基質(zhì)金屬蛋白酶9 的研究進(jìn)展

溫曉洲 孫愛華 李廣平 丁勝華 王嘉璽

基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）屬鋅依賴性內(nèi)肽酶家族，是自然界進(jìn)化中高度保守的一類蛋白酶；其與絲氨酸蛋白酶類、半胱氨酸蛋白酶類共同構(gòu)成細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）三大類降解酶。MMPs 與ECM 相互作用參與并影響機(jī)體眾多生理活動?；|(zhì)金屬蛋白酶9（MMP?9）又被稱為明膠酶B，在免疫炎癥、細(xì)胞遷移、增殖和細(xì)胞凋亡等生理病理過程中發(fā)揮作用。近年隨著對MMPs 基礎(chǔ)研究的不斷深入，MMP?9 在諸多疾病進(jìn)程中的作用也越來越受到重視。本文就近年來MMP?9 在蛋白結(jié)構(gòu)及活性調(diào)控、與疾病的關(guān)系、靶向藥物三方面做一綜述。

1 MMP?9 的結(jié)構(gòu)及活性調(diào)控

1.1 MMP?9 的結(jié)構(gòu)MMP?9 基因在人類染色體定位：20q11.2?q13.1。MMP?9 原酶分為：信號肽區(qū)、氨基端前肽區(qū)、鋅結(jié)合催化區(qū)、鉸鏈區(qū)和羧基端類血紅素蛋白結(jié)合區(qū)五個結(jié)構(gòu)域。五個結(jié)構(gòu)域具有不同特點(diǎn)：①信號肽在引導(dǎo)翻譯后產(chǎn)物至包漿內(nèi)質(zhì)網(wǎng)后被去除；②氨基端前肽區(qū)中包含的半胱氨酸巰基Cys 與催化性鋅離子的結(jié)合維持pro?MMP?9 在非活性狀態(tài)，此區(qū)裂解是活化的關(guān)鍵；③鋅結(jié)合催化區(qū)包含1 個催化性鋅離子，活性酶中3 個組氨酸殘基與一個水分子共同參與鋅配位；④鉸鏈區(qū)富含脯氨酸；⑤羧基端類血紅素蛋白結(jié)合區(qū)可與特異性組織金屬蛋白酶抑制因子（tissue inhibitor of matrix metalloproteins，TIMPs）結(jié)合，影響膜的活化和一些蛋白水解活性。

1.2 MMP?9 的活性調(diào)控 MMP?9 生理情況下表達(dá)水平極低，與其他MMPs 密切相關(guān)呈動態(tài)平衡狀態(tài)；可由多種細(xì)胞分泌；在炎性因子、生長因子、氧化應(yīng)激和高糖等刺激條件下表達(dá)水平會顯著升高?；钚哉{(diào)控主要體現(xiàn)基因轉(zhuǎn)錄水平、酶原活化以及TIMPs 作用三方面。①一些因素能在基因水平抑制MMP?9 表達(dá)，如糖皮質(zhì)激素和轉(zhuǎn)化生長因子均能在轉(zhuǎn)錄水平阻斷MMP?9 基因表達(dá)。②MMP?9mRNA經(jīng)過翻譯后，鋅結(jié)合催化結(jié)構(gòu)區(qū)與Cys 反應(yīng)以pro?MMP?9形式分泌至細(xì)胞外；纖溶酶從其酶原中產(chǎn)生MMP?3，活化MMP?3催化pro?MMP?9產(chǎn)生84kDa活性MMP?9。③目前發(fā)現(xiàn)的MMPs 的天然抑制物TIMPs 家族共有四種，其中TIMP?1、TIMP?2 與MPP?9 活化抑制最為密切。它們通過競爭性結(jié)合MMP?9 催化結(jié)構(gòu)域活性中心的Zn2+，抑制酶活性。包含兩種情況：TIMP?2 與pro?MMP?9 形成復(fù)合物并阻礙酶原活化；TIMP?1 和TIMP?2 直接與已活化MMP?9 形成穩(wěn)定的1∶1復(fù)合體抑制活性。

2 MMP?9 與疾病

MMP?9 水解底物包括明膠、膠原IV/V/XI、聚蛋白多糖、彈性蛋白、內(nèi)皮粘連素和玻璃粘聯(lián)蛋白等。ECM 由膠原、糖蛋白等大分子物質(zhì)構(gòu)成，是存在于細(xì)胞之間的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以通過釋放信號分子參與并影響機(jī)體眾多生理活動。ECM 的更新代謝受MMPs 和TIMPs 共同調(diào)控。MMP?9 已被發(fā)現(xiàn)參與眾多疾病的病理過程，本文主要闡述以下三個方面：腫瘤、動脈粥樣硬化、炎癥相關(guān)疾病。

2.1 MMP?9 與腫瘤 MMP?9 是與多種人類惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展關(guān)系最緊密的生物酶之一。機(jī)體對MMP?9 基因表達(dá)和pro?MMP?9 活化的精確調(diào)控，實(shí)時動態(tài)地控制著機(jī)體血管的生成和重構(gòu)。由于腫瘤生長造成的局部相對缺血缺氧環(huán)境導(dǎo)致MMP?9 表達(dá)水平上調(diào)，在它的幫助下降解細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜上的IV 型膠原，腫瘤細(xì)胞由此處進(jìn)入體循環(huán)，且在其作用下再次侵入基底膜增生為新的腫瘤灶，同時MMP?9 還進(jìn)一步促進(jìn)新的血管生成用以維持腫瘤細(xì)胞增殖。Xue［1］等的研究通過收集62 例人腦膠質(zhì)瘤患者腫瘤組織標(biāo)本證實(shí)患者M(jìn)MP?9 在高級別膠質(zhì)瘤中表達(dá)上調(diào)。在其他部位癌癥患者中亦有研究證實(shí)MMP?9 過度表達(dá)，如鼻咽癌、乳腺癌、肝癌、胰腺癌、結(jié)腸癌和前列腺癌等［2?4］。

2.2 MMP?9 與動脈粥樣硬化 MMP?9 和MMP?2 介導(dǎo)了平滑肌細(xì)胞增殖和遷移，直接參與了動脈粥樣硬化病理進(jìn)程，甚至導(dǎo)致斑塊破裂發(fā)生。血清MMP?9 水平與ACS 中動脈粥樣硬化過程中隨疾病嚴(yán)重程度水平正相關(guān)。Lahden?tausta L 等［5］通過669 例隨訪6 年患者血清分析結(jié)果證實(shí)：血清MMP?9 高表達(dá)與心血管不良預(yù)后密切相關(guān)，同時ACS患者中MMP?9/TIMP?1 的比例失衡。Gliesche DG 等［6］的研究發(fā)現(xiàn)冠狀動脈血管平滑肌細(xì)胞增殖分泌的MMP?9 可被選擇性的設(shè)計(jì)成觸發(fā)藥物，用于觸發(fā)支架表面的細(xì)胞毒性藥物偶聯(lián)聚合物，從而有利于支架內(nèi)皮化。Eilenberg W等［7］報道中性粒細(xì)胞明膠酶相關(guān)脂質(zhì)運(yùn)載蛋白（NGAL）和MMP?9/NGAL 復(fù)合物可作為斑塊易損性的生物標(biāo)志物和頸動脈粥樣硬化患者他汀類藥物的靶點(diǎn)。

2.3 MMP?9 與炎癥相關(guān)疾病 機(jī)體在炎癥狀態(tài)下，微循環(huán)中募集的免疫細(xì)胞通過分泌炎性因子和血管細(xì)胞黏附分子1 等黏附至內(nèi)皮細(xì)胞表面，誘導(dǎo)其表達(dá)MMP?9，促進(jìn)免疫炎癥細(xì)胞的跨內(nèi)皮細(xì)胞遷移，同時上調(diào)MMP?9 活性。在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者中發(fā)現(xiàn)血清和骨關(guān)節(jié)軟骨中MMP?9表達(dá)增加。Lin 等人［8］在變應(yīng)性鼻炎患者的研究中發(fā)現(xiàn)肥大細(xì)胞中MMP?9 的活化上調(diào)是肥大細(xì)胞活化的正反饋介質(zhì)，MMP?9 在活化的肥大細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)。Romano F 等［9］通過設(shè)置對照實(shí)驗(yàn)測量MMP?1 和MMP?9 在口腔扁平苔蘚繼發(fā)的齦溝液脫落性齦炎（DG）的濃度水平，MMP?1 和MMP?9 表達(dá)在DG 患者加劇了細(xì)菌菌斑的形成。MMP?9 上調(diào)與機(jī)體的炎癥反應(yīng)過程密切相關(guān)。

2.4 MMP?9 與其他疾病 Liang Y 等［10］通過研究糖尿病患者創(chuàng)面發(fā)現(xiàn)：MMP?9 導(dǎo)致FasL 表達(dá)增加，增加介導(dǎo)角質(zhì)形成細(xì)胞凋亡。van der Kooij MA 等［11］在抑郁癥患者研究中發(fā)現(xiàn)，MMP?9 蛋白水解處理海馬中的粘聯(lián)蛋白?3在導(dǎo)致社會和認(rèn)知行為的慢性應(yīng)激誘導(dǎo)變化的過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。Dwir D 等［12］通過精神分裂癥患者的反向翻譯研究得出結(jié)論認(rèn)為，MMP?9/RAGE 通路過度激活介導(dǎo)氧化還原失調(diào)和神經(jīng)炎癥，導(dǎo)致抑制性/興奮性失衡。

3 MMP?9 的靶向藥物

廣譜MMPs 抑制劑馬馬司他的3 期臨床臨床實(shí)驗(yàn)中部分患者出現(xiàn)肌肉骨骼毒性，未能達(dá)到療效終點(diǎn)。與完全抑制活性MMP?9 的馬馬司他相比，GS?5745 僅部分（56%）抑制MMP?9 可使重度潰瘍性結(jié)腸炎、胃癌和結(jié)腸癌患者獲益。Appleby TC 等［13］進(jìn)一步探尋其結(jié)構(gòu)及其一致機(jī)制，闡明了GS?5745 除了阻斷pro?MMP9 的激活，還可以非競爭性不完全抑制MMP?9 活性，進(jìn)而影響與底物結(jié)合和隨后的裂解，使結(jié)腸炎癥得到控制。單克隆抗體REGA?3G12 可以識別MMP?9 第116 位色氨酸至214 位賴氨酸構(gòu)成的抗原表位，已進(jìn)入動物實(shí)驗(yàn)階段。MMP?9 抑制劑BB?94［14］可以抑制人口腔鱗癌細(xì)胞CAL27 的增殖、遷移和侵襲等惡性生物學(xué)行為。

總之，MMP?9 作為基質(zhì)金屬蛋白酶家族的成員之一，參與眾多病生過程，如胎兒器官形成、妊娠、創(chuàng)面瘢痕形成、腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移、血管動脈粥樣硬化、炎癥反應(yīng)等。眾多MMP?9 選擇性抑制劑已進(jìn)入試驗(yàn)階段，但并非只有抑制MMP?9 有治療意義，有時利用MMP?9 本身的生物學(xué)效力也可達(dá)到治療目的。在研究MMP?9 相關(guān)疾病及作為靶向藥物的治療過程中，除了要注意選擇性以外，還要注意其生理學(xué)及生物學(xué)意義，進(jìn)而減少對正常生理過程的影響。