MMP-9與急性缺血性腦卒中關(guān)系的研究進展

謝江波　張婷婷　劉濤

【摘? 要】急性缺血性腦卒中是嚴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??? ??【文獻標識碼】A??? ??【文章編號】1004-7484（2020）09-0235-01

1 生物學體征

基質(zhì)金屬蛋白酶作為一個家族，主要降解細胞外基質(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， 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

由周圍細胞、末端、內(nèi)皮細胞和星形膠質(zhì)細胞的細胞外基質(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，細胞外基質(zhì)和內(nèi)皮細胞緊密結(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， 炎性細胞浸潤并損傷周圍組織，導致神經(jīng)細胞水腫和神經(jīng)細胞凋亡。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)周細胞參與在毛細血管床中產(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 水平在缺血性中風的急性期升高，并隨著病情的減輕而逐漸降低。動物實驗表明，在急性腦缺血期間，α2-抗纖溶酶明顯增強腦損傷，血腦屏障破壞和基質(zhì)金屬蛋白酶9（MMP-9）表達增加，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，包括細胞外基質(zhì)的分解、平滑肌細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)定血管壁上的細胞骨架，保持血管壁的完整性，有效地限制平滑肌細胞的運動。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，單核細胞從血液中進入內(nèi)分泌細胞，成為巨噬細胞。巨噬細胞分泌多種酶類，最要主要的是MMP-9酶，誘導絲狀細胞增殖并積累到血管膜上：平滑肌細胞和單個細胞都能分泌MMP-9，加重ECM的降解，形成平滑肌細胞遷移的惡性循環(huán)，導致動脈硬化。最近的研究 表明 MMP-9 通過降解細胞外基質(zhì)在動脈粥 樣硬化斑塊的不穩(wěn)定中起主要作用，其機制主要是： 由平滑肌細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 在纖維帽中表達并活躍，導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了基底膜的解體，從而促進了中膜平滑肌細胞向內(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促進動脈粥樣硬化斑塊脆弱新生血管的形成，導致細胞外基質(zhì)穩(wěn)定性喪失，新形成的毛細血管易破裂，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。在實驗動物中，腦缺血再灌注可誘導MMPs的表達，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缺血半暗帶，而晚期再灌注則加重組織損傷。基質(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MMP-2 / 9的分泌和氧化/亞硝化應激，增強自噬并增加Caveolin-1和LAMP-2的表達，導致腦損傷加重。Fukuda 等人首次直接證實，缺血腦組織可以產(chǎn)生活性蛋白酶，這導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 BBB 開放。腦缺血后，MMP-2 和 MMP-9 通過蛋白水解破壞毛細血管緊密連接和基底膜，進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表達較對側(cè)半球明顯增高，與血管源性腦水腫達高峰時間一致，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制時，發(fā)現(xiàn)氧自由基增加、白細胞浸潤、血管舒張、異常的細胞外蛋白水解和 BBB 完整性的破壞是缺血性中風出血性轉(zhuǎn)化的病理生理基礎。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 對急性缺血性中風后的出血轉(zhuǎn)化有很高的預測價值。測試MMP-9以排除出血風險低的患者，以便在將來的臨床工作中進行精確治療可能是有用的。

7 與腦卒中后認知

突觸可塑性是與神經(jīng)系統(tǒng)的生長發(fā)育、損傷后的修復以及學習記憶等重要腦功能的完成密切相關(guān)。MMP-9 促進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 的表達增加，提示 MMP-9 活性的增加有利于細胞外基質(zhì)粘附分子的重塑， 其在海馬突觸可塑性進程中起主要感化。用 MMP-9 抑制劑或抗體阻斷 MMP-9 蛋白水解活性未能誘導海馬 CA1 區(qū)的長期增強 （LTP） 。在血管認知功能和能量障礙中，MMP-9 促進血腦屏障的開放，增加神經(jīng)病理炎癥反應，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在缺血性腦中風的發(fā)生發(fā)展及中風后出現(xiàn)認知及情感障礙中，均起重要的生物標記物的作用，未來需要開展更多的研究來證實它的作用，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，碩士學位，主任醫(yī)師，研究方向：腦血管病。