MMP-9與急性缺血性腦卒中關(guān)系的研究進(jìn)展

謝江波　張婷婷　劉濤

【摘? 要】急性缺血性腦卒中是嚴(yán)重危害人類健康的主要疾病之一。其發(fā)病受多種因素影響，近年研究發(fā)現(xiàn)炎性標(biāo)志物在其發(fā)生發(fā)展過程中起了關(guān)鍵作用。基質(zhì)金屬蛋白酶是一組中性蛋白酶家族，其活性依賴于鋅離子和鈣離子。它們主要通過參與各種組織細(xì)胞外基質(zhì)的降 解而發(fā)揮作用。MMP-9是MMPs家族中作用較廣泛且分子量最大的一員。最新研究表明，它通過降解細(xì)胞外基質(zhì)，在動脈粥樣硬化（As）的形成、腦梗死損傷及出血轉(zhuǎn)化、腦卒中后認(rèn)知功能及抑郁方面有重要作用。

【關(guān)鍵字】急性缺血性腦卒;蛋白酶;MMP-9

【中圖分類號】R 743.33??? ??【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A??? ??【文章編號】1004-7484（2020）09-0235-01

1 生物學(xué)體征

基質(zhì)金屬蛋白酶作為一個家族，主要降解細(xì)胞外基質(zhì)成分，也可以降解一些非基質(zhì)成分。根據(jù)底物的特異性，基質(zhì)金屬蛋白酶家族可分為四類： 膠原酶、明膠酶、基質(zhì)酶、膜基質(zhì)金屬蛋白酶等類型 。其中，基質(zhì) metalloproteinase-9 （MMP-9） 屬于明膠酶，能降解明膠、天然型膠原IV、V。 MMP-9基因定位于染色體 20q11.2-13.1，全長26000，具有13個外顯子和9個內(nèi)含予，哺乳類動物MMP-9mRNA的同源性約為80%。MMP-9 基因的啟動子區(qū)含有活化蛋白 （AP）-1 、 AP-2 和刺激蛋白 （SP）-1 因子結(jié)合位點(diǎn)， 并且人類 MMP-9 的啟動子區(qū)域也包含核因子 （NF） kB 結(jié)合位點(diǎn)和轉(zhuǎn)化生長因子 （TGF） 抑制元件。MM-9活性受轉(zhuǎn)錄水平、酶原激活及特異性抑制劑相互作用的限制。

2 與血腦屏障

由周圍細(xì)胞、末端、內(nèi)皮細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的細(xì)胞外基質(zhì)組成的血管基底膜共享神經(jīng)血管單元，以維持血腦屏障 （BBB） 的完整性， 維持大腦平衡和調(diào)節(jié)局部腦血流量起著關(guān)鍵作用。在急性局灶性腦缺血時，細(xì)胞外基質(zhì)和內(nèi)皮細(xì)胞緊密結(jié)合蛋白酶的降解會迅速增加 MMP-9 水平，增加血管通透性，破壞血腦屏障，并將血液成分漏入大腦， 炎性細(xì)胞浸潤并損傷周圍組織，導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞水腫和神經(jīng)細(xì)胞凋亡。對急性顱腦損傷患者腦脊液和血漿中MMP-9 水平的研究表明急性顱腦損傷患者腦脊液中 MMP-9 和 TIMPs 水平明顯升高，受傷后 72 小時內(nèi)增加最顯著，它與血漿 MMP-9 水平呈正相關(guān)。在這一過程中發(fā)現(xiàn)周細(xì)胞是神經(jīng)血管單位的關(guān)鍵組成部分，對于正常的BBB功能至關(guān)重要。但是，在急性缺血期間，發(fā)現(xiàn)周細(xì)胞參與在毛細(xì)血管床中產(chǎn)生快速且異質(zhì)的BBB破壞。通過對缺血性中風(fēng)患者腦脊液中 MMP-9 水平的研究， 我們還發(fā)現(xiàn)，MMP-9 水平在缺血性中風(fēng)的急性期升高，并隨著病情的減輕而逐漸降低。動物實(shí)驗(yàn)表明，在急性腦缺血期間，α2-抗纖溶酶明顯增強(qiáng)腦損傷，血腦屏障破壞和基質(zhì)金屬蛋白酶9（MMP-9）表達(dá)增加，加重了小鼠的腦腫脹和出血。

3 動脈粥樣硬化的關(guān)系

動脈粥樣硬化的形成是由許多因素決定的，包括細(xì)胞外基質(zhì)的分解、平滑肌細(xì)胞的遷移以及隨后血管壁的結(jié)構(gòu)調(diào)整。兩者都能穩(wěn)定血管壁上的細(xì)胞骨架，保持血管壁的完整性，有效地限制平滑肌細(xì)胞的運(yùn)動。ECM的調(diào)節(jié)主要由MMP-9完成。由于高血壓或吸煙會對血管壁造成損傷，單核細(xì)胞從血液中進(jìn)入內(nèi)分泌細(xì)胞，成為巨噬細(xì)胞。巨噬細(xì)胞分泌多種酶類，最要主要的是MMP-9酶，誘導(dǎo)絲狀細(xì)胞增殖并積累到血管膜上：平滑肌細(xì)胞和單個細(xì)胞都能分泌MMP-9，加重ECM的降解，形成平滑肌細(xì)胞遷移的惡性循環(huán)，導(dǎo)致動脈硬化。最近的研究 表明 MMP-9 通過降解細(xì)胞外基質(zhì)在動脈粥 樣硬化斑塊的不穩(wěn)定中起主要作用，其機(jī)制主要是： 由平滑肌細(xì)胞和膠原纖維組成的纖維帽的厚度直接影響動脈粥樣硬化斑塊的穩(wěn)定性。MMP-9 在纖維帽中表達(dá)并活躍，導(dǎo)致纖維帽降解和纖維帽斷裂;型膠原是動脈粥樣硬化斑塊基底膜的重要組成部分，基質(zhì)金屬蛋白酶-9對型膠原的分解促進(jìn)了基底膜的解體，從而促進(jìn)了中膜平滑肌細(xì)胞向內(nèi)膜和合成表型的遷移、增殖和轉(zhuǎn)化，從而加速動脈粥狀硬化MMP-9促進(jìn)動脈粥樣硬化斑塊脆弱新生血管的形成，導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)穩(wěn)定性喪失，新形成的毛細(xì)血管易破裂，是斑塊出血和破裂的觸發(fā)因素;MMP-9 基因多態(tài)性可能與斑塊穩(wěn)定性有關(guān)。

4 與缺血性腦損傷

研究發(fā)現(xiàn)，MMP-9是造成腦缺血后繼發(fā)性損傷的重要原因之一。在實(shí)驗(yàn)動物中，腦缺血再灌注可誘導(dǎo)MMPs的表達(dá)，尤其是MMPP-9的活性在早期可迅速增加。它與腦微血管通透性、腦水腫、血腦屏障破壞、炎性細(xì)胞侵襲和密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，早期血流再通有助于保護(hù)缺血半暗帶，而晚期再灌注則加重組織損傷?；|(zhì)金屬蛋白酶通過降解血管基質(zhì)的主要成分、破壞基質(zhì)和打開血腦屏障而引起腦水腫和出血。研究發(fā)現(xiàn)葡萄糖顯著促進(jìn)MMP-2 / 9的分泌和氧化/亞硝化應(yīng)激，增強(qiáng)自噬并增加Caveolin-1和LAMP-2的表達(dá)，導(dǎo)致腦損傷加重。Fukuda 等人首次直接證實(shí)，缺血腦組織可以產(chǎn)生活性蛋白酶，這導(dǎo)致了腦缺血后微血管基質(zhì)的顯著和快速降解。早先的研究報道，大鼠大腦注射 MMP-2 可以促進(jìn) BBB 開放。腦缺血后，MMP-2 和 MMP-9 通過蛋白水解破壞毛細(xì)血管緊密連接和基底膜，進(jìn)而引起血管源性腦水腫。大鼠持續(xù)腦缺血后梗死半球內(nèi)MMP-9表達(dá)較對側(cè)半球明顯增高，與血管源性腦水腫達(dá)高峰時間一致，而 MMP-2直到缺血后5d才有明顯增加。

5 與腦梗死面積及嚴(yán)重程度

基質(zhì)金屬蛋白酶 （MMP） 是一個內(nèi)肽酶家族，參與多種生理和病理過程。結(jié)果表明，急性缺血性腦卒中患者血漿 MMP-9 水平升高。血漿 MMP-9水平與NIHSS 評分呈正相關(guān)。與遭受輕度損害的人相比，遭受中度和重度損害的人的血漿MMP-9水平顯著更高。還觀察到梗死體積和神經(jīng)功能缺損之間存在顯著關(guān)系。與沒有改善或惡化的患者相比，康復(fù)患者在第48小時的血漿MMP-9水平顯著降低。梗死體積與梗死進(jìn)展呈正相關(guān) 。研究表明，血漿MMP-9水平在缺血性腦血管疾病的急性期顯著增加，并且與疾病的嚴(yán)重程度和梗死體積相關(guān)。缺血性腦卒中后血漿MMP-9確切作用的定義將對中風(fēng)和旨在調(diào)節(jié)血漿MMP-9的治療策略的發(fā)展具有重要的診斷意義。

6 與梗死后出血轉(zhuǎn)化

據(jù)報道腦梗死后出血轉(zhuǎn)化發(fā)病率為 30% -40%，梗死后出血轉(zhuǎn)化加重腦損傷。梗死后出血的機(jī)制涉及許多因素，如： 梗死灶的面積和位置、心源性腦梗塞、高血壓、糖尿病、衰老、缺血再灌注、抗凝、用于溶栓治療的藥物劑量等，預(yù)測和早期發(fā)現(xiàn)有癥狀的梗死后出血會影響臨床治療策略。在使用動物模型研究再灌注損傷機(jī)制時，發(fā)現(xiàn)氧自由基增加、白細(xì)胞浸潤、血管舒張、異常的細(xì)胞外蛋白水解和 BBB 完整性的破壞是缺血性中風(fēng)出血性轉(zhuǎn)化的病理生理基礎(chǔ)。MMP是哺乳動物除tPA之外的另一重要的蛋白水解酶系統(tǒng)，腦梗死后表達(dá)上調(diào)的MMP-9可通過降解層黏蛋白、纖黏蛋白和膠原等基質(zhì)主要成分使BBB和神經(jīng)血管ECM成分降解，從而破壞內(nèi)皮細(xì)胞基膜、破壞 BBB。然而，在 MMP-9 基因敲除小鼠局部腦缺血后，基底膜降解，BBB 滲漏和水腫形成和梗死均減輕。因此，MMP-9的高表達(dá)很可能與梗死后出血密切相關(guān)。 腦缺血后BBB的開放具雙相性，經(jīng)歷了早期短時間可逆性開放和遲發(fā)性的嚴(yán)重破壞，大腦中動脈栓塞后最初3小時的開放與MMP-2的水平有關(guān)，并可被合成的MMPs抑制劑BB-1101所抑制。晚發(fā)型 BBB 的開放與 MMP-9 水平相關(guān)。MMP-9 對急性缺血性中風(fēng)后的出血轉(zhuǎn)化有很高的預(yù)測價值。測試MMP-9以排除出血風(fēng)險低的患者，以便在將來的臨床工作中進(jìn)行精確治療可能是有用的。

7 與腦卒中后認(rèn)知

突觸可塑性是與神經(jīng)系統(tǒng)的生長發(fā)育、損傷后的修復(fù)以及學(xué)習(xí)記憶等重要腦功能的完成密切相關(guān)。MMP-9 促進(jìn)海馬和前額葉皮層的突觸結(jié)構(gòu)和功能可塑性。海馬區(qū) MMP-9 的表達(dá)增加，提示 MMP-9 活性的增加有利于細(xì)胞外基質(zhì)粘附分子的重塑， 其在海馬突觸可塑性進(jìn)程中起主要感化。用 MMP-9 抑制劑或抗體阻斷 MMP-9 蛋白水解活性未能誘導(dǎo)海馬 CA1 區(qū)的長期增強(qiáng) （LTP） 。在血管認(rèn)知功能和能量障礙中，MMP-9 促進(jìn)血腦屏障的開放，增加神經(jīng)病理炎癥反應(yīng)，并降解髓鞘堿性蛋白，此時， MMP- 9 水平在腦組織和腦脊液中都被檢測到。 先前的研究表明，多發(fā)性腦梗塞和小血管疾病 （VaD） 患者的腦脊液 MMP-9 水平明顯高于健康對照組和 AD 患者， 并且可以作為區(qū)分 VaD 和 AD 的生物標(biāo)志物。在血管性癡呆患者中，檢測到不僅血清 MMP-9 水平升高，而且腦脊液中 MMP-9 的表達(dá)也顯著增加， 甚至高于阿爾茨海默病患者腦脊液中 MMP- 9 的水平。

結(jié)論

MMP-9在缺血性腦中風(fēng)的發(fā)生發(fā)展及中風(fēng)后出現(xiàn)認(rèn)知及情感障礙中，均起重要的生物標(biāo)記物的作用，未來需要開展更多的研究來證實(shí)它的作用，臨床工作中需要引起重視。

作者簡介：

謝江波（1984-），男， 醫(yī)學(xué)博士，主治醫(yī)師，研究方向：腦血管病方向。

通訊作者：

劉濤（1970-），男，碩士學(xué)位，主任醫(yī)師，研究方向：腦血管病。