腦缺血――基質(zhì)金屬蛋白酶-9與血腦屏障損傷的研究進(jìn)展

1、腦缺血基質(zhì)金屬蛋白酶-9與血腦屏障損傷的研究進(jìn)展唐坤裕昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院，云南昆明，650000摘 要：血腦屏障損傷是腦缺血的重要表現(xiàn)，而血腦屏障損傷又將進(jìn)一步加重腦水腫和腦損傷，形成腦缺血損傷的惡性循環(huán)?；|(zhì)金屬蛋白酶-9作為體內(nèi)最重要的細(xì)胞外基質(zhì)降解酶，與腦缺血中血腦屏障的破壞關(guān)系最為密切。明確腦缺血時(shí)基質(zhì)金屬蛋白酶-9與血腦屏障損傷的內(nèi)在聯(lián)系，對(duì)于分析腦缺血病理過程及缺血后治療起著重要作用。關(guān)鍵詞：腦缺血；基質(zhì)金屬蛋白酶-9；血腦屏障中圖分類號(hào)：R743 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ACerebral Ischemia-Tang Kunyu（Dept. of Neurology The 2nd A

2、ffiliated Hospital of Kunming Medical University Kunming Yunnan 650101 China）Abstract: Keywords: 1. 引言腦卒中是當(dāng)前嚴(yán)重威脅人類健康的主要疾病之一，其中急性缺血性腦卒中是最常見類型，占全部腦卒中的60%-80%1。目前血腦屏障（blood-brain barrier，BBB）損傷被認(rèn)為是引起腦缺血繼發(fā)水腫、出血等并發(fā)癥的重要原因22，而基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMPs）作為細(xì)胞外基質(zhì)的重要調(diào)節(jié)蛋白酶，其激活被認(rèn)為是腦缺血BBB損傷的直接原因2。本文通過闡

3、述MMP-9與BBB之間關(guān)系，揭示腦缺血發(fā)生發(fā)展過程中的某些損傷機(jī)制，并對(duì)其進(jìn)行有效干預(yù)手段達(dá)到卒中預(yù)防及治療的目的。2. 腦缺血中血腦屏障損傷3. MMP-9的結(jié)構(gòu)及功能4. MMP-9的激活與血腦屏障損傷5. 結(jié)語2. MMP-9的結(jié)構(gòu)及生理功能2. 基質(zhì)金屬蛋白酶家族基質(zhì)金屬蛋白酶是一組含Zn2+的Ca2+依賴的蛋白質(zhì)水解內(nèi)肽酶家族，能夠降解絕大多數(shù)的細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）成分，及處理其他MMPs前體（pro-MMPs）和大量生物活性分子2,3。根據(jù)MMPs的結(jié)構(gòu)和底物的特異性分為6類4：膠原酶；明膠酶；基質(zhì)水解酶；基質(zhì)溶解素；膜型MMPs；其它M

4、MPs。MMPs參與組織結(jié)構(gòu)的維持，在機(jī)體ECM的更新與降解、損傷修復(fù)、血管再生、腫瘤發(fā)生發(fā)展、炎癥反應(yīng)等過程中發(fā)揮著重要作用。生理?xiàng)l件下，MMPs主要以無活性的酶原（pro-MMPs）形式存在,體內(nèi)不表達(dá)或低表達(dá)5。腦缺血及再灌注可誘導(dǎo)MMPs的表達(dá)，腦梗死患者發(fā)病時(shí)急性期MMPs水平明顯升高，可以降解細(xì)胞外基質(zhì)造成血管通透性增加、血腦屏障開放，致血管源性腦水腫，同時(shí)活化的炎細(xì)胞通過破壞了的血腦屏障滲出至腦組織內(nèi)，并釋放許多細(xì)胞因子，加重腦組織的缺氧性腦損傷6。其中MMP-9與血腦屏障損傷關(guān)系最為密切20。3. 基質(zhì)金屬蛋白酶-9的結(jié)構(gòu)與活性調(diào)節(jié)明膠酶包括明膠酶A（MMP-2）和明膠酶B（M

5、MP-9）。MMP-9主要由血管內(nèi)皮細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、海馬神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞等細(xì)胞分泌21。其分子結(jié)構(gòu)為其他MMPs相同，從N 端至C端依次為信號(hào)肽、前肽、催化區(qū)。MMP-9的催化區(qū)還含3個(gè)重復(fù)的型纖維連接蛋白，作用于明膠和膠原而發(fā)揮其催化作用。轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)作為MMP-9的活性調(diào)節(jié)重要途徑，主要通過前列素E2-環(huán)腺苷酸依賴途徑進(jìn)行DNA轉(zhuǎn)錄，激素、生長因子和炎性細(xì)胞活素均可引起DNA轉(zhuǎn)錄的激活3。半胱氨酸作為MMP-9的活性調(diào)節(jié)的重要基團(tuán)。在pro-MMP-9中，半胱氨酸與鋅結(jié)合，以阻礙鋅與活性中心的結(jié)合，維持酶原的狀態(tài)；當(dāng)各種因素使半胱氨酸基團(tuán)發(fā)生改變，鋅與活性中心結(jié)合，MMP-9則被激活

6、。此外，MMP-9在體內(nèi)存在多種內(nèi)源性抑制物（tissue inhibitors to the metalloproteinases，TIMPs），TIMP與MMP-9形成復(fù)合物，抑制MMP-9的功能7。4. MMP-9造成血腦屏障損傷的機(jī)制與作用4.1 血腦屏障的結(jié)構(gòu)與功能 血腦屏障是存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)與外周血液循環(huán)之間的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)界面8。BBB主要由以下結(jié)構(gòu)組成：無窗孔的腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞及其細(xì)胞間的緊密連接形成BBB的第一道隔膜，是形成屏障作用的主要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。連續(xù)的血管基底膜包繞周細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞，構(gòu)成BBB的第二道隔膜，是維持BBB完整性的重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，其主要由IV 型膠原、層連蛋白、纖維連

7、接蛋白以及一些糖蛋白等組成。周細(xì)胞間斷地貼附于內(nèi)皮細(xì)胞外表面，主要位于微血管分支處。星形膠質(zhì)細(xì)胞的終足形成鞘緊密包繞血管壁，覆蓋毛細(xì)血管表面積的85%。血腦屏障在生理情況下控制進(jìn)入神經(jīng)組織內(nèi)的物質(zhì)，使神經(jīng)組織減少甚至不受循環(huán)血液中有害物質(zhì)的損害，并選擇性地將腦內(nèi)某些有害或過剩物質(zhì)泵出腦外，從而保證中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定平衡，維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正常功能23。4.2 腦缺血中MMP-9的作用部位與表達(dá)部位 腦缺血時(shí)，MMP-9主要表達(dá)于血管內(nèi)皮細(xì)胞，主要作用于血管基底膜，造成基底膜成分中明膠、膠原（IV 、V）、層粘連蛋白和彈性蛋白的蛋白水解，導(dǎo)致了血腦屏障完整性破壞和血管源性腦水腫9。另外研究

8、顯示，構(gòu)成緊密連接的膜周蛋白-1（ZO-1）同時(shí)是MMP-9的作用底物。Minoru等10研究使用Western印跡法示ZO-1在腦缺血后明顯減少，光密度計(jì)法分析示腦缺血24h時(shí)，ZO-1減少了30%，而在MMP-9基因敲除組，ZO-1沒有明顯的減少。正常腦組織中MMP-9可有表達(dá)，但其程度極低。Dzwonek等11研究發(fā)現(xiàn)MMP-9 mRNA和蛋白可見于正常腦組織的海馬、皮質(zhì)和紋狀體，主要分布于神經(jīng)元的胞體和樹突，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞尤其是星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞也可見少量表達(dá)，此外, MMP-9還可見于小腦的顆粒細(xì)胞和浦肯野細(xì)胞。Minoru等10利用大鼠大腦中動(dòng)脈栓塞模型發(fā)現(xiàn)，缺血16h時(shí)MMP

9、-9在皮質(zhì)和紋狀體的缺血區(qū)域表達(dá)上調(diào)，24h時(shí)更為明顯，主要出現(xiàn)在血管的內(nèi)皮細(xì)胞中，同時(shí)在腦實(shí)質(zhì)中存在部分表達(dá)。另外，Maier等12研究也發(fā)現(xiàn)MMP-9在缺血腦組織梗死灶周圍的血管表達(dá)顯著，同時(shí)在小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞及中性粒細(xì)胞中也有表達(dá)。以上傾向認(rèn)為腦組織缺血時(shí)，MMP-9主要表達(dá)于缺血組織的血管內(nèi)皮細(xì)胞。4.3 腦缺血中MMP-9的變化 Rosenberg 等13首次對(duì)腦梗死動(dòng)物MMP-9進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，大腦中動(dòng)脈閉塞后4h，MMP-9水平上升，12h和24h梗死灶內(nèi)MMP-9的表達(dá)明顯增加，且與血管源性腦水腫的高峰期一致，提示腦缺血后血腦屏障呈雙相性開放，MMP-9在繼發(fā)性腦

10、損傷和血管源性水腫中起重要作用。Zalewska等14認(rèn)為，活化的MMP-9可能作用在短暫腦缺血后引起海馬CA1區(qū)細(xì)胞凋亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)中的某個(gè)環(huán)節(jié)。MMP-9基因敲除的大鼠不受腦半球缺血的影響，是由于MMP-9在神經(jīng)損害方面的主導(dǎo)作用所致15。中性粒細(xì)胞作為MMP-9主要的細(xì)胞來源，反過來MMP-9又可促進(jìn)白細(xì)胞募集，使BBB破壞,僅次于微血管基底膜的蛋白質(zhì)水解作用，最終導(dǎo)致腦缺血后神經(jīng)損傷16。Badaut等17研究表明缺血后2-3天時(shí)，腦細(xì)胞水腫達(dá)到高峰，以后逐漸下降。并測(cè)定大鼠腦組織含水量與運(yùn)用PCR法檢測(cè)MMP-9 mRNA的表達(dá)，其結(jié)果顯示，腦缺血后MMP-9mRNA的表達(dá)在48小時(shí)內(nèi)逐

11、漸增加，在48小時(shí)達(dá)到高峰，其后逐漸下降的變化過程。表明MMP-9與缺血后細(xì)胞水腫有著密切的關(guān)系，可能參與了細(xì)胞水腫的形成。Rosell等18研究分析5例致命性缺血性腦卒中伴出血并發(fā)癥患者的腦樣本在梗死和缺血區(qū)域中性粒細(xì)胞浸潤嚴(yán)重，且局部MMP-9含量較高，說明炎癥性MMP-9的反應(yīng)與腦卒中的出血并發(fā)癥有關(guān)。Lee等19研究發(fā)現(xiàn)MMP-9基因敲除的大鼠不受腦半球缺血的影響, 是由于MMP-9在神經(jīng)損害方面的主導(dǎo)作用所致。5. 結(jié)語大量研究證實(shí), MMP-9是導(dǎo)致缺血再灌注損傷的主要因子,腦缺血再灌注時(shí)，BBB損傷的炎性機(jī)制涉及多因素、多環(huán)節(jié)之間的相互作用，互為因果，形成腦缺血損傷的惡性循環(huán)。隨

12、著MMP-9的表達(dá)及調(diào)節(jié)機(jī)制的不斷闡明，有利于對(duì)MMP-9與血腦屏障的關(guān)系得到更好認(rèn)識(shí)，及提供藥物預(yù)防與治療的參考，必將為缺血性腦血管疾病的臨床診治提供更多新的理論依據(jù)和方法。參考文獻(xiàn)1. 中華醫(yī)學(xué)會(huì)神經(jīng)病學(xué)分會(huì)腦血管病學(xué)組急性缺血性腦卒中診治指南撰寫組. 中國急性缺血性腦卒中診治指南2010, 中國臨床醫(yī)生, 2011; 39(3): 67-73.2. Adibhatla RM and Hatcher JF: Tissue plasminogen activator (tpa) and matrix metalloproteinases in the pathogenesis of stro

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26、屏障的基本成分發(fā)生嚴(yán)重降解。所以MMP-9可能通過降解型膠原導(dǎo)致血腦屏障的破壞從而引起出血轉(zhuǎn)化發(fā)生。Park等9通過分別檢測(cè)梗死后不同時(shí)間點(diǎn)的MMP-9水平，得出了在腦梗死后急性期血漿及腦中MMP-9 都會(huì)升高的結(jié)論。Lei等10也得出相似結(jié)論。他們通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)得出血腦屏障滲透性的改變與再灌注時(shí)間有關(guān)，在缺血再灌注區(qū)域，血腦屏障的滲透性在3h開始增加，血腦屏障的滲透性在缺血1d后再灌注時(shí)達(dá)高峰，隨后逐漸下降，而MMP-9在3 h開始增加， 再灌注后2d達(dá)高峰，然后逐漸下降。由此可以得出MMP-9在缺血再灌注區(qū)域的表達(dá)增加與血腦屏障的滲透性增加有關(guān)。隨著組織型纖溶酶原激活物（tissue pla

27、sm inogen activator, t-PA）的大量應(yīng)用以及關(guān)于溶栓后出血轉(zhuǎn)化研究的深入，也從不同角度研究了MMP-9對(duì)血腦屏障的破壞及對(duì)出血轉(zhuǎn)化發(fā)生的影響。關(guān)于t-PA與MMP-9的關(guān)系多是一些間接的實(shí)驗(yàn)研究。Cuadrado等11研究表明中性粒細(xì)胞是MMP-9 的重要來源，靜脈輸注t-PA可增加出血轉(zhuǎn)化的風(fēng)險(xiǎn)，而t-PA又有促進(jìn)中性粒細(xì)胞脫顆粒釋放MMP-9的作用，因此，MMP-9與繼發(fā)的出血有一定關(guān)系。Burggraf等12通過改變t-PA的濃度得出出血轉(zhuǎn)化率會(huì)隨著濃度的升高而增加的結(jié)論, 而這一結(jié)論又與t-PA的濃度升高可增加MMP-9的濃度相一致。有研究認(rèn)為減少M(fèi)MPs生成的米

28、諾環(huán)素同樣有抑制凋亡，抗氧化應(yīng)激的作用，增加損傷后各種細(xì)胞因子及膠質(zhì)細(xì)胞的活性 13 。8. Rosell A, Cuadrado E, Ortega-Aznar A. MMP-9-Positive Neutrophil Infiltration Is Associated to Blood-Brain Barrier Breakdown and Basal Lamina Type IV Collagen Degradation During Hemorrhagic Transformation After Human Ischemic Stroke. Stroke, 2008, 3 9(4)

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