基质金属蛋白酶与高血压脑出血后脑水肿相关性的研究进展

周德生，李煦昀，王仙伟(综述)，胡 华(审校)

(湖南中医药大学第一附属医院，长沙410007)

高血压脑出血是非创伤性颅内出血的主要原因，为神经内科的常见病、多发病，具有高病死率、高致残率的特点。高血压脑出血患者血肿周围有明显的脑水肿发生［1］，而高血压脑出血后脑水肿是脑出血患者病情恶化和死亡的主要原因。目前针对脑水肿的临床治疗除有手术指征者采用外科手术减压外，一般主张在ICU条件下行及时、有力的药物治疗［2］，多使用渗透性脱水剂为主，而针对脑水肿的形成机制治疗尚少。相关研究表明基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)参与和介导了多种原因所致脑水肿的形成［3-5］，其表达和调控越来越成为治疗脑水肿的新的研究点，同时中医药通过影响MMPs的表达而起到抗高血压脑出血后脑水肿的作用。近年来已被诸多学者研究并证实，这为急性期脑出血的治疗提供了一条新的途径。

1 MMPs系统

MMPs是参与降解包括全身各种组织细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的蛋白酶家族，包括基质中以及整合于质膜中的各种胶原酶和弹性蛋白酶等，因其需要Zn2+、Ca2+等金属离子作为辅助因子而得名。这是一个不断扩大的家族，自1962年人们发现了第一个MMPs——来源于蝌蚪尾组织中的胶原酶后，陆续找到并已分离鉴别出人源MMPs家族近30个成员，根据作用底物以及片段同源性，可将其分为五类:①间质胶原酶，包括 MMP-1、MMP-8、MMP-13、MMP-18;②Ⅳ型胶原酶，也叫明胶酶，包括明胶酶A(MMP-2)和明胶酶B(MMP-9);③基质溶解素，包括基质溶解素1 (MMP-3)、基质溶解素2 (MMP-10)以及基质溶解素3(MMP-7);④膜型MMPs，包括MT1-MMP(MMP-14)、MT2-MMP(MMP-15)、MT3-MMP(MMP-16)以及近来分离命名的MT5-MMP;⑤其他类，包括MMP-4、MMP-5、MMP-6、MMP-20等，这些未归类MMPs的作用较特殊，不能归类于其他MMPs［6］。所有MMPs家族成员都存在以下六个基本特征:①降解ECM。②以酶原的形式被分泌到ECM中，在适当的条件下被激活而发挥生理作用。③其活性部位都含有Zn2+。④均需要Ca2+保持其稳定性。⑤在中性pH值条件下起作用。⑥在体内存在着其天然激活剂和抑制剂(组织抑制因子及血浆抑制因子α2巨球蛋白)。

2 MMPs与高血压脑出血

2.1 MMPs与高血压脑出血危险因素的相关性 动脉壁中层发育缺陷、动脉硬化和高血压是自发性脑出血的三个重要因素，其中高血压是导致脑出血的最重要的独立危险因素，三者可互影响，长期高血压可以引起动脉壁异常增厚，平滑肌变性，弹性降低，甚至形成微动脉瘤等，使动脉壁在血压突然升高时破裂出血［2］。血管壁的变性及微动脉瘤或夹层动脉瘤的形成过程中，血管ECM的破坏和重建起着重要的作用，动脉壁ECM的增多或沉积是病变加重的一个关键因素，在原发性高血压早期血管重构中起十分重要的作用［7］。MMP-9可以降解血管壁ECM中最主要的两种成分:弹性蛋白和胶原纤维，从而改变血管管壁结构，长期发展则致管壁增厚、血管内径减小、管壁顺应性减低，在高血压病的发生、发展及血管重构中发挥着重要作用［8］。Dhingra等［9］纵向研究观察595例无心力衰竭及心肌梗死病史的非高血压人群4年，发现患者血清MMP-9高水平与高血压的发生风险具有相关性。此外，还有研究表明，MMPs与动脉硬化密切相关，在动脉粥样硬化斑块处的表达还与斑块的稳定性密切相关，易损斑块处MMPs表达水平增高［10-11］，由此可知MMPs与自发性脑出血的三个危险因素均有关联，其是否与高血压脑出血的发生存在正相关具有重要的探讨价值。

2.2 脑出血后MMPs的表达与调控 MMPs的调节发生在许多阶段，包括转录水平的调节、酶原活化和抑制物的调节［12］。正常状态下脑血管内皮细胞有MMP-2与MMP-9低水平基础表达，其中MMP-2的表达活性高于MMP-9，它们与其组织抑制因子之间保持动态平衡，然而在许多病理环境中，这些分子能发生正调节而过度表达［13-14］。Rosell等［15］报道脑出血患者死亡后脑组织检出MMP-9高水平表达。Katsu等［16］的研究显示，脑出血后血红蛋白诱导的氧化应激反应有助于MMP-9的活化。Power等［17］对胶原酶诱导的大鼠脑出血模型中MMPs的表达进行研究发现，在血肿的边缘区MMP-2、MMP-3、MMP-7、MMP-9和MMP-12的mRNA水平均明显增加。Yang等［18］经尾状核注射胶原酶诱导大鼠脑出血模型，测得MMP-9的表达在脑出血后4 h至7 d均有上升。王庆广等［19］研究发现，在自体血注入法的大鼠脑出血模型中，MMP-2在脑出血后1 h即可开始表达，24 h达到高峰，48 h恢复正常，而MMP-9在脑出血后6 h即有表达，48 h达到高峰，此后渐减，直到第7天恢复正常。

3 MMPs引发脑水肿的机制

近年来的研究证实，MMP-2和MMP-9的血清水平与脑出血后初期水肿容积和随后的扩大相关联，是早期反映脑出血血肿周围水肿严重程度和预后的敏感指标［20-22］。血脑屏障(blood brain barrier，BBB)的开放是MMPs引起脑水肿的主要原因［23］，BBB损害后，血浆溢出，大分子的糖、血浆白蛋白均可通过BBB，使组织问液和脑脊液白蛋白增加，造成脑水肿。BBB主要由毛细血管内皮细胞及细胞间紧密连接、毛细血管内皮下基膜和星形胶质细胞终足构成［24］。

毛细血管内皮细胞及其紧密连接是BBB的第1层结构，其中细胞间紧密连接主要由跨膜蛋白和胞质附着蛋白组成，胞质附着蛋白中的闭锁小带蛋白1 (zonula occluding-1，ZO1)能与多种跨膜蛋白相互连接，在紧密连接的组成中居于核心地位。MMP-9可通过降解ZO1破坏BBB结构［25-27］。

基膜也是组成BBB的重要结构，主要由ECM构成。脑微血管ECM由Ⅳ型胶原蛋白、层粘蛋白、纤维粘连蛋白、类肝素硫酸蛋白多糖以及其他糖蛋白构成。其中Ⅳ型胶原蛋白是血管基膜的主要成分，在一定程度上决定着血管的完整性，Ⅳ型胶原酶(包括MMP-2和MMP-9)对Ⅳ型胶原蛋白的过度降解是血管壁病损的重要原因。类肝素硫酸蛋白多糖位于内皮细胞表面，是微血管ECM以及支持细胞功能的血管外结构，同时也是MMP-9的主要底物［28］。这些基膜蛋白多糖的快速降解能引起大范围的微血管完整性改变和微血管基质中其他成分的解离，从而导致多种病理过程的发生，如BBB损伤、髓鞘脱失、T细胞和巨噬细胞对基质和内皮细胞的黏附、细胞因子的分泌和炎性反应的扩散等［29-31］。

Rosenberg等［32］研究指出，在脑再灌注损伤模型中，MMP-2被激活导致再灌注损伤几小时后BBB开放，24～48 h后MMP-9和MMP-3被激活，使血管损害更加严重。也有报道显示［33］，高血压脑出血发病后6 h就可在血肿周围脑组织中测出MMP-9阳性表达，可引起神经细胞坏死。相关实验研究表明［34］，在自体血注入的大鼠脑出血模型中，脑组织含水量约在脑出血后2 h升高，2～5 d达到高峰，MMP-9则在脑出血后2 d升到高峰，与脑水肿存在一定时间相关性。因此，从MMPs入手来拮抗脑出血急性期脑损伤及脑水肿，从而促进脑出血后神经功能修复与重塑，已成为近年来医学领域的研究热点。

4 中医药对MMPs的干预作用研究现状

目前，甘露醇是国内外临床疗效最肯定、应用最广泛的渗透性脱水剂，甘露醇为单糖，在患者的体内不会被代谢掉，可以有效地减轻脑水肿的情况，但脑出血时由于BBB破坏，甘露醇反复应用后能通过破裂的血管进入病灶区脑组织内逐渐蓄积，导致渗透压梯度逆转，造成病灶内脑水肿形成速度加快，程度加重;此外，应用甘露醇后还有血容量改变、水及电解质紊乱、心肾负担加重等不良反应。近年来，中医药对抗脑水肿作用已被诸多学者研究并证实，栀子总环烯醚萜苷对大鼠脑出血后MMP-2/9表达有抑制作用，能减轻脑出血后脑水肿的形成［35］;黄芩水提取物具有抗炎作用，并且可降低大鼠脑出血后血肿周围MMP-9和MMP-12的表达，抑制BBB的破坏［36］;中药汤剂补阳还五汤可通过调节脑出血后膜型MMP-2和MMP-9表达，改善出血后脑组织的微环境，有利于微血管系统重建，促进组织修复［37］;安脑平冲汤在一定程度上能降低大鼠脑出血急性期MMP-2、MMP-9的表达，有效控制脑水肿［38］;凉血通瘀方可能通过上调MMP组织抑制剂1的表达来抑制MMP-9水平，减轻大鼠脑出血后脑水肿［39］。相关中药对MMPs表达和活性的抑制作用为急性期脑出血的治疗提供了一条新的途径。

5 结语

MMPs对高血压所致的脑出血后脑水肿的发生、发展和预后均有影响。能否将检测相关MMPs作为一种预测高血压脑出血发生、发展及预后的手段，是个值得继续研究的课题。另外，从当前一些实验研究中还可以了解到，某些药物及MMPs抑制剂可以阻断相关MMPs的功能，以此来作为一种新的治疗靶点，为治疗脑出血后脑水肿的新药研发提供新的方向。

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