MMP-2/MMP-9在炎症中的研究进展

王海波(综述)，俞为荣(审校)

(1.蚌埠医学院，安徽 蚌埠 233000； 2.上海交通大学医学院附属第三人民医院烧伤整形科，上海 219000)

正常情况下，细胞外基质对于维持细胞内环境的稳定至关重要，它们通常是由细胞合成并分泌到细胞外、分布在细胞表面或细胞之间的大分子，主要是一些多糖和蛋白，或蛋白多糖。这些物质构成复杂的网架结构，支持并连接组织结构、调节组织的发生和细胞的生理活动。而在炎症、肿瘤等病理情况下，机体细胞外基质溶解，由于正常的细胞外基质结构遭到破坏，进一步加重炎性细胞浸润、肿瘤细胞浸润转移的病理变化，在疾病的发生、发展过程中起着重要作用。而导致细胞外基质溶解的酶通常与基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)有关[1-2]。该文就MMPs中MMP-2/MMP-9在炎症中作用的研究进展进行综述。

1 MMPs

迄今为止，在脊椎动物中共发现24种MMPs，其中有23种在人类发现，MMPs是一组重要的内在Zn2+外在Ca2+依赖性酶家族。通常情况下，机体常以无活性的MMPs的形式合成和分泌，通过逐级活化、被细胞表面膜型MMPs激活[3]和细胞内活化这三种途径激活；激活后的酶活性可被共同的螯合剂所抑制，亦可被金属蛋白酶共同的天然抑制剂金属蛋白酶组织抑制因子所抑制[4]；MMPs通常都由原结构域、催化结构域、链接区域和血液结合素区域构成。除上述共同的性质外，MMPs的结构在其氨基酸序列上也有一定的同源性，它们均有一个80个氨基酸前肽序列，其中含有与酶激活有关的高度保守半胱氨酸序列PRCGXPD；均有一个大约120个氨基酸的N端片段；都有一个含高度保守Zn2+结合位点的催化片段HEXGHXXGXXH[5]，此Zn2+结合位点与细菌热解素结合位点为同源序列。根据其降解的底物不同，可将人源性MMPs分为胶原酶、明胶酶、间质溶解素、基质溶解因子、膜型MMPs及其他 MMPs六大类(图1)[5]。

正常情况下机体只分泌较少的MMPs，且MMPs的活性在转录水平上受到严格的控制，酶原激活后特异性作用于细胞外基质，并且受内源性抑制剂抑制。而对于MMPs活性控制的减少常见于一些疾病，如关节炎、癌症、动脉粥样硬化、动脉瘤、肾炎、组织溃疡、纤维素炎等[6]。因此，过量分泌的MMPs激活后，共同参与细胞外基质的降解,是降解细胞外基质的重要酶类。

S：信号肽；pro：前肽；Zn：锌活性位点；Hpx：血红素结合蛋白区域；Fn：粘连蛋白区域；Ⅴ：玻连蛋白插入点；Ⅰ：Ⅰ型跨膜结构域；Ⅱ：Ⅱ型跨膜结构域；G：GPI锚位；Cp：胞质结构域；Ca：半胱氨酸排列位点；Ig：类IgG结构域

2 MMP-2/MMP-9

2.1一般结构 MMP-2/MMP-9属于MMPs中的明胶酶类。MMP-2又称为明胶酶A，以相对分子质量为72×103的酶原形式分泌后，N端裂解掉80个氨基酸成为相对分子质量为66×103或62×103而被激活为活化型MMP-2；MMP-9又称为明胶酶B，以前酶原[相对分子质量为(78～82)×103]的形式合成，后经裂解掉19个氨基酸的信号肽，再糖基化而转变成相对分子质量为95×103的酶原形式，酶原降解掉N端73个氨基酸产生此酶的活化形式(相对分子质量为84×103)。

2.2分泌来源 研究表明，MMP-2可由内皮细胞、间质细胞、T细胞、巨噬细胞、嗜酸性粒细胞和中性粒细胞等合成和分泌，MMP-9则主要由炎性细胞(如T细胞和巨噬细胞)分泌[7]。

2.3生物学效应 正常情况下，MMPs在体内多种生物学进程中发挥重要作用，如参与胚胎发育、正常组织重塑、创面愈合和血管形成等过程；也可见于多种疾病，如关节炎、肾炎、组织溃疡、纤维素炎癌症、动脉粥样硬化、动脉瘤。其在细胞外基质的降解过程中起着重要作用，明胶酶A与明胶酶B的作用底物基本相同：降解变性的胶原、明胶，明胶酶A降解明胶，Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅹ型胶原，明胶酶B降解明胶，Ⅳ、Ⅴ型胶原；但是两者对间质胶原(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原)则不起作用[8-9]。

2.4合成与活性的调控 MMPs的合成及对其活性的调控发生在以下几个水平。①基因转录水平上的调控：许多因素可影响MMPs的基因转录，其中主要是细胞因子和生长因子，如白细胞介素(interleukin，IL)1β、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、血小板生长因子、表皮生长因子。有学者研究证明[10-11]，TNF-α、IL-6能够促进MMP-2、MMP-9的表达。②酶原激活调控：机体通常以无活性的前酶或者酶原形式分泌，此后被胰蛋白酶、纤溶酶等激活。③活化酶的特异性抑制物：基质金属蛋白酶组织抑制剂是金属蛋白酶体内天然抑制剂，它是抑制MMPs的多功能因子，可在间质细胞中表达，两者通常以1∶1的比例组合，共同调节MMPs的活性[12]。

3 MMP-2/MMP-9在炎症中的表达变化

3.1早期炎性介质的调节作用 机体在遭遇创伤后，大量炎性细胞聚集创区，最早以中性粒细胞到达创面，之后巨噬细胞、淋巴细胞等免疫细胞进一步到达创面。创伤后组织的坏死和缺血/再灌注损伤能激活体内单核/巨噬系统，释放以TNF-α和IL-6为主的早期炎性介质，启动全身炎性反应综合征，而全身炎性反应综合征进一步发展可诱发多脏器功能衰竭，严重者可导致患者死亡[13]。增高的TNF-α和IL-6可激活补体及C反应蛋白的表达，刺激中性粒细胞、内皮细胞、单核-巨噬细胞及淋巴细胞迁移和外渗至局部组织，引起炎性反应，这些活化的炎性细胞又产生更多的黏附因子、细胞因子和趋化因子，进一步导致炎性反应的加重[14-16]。

3.2MMP-2/MMP-9与TNF-α、IL-6 炎症早期释放的TNF-α和IL-6等炎性介质能够促进MMP-2、MMP-9的表达，而过表达的MMP-2、MMP-9可降解细胞外基质，破坏基膜，使炎性细胞进一步浸润到更深层次的组织中，肿瘤细胞也可因基膜的破坏、细胞外基质的溶解发生转移。提示MMP-2、MMP-9的合成及分泌与TNF-α高度密切相关，而TNF-α、IL-6正是炎症早期渗出的细胞因子，说明MMP-2、MMP-9与炎性反应有密切的关系。

3.2相关实验研究 Kalela等[17]也对冠心病传统危险因素(如糖尿病、高脂血症等)与MMP-9的关系进行研究，对健康人的研究发现其MMP-9与白细胞计数呈显著正相关，说明血清MMP-9可以作为有价值的炎性反应标志物。有学者研究发现[18]，在MMP-2与MMP-9的作用下，基膜中细胞外基质降解，肌纤维完整性遭到破坏，使炎性细胞浸入肌组织，出现肌纤维坏死及吞噬现象等一系列病理炎症改变。Wilmoth等[19]建立大鼠分泌性中耳炎的模型后发现，正常大鼠的骨膜MMP-2、MMP-9很少表达甚至不表达，而分泌性中耳炎的大鼠骨膜MMP-2、MMP-9的分泌显著地增加，两者比较差异有统计学意义，而这些增加的MMP-2、MMP-9引起基膜破坏从而进一步导致鼓膜纤维层被降解破坏，出现紊乱的疏松结构更有利于炎性细胞的浸润，蛋白酶的接触与降解。朱运奎等[20]研究发现，MMPs可直接降解肺内胶原和其他间质组织，导致肺组织破坏，中性粒细胞弹力蛋白酶通过活化MMPs引起或加速细胞外基质的破坏，MMPs与弹力蛋白酶的协同作用可能是肺气肿等肺组织破坏的机制。张宁等[21]通过研究发现，MMP-2、MMP-9基因mRNA在对照组大鼠外周血、脾脏淋巴细胞中的表达水平较低，而在实验性自身免疫性肌炎组中各时相点均增高，两者比较差异有统计学意义，同样基质金属蛋白酶抑制剂表达水平与对照组相比，实验性自身免疫性肌炎组明显升高，两者比较差异有统计学意义。

Corbel等[22]研究发现肺长期高氧暴露下，肺组织的基膜受损，炎性细胞浸润，出现暂时性的细胞外基质异常沉积，进而通过目前尚未明确的基质诱导MMP-2、MMP-9释放增加，活性增强，其结果可能是适时、适量的MMP-2、MMP-9用以降解临时沉积的细胞外基质，可促进基膜的重建。但是，过量表达MMP-2、MMP-9后，导致MMP-9/基质金属蛋白酶抑制剂1比值失调，基膜破坏更加严重，大量炎性细胞(中性粒细胞、单核-巨噬细胞等)可穿透基膜至肺间质和肺泡，释放更多的炎性因子，加重肺部损伤，同时也促进MMP-2、MMP-9的释放；MMP-2、MMP-9与炎性细胞计数及某些炎性细胞因子呈正相关，减少机体内MMP-2、MMP-9的表达，是否能够有效地改善炎性反应程度呢？有研究表明，在给予某种药物干预后，能够有效地抑制MMP-2和MMP-9的合成与分泌，减轻炎性细胞的浸润从而阻止MMP-2和MMP-9对结肠组织细胞外基质的过度降解，促进结肠损伤的愈合[23]。

4 小 结

MMPs在细胞外基质及基膜的降解中起着重要作用，尤其是MMP-2、MMP-9。这两类酶通常降解明胶、各型胶原(包括Ⅳ、Ⅶ型等)、纤维链接蛋白、层黏连蛋白、蛋白多糖及弹性蛋白等细胞外基质，破坏基膜。而有大量研究发现，MMP-2、MMP-9的过表达与炎症初期释放的某些炎性介质呈正相关，细胞外基质和基膜的降解可进一步加重炎性细胞的浸润范围，从而加重炎性反应。

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