血清基质金属蛋白酶-3在强直性脊柱炎发生发展中的研究进展

范利娟，郝洋，罗亚鸽，马言，李记天,,5

强直性脊柱炎（ankylosing spondylitis,AS）是一种侵犯患者骶髂关节和脊柱的慢性进行性疾病，以中轴性炎症、外周性关节炎和终端炎为主要特征，临床可见患者不明原因的腰背痛、脊柱僵硬、畸形及严重活动受限等表现[1]。研究显示，AS 的患病率为0.1%～1.6%[2]，好发于青壮年，男性多于女性。其病变部位以滑膜为主，可累及关节囊、肌腱、韧带的骨附着点等。随着病变的进展，炎症还可能累及关节外部位，如心脏、肝、肺、肾等，严重影响患者运动功能，危害患者生命健康[2-4]。寻求一种能够早期诊断、预测疾病进展及判断病情活动的生物标志物对AS 来说尤为重要。

基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases,MMPs）由多种组织和细胞产生，1962 年被确定为一种胶原蛋白水解酶，是导致关节损伤的重要因素，其介导的基质降解可破坏关节和软骨，与炎性因子形成和血管周围基质降解有关。基质金属蛋白酶-3（matrix metalloproteinase-3,MMP-3）属于MMPs 成员，不仅参与AS 的炎症过程，同时能作用于软骨胞外基质，降解胞外明胶、多糖、胶原等成分，破坏软骨组织，继而引起关节疼痛或肿胀[5]，其表达与AS 活动度之间存在相关性，是血清中可以反映AS 的生物标志物之一。本文就血清MMP-3在AS发生、发展中的作用研究进行综述。

1 MMP-3的来源、分布和功能

MMP-3 作为含有金属离子的蛋白酶，又称基质分解素-1，是MMPs 家族的成员之一。MMP-3 直接来源于炎性病变的关节，由软骨细胞、滑膜细胞及成纤维细胞等释放，是一种重要的锌离子依赖性内肽酶[6]，可作为关节内活跃炎症的潜在标志物，在软骨损伤和关节破坏中起着关键作用[7]。MMP-3 存在3种生物活性形式，即MMP-3 前体、活性MMP-3 和MMP-3/组织金属蛋白酶抑制物（tissue inhibitor of metalloproteinase,TIMP）复合物。有学者认为MMP-3在类风湿关节炎中表达过高，且与血清样本相比，MMP-3更多地存在于滑液中[8]，是关节炎症的良好生物标志物[7]。研究显示，膝骨关节炎患者血液和滑液MMP-3水平明显高于健康人，其中，膝骨关节炎患者的血液MMP-3 水平是健康人的近2.5 倍，其滑液MMP-3水平是健康人的7倍余[9]。

在功能上：①MMP-3在结构上具有极大同源性，能裂解一系列细胞外基质蛋白，包括集聚蛋白、层粘连蛋白和胶原蛋白等。②MMP-3 可以激活MMPs前体，如MMP-1前体和MMP-9前体[10-13]，是骨吸收和重建的关键酶，可以调节人体多种反应，主要参与组织重建与修复、伤口愈合、软骨基质的降解、骨吸收、肿瘤侵袭和转移等[10]。MMP-3 的高表达会导致软骨基质分解大于合成，加重软骨病变，与关节软骨退变程度密切相关，可作为预测疗效的重要指标。③MMP-3是炎症反应中的重要因子，参与炎症过程，加剧炎症反应，是导致软骨降解最重要的蛋白酶，不仅在软骨代谢过程中发挥作用，还参与降解软骨中Ⅳ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅺ等各型胶原的过程，导致软骨降解和破坏。④MMP-3还参与非胶原成分的降解过程，在骨重建过程中发挥重要作用，使基质中胶原、蛋白等成分降解，损害关节软骨，造成骨关节炎进行性加重，表现为关节肿胀、疼痛及变形等[14-16]。

2 血清MMP-3在AS诊断中的潜在价值

AS的发病机制较复杂，涉及炎症反应、免疫功能改变及骨代谢异常等多个环节，且早期症状不典型，容易出现误诊、漏诊，寻找有效的实验室检查指标对AS 的早期诊治尤为重要[17]。AS 活动期患者可见红细胞沉降率（erythrocyte sedimentation rate,ESR）加快、C反应蛋白（C-reactive protein,CRP）水平增高等，但ESR 和CRP 的诊断价值较低，因此许多学者开始致力于研究候选生物标志物在测量AS 疾病活动性方面的作用。

研究发现，多种MMPs 在AS 患者滑膜、关节液及血清中表达，特别是在关节液中，MMP-3呈高水平表达，其高水平表达与关节炎的炎性活动指标（如炎性细胞）浸润相关，是AS 的发病机制之一[18]，可作为AS 早期诊断的参考指标。Gao 等[19]通过荟萃分析发现AS 患者血清MMP-3 水平显著高于健康对照组，MMP-3 表达水平的升高与AS 的病情进展及预后呈正相关，说明MMP-3水平升高与AS患者危险性增加相关，可作为AS 诊断的血清学标志物，但需进行更大样本量的研究。也有研究表明，活动期AS 患者血清MMP-3水平显著高于稳定期患者，血清MMP-3水平与强直性脊柱炎疾病活动指数（Bath ankylosing spondylitis disease activity index,BASDAI）、强直性脊柱炎脊柱评分体系（modified stoke ankylosing spondylitis spine score,mSASSS）呈正相关，MMP-3水平在诊断AS患者操作特征曲线下面积为0.888，充分 说明MMP-3 诊断AS 的良好效能[20]。MMP-3是miR-17 的靶基因，在AS 的发生发展过程中，miR-17可以调控MMP-3的表达。姜芳等[21]深入探讨了miR-17 和MMP-3 在AS 患者血浆、外周血单核细胞中的表达及其临床意义，发现MMP-3在AS诊断中的灵敏度较高，miR-17 及MMP-3 联合可显著提高对AS的诊断能力，有望成为新的临床诊断指标。此外，血清MMP-3 可作为早期AS 患者病情活动及放射学损伤的潜力评价指标[6,22]，可能是AS诊断的潜在生物标志物。Zhu 等[22]研究发现AS 患者MMP-3 基因rs522616多态性与AS 的易感性相关，其血清MMP-3水平显著高于健康受试者，且在疾病活动度高的患者中水平更高，在软骨损伤和关节破坏中起着关键作用，证实了MMP-3 与AS 患病率之间的显著相关性，表明MMP-3 可以作为关节活动性炎症反应的潜在生物标志物。

3 血清MMP-3对AS病情进展的预测

目前，相关临床和实验室研究表明血清MMP-3水平与AS 疾病活动性和MRI 骶髂关节评分之间存在相关性，是AS 患者结构性损伤进展的独立预测因子[5,23-24]。MMP-3 在组成关节软骨的聚合素和乙型胶原等分子降解中起重要作用，患者疾病功能指数与MMP-3 呈显著正相关，这可能与降解结缔组织的细胞外基质有关，MMP-3 是AS 发病的重要分子，可在一定程度上预测AS 患者的病情进展情况，作为评估AS 病情的血清学指标[25-26]。Liu 等[27]通过对比AS 患者及健康人的滑膜组织标本，研究AS 滑膜组织中肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor,TNF-α）、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）和MMP-3 的表达，并深入探索它们在成纤维细胞向成骨细胞和破骨细胞转化中的作用，发现TNF-α、VEGF 及MMP-3 仅在AS 组表达，TNF-α、VEGF 可能直接参与成纤维细胞向成骨细胞和破骨细胞的分化，而成熟的成骨细胞可能在很大程度上表达MMP-3，加速软骨的降解，在AS 的疾病进展中起重要作用。

MMP-3 不仅介导成纤维细胞增生，也参与炎症反应及间质胶原酶的激活，直接参与Ⅱ型胶原降解，MMP-3 处于激活状态时可直接作用于骨矿化过程，利于骨基质矿化前成熟，在骨吸收和骨形成中发挥重要作用。研究显示，通过下调MMP-3水平，可以降低致炎因子释放，对调整AS 异常基质降解、改善血管翳形成有积极作用，进而发挥改善患者症状、抑制骨质及软骨破坏的作用[28]，MMP-3 可在抗炎作用的水平上作为预测治疗效果的指标，是炎症反应的标志物[29-30]，在临床中可以通过密切检测患者血清MMP-3 水平的变化情况，提前采取有效措施以预防患者病情恶化。Wei 等[31]对AS 患者和健康人进行基因分型，并通过BASDAI、强直性脊柱炎功能指数（Bath ankylosing spondylitis functional index,BASFI）和强直性脊柱炎全球评分（Bath ankylosing spondylitis global score,BAS-G）评定患者的疾病活动和功能状态，发现血清MMP-3 水平与患者ESR、CRP 及白细胞介素6（interleukin-6,IL-6）水平等炎症指标相关，MMP-3基因启动因子的5A/6A 多态在AS的病理生理学中是功能相关的，研究发现了MMP-3和TIMP-1基因作为AS 疾病进展中关键元素的重要性。

AS疾病进展的另一个参数是放射学进展，与AS相关的脊髓损伤过程可以通过MRI显示[5,32]，但AS发病初期临床表现轻微，影像学检查也无明显的骶髂关节炎症状，极易被忽视而导致病情延误。在以往的研究中，只有基线放射学损伤被认为是AS 患者放射学进展的独立预测因素，但随着近些年医学的进步，一些生物标志物也被认为是AS 患者放射学进展的独立预测因子[33-34]。He等[5]研究了24 例AS 患者治疗前及治疗12 周后MMP-3、IL-6、TNF-α 等生物标志物的变化与关节炎症的MRI 指标、BASDAI、BASFI、BAS-G、CRP、ESR 等之间的相关性，结果显示，AS 患者血清MMP-3 的变化与MRI 骶髂关节评分之间存在显著相关性，与CRP、IL-6 之间呈正相关，通过AS患者血清MMP-3的变化模式可以较好地预测其骶髂关节评分。也有学者认为AS 骶髂关节MRI 表现与患者血清MMP-3水平呈显著正相关，血清MMP-3水平和MRI一样，可用于AS骶髂关节炎的早期诊断[6]。但也有学者认为MMP-3 与MRI 结果之间不存在显著相关性，究其原因可能是由于现存的研究有限，不同的研究设计、有限的措施及研究对象的质量和数量导致结果之间的差异，因此，未来仍需要大量的研究以证明MMP-3 和MRI 之间的相关性[35]。综上所述，MMP-3 与AS 患者MRI 结果显著相关，是AS 患者放射学进展的独立预测因子[6]。

4 血清MMP-3判断AS疾病活动性

准确评估AS 疾病的活动性在临床实践中已经变得十分重要。近些年有学者将血清MMP-3应用于AS疾病活动性的检测，但目前尚未有关于MMP-3作为判断AS 病情活动的可靠性及有效性。研究表明，AS 疾病活动期患者血清MMP-3 水平明显较稳定期高，且血清MMP-3 水平和mSASSS 评分呈显著正相关，说明其表达水平与疾病活动度之间存在密切关系，检测患者血清MMP-3、IL-1β、骨保护素水平可以为AS的早期诊断和病情评估提供依据[20]。在治疗过程中，随着体内血清MMP-3水平的下降，CRP、TNF-α等促炎性细胞因子也会下降，因此MMP-3 可被认为是AS 活动性的重要指标[5,36]。Soliman 等[35]通过对AS 患者和健康志愿者的血清MMP-3 的检测，评价MMP-3和MRI在AS患者疾病活动度的评估作用，并与BASDAI、ESR、CRP 等常规指标进行比较，发现活动期AS 患者血清MMP-3 水平显著升高，与BASDAI之间存在显著相关性，与ESR 和CRP 无关。因此认为血清MMP-3 是反映AS 临床疾病活动性的客观指标，在评估AS 患者的疾病活动性方面比ESR 和CRP更有效，但在临床评估疾病活动性和指导在AS 中生物抑制剂的使用时，应将MMP-3 和MRI 与BASDAI一起考虑。

AS 现有的生物标志物是ESR 和CRP，但由于ESR 和CRP 等常规指标的特异度较低，在反映AS 患者疾病活动度上效能较低，因此不能作为评估AS 疾病活动性和严重程度的唯一参数。相比之下，血清MMP-3 在检测AS 患者的疾病活动性及药物疗效方面有更高的潜在应用价值。Chen 等[37]对42 例AS 患者及20名健康志愿者的血清MMP-3及TIMP水平进行统计学分析，并对ESR 和CRP 进行比较，探讨MMP-3 作为AS 疾病高活动性标志物的临床应用价值，发现AS 患者仅MMP-3 水平显著高于正常对照组，疾病活动度高的AS 患者血清MMP-3 水平也较高，与BASDAI 和功能指数显著相关，其灵敏度（69.2%）和特异度（68.8%）均较高，比以往使用的ESR 和CRP 更准确，是判断AS 活动性的一个重要生物标志物。

5 血清MMP-3 作为TNF-α 抑制剂的疗效评价指标

AS患者外周血清中MMP-3的浓度与AS患者疾病活动性密切相关，MMP-3 与ESR、CRP 一样，不仅可以作为评估AS 病情活动的另一个客观指标，而且还可以作为判定TNF-α 抑制剂治疗AS 疗效的客观指标[38]。近年来，随着TNF-α 抑制剂治疗AS 的进展，采用更准确方法、手段用于评估疾病活动性和检测治疗效果势在必行[39]。在临床中，许多AS 活动期患者对依那西普（etanercept）或英夫利昔（infliximab）单抗的治疗反应良好，但由于这些药物的成本较高，且主要依靠AS 患者疾病活动性相关的主观指标，如BASFI 和医师的意见，存在极大的主观性，因此急需一种更客观的方法来评估AS 患者对TNF-α 阻断治疗的反应[40]。Wendling 等[41]通过对比AS 患者和正常对照组血清中MMP-3 及组织蛋白酶K 的水平，探讨MMP-3 在TNF-α 抑制剂治疗中的变化，发现MMP-3在活动期AS 患者血清中的水平显著升高，但这与评估疾病活动性的常规指标，如BASDAI、ESR、CRP 之间无明显相关性。临床通过TNF-α 的应用，可显著降低血清中MMP-3 水平，说明MMP-3 可以作为AS患者疾病活动性的生物标志物。

英夫利昔单抗是一种TNF-α 的中和抗体，是另一种临床常用的AS 治疗策略，对AS 有额外的治疗作用，与MMP-3表达减少有关，也可以作为患者潜在的生物标志物[5,42]。Yang等[43]通过对接受和未接受英夫利昔单抗治疗的AS 患者的血清MMP-3 和巨噬细胞集落刺激因子（macrophage colony-stimulating factor,M-CSF）水平进行检测，并将其与28 名健康受试者进行比较，发现在未接受生物制剂治疗的AS 患者组中，MMP-3 和M-CSF 均与BASDAI 值相关，但彼此之间不相关。重度活动期AS 患者血清中的MMP-3 水平较高，但在应用英夫利昔单抗治疗后，BASDAI 和血清MMP-3 水平均显著下降，M-CSF 值无明显变化，认为MMP-3 和M-CSF 可以作为AS 疾病活动性的潜在标志物，特别是在英夫利昔单抗治疗期间。杨春花等[44]检测AS患者血清和关节液中的MMP-3表达水平，并进一步分析其与AS患者疾病活动的相关性，以确认和探讨MMP-3在AS发病中的作用，研究发现AS患者的血清MMP-3水平与以往常用的AS 诊断方法BASDAI 之间显著相关，在关节和外周血中均有稳定水平的表达，提示MMP-3 有可能作为评估AS 病情活动的另一个客观指标，特别是在应用生物抑制剂（如英夫利昔单抗）治疗期间，是研究AS 发病机制的肯定而有用的候选基因。Maksymowych 等[45]的研究纳入了接受英夫利昔单抗治疗24 周的21 例AS 患者，发现BASDAI 的变化与MMP-3 水平的变化显著相关，在横向和纵向评估AS疾病活动性方面有很高的价值，可作为AS 患者生物治疗反应的评价指标。

依那西普治疗可以有效降低AS 疾病活动度，改善骨生化指标及软骨更新，包括Ⅱ型胶原降解减少和聚集蛋白聚糖更新增加，MMP-3水平与AS患者疾病活动度之间密切相关，可以作为依那西普治疗的一个有用的生物标志物[46-47]。Arends等[48]通过纵向观察92 例接受依那西普治疗的患者，探讨MMP-3 作为AS患者日常临床监测和预测依那西普治疗反应的生物标志物的潜力，发现依那西普治疗后血清中的MMP-3水平发生显著变化，但数据分析表明MMP-3水平对监测和预测AS 患者对依那西普的治疗反应效果欠佳，其预测3个月后强直性脊柱炎评估协作组20 反应标准（ASAS group response criteria 20 score,ASAS20）的准确性为中等，与目前常用的客观生物标志物ESR 和CRP 相比没有明显优势。He 等[5]的研究检测了AS患者接受依那西普治疗后血清中TNF-α、MMP-3 等的水平，并评价这些血清标志物与患者疾病活动度、疾病严重程度及TNF-α 抑制剂治疗后关节症状缓解程度之间的相关性，发现AS 患者的血清MMP-3 和IL-6 水平明显高于正常人，在接受依那西普治疗后，患者MMP-3水平明显下降，而TNF-α和转化生长因子-β（transforming growth factor-β,TGF-β）水平升高，证明血清MMP-3可以作为AS患者疾病活动性及放射学进展的独立预测因子，与关节肿胀指数及BASDAI相关。

6 问题与展望

目前仍存在以下问题：①关于AS 的发病机制尚无明确的认识，筛选并鉴定候选基因是研究AS 病因和发病机制的一个重要领域；②尚无标准的方法来评估AS 患者的疾病活动性，医师和患者常根据不同的依据来判断疾病的活动性，急需寻找一种黄金标准来评估AS 患者疾病过程；③由于AS 治疗所需要的药物成本较高，制定一种准确的方法来测量疾病的活动性及确保药物对患者有效性十分重要；④目前的MMP-3 检测方法在区分MMP-3 前体和活性MMP-3 上效能较低，需要一种专门测量活性MMP-3的分析方法，可用于体外模型和临床样本。

几年来，由于新的治疗方法及成像方式的出现，临床医师和患者对AS 及其结果的认识有所提高[2]。MMPs，尤其是MMP-3 在AS 的发病机制中起重要作用，能够介导骨和软骨的破坏、促进致炎因子的释放、调整异常的基质降解和血管形成等病理因素，MMP-3 的活化还可以使MMP-9 产生级联放大效应，加剧炎症反应、分解破坏细胞内皮基膜，造成血脑屏障破坏[49]，临床可用于AS 的早期诊断、预测病情进展、判断患者病情活动及评价TNF-α 抑制剂的治疗效果等。

【利益冲突】所有作者均声明不存在利益冲突