类风湿关节炎患者MMP-3的表达及其临床意义

申重阳，曹琳琳

类风湿性关节炎(rheumatoid arthritis,RA)是一种慢性，进行性，系统性的自身免疫性疾病，主要表现为持续的关节滑膜破坏以及细胞浸润。在我国RA患病率达0.32%～0.36%，每年新增约400万病例[1]。大部分RA患者在发病的2年内出现关节软骨、骨和关节囊不可逆的破坏，从而导致关节畸形和劳动能力的丧失，严重影响患者的生活质量。早期干预和治疗可以控制RA病情的发展，减少骨关节的破坏程度。由于早期RA临床特征不明显，影像学检查也无特异性改变，因此寻找一种早期预测RA骨侵蚀及软骨损伤的标志物十分必要。现有的RA筛查和诊断指标主要有C反应蛋白(c-reactive protein,CRP)，环化瓜氨酸多肽(anti-cyclic citrullinated peptide, CCP)，类风湿因子(rheumatoid factor, RF)和抗突变型瓜氨酸波形蛋白(antimutant citrulline vimentin，MCV)，但是这些检测指标并不能准确反应病情活动及关节损伤的程度。RA患者中存在细胞外基质的异常降解，而基质金属蛋白酶 (matrix metalloproteinase, MMPs)是介导这一过程最主要的蛋白酶类。基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase-3, MMP-3)是导致软骨降解的重要的一类蛋白酶，研究发现MMP-3与RA引起的关节损伤存在临床相关性[2]。近年来一些研究发现MMP-3可以作为早期类风湿关节炎发病、骨损伤程度及预后的一个重要指标[3]。本文旨在探讨MMP-3在RA患者中的表达及其临床意义。

1 MMP-3与RA相关性研究的意义

MMPs是一类超过20种亚型的锌离子依赖内源性蛋白水解酶，主要由成纤维细胞、单核细胞和肿瘤细胞等合成和释放，可以降解细胞外基质中几乎所有主要成分，在生长发育，伤口愈合，关节组织重塑以及一部分疾病的病理发展过程发挥着重要的作用。MMPs依据功能和底物不同可以分为三大类：(1)明胶酶类：包括MMP-2，MMP-9；(2)胶原蛋白酶类：MMP-1，MMP-8，和MMP-13；(3)基质降解酶类：MMP-3，MMP-10，MMP-11和MMP-7[4]。MMPs以酶原的形式分泌，活性受到其它蛋白酶，细胞因子以及金属蛋白酶组织抑制剂(TIMP)的调控。MMP-3又可以称为间充质溶解素1，分子量为5258kD，作用底物广泛，表达细胞众多，是MMPs家族中的重要成员。MMP-3由5个结构域组成，其中包括一个可降解的疏水信号肽区域，一个在激活时被剪切修饰的前肽区域，一个包含锌离子结合位点的催化活性区、一个富含脯氨酸的铰链区和一个血液结合素区域[5]。MMP-3酶原在丝氨酸蛋白酶，胰蛋白酶的作用下去除前肽区域，形成了激活的MMP-3。RA病理发展过程需要多种细胞的参与，包括软骨细胞，T细胞，成纤维样滑膜细胞，以及巨噬细胞。其中成纤维样滑膜细胞扮演了关键的角色[6]。成纤维样滑膜细胞可以释放MMP-3到滑膜液中，而MMP-3属于基质降解酶类可以降解聚蛋白多糖，胶原蛋白II, IX, X,以及其他的组成关节的蛋白质。通过分析RA病人滑膜液中蛋白多糖降解产物发现，其核心蛋白靶点对MMP-3高度敏感[7]。同时，MMP-3还可以激活其它的MMPs酶原，如MMP-1酶原, MMP-8酶原, MMP-9酶原和MMP-13酶原，形成放大的瀑布式效应[8]。因此MMP-3被视为一个RA病理进展的重要中介分子。

2 MMP-3在早期RA患者中的表达

RA患者早期关节病变主要包括软骨损伤和骨侵蚀，导致软骨损伤最主要的原因是软骨蛋白聚糖和胶原蛋白发生异常降解，无血管翳侵蚀部分的软骨虽然外观没有改变，但是蛋白多糖已经先于胶原蛋白发生降解。MMPs浓度和活性的异常增高是介导这一过程的重要因素，其中MMP-3最为重要。在RA患者有多种细胞表达MMP-3蛋白酶，其中最主要的细胞是成纤维样滑膜细胞和软骨细胞。一方面成纤维样滑膜细胞在受到中性粒细胞分泌的IL-1，TNF-α和EGF的作用下，上调MMP-3基因的表达[9]。另一方面细菌配体Integrin α5β1也可以通过PAMP/PRR信号通路促进MMP-3在成纤维样滑膜细胞中的表达[10]。在RA患者中，巨噬细胞也可以通过分泌IL-6和IL-17促进软骨细胞中MMP-3基因表达上调[11]。有研究还发现趋化因子eotaxin-1可以通过JNK -MAP激酶通路刺激软骨细胞MMP-3蛋白质的表达及分泌[12]。在RA早期，大量的成纤维样滑膜细胞和软骨细胞一同合成并释放MMP-3进入滑膜液和血液中，RA患者滑膜液中MMP-3的浓度(22044 ng/mL)比骨关节炎患者(869 ng/mL)和正常人(177 ng/mL)都显著升高，同时RA患者血液中MMP-3的浓度(85 ng/mL)比骨关节炎患者(17 ng/mL)和正常人(16 ng/mL)也要高[13]。Ma等人认为血清MMP-3的浓度可以作为RA的早期诊断标志物，反应关节病理等级和评分[14]。另一项国内临床研究发现活动期RA患者MMP-3浓度为(154.00 ± 23.68 ng/mL)，缓解期(58.20 ± 8.33 ng/mL), 健康对照组为(23.91 ± 4.03 ng/mL)，结果显示活动期和缓解期RA患者血清MMP-3浓度均高于健康对照组，因此MMP-3可以作为RA的早期诊断和治疗观察的一个重要指标。

3 MMP-3与RA病程进展

目前已有的研究发现，相对于传统的RA诊断标志物，血清中MMP-3的浓度与软骨损伤以及骨侵蚀密切相关[15]。经过2年随访，Slavica等人发现，MMP-3血清学阳性的RA早期患者发生新的骨侵蚀的数量显著高于MMP-3血清学阴性的患者。高MMP-3基线预示结构性损伤数量增高[16]。RA患者其血清MMP-3还被认为是一个系统性炎症反应的标志物[17]。在早期的实验中发现，MMP-3 在RA患者中浓度较高(199.1 ± 160 ng/mL)，而在骨关节炎患者(113.9 ± 96.9 ng/mL)及正常人中(48.3 ± 19.2)浓度较低，并且MMP-3浓度与部分反映RA病情进展的临床指标密切相关如：CRP (r=0.304,P<0.01), DAS28评分 (r=0.301,P<0.05)，CCP(r=0.241,P<0.05)，血沉(r=0.200,P=0.059)和影像学结局(r=0.197,P=0.063)[18]。Hisashi等人的研究也得到了相似的结果，他们发现在RA病程4个月内的患者，其血清MMP-3浓度已经显著高于健康人对照组，在RA早期及晚期患者血清中MMP-3浓度与CRP和血沉正相关，并且早期RA患者MMP-3浓度升高与12～24个月后Larsen评分相关，相反早期RA患者MMP-3浓度降低，患者骨关节损伤也会减轻，结果证实MMP-3浓度不仅可以反映RA病情进展及骨关节受损情况，还可以预测疾病长期预后[8]。随后，GALIL等人发现RA高进展病例组血清MMP-3浓度基线显著高于低进展病例组(95.75±42.84 vs.50.45± 12.83,P<0.001)，并且MMP-3浓度基线与核磁共振骨侵蚀评分，DAS28评分，以及SvdH评分正相关，提示MMP-3浓度可以较为准确的反映出RA病情的活跃程度，进而作为骨关节损伤的预判指标[19]。Dai等人对RA患者的MMP-3浓度在第0,1,3,6,12个月进行动态监控，MMP-3浓度在病情进展和病情稳定组病人之间存在显著差异。与C反应蛋白(CRP)相比，MMP-3在第1个月的检测数值能够更为准确的预测RA 1年影像学进展，因此掌握MMP-3浓度的动态变化，对于判断RA病情及预测影像学进展起到非常重要的作用[20]。

4 MMP-3是RA治疗方案的评价标准

MMP-3与RA病情活跃度和关节破坏有非常紧密的联系，因此RA患者血清MMP-3水平是否可作为RA治疗疗效判断及预测的指标值得进一步研究。一项早期的临床研究发现，持续使用甲氨喋呤单一用药治疗RA，至少一半的患者的病情会取得结构性缓解，而MMP-3可以作为甲氨喋呤疗效预测的重要指标，当MMP-3浓度小于<103.7 ng/mL时，则患者不会出现影像学进展[21]。托珠单抗是一种针对人白介素6(IL-6)受体的单克隆抗体，被用于治疗对改善病情的抗风湿药物(DMARDs)治疗应答不足的RA患者。由于托珠单抗在抑制IL-6受体的同时直接抑制CRP和ESR，因此CRP和ESR的水平不能反映出急性期炎症蛋白的变化。Atsushi等人发现，使用托珠单抗治疗的RA患者，在第24周检测MMP-3浓度小于80.6 ng/ml时，可以预测RA患者在第52周病情缓解或者病情活动度较低[22]。Piotr等人利用MMP-3等作为利妥昔单抗治疗的疗效评价指标，评价阿达木单抗治疗失败转而使用利妥昔单抗治疗的RA患者，首次使用利妥昔单抗治疗后MMP-1，MMP-3和MMP-9的血清浓度均显著降低，在第24和第26周再次给药后，MMP-1，MMP-3和MMP-9的血清浓度均持续被抑制，DAS28评分和CRP水平与MMP-1，MMP-3和MMP-9具有临床相关性[23]。因此检测血清MMP-3浓度对于制定治疗方案具有非常重要的参考价值。

5 中医药治疗与MMP-3的关系

中药方剂联合针灸，中药熏蒸洗等治疗手段在治疗RA及膝关节损伤疾病有着非常独特的疗效，MMP-3同样可以作为疗效评价的可靠临床指标。研究发现使用中药熏蒸(温经散寒、祛风除湿为主)结合针灸(阳陵泉和阴陵泉为主)可以通过促进血液循环，降低炎症因子水平，调和气血和温通经脉来改善RA患者症状，并且能够显著降低RA患者血清中MMP-3的浓度[24]。何帮剑等人运用补肾活血汤熏洗治疗膝关节骨性关节炎，通过降低滑膜液中MMP-3的浓度，可以减轻患者滑膜炎症和关节软骨损伤[25]。独活寄生汤的独特化学成分具有消炎止痛、改善组织微循环和调节免疫功能的效果，因此被用于治疗于慢性关节炎。临床研究证明独活寄生汤具有下调膝关节滑膜液中MMP-3水平，上调超氧化物歧化酶水平的作用[26]。中药组方NDRF是由羌活，独活等14味中药组成，具有祛风除湿、补气温阳活血的功效，临床上治疗RA取得了非常好的疗效，但是其作用机理还需要进一步探明。谈益芬等人通过检测家兔疾病模型中滑膜组织MMP-3和VEGF mRNA的含量，证明中药组方NDRF可以通过调节MMP-3、VEGF表达抑制骨关节的致炎反应[27]。因此，MMP-3不仅可以为中医药治疗RA及膝关节疾病临床疗效进行客观评价，还可以为中药治疗提供新的作用靶点和思路。

6 总结及展望

国际上对于MMP-3的研究及应用非常广泛，例如日本已经将MMP-3作为早期RA的常规筛查项目，然而国内对MMP-3临床检测应用及研究却非常少，紧紧在少数大型综合性医院和一些风湿类专科医院开展了检测服务。因此，更加广泛地介绍MMP-3在RA早期诊断及临床治疗中的意义非常有必要。需要注意的是MMP-3除了能够反应关节损伤和系统性炎症之外，和部分非关节并发症也具有相关性，如肺动脉高压[28]，肾脏衰竭[29]，和动脉粥样硬化[30]。将MMP-3应用到临床检测中可以带来非常多的优势：(1)MMP-3是一个非常可靠的RA早期病情活跃度监控指标，可以提供更加准确的疾病分期。(2)MMP-3是一个非常可靠的RA早期关节损伤指标，可以减少患者影像学检查的次数。(3)MMP-3水平可以反映药物治疗的疗效，给医生提供更加准确的病情进展信息。(4)长期动态监控MMP-3水平，可以有效预测患者疾病进展的预期。监控MMP-3水平不仅可以掌握RA患者骨关节的病变情况，而且还可以反映RA患者非关节器官受损的情况，为RA诊断和治疗提供了新的方法和思路。