基質(zhì)金屬蛋白酶9（MMP—9）的研究及臨床應(yīng)用進(jìn)展

摘要：基質(zhì)金屬蛋白酶9（MMP-9）屬于基質(zhì)金屬蛋白酶超家族成員中明膠酶的一種，又稱明膠酶B，因其作用底物廣泛，表達(dá)細(xì)胞眾多參與多種疾病及惡性腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移而備受重視，成為最近國際國內(nèi)研究的焦點(diǎn)之一。因此，深入了解MMP-9及其與疾病的關(guān)系有助于疾病的及時(shí)發(fā)現(xiàn)、診斷和治療。本文就其生物學(xué)特點(diǎn)、檢測技術(shù)及臨床應(yīng)用進(jìn)行了綜述。

關(guān)鍵詞：基質(zhì)金屬蛋白酶9；檢測技術(shù)；臨床應(yīng)用

基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）是一類活性依賴于鋅離子和鈣離子的蛋白水解酶，其主要的生理作用是降解細(xì)胞外基質(zhì)。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)26種MMPs（MMP-1～26），稱為MMP家族，MMPs幾乎能降解細(xì)胞外基質(zhì)的所有成分，如膠原、明膠、黏性蛋白、纖維黏連蛋白、蛋白多糖等，參與人體許多生理和病理過程[1]。在MMPs中MMP-9，屬于基質(zhì)金屬蛋白酶超家族成員中明膠酶的一種，是人體內(nèi)最重要的蛋白酶之一。

1 MMP-9的生物學(xué)特點(diǎn)[2-3]

1.1概述 MMP-9是MMPs家族成員之一，是Reponen和Sahlbergl994年在小鼠胚胎發(fā)育中的破骨細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)的。分子量Mr92×103，根據(jù)作用底物又名明膠酶B，依據(jù)發(fā)現(xiàn)的先后順序MMP-9又名基質(zhì)金屬蛋白酶9，主要作用是保持酶的穩(wěn)定性。MMP-9前體可由單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、泡沫細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞及腫瘤細(xì)胞等分泌，在87位氨基酸殘基或附近被酶解激活，參與炎性反應(yīng)、組織構(gòu)形、創(chuàng)傷修復(fù)、基質(zhì)結(jié)合的生長因子的動(dòng)員及細(xì)胞因子的表達(dá)。

1.2 MMP-9的基因結(jié)構(gòu)和功能 人MMP-9基因全長26000bp，位于20q11.2～q13.1，含有13個(gè)外顯子和12個(gè)內(nèi)含子，編碼相對分子質(zhì)量為92×103的蛋白。MMP-9的啟動(dòng)子區(qū)位點(diǎn)，人的MMP-9啟動(dòng)子區(qū)還有核因子κB、表達(dá)序列標(biāo)簽結(jié)合位點(diǎn)和轉(zhuǎn)化生長因子β控制元件。MMP-9表達(dá)的原始調(diào)控是在轉(zhuǎn)錄水平上，這些啟動(dòng)子區(qū)的特定反應(yīng)元件是多種刺激調(diào)控MMP-9的最終作用靶點(diǎn)。

1.3 MMP-9的蛋白結(jié)構(gòu)和功能 MMP-9的蛋白組成從N端到C端主要包括信號肽序列、前肽序列、催化域（包含鋅離子結(jié)合位點(diǎn)）、纖維粘連蛋白樣功能域（可結(jié)合明膠）和Ⅴ型膠原樣功能域（提供多種低聚糖結(jié)合位點(diǎn)）。Ⅴ型膠原樣功能域?yàn)镸MP-9所特有，借此與MMP-2（即明膠酶A）相區(qū)別，而前肽序列在MMP-9的酶原活化中有重要作用。MMP-9是降解Ⅳ型膠原的最主要成員之一，其底物包括變性的Ⅰ型膠原（凝膠）、天然Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅹ和Ⅺ型膠原、纖維蛋白原、層粘連蛋白及多功能蛋白聚糖等。

1.4 MMP-9的活性調(diào)節(jié) MMP-9在機(jī)體內(nèi)的激活、表達(dá)及對底物的分解均受到嚴(yán)格調(diào)控。在正常成人體內(nèi)，其表達(dá)水平很低，但在特定的生理或病理重塑過程中表達(dá)出現(xiàn)上調(diào)現(xiàn)象，如胚胎植入、炎癥、細(xì)胞因子（白細(xì)胞介素1β、白細(xì)胞介素1α、腫瘤壞死因子α）、激素、生長因子（轉(zhuǎn)化生長因子α、轉(zhuǎn)化生長因子β1、血小板衍生生長因子AB）和CD40等誘導(dǎo)下高表達(dá)。與許多MMPs相同，MMP-9的調(diào)節(jié)主要通過基因轉(zhuǎn)錄、酶原激活及MMP-9的組織型基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑1（TIMP-1）三個(gè)水平實(shí)現(xiàn)：①酶基因表達(dá)上的調(diào)節(jié)主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上，例如，在MMP-9基因的啟動(dòng)子區(qū)域內(nèi)存在AP-1結(jié)合位點(diǎn)，腫瘤壞死因子α能誘導(dǎo)c-Jun和c-fos的持續(xù)激活，通過與AP-1位點(diǎn)的結(jié)合導(dǎo)致MMP-9的激活；②MMP-9主要是以無活性的酶原形式合成和分泌，分泌后結(jié)合不同的ECM成分，須經(jīng)過蛋白水解酶的作用才能活化，MMP-9亦可被其他MMPs激活，如MMP-2、MMP-7，特別是MMP-3；③MMP-9還可以通過TIMP-1實(shí)現(xiàn)內(nèi)源性抑制調(diào)節(jié)。除此之外，還有主要的循環(huán)抑制劑α2巨球蛋白，活化的MMP-9可被α2巨球蛋白捕獲并通過低密度脂蛋白相關(guān)受體1介導(dǎo)的胞吞作用快速被清除出循環(huán)系統(tǒng)。

2 MMP-9的檢測技術(shù)[4]

2.1基質(zhì)金屬蛋白酶活性的檢測方法 在某些病理狀態(tài)下，如腫瘤轉(zhuǎn)移過程中MMP-9等胞外分泌型酶類的活性升高，可以通過降解胞外基質(zhì)中的IV型膠原蛋白起到易于腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的作用。因此，對MMP9活性的檢測有助于了解腫瘤細(xì)胞的惡化程度，便于腫瘤的檢測和治療。目前常見的酶活檢測方法有：①熒光明膠酶檢測法；②明膠酶譜法；③DQ明膠原位酶譜分析[5]；④高效液相色譜法[6]；⑤肽鏈修飾的熒光探針技術(shù)以及；⑥熒光分子斷層成像技術(shù)。

2.2基質(zhì)金屬蛋白酶表達(dá)的定性、定量分析 在基質(zhì)金屬蛋白酶表達(dá)的定性、定量分析中最常用的檢測技術(shù)包括：①實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)；②免疫印跡分析法；③免疫組化技術(shù)；④酶聯(lián)免疫吸附技術(shù)；⑤組織芯片技術(shù)。除了這些傳統(tǒng)的檢測技術(shù)外，于2014年，又出現(xiàn)了初步應(yīng)用于MMPs檢測的乳膠凝集法這一新型檢測技術(shù)。

3 MMP-9的臨床應(yīng)用

3.1 MMP-9與多種心血管疾病的關(guān)系 很多研究表明[7]，MMP-9不僅參與胚胎正常發(fā)育、形態(tài)發(fā)生等生理過程，亦參與許多心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展過程。病理狀態(tài)下潛在型MMP-9被激活，通過削減斑塊纖維帽參與心室重構(gòu)。在多種心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用，并且有望成為反映心血管疾病的一種生物標(biāo)志物，而對MMP-9的調(diào)節(jié)將是一個(gè)可能的治療靶點(diǎn)。

3.2 MMP-9與慢性阻塞性肺疾病的關(guān)系 慢性阻塞性肺疾病的主要特征是氣道炎癥和氣道重塑，慢性氣道炎癥是其發(fā)病的中心環(huán)節(jié)，在肺損傷及肺實(shí)質(zhì)的毀損中均起重要作用。肺組織中彈性基質(zhì)成分的降解是肺氣腫發(fā)生、發(fā)展的主要原因，MMP-9能分解氣道和肺內(nèi)的細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜，參與氣道和肺的重建。MMP-9/TIMP-1比例失調(diào)，促使細(xì)胞外基質(zhì)降解過度，出現(xiàn)降解/合成失衡，從而引起氣道結(jié)構(gòu)破壞，組織重塑，肺功能受損。通過對MMP-9研究不斷深入，尋找合適的MMP-9抑制劑，改善氣道重塑，對慢性阻塞性肺疾病預(yù)防及治療有重要意義[8]。

3.3 MMP-9與惡性腫瘤的關(guān)系 研究顯示，惡性腫瘤細(xì)胞的浸潤和轉(zhuǎn)移主要依賴于細(xì)胞外基質(zhì)的降解，MMPs能夠水解基底膜和細(xì)胞外基質(zhì)，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的浸潤轉(zhuǎn)移。其中MMP-9可水解基底膜和細(xì)胞外基質(zhì)中的Ⅳ型膠原等多種成分，在腫瘤細(xì)胞的浸潤及轉(zhuǎn)移中起著重要作用[9，10]。

3.3.1 MMP-9與食管癌、胃癌的關(guān)系 研究發(fā)現(xiàn)MMP-9蛋白在食管癌、胃癌組織表達(dá)水平顯著高于正常組織的表達(dá)，且與癌細(xì)胞分化程度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及浸潤深度有關(guān)。提示MMP-9蛋白參與了食管癌、胃癌浸潤轉(zhuǎn)移過程[11]。

2.3.2 MMP-9與肺癌的關(guān)系 研究發(fā)現(xiàn)肺癌組化療前血清中MMP-9的表達(dá)水平與腫瘤的大小、轉(zhuǎn)移有關(guān)，MMP-9水平測定也可作為肺癌患者化療前后化療效果的評價(jià)。MMP-9對于診斷肺癌及預(yù)測肺癌的淋巴轉(zhuǎn)移具有較好的敏感性和特異性，提示其可能作為觀察腫瘤生物學(xué)特性候選標(biāo)志物之一[12]。

3.3.3 MMP-9與宮頸癌的關(guān)系 MMP-9在宮頸癌中的表達(dá)位于癌細(xì)胞的細(xì)胞漿和/或細(xì)胞膜，并且在癌細(xì)胞向間質(zhì)浸潤最明顯處表達(dá)最強(qiáng)，有的在宮頸癌周圍間質(zhì)成纖維細(xì)胞中由弱到中度陽性表達(dá)。MMP-9在宮頸癌中的表達(dá)高于宮頸炎組織與CIN組，且隨著病程不斷進(jìn)展及病理分級的增加表達(dá)率呈上升趨勢。關(guān)于MMP-9表達(dá)率與宮頸癌癌細(xì)胞的分化程度的關(guān)系，文獻(xiàn)報(bào)道較不一致。有報(bào)道稱MMP-9的表達(dá)率在高、中、低分化宮頸癌中無顯著性差異，同時(shí)也有報(bào)道稱宮頸癌高分化組的MMP-9的表達(dá)率明顯低于中低分化組[13]，MMP-9的表達(dá)率與宮頸癌的轉(zhuǎn)移有關(guān)[14]。

3.3.4 MMP-9與膀胱癌的關(guān)系 研究結(jié)果顯示，MMP-9在BTCC組織中的表達(dá)高于其在正常膀胱組織中的表達(dá)，說明其在腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移、浸潤過程中發(fā)揮一定作用。MMP-9是評估BTCC復(fù)發(fā)和惡性程度的重要指標(biāo)，為膀胱癌的臨床診治提供了科學(xué)的依據(jù)[15]。

參考文獻(xiàn)：

[1]Takahara M，Namse T，Takagi M，et al.Matrix metalloproteinase-9 expression targate-resistant acid phosphatase activity and DNA fragmentation in vascular and cellular invasion into cartilage preceding primary endocbondral ossification in longbones [J].J Orthop Res，2004，22（5）：1050-1057.

[2]劉加強(qiáng)，楊富生.關(guān)于基質(zhì)金屬蛋白酶9（MMP-9）的最新進(jìn)展[J].牙體牙髓牙周病學(xué)雜志，2005，15（3）：168-171.

[3]唐利娜，吳旻.基質(zhì)金屬蛋白酶9 及其在心血管疾病中的研究進(jìn)展[J].醫(yī)學(xué)綜述，2011，17 （6）：801-804.

[4]馬文青，崔曉慧，安利國，尹苗.基質(zhì)金屬蛋白酶檢測技術(shù)的研究進(jìn)展[J].生命科學(xué)，2015，11（27）：1-6.

[5]李炳蔚，苑曉晨，王冰，等.優(yōu)化明膠酶譜法檢測自發(fā)性高血壓大鼠血漿MMP-2和MMP-9活性[J].基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床，2013，33（7）：845-86.

[6]Ma XA，Chun E，Chan Y.On-line chromatographicscreening of matrix metalloproteinase inhibitors usingimmobilized MMP-9 enzyme reactor[J].J Chromatogr B，2010，878（21）：l777-1778.

[7]Suh SJ，Kim JR，Jin UH，et al.Deoxypodophyllotoxin，flavolignan，from Anthriscus sylvestris Hoffm.inhibits migration and MMP-9 via MAPK pathways in TNF-alpha-induced HASMC[J].Vascul Pharmacol，2009，51（1）：13-20.

[8]鄧星奇，陳吉泉，修清玉.基質(zhì)金屬蛋白酶9 及其組織抑制劑在慢性阻塞性肺疾病中的作用[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù)，2007，11（4）：725-728.

[9]周少飛，毛偉征，苗蕾，等.基質(zhì)金屬蛋白酶-9 及其抑制劑與甲狀腺乳頭狀癌的關(guān)系[J].疑難病雜志，2014，11（9）：676-678.

[10]高艷章，談宗明.胃癌患者促血管生成相關(guān)因子與MMPs 對病情進(jìn)展的判斷意義[J].解放軍預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志，2015，33（2）：185-186.

[11]曲明輝，郭文君，張洪旺，等.S100A4，MMP-9在胃癌組織中的表達(dá)及相關(guān)性研究[J].濰坊醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，35（6）：425-427.

[12]李春燕，孫開宇，范迪.MMP-9，TIMP-1蛋白在肺癌患者血清中表達(dá)水平及與近期化療療效的關(guān)系[J].濰坊醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，35（6）：421-424.

[13]張曉瑩，薛秀珍，米建強(qiáng).MMP-9、TIMP-1及VEGF在宮頸癌中的表達(dá)及相關(guān)性研究[J].河南科技學(xué)學(xué)報(bào)（醫(yī)學(xué)版），2008，26（1）：3-5.

[14]沈浩明，楊友義，吳白平，向延娥. MMP-9 和TGFβ1在宮頸鱗癌中的表達(dá)和意義[J].湖南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（醫(yī)學(xué)版），2015，12（6）：1-6.

[15]白春俠，OPN 和MMP-9 在膀胱移行細(xì)胞癌中的表達(dá)及臨床意義[J].當(dāng)代醫(yī)學(xué)，2016，22（1）：23-25.

編輯/金昊天