MMP-9与急性缺血性脑卒中关系的研究进展

谢江波　张婷婷　刘涛

【摘  要】急性缺血性脑卒中是严重危害人类健康的主要疾病之一。其发病受多种因素影响，近年研究发现炎性标志物在其发生发展过程中起了关键作用。基质金属蛋白酶是一组中性蛋白酶家族，其活性依赖于锌离子和钙离子。它们主要通过参与各种组织细胞外基质的降 解而发挥作用。MMP-9是MMPs家族中作用较广泛且分子量最大的一员。最新研究表明，它通过降解细胞外基质，在动脉粥样硬化（As）的形成、脑梗死损伤及出血转化、脑卒中后认知功能及抑郁方面有重要作用。

【关键字】急性缺血性脑卒;蛋白酶;MMP-9

【中图分类号】R 743.33      【文献标识码】A      【文章编号】1004-7484（2020）09-0235-01

1 生物学体征

基质金属蛋白酶作为一个家族，主要降解细胞外基质成分，也可以降解一些非基质成分。根据底物的特异性，基质金属蛋白酶家族可分为四类： 胶原酶、明胶酶、基质酶、膜基质金属蛋白酶等类型 。其中，基质 metalloproteinase-9 （MMP-9） 属于明胶酶，能降解明胶、天然型胶原IV、V。 MMP-9基因定位于染色体 20q11.2-13.1，全长26000，具有13个外显子和9个内含予，哺乳类动物MMP-9mRNA的同源性约为80%。MMP-9 基因的启动子区含有活化蛋白 （AP）-1 、 AP-2 和刺激蛋白 （SP）-1 因子结合位点， 并且人类 MMP-9 的启动子区域也包含核因子 （NF） kB 结合位点和转化生长因子 （TGF） 抑制元件。MM-9活性受转录水平、酶原激活及特异性抑制剂相互作用的限制。

2 与血脑屏障

由周围细胞、末端、内皮细胞和星形胶质细胞的细胞外基质组成的血管基底膜共享神经血管单元，以维持血脑屏障 （BBB） 的完整性， 维持大脑平衡和调节局部脑血流量起着关键作用。在急性局灶性脑缺血时，细胞外基质和内皮细胞紧密结合蛋白酶的降解会迅速增加 MMP-9 水平，增加血管通透性，破坏血脑屏障，并将血液成分漏入大脑， 炎性细胞浸润并损伤周围组织，导致神经细胞水肿和神经细胞凋亡。对急性颅脑损伤患者脑脊液和血浆中MMP-9 水平的研究表明急性颅脑损伤患者脑脊液中 MMP-9 和 TIMPs 水平明显升高，受伤后 72 小时内增加最显著，它与血浆 MMP-9 水平呈正相关。在这一过程中发现周细胞是神经血管单位的关键组成部分，对于正常的BBB功能至关重要。但是，在急性缺血期间，发现周细胞参与在毛细血管床中产生快速且异质的BBB破坏。通过对缺血性中风患者脑脊液中 MMP-9 水平的研究， 我们还发现，MMP-9 水平在缺血性中风的急性期升高，并随着病情的减轻而逐渐降低。动物实验表明，在急性脑缺血期间，α2-抗纤溶酶明显增强脑损伤，血脑屏障破坏和基质金属蛋白酶9（MMP-9）表达增加，加重了小鼠的脑肿胀和出血。

3 动脉粥样硬化的关系

动脉粥样硬化的形成是由许多因素决定的，包括细胞外基质的分解、平滑肌细胞的迁移以及随后血管壁的结构调整。两者都能稳定血管壁上的细胞骨架，保持血管壁的完整性，有效地限制平滑肌细胞的运动。ECM的调节主要由MMP-9完成。由于高血压或吸烟会对血管壁造成损伤，单核细胞从血液中进入内分泌细胞，成为巨噬细胞。巨噬细胞分泌多种酶类，最要主要的是MMP-9酶，诱导丝状细胞增殖并积累到血管膜上：平滑肌细胞和单个细胞都能分泌MMP-9，加重ECM的降解，形成平滑肌细胞迁移的恶性循环，导致动脉硬化。最近的研究 表明 MMP-9 通过降解细胞外基质在动脉粥 样硬化斑块的不稳定中起主要作用，其机制主要是： 由平滑肌细胞和胶原纤维组成的纤维帽的厚度直接影响动脉粥样硬化斑块的稳定性。MMP-9 在纤维帽中表达并活跃，导致纤维帽降解和纤维帽断裂;型胶原是动脉粥样硬化斑块基底膜的重要组成部分，基质金属蛋白酶-9对型胶原的分解促进了基底膜的解体，从而促进了中膜平滑肌细胞向内膜和合成表型的迁移、增殖和转化，从而加速动脉粥状硬化MMP-9促进动脉粥样硬化斑块脆弱新生血管的形成，导致细胞外基质稳定性丧失，新形成的毛细血管易破裂，是斑块出血和破裂的触发因素;MMP-9 基因多态性可能与斑块稳定性有关。

4 与缺血性脑损伤

研究发现，MMP-9是造成脑缺血后继发性损伤的重要原因之一。在实验动物中，脑缺血再灌注可诱导MMPs的表达，尤其是MMPP-9的活性在早期可迅速增加。它与脑微血管通透性、脑水肿、血脑屏障破坏、炎性细胞侵袭和密切相关。研究发现，早期血流再通有助于保护缺血半暗带，而晚期再灌注则加重组织损伤。基质金属蛋白酶通过降解血管基质的主要成分、破坏基质和打开血脑屏障而引起脑水肿和出血。研究发现葡萄糖显著促进MMP-2 / 9的分泌和氧化/亚硝化应激，增强自噬并增加Caveolin-1和LAMP-2的表达，导致脑损伤加重。Fukuda 等人首次直接证实，缺血脑组织可以产生活性蛋白酶，这导致了脑缺血后微血管基质的显著和快速降解。早先的研究报道，大鼠大脑注射 MMP-2 可以促進 BBB 开放。脑缺血后，MMP-2 和 MMP-9 通过蛋白水解破坏毛细血管紧密连接和基底膜，进而引起血管源性脑水肿。大鼠持续脑缺血后梗死半球内MMP-9表达较对侧半球明显增高，与血管源性脑水肿达高峰时间一致，而 MMP-2直到缺血后5d才有明显增加。

5 与脑梗死面积及严重程度

基质金属蛋白酶 （MMP） 是一个内肽酶家族，参与多种生理和病理过程。结果表明，急性缺血性脑卒中患者血浆 MMP-9 水平升高。血浆 MMP-9水平与NIHSS 评分呈正相关。与遭受轻度损害的人相比，遭受中度和重度损害的人的血浆MMP-9水平显着更高。还观察到梗死体积和神经功能缺损之间存在显著关系。与没有改善或恶化的患者相比，康复患者在第48小时的血浆MMP-9水平显着降低。梗死体积与梗死进展呈正相关 。研究表明，血浆MMP-9水平在缺血性脑血管疾病的急性期显着增加，并且与疾病的严重程度和梗死体积相关。缺血性脑卒中后血浆MMP-9确切作用的定义将对中风和旨在调节血浆MMP-9的治疗策略的发展具有重要的诊断意义。

6 与梗死后出血转化

据报道脑梗死后出血转化发病率为 30% -40%，梗死后出血转化加重脑损伤。梗死后出血的机制涉及许多因素，如： 梗死灶的面积和位置、心源性脑梗塞、高血压、糖尿病、衰老、缺血再灌注、抗凝、用于溶栓治疗的药物剂量等，预测和早期发现有症状的梗死后出血会影响临床治疗策略。在使用动物模型研究再灌注损伤机制时，发现氧自由基增加、白细胞浸润、血管舒张、异常的细胞外蛋白水解和 BBB 完整性的破坏是缺血性中风出血性转化的病理生理基础。MMP是哺乳动物除tPA之外的另一重要的蛋白水解酶系统，脑梗死后表达上调的MMP-9可通过降解层黏蛋白、纤黏蛋白和胶原等基质主要成分使BBB和神经血管ECM成分降解，从而破坏内皮细胞基膜、破坏 BBB。然而，在 MMP-9 基因敲除小鼠局部脑缺血后，基底膜降解，BBB 渗漏和水肿形成和梗死均减轻。因此，MMP-9的高表达很可能与梗死后出血密切相关。 脑缺血后BBB的开放具双相性，经历了早期短时间可逆性开放和迟发性的严重破坏，大脑中动脉栓塞后最初3小时的开放与MMP-2的水平有关，并可被合成的MMPs抑制剂BB-1101所抑制。晚发型 BBB 的开放与 MMP-9 水平相关。MMP-9 对急性缺血性中风后的出血转化有很高的预测价值。测试MMP-9以排除出血风险低的患者，以便在将来的临床工作中进行精确治疗可能是有用的。

7 与脑卒中后认知

突触可塑性是与神经系统的生长发育、损伤后的修复以及学习记忆等重要脑功能的完成密切相关。MMP-9 促进海马和前额叶皮层的突触结构和功能可塑性。海马区 MMP-9 的表达增加，提示 MMP-9 活性的增加有利于细胞外基质粘附分子的重塑， 其在海马突触可塑性进程中起主要感化。用 MMP-9 抑制剂或抗体阻断 MMP-9 蛋白水解活性未能诱导海马 CA1 区的长期增强 （LTP） 。在血管認知功能和能量障碍中，MMP-9 促进血脑屏障的开放，增加神经病理炎症反应，并降解髓鞘碱性蛋白，此时， MMP- 9 水平在脑组织和脑脊液中都被检测到。 先前的研究表明，多发性脑梗塞和小血管疾病 （VaD） 患者的脑脊液 MMP-9 水平明显高于健康对照组和 AD 患者， 并且可以作为区分 VaD 和 AD 的生物标志物。在血管性痴呆患者中，检测到不仅血清 MMP-9 水平升高，而且脑脊液中 MMP-9 的表达也显著增加， 甚至高于阿尔茨海默病患者脑脊液中 MMP- 9 的水平。

结论

MMP-9在缺血性脑中风的发生发展及中风后出现认知及情感障碍中，均起重要的生物标记物的作用，未来需要开展更多的研究来证实它的作用，临床工作中需要引起重视。

作者简介：

谢江波（1984-），男， 医学博士，主治医师，研究方向：脑血管病方向。

通讯作者：

刘涛（1970-），男，硕士学位，主任医师，研究方向：脑血管病。