腦缺血――基質(zhì)金屬蛋白酶-9與血腦屏障損傷的研究進展

1、腦缺血基質(zhì)金屬蛋白酶-9與血腦屏障損傷的研究進展唐坤裕昆明醫(yī)科大學第二附屬醫(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)最重要的細胞外基質(zhì)降解酶，與腦缺血中血腦屏障的破壞關系最為密切。明確腦缺血時基質(zhì)金屬蛋白酶-9與血腦屏障損傷的內(nèi)在聯(lián)系，對于分析腦缺血病理過程及缺血后治療起著重要作用。關鍵詞：腦缺血；基質(zhì)金屬蛋白酶-9；血腦屏障中圖分類號：R743 文獻標識碼：ACerebral Ischemia-Tang Kunyu（Dept. of Neurology The 2nd A

2、ffiliated Hospital of Kunming Medical University Kunming Yunnan 650101 China）Abstract: Keywords: 1. 引言腦卒中是當前嚴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）作為細胞外基質(zhì)的重要調(diào)節(jié)蛋白酶，其激活被認為是腦缺血BBB損傷的直接原因2。本文通過闡

3、述MMP-9與BBB之間關系，揭示腦缺血發(fā)生發(fā)展過程中的某些損傷機制，并對其進行有效干預手段達到卒中預防及治療的目的。2. 腦缺血中血腦屏障損傷3. MMP-9的結構及功能4. MMP-9的激活與血腦屏障損傷5. 結語2. MMP-9的結構及生理功能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的結構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參與組織結構的維持，在機體ECM的更新與降解、損傷修復、血管再生、腫瘤發(fā)生發(fā)展、炎癥反應等過程中發(fā)揮著重要作用。生理條件下，MMPs主要以無活性的酶原（pro-MMPs）形式存在,體內(nèi)不表達或低表達5。腦缺血及再灌注可誘導MMPs的表達，腦梗死患者發(fā)病時急性期MMPs水平明顯升高，可以降解細胞外基質(zhì)造成血管通透性增加、血腦屏障開放，致血管源性腦水腫，同時活化的炎細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與血腦屏障損傷關系最為密切20。3. 基質(zhì)金屬蛋白酶-9的結構與活性調(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)皮細胞、星形膠質(zhì)細胞、海馬神經(jīng)元和小膠質(zhì)細胞等細胞分泌21。其分子結構為其他MMPs相同，從N 端至C端依次為信號肽、前肽、催化區(qū)。MMP-9的催化區(qū)還含3個重復的型纖維連接蛋白，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)腺苷酸依賴途徑進行DNA轉錄，激素、生長因子和炎性細胞活素均可引起DNA轉錄的激活3。半胱氨酸作為MMP-9的活性調(diào)節(jié)的重要基團。在pro-MMP-9中，半胱氨酸與鋅結合，以阻礙鋅與活性中心的結合，維持酶原的狀態(tài)；當各種因素使半胱氨酸基團發(fā)生改變，鋅與活性中心結合，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形成復合物，抑制MMP-9的功能7。4. MMP-9造成血腦屏障損傷的機制與作用4.1 血腦屏障的結構與功能 血腦屏障是存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)與外周血液循環(huán)之間的動態(tài)調(diào)節(jié)界面8。BBB主要由以下結構組成：無窗孔的腦微血管內(nèi)皮細胞及其細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構基礎。連續(xù)的血管基底膜包繞周細胞和內(nèi)皮細胞，構成BBB的第二道隔膜，是維持BBB完整性的重要結構基礎，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。周細胞間斷地貼附于內(nèi)皮細胞外表面，主要位于微血管分支處。星形膠質(zhì)細胞的終足形成鞘緊密包繞血管壁，覆蓋毛細血管表面積的85%。血腦屏障在生理情況下控制進入神經(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的作用部位與表達部位 腦缺血時，MMP-9主要表達于血管內(nèi)皮細胞，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，構成緊密連接的膜周蛋白-1（ZO-1）同時是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，光密度計法分析示腦缺血24h時，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，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)細胞尤其是星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞也可見少量表達，此外, MMP-9還可見于小腦的顆粒細胞和浦肯野細胞。Minoru等10利用大鼠大腦中動脈栓塞模型發(fā)現(xiàn)，缺血16h時MMP

9、-9在皮質(zhì)和紋狀體的缺血區(qū)域表達上調(diào)，24h時更為明顯，主要出現(xiàn)在血管的內(nèi)皮細胞中，同時在腦實質(zhì)中存在部分表達。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顯著，同時在小神經(jīng)膠質(zhì)細胞、星形膠質(zhì)細胞及中性粒細胞中也有表達。以上傾向認為腦組織缺血時，MMP-9主要表達于缺血組織的血管內(nèi)皮細胞。4.3 腦缺血中MMP-9的變化 Rosenberg 等13首次對腦梗死動物MMP-9進行動態(tài)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，大腦中動脈閉塞后4h，MMP-9水平上升，12h和24h梗死灶內(nèi)MMP-9的表達明顯增加，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)細胞凋亡級聯(lián)反應中的某個環(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)損害方面的主導作用所致15。中性粒細胞作為MMP-9主要的細胞來源，反過來MMP-9又可促進白細胞募集，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，腦細胞水腫達到高峰，以后逐漸下降。并測定大鼠腦組織含水量與運用PCR法檢測MMP-9 mRNA的表達，其結果顯示，腦缺血后MMP-9mRNA的表達在48小時內(nèi)逐

11、漸增加，在48小時達到高峰，其后逐漸下降的變化過程。表明MMP-9與缺血后細胞水腫有著密切的關系，可能參與了細胞水腫的形成。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)域中性粒細胞浸潤嚴重，且局部MMP-9含量較高，說明炎癥性MMP-9的反應與腦卒中的出血并發(fā)癥有關。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)損害方面的主導作用所致。5. 結語大量研究證實, MMP-9是導致缺血再灌注損傷的主要因子,腦缺血再灌注時，BBB損傷的炎性機制涉及多因素、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的表達及調(diào)節(jié)機制的不斷闡明，有利于對MMP-9與血腦屏障的關系得到更好認識，及提供藥物預防與治療的參考，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1. 中華醫(yī)學會神經(jīng)病學分會腦血管病學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)生嚴重降解。所以MMP-9可能通過降解型膠原導致血腦屏障的破壞從而引起出血轉化發(fā)生。Park等9通過分別檢測梗死后不同時間點的MMP-9水平，得出了在腦梗死后急性期血漿及腦中MMP-9 都會升高的結論。Lei等10也得出相似結論。他們通過動物實驗得出血腦屏障滲透性的改變與再灌注時間有關，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后再灌注時達高峰，隨后逐漸下降，而MMP-9在3 h開始增加， 再灌注后2d達高峰，然后逐漸下降。由此可以得出MMP-9在缺血再灌注區(qū)域的表達增加與血腦屏障的滲透性增加有關。隨著組織型纖溶酶原激活物（tissue pla

27、sm inogen activator, t-PA）的大量應用以及關于溶栓后出血轉化研究的深入，也從不同角度研究了MMP-9對血腦屏障的破壞及對出血轉化發(fā)生的影響。關于t-PA與MMP-9的關系多是一些間接的實驗研究。Cuadrado等11研究表明中性粒細胞是MMP-9 的重要來源，靜脈輸注t-PA可增加出血轉化的風險，而t-PA又有促進中性粒細胞脫顆粒釋放MMP-9的作用，因此，MMP-9與繼發(fā)的出血有一定關系。Burggraf等12通過改變t-PA的濃度得出出血轉化率會隨著濃度的升高而增加的結論, 而這一結論又與t-PA的濃度升高可增加MMP-9的濃度相一致。有研究認為減少MMPs生成的米

28、諾環(huán)素同樣有抑制凋亡，抗氧化應激的作用，增加損傷后各種細胞因子及膠質(zhì)細胞的活性 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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