基质金属蛋白酶mmps的研究进展

基质金属蛋白酶mmps的研究进展

1mmps家族成员间质基质金属酶（pmps）是一个由含有锌的能分解官僚机构（ecm）的中性酶组成的家族。196年，griss和lampier在八个骨肿瘤（mmps）上发现了第一个基金属酶（mmps）成员的间质结原酶。根据他们受体(MMPR)的组织特异性不同可分为:胶原酶(MMP-1,MMP-8,MMP-13),明胶酶(MMP-2,MMP-9),基质溶素(MMP-3,MMP-7,MMP-10,MMP-11,MMP-12),膜型基质金属蛋白酶(MT-MMPs),酸性金属蛋白酶(MMP-6)等。生理条件下,MMPs来自中性粒细胞、胶质细胞、发育过程中的小脑星形细胞和神经元以及血管内皮细胞,主要参与组织发育、伤口愈合、骨生长及血管生成等;病理条件下,MMPs则能促进许多疾病的发生与发展,如肿瘤的侵袭和浸润、动脉粥样硬化以及多发性硬化、阿尔茨海默病、恶性胶质瘤等中枢神经系统(CentralNervousSystem,CNS)疾病。国内外许多研究证明MMPs对神经系统的作用和影响十分广泛,参与脑血管病、脑动脉硬化、脱髓鞘、脑炎等中枢神经系统多种疾病的病理过程,且与血脑屏障(Blood-brainbarrier,BBB)的破坏密切相关。2mmps降解ecm的作用ECM成分的合成和降解保持着动态的平衡,MMPs对这一平衡的维持发挥着重要作用。它可以消化降解ECM成分,并影响基质的重塑。MMPs降解ECM的过程是受严格调控的。通常MMPs只能以无活性的酶原形式存在。MMPs的表达调节可分为转录水平调节,酶原活化调节和活化后调节。2.1基因表达调节MMPs的转录由不同的信号诱导(细胞因子、生长因子和机械应激),从mRNA的稳定性和翻译效率上进行调节。基因分析表明,当某种刺激因素引起细胞增殖、ECM产生增多的同时,也诱导了MMPs的表达,这可能是正常组织保持ECM动态平衡的重要机制之一。研究资料表明,表皮生长因子、TNF-α、血小板衍生生长因子.IL-1及一些细胞外环境能促进MMPsmRNA的转录,甚至影响其半衰期。2.2活性剂对mmps活性的影响MMPs均以无活性的酶原形式释放,需激活成为活性MMPs才能发挥其生物作用。研究表明,纤溶酶系统在MMPs的激活过程中起着决定性的作用。纤溶酶水解基质蛋白酶原成活性基质蛋白酶,活性基质蛋白酶又激活其他的蛋白酶原,形成正反馈环,当胶原酶的羧基末端被基质蛋白酶水解后,其蛋白溶解活性增加5-8倍。细胞因子、蛋白水解酶、自由基等都可能参与MMPs酶原的激活。2.3timps抑制剂MMPs抑制剂包括非特异性抑制剂、基质金属蛋白酶组织抑制剂(TIMPs)和合成抑制剂。血浆中的α2巨球蛋白是一种非特异性蛋白酶抑制因子,能抑制MMPs的活性。但其高达7.50x105的分子质量降低了其组织穿透力,限制了其作为抑制剂的效率。TIMPs为MMPs的特异性抑制因子,现已发现4种TIMPs,分别命名TIMP-1,TIMP-2,TIMP-3,TIMP-4。其中TIMP-1为MMP-9的特异性抑制物,TIMP-2为MMP-2的特异性抑制物。TIMPs一般与MMPs酶原按1:1比例以非共价键形式形成复合体,来阻断其激活;也可与已激活的MMPs结合来抑制其活性,对于维持ECM的稳态有重要作用。3mmps与sbb的关系脑组织中多种细胞可表达MMPs,星型胶质细胞、神经元细胞、少突胶质细胞、血管内皮细胞、外膜细胞和小胶质细胞都能产生和释放MMPs。在不同的刺激物作用下,各种细胞释放的MMPs种类有所不同。IL-1及TNF-α等炎症因子与MMPs密切相关。Ⅳ型胶原是细胞外基质的主要结构蛋白,脑毛细血管壁以Ⅳ型胶原、层粘蛋白和纤粘蛋白作为基底膜的主要组成成分,MMPs降解ECM和脑血管基底膜,使BBB通透性增高或开放,导致血管源性脑水肿和继发性脑组织损伤。由于MMP-2、MMP-9和MMP-3的作用底物是脑内毛细血管基膜的主要成分,因此与BBB关系更为密切。Leppert等发现,在颅内感染的炎症反应中,MMPs使BBB及血-神经屏障(Blood-nervebarrier)开放,血管起源的免疫细胞侵人到神经组织。在急性炎症过程中,炎症细胞除产生MMPs外,还释放出多种细胞因子,如TNF-α、IL-1、IL-6及血管内皮生长因子等,这些细胞因子通过增强MMPs的表达及生成导致脑毛细血管通透性增高,并与MMPs相互作用促进宿主的炎症反应。3.1timp-1与csf的相关性Kolb等在病毒性脑炎的临床研究中发现,1/3患者脑脊液(Cerebrospinalfluid,CSF)中可检测到MMP-9活性,而正常对照组则检测不出,而且CSF中的TIMP-1与正常对照组相比增加了3倍,其水平也与CSF中的蛋白质浓度相关。病毒性脑炎的白细胞入侵到CSF产生MMP-9,其脑损伤作用可被TIMP-1所抑制。Martinez-Torres等在实验性单纯疱疹病毒脑炎中发现,在鼠感染单纯疱疹病毒后第7、21和180天MMP-2的蛋白质和mRNA表达增高,而MMP-9在感染后第21和180天增高,提示在病毒感染的早期MMP-2对脑组织损伤起主要作用。3.2结核性瞳体细胞生物学特性在细菌性脑膜炎中,细菌入侵CNS后使脑组织和血管壁本身发生炎症反应,细胞因子产生增多,毛细血管内皮损伤使其通透性增加,BBB受损开放,通透性增加,继而导致脑组织损伤及神经元破坏。Kieseier等在流行性脑膜炎的大鼠模型中发现,脑膜炎双球菌感染后6h大鼠CSF中的白细胞数及MMP-3、MMP-9、MMP-13均有升高,而MMP-2、MMP-7、MMP-11表达与对照组无显著差异,同时发现颅内压增高,CSF中淋巴细胞增多。Leib等通过对大鼠细菌性脑膜炎的研究发现,脑室内注射肺炎球菌20h后,CSF中编码MMP-3、MMP-7、MMP-8、MMP-9和TNF-α的mRNA表达较对照组明显升高,而MMP-2的表达下调。同时脑脊液中MMP-9、TNF-α水平亦明显上升,两者之间表现出明显的相关性。MMPs抑制剂GM6001可显著减轻血脑屏障破坏,降低CSF中MMP-9、TNF-α水平,并且在感染后25.5±5.7h的病理组织检查中发现脑皮质神经元的损伤由3.5%减少到0,病死率降低,有效地保护了脑组织,表明其对MMP-9和TNF-α的脑损伤有抑制作用。在结核菌性脑膜脑炎病人的CSF中也可发现MMP-9升高,且与中枢神经系统并发症(如意识障碍、精神异常等)有关。Matsuuar等在临床研究中发现,结核性脑膜炎的单核细胞是MMP-9和MMP-2的来源。Price等的体外研究发现,人单核细胞感染有毒力的M型结核杆菌后,以一种剂量依赖的方式分泌MMP-9,在24h时MMP-9浓度较对照组上升了10倍,但TIMP-1的基因表达和分泌水平在24h与对照组相比无明显差异,在48h仅升高了5倍。体内研究显示,结核菌性脑膜脑炎患者CSF中单核细胞的MMP-9浓度比病毒性脑炎和其他细菌性脑膜炎高,但TIMP-1的升高不明显。亚急性脑膜炎患者CSF中MMP-9含量均有升高,提示CSF中MMP-9的升高可作为神经系统炎症反应的一个标志物。Leppert等的实验还显示CSF中高水平的MMP-9是脑膜炎病人留有神经系统后遗症的危险因素。3.3hivd患者csf的变化人类免疫缺陷病毒(HIV)感染后可引起HIV-1相关的认知-运动障碍综合症即HIV痴呆(HIVD)。目前研究认为HIVD的产生与血脑屏障通透性的改变有关,而引起血脑屏障通透性改变的一个重要因素是HIVD患者MMPs活性升高。Conant等研究发现HIVD患者的CSF中MMP-2、MMP-7、MMP-9水平升高,认为HIV感染单核细胞产生的TNF-α刺激脑内小胶质细胞、星形胶质细胞、巨噬细胞、神经元等产生大量高活性的MMP-2、MMP-7、MMP-9,它们作用于血管基底膜的重要成分-黏蛋白、层黏素、Ⅳ型胶原,使血脑屏障通透性升高,单核细胞和毒性血清蛋白进入CNS,引起HIV脑部病变。动物实验证实,注射重组HIV-1Nef蛋白的小鼠CSF中MMP-9表达增强。Liuzzi等发现,在77%～100%的HIV感染者CSF中出现MMP-9活性增高,在合并新型隐球菌脑膜炎、巨细胞病毒脑炎、结核菌性脑膜脑炎的患者CSF中MMP-9水平最高。MMP-9通过降解ECM,破坏BBB而导致HIV感染的神经系统损伤。4timps抑制剂目前,对MMPs及TIMPs的许多研究正在进行中,已有的研究结果提示人们可通过阻断MMPs的作用来抑制中枢神经系统感染性疾病,从而达到控制和治疗疾病的目的。TIMPs作为一种内源性的MMPs组织特异型抑制剂,可下调MMPs的活性,对于维持ECM的稳态有重要作用。TIMPs可在多个环节抑制MMPs的作用,如阻碍MMPs介导的内皮细胞移动;抑制基质中促血管生成因子释放,进而抑制血管的生成,防止ECM降解等。已有大量的研究证实MMPs广泛参与了颅内感染的病理过程,因此,MMPs抑制剂有望成为一种治疗神经系统感染的新手段。该类药物发挥抑制作用是由于它的羟化物结构能够结合MMPs的Zn2+接触反应区,从而抑制其转化为活酶。已有令人乐观的动物实验结果:MMPs抑制剂GM6001可有效对抗MMP-2导致的BBB破坏,从而保护神经组织;羟化物可减轻实验性变态反应性脑脊髓炎动物的症状;BB-94可对抗TNF-α导致的BBB破坏;MMPs抑制剂BB-1101可缓解脂肪酶对BBB的损伤。这些结果使人们增加了开发MMPs抑制剂的信心。但合成的MMPs抑制剂溶解性差,作用广谱而无特异性,治疗效果不佳。因此,开发MMPs抑制剂的关