPs家族的催化機(jī)制都依賴于活性中心的鋅離子，它們的結(jié)構(gòu)上具有40%～50%的同源性。3）在體內(nèi)具有天然的激活劑和抑制劑。4）激活后的酶能裂解一種或多種細(xì)胞外基質(zhì)成分。5）酶的活性均可被內(nèi)源性金屬蛋白酶抑制因子所抑制［2-4］。

3 MMP-2的作用

MMP-2為明膠水解酶A，分子質(zhì)量為72 ku，是一種分布廣泛的MMPs，可以由炎性細(xì)胞產(chǎn)生，也可以由成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞、成纖維細(xì)胞分泌［5-7］，主要來(lái)源于結(jié)締組織細(xì)胞，如成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞及成骨細(xì)胞。MMP-2基因位于人類染色體16q21，由13個(gè)外顯子和12個(gè)內(nèi)顯子組成，結(jié)構(gòu)基因總長(zhǎng)度為27 kb［8］；MMP-2的底物主要有Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅹ型膠原以及明膠、纖維連接蛋白、彈力蛋白、pro-MMP-9等，在基底膜降解、傷口愈合及組織修復(fù)中起非常重要的作用。牙周膜成纖維細(xì)胞能產(chǎn)生包括MMP-2在內(nèi)的多種MMP及TIMP，牙周組織的改建可能與局部MMP-2增加及TIMPs產(chǎn)生減少有關(guān)［9］。明膠酶在正畸牙周組織改建過(guò)程中，主要降解經(jīng)膠原酶裂解后產(chǎn)生的1/4和3/4膠原片斷，同時(shí)它也能降解Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅹ膠原纖維和彈性蛋白。有研究表明，MMP-2和MMP-9的下降是引起ECM降解不足的重要因素之一［10］。

4 MMP-2與牙周炎的關(guān)系

有研究［4，11］表明：齦溝液和牙齦組織中MMPs活性與牙周病關(guān)系密切。有關(guān)MMP-2與牙周炎的關(guān)系，國(guó)內(nèi)外均有研究。Teng等［12］對(duì)GCF中活性明膠酶（MMP-2、MMP-9）進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)明膠酶的活性與牙周附著喪失密切相關(guān)；Korostoff等［13］提出MMP-2與牙周炎發(fā)病過(guò)程有關(guān)，是牙周組織破壞的關(guān)鍵酶；李莉娜等［14］采用zymography分析法檢測(cè)表明：在牙周炎患者牙齦組織以及正常牙齦組織中均能檢測(cè)出pro-MMP-2及pro-MMP-9，而只有在牙周炎牙齦組織中發(fā)現(xiàn)活化形式的MMP-2，沒(méi)有活化形式的MMP-9。陳悅等［15］研究發(fā)現(xiàn)，牙周炎患者GCF中MMP-2主要來(lái)源于成纖維細(xì)胞及巨噬細(xì)胞。韓建國(guó)等［16］研究結(jié)果表明，牙周炎患者組牙周膜MMP-2及TIMP-2水平明顯高于健康組，認(rèn)為MMP-2—TIMP-2失調(diào)與牙周組織破壞有關(guān)。

5 機(jī)械外力作用下MMP-2的表達(dá)

Bolcato Bellemin等［17］研究發(fā)現(xiàn)，以20 kPa持續(xù)12 h的牽張力作用于牙周膜成纖維細(xì)胞和牙齦成纖維細(xì)胞時(shí)，發(fā)現(xiàn)可以誘導(dǎo)MMP-1、MMP-2、TIMP-1及TIMP-2的mRNA編碼。機(jī)械力可以調(diào)節(jié)MMPs的表達(dá)，從而影響ECM的代謝過(guò)程。Redlich等［18］通過(guò)人工培養(yǎng)牙齦成纖維細(xì)胞的體外實(shí)驗(yàn)表明，在壓力作用下細(xì)胞較正常時(shí)表達(dá)較低水平的MMP-1 mRNA。以上實(shí)驗(yàn)提示機(jī)械信號(hào)是MMPs、TIMPs合成和釋放的一個(gè)刺激因素。Cantarella等［19］對(duì)上頜左側(cè)尖牙施力后，對(duì)尖牙的近遠(yuǎn)中齦溝液MMP-1及MMP-2的變化進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)MMP-1、MMP-2在正畸施力后不管是牙齒的受壓側(cè)還是牽拉側(cè)，齦溝液中MMP-1、MMP-2的濃度在受力早期就出現(xiàn)升高現(xiàn)象，說(shuō)明MMP-2在正畸牙移動(dòng)的早期起了重要作用。有學(xué)者［20-22］研究，在正畸力作用下齦溝液中MMP-1、TIMP-1、MMP-13及MMP-9的表達(dá)變化，而對(duì)MMP-2只作了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的研究。金鈁等［23］通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)：MMP-2參與了正畸牙齒移動(dòng)過(guò)程中牙周組織的改建；朱效萍等［24］在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)齦溝液中的MMP-2水平與正畸源性牙根吸收密切相關(guān)；馮智敏等［25］對(duì)大鼠牙齒移動(dòng)過(guò)程中牙周組織MMP-2表達(dá)變化的研究認(rèn)為，牙齒移動(dòng)時(shí)MMP-2呈規(guī)律性變化，與牙齒正畸骨改建關(guān)系密切。正畸力與MMP-1和TIMPs基因表達(dá)之間緊密聯(lián)系。

綜上所述，MMP-2在應(yīng)力作用下參與ECM的代謝，在牙周組織改建中起著重要作用。但是，牙周組織改建是一個(gè)與多因素相關(guān)且復(fù)雜的生物學(xué)過(guò)程，MMPs與TIMPs及其他細(xì)胞因子在牙周組織改建中聯(lián)合作用，目前對(duì)此機(jī)制的認(rèn)識(shí)還很膚淺，尚有待進(jìn)一步研究，從而探索可能的臨床干預(yù)和評(píng)價(jià)方法，并期望指導(dǎo)正畸治療。

［1］孟煥新.牙周病學(xué)［M］.北京:人民衛(wèi)生出版社,2008：6-10.

［2］莊麗,白玉興.基質(zhì)金屬蛋白酶在正畸力源性牙根吸收中的作用［J］.北京口腔醫(yī)學(xué),2007,15（5）:295-297.

［3］Meijer M J,Mierewent Ooms M A,van Hogezand R A,et al.Role of matrix metalloproteinase,tissue inhibitor of metalloproteinase and tumor necrosis factor-alpha single nucleotide gene polymorphisms in inflammatory bowel disease［J］.World J Gastroenterol，2007，13（21）:2960-2966.

［4］Bassil J,Senni K,Changotade S,et al.Expression of MMP-2，9 and 13 in newly formed bone after sinus augmentation using inorganic bovine bone in human［J］.J Periodontal Res,2011,46（6）:756-762.

［5］Maeso G，Bravo M，Baswnes A.Levels of metalloproteinase-2 and-9 and tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-1 in gingival crevicular fluid of patients with periodontitis，gingivitis，and healthy gingiva［J］.Quintessence Int,2007,38（3）:247-252.

［6］Foda H D,Rollo E E,Drews M,et al.Ventilator-induced lung injury upregulates and activates gelatinases and EMMPRIN:attenuation by the synthetic matrix metalloproteinase inhibitor,Prinomastat（AG3340）［J］.Am J Respir Cell Mol Biol,2001,25（6）:717-724.

［7］Von den Hoff J W.Effects of mechanical tension on matrix degradation by human periodontal ligament cells cultured in collagen gels［J］.J Periodontal Res，2003，38（5）:449-457.

［8］劉友良,黃平.基質(zhì)金屬蛋白酶-2與腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展［J］.現(xiàn)代腫瘤醫(yī)學(xué),2006,14（1）:109-111.

［9］Richards D,Rutherford R B.Interleukin-1 regulation of procollagenase mRNA and protein in periodontal fibroblasts in vitro［J］.J Periodontal Res,1990,25（4）:222-229.

［10］Kugler A.Matrix metalloproteinase and their inhibitors［J］.Anticancer Res,1999,19（2）:1589-1592.

［11］Dahan M,Nawrocki B，Elkaim R，et al.Expression of matrix metallproteinases in healthy and diseased human gingival［J］.J Clin Periodontol,2001,28（2）:128-136.

［12］Teng Y T,Sodek J,McCulloch C A.Gingival crevicular fluid gelatinase and its relationship to periodont in human subject［J］.J Periodont Res，1992，27（5）：544-552.

［13］Korostoff J M,Wang J F,Sarment D P,et al.Analysis of instituprotease activity in chronic adult periodntitis patients:expression of activated MMP-2and a 40 KDa serine protease［J］.J Periodontal,2000,71（3）:353-360.

［14］李莉娜,尹麗媛,潘亞萍.牙周炎牙齦組織MMP活性及蛋白表達(dá)的研究［J］.牙體牙髓牙周病學(xué)雜志,2002,12（6）：305-307.

［15］陳悅,茍建重,李昂.齦溝液中MMP-2，-9的量與牙周炎的關(guān)系［J］.西安交通大學(xué)學(xué)報(bào):醫(yī)學(xué)版,2005,26（3）：294-295.

［16］韓建國(guó),王麗,韓斐斐,等.人類牙周膜組織中MMP-2及TIMP-2的比較研究［J］.口腔醫(yī)學(xué)研究雜志，2010，26（1）：50-55.

［17］Bolcato Bellemin A L，Elkaim R，Abehsera A，et al.Expression of mRNAs encoding for a and integrin subunits,MMPs and TIMPs in stretched human eriodontal ligament and gingival fibroblasts［J］.J Dent Res，2000,79（9）:1712-1716.

［18］Redlich M，Palmon A，Zaks B，et al.The effect of centrifugal force on mRNA levels of collagenase，collagen type-I,tissue inhibitors of metalloproteinases and betaactin in cultured human periodontal ligament fibroblasts［J］.J Periodontal Res,2004,39（1）:27-32.

［19］Cantarella G,Cantarella R,Caltabiano M,et al.Levels of matrix metalloproteinases 1 and 2 in human gingival crevicular fluid during initial tooth movement［J］.Am J Orthod Dentofacial Orthop,2006,130（5）:e11-e16.

［20］黃生高,王曉譽(yù).正畸力作用下基質(zhì)金屬蛋白酶-1及金屬蛋白酶組織抑制因子-1在齦溝液中的表達(dá)［J］.中國(guó)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志,2009,19（18）:2757-2760.

［21］焉妍,張曉明,惠敏,等.不同正畸力作用下齦溝液中基質(zhì)金屬蛋白酶-13的表達(dá)［J］.山東醫(yī)藥，2011，51（9）:99-100.

［22］朱治宇,周江軍,劉國(guó)勤.正畸力作用下人齦溝液MMP-9及TIMP-1的水平變化及意義［J］.細(xì)胞與分子免疫學(xué)雜志,2011,27（6）:683-687.

［23］金鈁,段銀鐘,李瀟.大鼠牙齒移動(dòng)過(guò)程中牙周組織中基質(zhì)金屬蛋白酶-2的表達(dá)與分布［J］.牙體牙髓牙周病學(xué)雜志,2001,11（3）:157-159.

［24］朱效萍,張紅闖.大鼠牙齒移動(dòng)過(guò)程中齦溝液MMP-2含量與牙根吸收的相關(guān)性研究［J］.泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2009,9（3）:40-42.

［25］馮智敏,吳永生,閆桂艷.大鼠牙齒移動(dòng)過(guò)程中牙周組織MMP-2的表達(dá)變化［J］.軍醫(yī)進(jìn)修學(xué)院學(xué)報(bào)，2007,28（3）:220-222.