基质金属蛋白酶9 的研究进展

温晓洲 孙爱华 李广平 丁胜华 王嘉玺

基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）属锌依赖性内肽酶家族，是自然界进化中高度保守的一类蛋白酶；其与丝氨酸蛋白酶类、半胱氨酸蛋白酶类共同构成细胞外基质（extracellular matrix，ECM）三大类降解酶。MMPs 与ECM 相互作用参与并影响机体众多生理活动。基质金属蛋白酶9（MMP⁃9）又被称为明胶酶B，在免疫炎症、细胞迁移、增殖和细胞凋亡等生理病理过程中发挥作用。近年随着对MMPs 基础研究的不断深入，MMP⁃9 在诸多疾病进程中的作用也越来越受到重视。本文就近年来MMP⁃9 在蛋白结构及活性调控、与疾病的关系、靶向药物三方面做一综述。

1 MMP⁃9 的结构及活性调控

1.1 MMP⁃9 的结构MMP⁃9 基因在人类染色体定位：20q11.2⁃q13.1。MMP⁃9 原酶分为：信号肽区、氨基端前肽区、锌结合催化区、铰链区和羧基端类血红素蛋白结合区五个结构域。五个结构域具有不同特点：①信号肽在引导翻译后产物至包浆内质网后被去除；②氨基端前肽区中包含的半胱氨酸巯基Cys 与催化性锌离子的结合维持pro⁃MMP⁃9 在非活性状态，此区裂解是活化的关键；③锌结合催化区包含1 个催化性锌离子，活性酶中3 个组氨酸残基与一个水分子共同参与锌配位；④铰链区富含脯氨酸；⑤羧基端类血红素蛋白结合区可与特异性组织金属蛋白酶抑制因子（tissue inhibitor of matrix metalloproteins，TIMPs）结合，影响膜的活化和一些蛋白水解活性。

1.2 MMP⁃9 的活性调控 MMP⁃9 生理情况下表达水平极低，与其他MMPs 密切相关呈动态平衡状态；可由多种细胞分泌；在炎性因子、生长因子、氧化应激和高糖等刺激条件下表达水平会显著升高。活性调控主要体现基因转录水平、酶原活化以及TIMPs 作用三方面。①一些因素能在基因水平抑制MMP⁃9 表达，如糖皮质激素和转化生长因子均能在转录水平阻断MMP⁃9 基因表达。②MMP⁃9mRNA经过翻译后，锌结合催化结构区与Cys 反应以pro⁃MMP⁃9形式分泌至细胞外；纤溶酶从其酶原中产生MMP⁃3，活化MMP⁃3催化pro⁃MMP⁃9产生84kDa活性MMP⁃9。③目前发现的MMPs 的天然抑制物TIMPs 家族共有四种，其中TIMP⁃1、TIMP⁃2 与MPP⁃9 活化抑制最为密切。它们通过竞争性结合MMP⁃9 催化结构域活性中心的Zn2+，抑制酶活性。包含两种情况：TIMP⁃2 与pro⁃MMP⁃9 形成复合物并阻碍酶原活化；TIMP⁃1 和TIMP⁃2 直接与已活化MMP⁃9 形成稳定的1∶1复合体抑制活性。

2 MMP⁃9 与疾病

MMP⁃9 水解底物包括明胶、胶原IV/V/XI、聚蛋白多糖、弹性蛋白、内皮粘连素和玻璃粘联蛋白等。ECM 由胶原、糖蛋白等大分子物质构成，是存在于细胞之间的动态网络结构，可以通过释放信号分子参与并影响机体众多生理活动。ECM 的更新代谢受MMPs 和TIMPs 共同调控。MMP⁃9 已被发现参与众多疾病的病理过程，本文主要阐述以下三个方面：肿瘤、动脉粥样硬化、炎症相关疾病。

2.1 MMP⁃9 与肿瘤 MMP⁃9 是与多种人类恶性肿瘤的发生发展关系最紧密的生物酶之一。机体对MMP⁃9 基因表达和pro⁃MMP⁃9 活化的精确调控，实时动态地控制着机体血管的生成和重构。由于肿瘤生长造成的局部相对缺血缺氧环境导致MMP⁃9 表达水平上调，在它的帮助下降解细胞外基质和基底膜上的IV 型胶原，肿瘤细胞由此处进入体循环，且在其作用下再次侵入基底膜增生为新的肿瘤灶，同时MMP⁃9 还进一步促进新的血管生成用以维持肿瘤细胞增殖。Xue［1］等的研究通过收集62 例人脑胶质瘤患者肿瘤组织标本证实患者MMP⁃9 在高级别胶质瘤中表达上调。在其他部位癌症患者中亦有研究证实MMP⁃9 过度表达，如鼻咽癌、乳腺癌、肝癌、胰腺癌、结肠癌和前列腺癌等［2⁃4］。

2.2 MMP⁃9 与动脉粥样硬化 MMP⁃9 和MMP⁃2 介导了平滑肌细胞增殖和迁移，直接参与了动脉粥样硬化病理进程，甚至导致斑块破裂发生。血清MMP⁃9 水平与ACS 中动脉粥样硬化过程中随疾病严重程度水平正相关。Lahden⁃tausta L 等［5］通过669 例随访6 年患者血清分析结果证实：血清MMP⁃9 高表达与心血管不良预后密切相关，同时ACS患者中MMP⁃9/TIMP⁃1 的比例失衡。Gliesche DG 等［6］的研究发现冠状动脉血管平滑肌细胞增殖分泌的MMP⁃9 可被选择性的设计成触发药物，用于触发支架表面的细胞毒性药物偶联聚合物，从而有利于支架内皮化。Eilenberg W等［7］报道中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（NGAL）和MMP⁃9/NGAL 复合物可作为斑块易损性的生物标志物和颈动脉粥样硬化患者他汀类药物的靶点。

2.3 MMP⁃9 与炎症相关疾病 机体在炎症状态下，微循环中募集的免疫细胞通过分泌炎性因子和血管细胞黏附分子1 等黏附至内皮细胞表面，诱导其表达MMP⁃9，促进免疫炎症细胞的跨内皮细胞迁移，同时上调MMP⁃9 活性。在类风湿关节炎患者中发现血清和骨关节软骨中MMP⁃9表达增加。Lin 等人［8］在变应性鼻炎患者的研究中发现肥大细胞中MMP⁃9 的活化上调是肥大细胞活化的正反馈介质，MMP⁃9 在活化的肥大细胞中表达上调。Romano F 等［9］通过设置对照实验测量MMP⁃1 和MMP⁃9 在口腔扁平苔藓继发的龈沟液脱落性龈炎（DG）的浓度水平，MMP⁃1 和MMP⁃9 表达在DG 患者加剧了细菌菌斑的形成。MMP⁃9 上调与机体的炎症反应过程密切相关。

2.4 MMP⁃9 与其他疾病 Liang Y 等［10］通过研究糖尿病患者创面发现：MMP⁃9 导致FasL 表达增加，增加介导角质形成细胞凋亡。van der Kooij MA 等［11］在抑郁症患者研究中发现，MMP⁃9 蛋白水解处理海马中的粘联蛋白⁃3在导致社会和认知行为的慢性应激诱导变化的过程中发挥了关键作用。Dwir D 等［12］通过精神分裂症患者的反向翻译研究得出结论认为，MMP⁃9/RAGE 通路过度激活介导氧化还原失调和神经炎症，导致抑制性/兴奋性失衡。

3 MMP⁃9 的靶向药物

广谱MMPs 抑制剂马马司他的3 期临床临床实验中部分患者出现肌肉骨骼毒性，未能达到疗效终点。与完全抑制活性MMP⁃9 的马马司他相比，GS⁃5745 仅部分（56%）抑制MMP⁃9 可使重度溃疡性结肠炎、胃癌和结肠癌患者获益。Appleby TC 等［13］进一步探寻其结构及其一致机制，阐明了GS⁃5745 除了阻断pro⁃MMP9 的激活，还可以非竞争性不完全抑制MMP⁃9 活性，进而影响与底物结合和随后的裂解，使结肠炎症得到控制。单克隆抗体REGA⁃3G12 可以识别MMP⁃9 第116 位色氨酸至214 位赖氨酸构成的抗原表位，已进入动物实验阶段。MMP⁃9 抑制剂BB⁃94［14］可以抑制人口腔鳞癌细胞CAL27 的增殖、迁移和侵袭等恶性生物学行为。

总之，MMP⁃9 作为基质金属蛋白酶家族的成员之一，参与众多病生过程，如胎儿器官形成、妊娠、创面瘢痕形成、肿瘤侵袭转移、血管动脉粥样硬化、炎症反应等。众多MMP⁃9 选择性抑制剂已进入试验阶段，但并非只有抑制MMP⁃9 有治疗意义，有时利用MMP⁃9 本身的生物学效力也可达到治疗目的。在研究MMP⁃9 相关疾病及作为靶向药物的治疗过程中，除了要注意选择性以外，还要注意其生理学及生物学意义，进而减少对正常生理过程的影响。