MMP-2、MMP-9 与脑缺血以及针刺调节作用的研究进展*

成 越，倪光夏，2△

(1.南京中医药大学，江苏 南京210023；2.江苏省第二中医院，江苏 南京210017)

缺血性脑损伤是一个复杂的病理生理过程，损伤后发生级联反应，兴奋性氨基酸毒性、梗死周围去极化、炎症和程序性细胞死亡是级联反应中的主要环节，它们发生在不同时间点，但有着重叠并相互联系。脑梗死有着很高的致残率和死亡率，是危害人类健康和生活质量的主要病种之一。近年来研究发现基质金属蛋白酶-2( MMP-2) 与基质金属蛋白酶-9( MMP-9) 参与了脑缺血再灌注急性期的损伤，加重了血脑屏障的破坏、脑水肿及出血性转化的过程。而针刺治疗脑缺血损伤具有独特的优势，研究已经证明针刺早期介入可以改善脑组织微循环及脑氧代谢，抗自由基损伤，抑制炎性反应及神经元凋亡等［1］，目前有研究发现针刺在改善脑缺血损伤的过程中，MMP- 2 与MMP-9 的表达均有所下降，故针刺能够下调MMP-2 与MMP-9 可能为针刺治疗缺血性脑损伤的又一重要途径。

1 基质金属蛋白酶概述

基质金属蛋白酶( matrix metalloproteinase，MMPs)是一组锌离子依赖性蛋白酶，主要的功能为降解细胞外基质( extracellular matrix，ECM) 。根据MMPs 作用底物、分子结构可分为6 组：胶原酶、明胶酶、间质溶解素、膜型基质金属蛋白酶、基质溶解素及其它MMPs。MMPs 在生理状态下参与胚胎形成、新生血管的形成及伤口的愈合，在病理状态下参与组织重构、恶性肿瘤转移、动脉粥样硬化等病理进程。

2 MMP-2、MMP-9 概述

2.1 MMP-2、MMP-9 的结构特点及功能

MMP- 2 的分子量为72kD，又称为明胶酶A，MMP-9 分子量为92kD，又称为明胶酶B，其基本机构都包括5 个结构区： 信号肽区、N-末端前肽区、催化基团区、铰链区、C-末端血红素结合蛋白样或纤维结合素样的羧基末端区。MMP-2、MMP-9 一经合成，即以无活性形式从细胞内分泌到细胞外，被特殊的蛋白酶切割而产生活性。

2.2 MMP-2、MMP-9 的活性调控

MMP-2 与MMP-9 受3 个水平调控，即基因转录水平、无活性酶前体经蛋白水解作用激活和特异性抑制因子调控。

许多具有生物活性的化合物都能够调控MMP-2、MMP-9 的起始表达，能够诱导其表达的细胞因子，包括白介素-1β( IL-1β) 、肿瘤坏死因子-α( TNF-α) 、白介素-6( IL-6) 和趋化因子-8( CXCL-8) 。另外一些促使MMP-9 表达的激动剂有粘附分子、凝集素、一些细胞外基质成分、细胞外基质金属蛋白酶诱导物( EMM-PRIN)［2］以及一些能产生MMP-9 的细胞间的相互作用［3］。另外一些抗炎分子，比如白介素-4( IL-4) 、白介素10( IL-10) 、干扰素-β( IFN-β) 、类维生素A、糖皮质激素都能够抑制MMP-9 的表达［4］。MMP-9 与MMP-2 的诱导物具有不同的结构，它们对不同的生物活性物质敏感。在细胞外能够促使MMP- 2 转录的因子有Ets- 1、C 反应蛋白( CRP) 和血管内皮生长因子( VEGF)［5-7］。

明胶酶与其他细胞外蛋白水解酶一样以酶原的形式分泌，前肽半胱氨酸残基的硫醇基与锌离子结合位点结合以防止其他基团结合。明胶酶的激活分为两个过程，第一阶段，与硫醇基密切相关的低分子质量的化合物阻断硫醇基与锌离子的结合，使酶的活性中心暴露，比如汞化合物［8］、一氧化氮( NO) 、MMP-9 前体的内生性激活剂等［9］，但它们对硫醇基的抑制是可逆的，只与酶的变化结构有关，因此，它被称为“半胱氨酸转换”［10］。在激活过程中酶的重量不改变。第二个阶段是前肽的降解，这一过程是不可逆的，并且酶的重量会降低。激活的MMP-9 重量为86 KDa，MMP-2为66 KDa。细胞外MMP-9 前体的激活需要组织蛋白酶、糜蛋白酶、胰蛋白酶、MMP-2、MMP-3、MMP-10、MMP-13［11］、血纤维蛋白溶酶［12］和透明质酸［13］。在细胞内MMP-2 前体的激活也是一个复杂的过程，发生在细胞表面。膜型基质金属蛋白酶-1( MT1-MMP，MMP-14) 与基质金属蛋白酶抑制剂-2( TIMP-2) 也参与了MMP-2 前体的激活［14］。其它膜型基质金属蛋白酶与MT1-MMP 发挥相同的作用。一些其他研究发现整合素β1 受体也可能与MMP-2 前体的激活有关，与MT1-MMP/TIMP-2 复合体的作用相似［15］。从细胞分泌出来以后，基质金属蛋白酶受自然组织抑制剂控制，自然组织抑制剂为21-34 KDa 的小分子蛋白质，其中TIMP-1 主要能够抑制MMP-9，TIMP-2 主要能够抑制MMP-2［9］。

2.3 MMP-2、MMP-9 的表达细胞

MMP-9 在许多细胞中表达，白细胞、小神经胶质细胞、树突细胞、成纤维细胞、血管内皮细胞、角化细胞和赘生性细胞等都能产生MMP-9［4，10，16］。在脑缺血急性期，MMP-9 主要在内皮细胞表达，其次是在神经元和星形胶质细胞。MMP-2 的表达细胞主要有小神经胶质细胞、脂肪细胞、星形胶质细胞、血管内皮细胞、巨噬细胞和平滑肌细胞等［7，10，16］。

3 MMP-2、MMP-9 与脑缺血

MMP-2 与MMP-9 在缺血性脑损伤中发挥的作用是多方面的。众所周知，动脉粥样硬化是导致缺血性脑血管疾病的重要危险因素之一。研究发现，覆于粥样斑块上的内皮细胞能够表达MMP-2 与MMP-9，致使其含量增多，纤维成分被大量降解，使斑块破裂，形成附壁血栓，脱落后阻塞脑血管导致脑缺血疾病的发生。脑缺血发生后再灌注又会产生多种炎性细胞因子—IL-1、TNF-α 等，它们激活转录因子如核因子B( NF-kB) ，诱导脑微血管内皮细胞表达粘附分子-1( ICAM-1) 上调，并与白细胞上的相应受体结合激活MMP-9 前体，另外，纤维蛋白溶酶通过组织型纤溶酶原激活剂( t-PA) 诱导MMP-3 活性上调进而激活MMP-9 前体，最终都导致MMP-9 被过度激活； 此外，纤维蛋白溶酶还可以通过t- PA 激活MT1-MMP，进而激活MMP-2 前体，介导MMP-2 活性上调，最后MMP-9、MMP-2 都被过度激活［17］。由于MMP-2 能够促使血脑屏障的开放，MMP-9 能够降解血脑屏障中紧密连接蛋白的主要成分［18］，所以它们能够导致血脑屏障的破坏，这是最严重的损伤。另外，MMP-2 与MMP-9 还能够导致血管通透性增加、脑水肿、出血性转化等一系列损伤。但有研究发现其中MMP-2 的表达要慢于MMP-9，它在缺血灶中心形成胶质瘢痕后发挥主要作用。在缺血性脑卒中早期，MMP-2 的活性并没有显著上调，但是在随后的阶段，它的活性逐渐增加。一些实验用MMP-2、MMP-9基因敲除动物模型来研究。在MMP-9 基因敲除小鼠中，在脑缺血损伤后早期，缺血灶中心的体积明显小于野生型小鼠，而与MMP-9 相反，MMP-2 基因敲除小鼠梗死面积与野生型没有明显差异。这提示MMP-2 对急性脑损伤早期的作用小于MMP-9。

4 MMP-2、MMP-9 抑制剂与脑缺血

缺血性脑卒中是严重威胁人类生命的疾病，但治疗手段有限，溶栓治疗是目前急性脑缺血的治疗措施之一，常用溶栓药物有重组组织型纤溶酶原激活剂( rt-PA) 和尿激酶( UK) ，但是溶栓疗法的使用也存在着很大的风险，容易导致随后脑出血的发生。MMP-9 被认为参与了溶栓治疗后脑出血及脑水肿的病理过程。脑缺血发生后，溶栓治疗可激活内源性及外源性的t-PA，t-PA 可能通过LDL 受体介导的蛋白通路( LDL receptor related protein，LRP) 及蛋白激酶激活受体通路( proteinase activated receptor1，PAR1) 使MMP-9 表达升高，从而加重了损伤的程度［19］。因此，溶栓前抑制其活性能够减轻溶栓后损伤。

目前发现的金属蛋白酶组织抑制剂( TIMP) 分4型：TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3、TIMP-4，它们除了对酶有抑制作用，还能影响红细胞生成，有丝分裂发生与细胞凋亡［20-22］。另外还有一些合成抑制剂。大多数基质金属蛋白酶合成抑制剂属于异羟戊酸合成物，通过结合锌离子催化区来阻断它的活性［23］。Rosenberg 等研究发现使用MMPs 的抑制剂BB-1101 能够在再灌注3 h 内降低血脑屏障的开放，并在24 h 内降低脑水肿［24］。Yang 等发现使用BB-1101 后能够防止紧密连接蛋白-5 和闭合蛋白的退化，从而防止BBB 的破坏［25］。通过核磁共振也发现BB-1101 能够降低BBB 的通透性。但是在48 h 后，它对减轻损伤没有显著的作用［26］。另外常用的抑制剂有强力霉素，它属于MMPs 广谱抑制剂，能够有效抑制MMP-9 的表达，并且降低溶栓后血脑屏障通透性，减轻溶栓后出血性转化，进一步降低脑梗死体积。

5 针刺调节MMP-2、MMP-9 治疗脑缺血

针刺治疗脑缺血具有独特的优势，目前认为针刺可以抑制细胞凋亡、调节凋亡基因表达、干预细胞凋亡信号传导、抑制炎性因子等方面有效的治疗［27］，且针刺操作便利、安全、无毒副作用。很多实验研究均表明，针刺也能够有效地抑制MMP-2、MMP-9 的表达，在脑缺血损伤早期介入，能够降低脑损伤程度、延长溶栓时间窗并减轻溶栓后的并发症等。张慧敏等通过针刺“百会”、“曲鬓”穴并进行手捻针治疗后发现能够有效改善脑缺血状态下海马CA3 区微血管内皮MMP-9 的表达，且随治疗次数的增加，针刺的疗效出现累加蓄积效应，有效地减轻了脑缺血后脑梗死的体积，同时促进脑缺血脑微血管内皮移行增生，促进新生血管内皮形成，从而改善脑缺血损伤，这可能是通过抑制MMP-9 的转录从而抑制了其活性来实现的［28］。熊伟等发现针刺水沟、曲池、内关、足三里可明显降低MMP-2mRNA 和蛋白表达，从而减轻脑水肿的程度，达到了保护脑组织的目的［29］。另外，研究证实电针、穴位注射以及穴位埋线等都能有效地抑制MMP-2、MMP-9 的活性［30-31］，从而减轻脑缺血损伤。但是针刺具体作用机制尚不明确，有待于进一步研究。

6 小结

综上所述，MMP-2 与MMP-9 在脑缺血损伤中起到了重要的作用，因此，抑制其活性对治疗脑缺血损伤有很重要的意义。针刺早期介入治疗脑缺血损伤行之有效，应该被更广泛地运用到临床中去，成为治疗早期脑缺血损伤的一种新途径。

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