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2024年12月28日发(作者:the reformation)
2010年9月 第12卷第5期Journal of Military s一 g in ! 望! 坠 : : 兰业: Q
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925・
MMP一2、MMP一9与脑出血的研究进展
姚晓利(综述),唐兴江(审校)
[关键词]脑出血;MMP一2;MMP-9;脑水肿
[中图分类号]R 743.34
[文章编号] 1672—7193(2010)05—0925—03
基质金属蛋白酶(Matrix metalloproteinases,MMPs)是一组
[文献标识码]A
Doi:10.3969/j.issn.1672—7193.2010.05.065
MMP的形式存在。正常脑组织中只有pro—MMP,而无活性的
同源的酶活性依赖钙离子和锌离子的中性蛋白酶基因家族,是
广泛参与降解全身各种组织细胞外基质(ECM)的蛋白酶类,现
发现2O多种,其中MMP一2和MMP一9是MMPs家族的两个
最主要的成员。由于MMP一2和MMP一9的作用使细胞外基
质降解的正常平衡被破坏,从而导致多种病理过程的发生,如
髓鞘脱失、血脑屏障损伤等。近年来的研究认为MMP一2和
MMP一9与脑血管病的关系密切,其参与了脑出血后脑水肿及
炎症反应以及继发性脑损伤的病理过程,并发挥重要作用。本
文着重对其与脑出血的关系及研究进展作简要综述。
1 MMP一2与MMP一9的特性及调控
基质金属蛋白酶最早是1962年Gross和Lapiere在研究蝌
蚪尾巴蜕变时发现的。目前已发现至少21种MMPs系列酶,
这类酶的主要功能是分解细胞外基质,在正常人体胚胎发育、
组织塑形、瘢痕改造和血管发生、伤口愈合等方面起着重要的
作用,而异常MMPs的表达与启动也参与人体众多病理生理过
程,如肿瘤浸润及转移、炎症反应、动脉粥样硬化的形成、血管
再生等。
1.1 MMP一2与MMP一9的特性 MMP一2即72 KD IV型
胶原酶(又称明胶酶A,matrixmetalloproteinases一2,MMP一2),
它是Liotta等…首次在高度转移的鼠肿瘤移植培养液内发现
的,属于中性金属蛋白酶,存在于多种恶性肿瘤细胞培养液内,
参与肿瘤的侵入与转移。该酶的相对分子质量为72 KD。现
已证实MMP一2有两种形式:无活性的酶原和有活性的酶。酶
原的相对分子质量为72 KD,活性酶相对分子质量为66 KD和
62 KD。基质金属蛋白一9(又称明胶酶B,matrixmetalloprotein.
USeS一9,MMP一9)酶原相对分子质量为92 KD,活性酶相对分
子质量83 KD,主要作用于明胶、Ⅳ、V型胶原、弹性蛋白等。
MMP一2与MMP一9的作用底物主要包括明胶、胶原Ⅳ、
V、Ⅶ、x,层粘连蛋白,纤维连接蛋白,弹性蛋白和变性的基质
胶原等。越来越多的证据表明MMP一2及MMP一9通过降解
脑血管周围基膜主要成分IV,V型明胶原,层粘连蛋白,纤维连
接蛋白,在脑出血后周围水肿及继发性脑损伤病理过程中起着
重要作用。
有多种细胞参与MMP一2与MMP一9的合成和分泌,如星
形细胞、内皮细胞、小胶质细胞、神经细胞、间质细胞、T细胞、
巨噬细胞、嗜酸性粒细胞和中性粒细胞等。MMP一2与MMP一
9在人体内是以前体或酶原的形式分泌,合成后以酶原pro一
作者单位:646000四川,泸州医学院附属医院神经内科(姚晓利、唐兴江)
MMP。通过自身催化或某些酶(如纤溶酶)的作用被启动,并
常在中性环境中和钙离子参与时发挥活性。
1.2 MMP一2与MMP一9的调控MMP一2与MMP一9表达
的调节分为3个水平:(1)转录水平的调节;(2)酶原活化的调
节;(3)蛋白水解酶活性抑制的调节。在转录水平,许多生长因
子和组织因子(如白细胞介素1、血小板源性生长因子、肿瘤坏
死因子、上皮生长因子、纤维母细胞生长因子等可诱导MMP一
2与MMP一9合成增加。干扰素一B可抑制MMP一2的表达,
转化生长因子一B、肝素、可的松等则抑制MMP一9的表达。
Rosenberg等 在大鼠尾状核内注射TNF—Or.后引起MMP一9
水平上调,推测是TNF— 通过Fos/Jun二聚体(即早基因C—
f0s和C—jun的转录翻译产物)作用于MMP一9基因促进其转
录的结果。MMPs体内激活机制尚未明了,据推测可能与自由
基、凝血酶和膜型MMP(membrane—typeMMP,MT—MMP)有
关。
MMP一2与MMP一9的调节除了转录水平调节外,金属蛋
白酶组织抑制因子调节蛋白水解酶活性也是一个重要方面。
金属蛋白酶组织抑制剂(tissue inhibitor metalloproteinase,
TIMP)是内源性MMP抑制剂,可阻止MMP的活化,抑制或削
弱其降解细胞外基质的能力。TIMP分为非特异性和特异性抑
制因子,非特异性抑制剂包括 一巨球蛋白、a1一抗胰蛋白
酶、BB一94(Bati—mistat)、乙二胺四乙酸等。特异性抑制因子
为金属蛋白酶组织抑制因子,是正常体内存在的MMPs的天然
特异性抑制剂,对调控MMPs活性具有重要作用。迄今已有4
种因子被详细描述。分别命名为TIMP一1,TIMP一2,TIMP一
3,TIMP一4,其中TIMP一1对MMP一9具有特异性抑制作用,
而TIMP一2是MMP一2的特异性抑制物。MMPs活性的抑制
作用有一定的特异性。分泌MMP的细胞同时分泌TIMP,在
ECM代谢调节中,是与MMP对应的负调节剂。TIMPs一般与
MMPs酶原按1:1比例以非共价键形式形成复合体,从而阻断
MMPs的激活;也可与已激活的MMPs结合而抑制其活性。正
常情况下,体内MMPs与TIMPs分泌保持平衡,相互牵制,维持
MMPs的生理功能及MMPs和,I1MPs之间的平衡。
2 脑出血后M_MP一2与MMP一9的表达变化
在正常脑组织内,MMP一2与MMP一9仅有低水平基础表
达,星形细胞可以产生无活性的MMP一2,小胶质细胞在炎性
因子存在下,受刺激可产生MMP一9。在生理情况下,能够切
・
926・ ! 鲞笠 翅 婴 0f Surgeon in Southwest China
Vo1.12.No.5.SeD..2010
,
断任何细胞外基质成分、调节细胞粘着、作用于细胞外成分或
其它蛋白成分而启动潜在生物学功能。在缺血缺氧和炎性因
子存在下,血管内皮细胞、小胶质细胞、神经细胞等可合成
MMP一2与MMP一9,发挥降解ECM的生物学作用,从而引起
疾病的发生与发展。
有研究显示,MMP一9定位于神经元、血管内皮细胞及胶
血脑屏障主要由毛细血管内皮细胞、细胞间紧密连接、毛
细血管内皮下基底膜和星形胶质细胞终足构成,毛细血管内皮
细胞及其紧密连接是血脑屏障的第一层结构,构成紧密连接的
蛋白质分子,包括膜周蛋白(ZO一1、ZO一2,ZO一3)、跨膜蛋白
等,在这些蛋白质中,目前有研究表明ZO一1正是MMP一9的
底物。而基底膜的主要成分IV型胶原、层粘连蛋白和纤粘连
蛋白以及其他细胞外基质的重要成分如胶原、糖蛋白、脂蛋白
也均为MMPs作用的底物 J。
质细胞。脑出血时MMP一9增加,内源性MMP一9来自星形胶
质细胞和小胶质细胞,外源性则来自内皮细胞、渗出的中性粒
细胞和巨噬细胞。MMP一9一旦启动,即可通过降解细胞外基
正常情况下细胞在分泌MMPs的同时还产生组织金属蛋
质成分,破坏血脑屏障完整性。Power等 对脑出血后基质金
属蛋白酶的表达及其病理作用进行研究发现,在血肿的边缘区
MMP一2、MMP一3、MMP一7、MMP一9和MMP一12的mRNA水
平均明显增加。Rosenberg等 用胶原酶法诱导脑出血模型试
验表明,脑出血后l6—24 h MMP一9、MMP一2含量升高,脑组
织含水量亦增高,给予MMP一9的抑制剂BB一1101后,显著减
轻了脑组织含水量。
另外,也有研究显示,ICH后血浆MMP一2与MMP一9的
含量与血肿体积、神经功能缺失程度密切相关,血肿体积越大,
MMP一2与MMP一9表达越显著,血脑屏障通透性增高和炎症
反应加重,导致脑组织广泛损伤,使神经功能损伤进一步加重。
鞠波等 研究发现,正常wistar大鼠脑血管壁没有发现
MMP一2和MMP一9的表达,SHR/SP大鼠的血管壁仅有少量
表达,在发生脑出血的SHR/SP大鼠MMP一2和MMP一9表达
较强。证明了大鼠高血压脑出血的血管壁病损与MMp一2和
MMP一9有关,而且在发生出血时,MMP一2与MMP一9的产生
进一步增多。田力等 研究证实ICH患者血浆MMP一9,MMP
一
2含量明显增高,且MMP一9在ICH后6h开始表达,5d达高
峰,以后逐渐下降,15d接近正常水平,MMP一9表达与脑水肿
发生规律基本一致。而MMP一2表达则与MMP一9早期表达
不同,从第24小时开始表达,5d达高峰,并维持较高水平达2
周,提示可能与巨噬细胞表达有关,其主要功能为吞噬细胞碎
片和坏死组织,故推测ICH后期表达MMP一2可能与ICH后
的细胞碎片和组织清除和修复有关。MMP一2、MMP一9的表
达增加可能与脑组织中氧自由基产物、一氧化氮和肿瘤坏死因
子等炎性因子的大量增加以及N一甲基一D一天冬氨酸(N—
methyl—D—aspartate,NMDA)受体的激活有关。
3 1MMP一2与MMP一9造成脑损伤的机制
3.1脑水肿的形成脑出血后急性期和亚急性期常见的继发
性损害是血肿周围脑组织水肿,其形成机制可能与脑出血后伴
随血肿周围缺血、炎症反应和细胞因子、凝血酶等多种因素有
关。其中MMP一2和MMP一9表达或活性升高,通过降解细
胞外基质使血脑屏障(blood brain barry,BBB)受损,导致脑微
血管通透性及BBB通透性增加,造成脑组织水肿及神经细胞
损伤 】。有研究表明[10A1],MMP一9表达的增加可能是脑出
血后脑水肿形成重要原因之一;而MMP一2的表达上调可能是
出血后早期脑水肿(24h内)形成的重要因素,与迟发性脑水肿
的形成无关。迟发性脑水肿的形成可能与MMP一9的表达增
加及凝血酶介导引起的炎性反应、细胞凋亡等神经毒性有关。
白酶抑制剂,二者以复合物的形式调节细胞外基质,使细胞外
基质保持在一种动态平衡中。动物实验证实,脑出血后基质金
属蛋白酶相对过度被启动,基质金属蛋白酶与TIMPs之间动态
平衡失调,病变区MMP一2与MMP一9表达增加。激活的
MMP一2与MMP一9攻击血脑屏障毛细血管内皮下基底膜,降
解ECM的胶原成分、层粘蛋白、弹性蛋白及纤维连接蛋白,使
其结构完整性遭受破坏,增加血管通透性,由此造成BBB通透
性增加,毛细血管内的水分与血浆蛋白外渗,致细胞间隙内水
分增多,形成血管源性脑水肿及炎性细胞浸润,和进一步释放
炎症因子,从而促发脑水肿形成以及继发性脑出血和脑损伤。
3.2炎症反应脑出血的过程中,机体发生了一系列结构、代
谢和功能的改变,血肿周围组织存在明显的炎症反应,其过程
包括大量中性粒细胞和淋巴细胞浸润、小胶质细胞增多以及多
种炎性因子(如细胞因子、粘附分子)的显著表达和补体系统的
启动。
在脑出血早期,血肿周围脑组织中即有中性粒细胞MMP
一
9阳性表达及中性粒细胞浸润。有研究指出,中性粒细胞、
巨噬细胞均需借助于MMP一9游出血管外。BBB破坏后为炎
性细胞侵入脑组织打开了方便之门。中性粒细胞本身可表达
MMP一9,它本身有穿过基膜的能力,并可通过蛋白水解作用在
组织中游走,通过自身炎性破坏作用直接侵犯神经细胞。另外
脑出血损伤时,氧自由基和其它信使启动炎性细胞因子和致炎
症酶原,引起趋化因子释放、白细胞黏附分子(选择蛋白、整合
素、免疫球蛋白超基因家族等)表达上调,从而中性粒细胞向微
血管内皮细胞移动和黏附,致使中性粒细胞在出血脑组织中浸
润。浸润、聚集的白细胞释放氧自由基、溶蛋白酶及细胞激动
素等造成组织损伤、坏死,引起脑组织继发性损伤。
脑出血不仅引起中枢神经系统炎症反应,还引起全身炎症
反应,使周围循环系统炎症因子可以通过MMP一9基因启动子
位置存在的NF—KB,AP一1,SP一1等多种核因子结合位点上
调MMP一9表达,从而使血清MMP一9表达升高。NF—KB参
与基因转录功能的调控,ICH后,炎性因子可通过激活NF—KB
诱导神经细胞产生一系列促凋亡因子(如iNOS、P53和Fas配
体等),这些因子通过级联反应导致细胞凋亡。另外血肿直接
压迫周围脑组织和小血管,引起局部血流量降低,组织细胞缺
血缺氧,导致细胞功能发生改变;缺血,缺氧作为一种信号,刺
激炎性细胞因子、神经元、内皮细胞和胶质细胞,从而启动了
MMPs系统导致MMP一9与MMP一2表达上调,这样就导致脑
水肿及炎症损伤的恶性循环。
2010年9月 第12卷第5期Journal of Military Surgeon in Southwest Ch !: 2 : : !Q
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macrophage activation and matirx metalloproteinases[J].AnnNeurol,2003,
4治疗
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综上所述,脑出血后MMP一2与MMP一9表达增高,增高
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921—926.
越明显,病情越危重,如何降低其表达成为治疗的关键。
Rosenberg等 J纠应用合成的MMPs抑制剂BB—l101,通过阻止
内皮细胞表达MMP一9,抑制了血一脑屏障的早期开放和脑水
肿。,从而减轻了缺血性脑损伤。Yushchenko等 用干扰素
131b治疗原发性进展性多发性硬化性患者,发现干扰素131b可
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降低血浆MMP一9水平,缓解病情,从不同水平选择性抑制
MMP一9,可显著减轻其对病灶局部的损伤作用。许宏伟等
研究发现用七叶皂苷钠可使实验性脑出血大鼠的MMP一2和
MMP一9mRNA和蛋白表达阳性染色细胞数明显减少;提示七
叶皂苷钠可能具有抑制MMP一2和MMP一9mRNA和蛋白表
达的作用;且可能在一定范围内存在着量效关系。Harkness
等¨ 研究表明,地塞米松在中枢神经系统能抑制血管内皮细
胞MMP一2、MMP~9的表达,降低BBB的损害。其机制可能
是:糖皮质激素通过fos/jun二聚体形成复合物,阻止其与激活
蛋白一1的结合而抑制MMP一9基因转录【l 。邢红霞 等
用阿托伐他汀治疗急性脑出血时发现,治疗组较对照组神经功
能恢复快,脑水肿产生率小,MMP一2、MMP一9水平降低明显。
提示阿托伐他汀可通过降低血清MMP一2、MMP一9水平,减少
血脑屏障的开放,减轻水肿,促进神经功能恢复,为ICH的治疗
提供了一个新思路。张建平等 副研究对大鼠脑出血后经局部
亚低温干预后,其不同时间点脑组织水含量及BBB通透性均
较常温实验组明显降低,同时MMP一2/9的表达量也较常温实
验组显著下降,表明亚低温干预可能具有抑制脑出血后MMP
一
2/9表达异常升高的作用,从而保护BBB、减轻脑水肿及炎
症反应。周爽等 研究发现电针对脑出血的作用机制可能通
过下调NF—KB、TNF—d的表达水平,阻止了脑出血后脑缺血
所引起的脑炎性反应,进而减轻脑细胞的损伤,改善了脑出血
的预后。
总之,由于MMP一2和MMP一9与脑出血后脑水肿及炎症
反应关系密切,通过各种不同的途径降低MMP一2/9水平可减
少脑水肿及脑损伤程度,可能会成为保护血脑屏障和治疗脑水
肿的新途径。
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(收稿日期:2010—06—08)
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