基质金属蛋白酶在多发性硬化中的研究进展

李琼玉(综述)，洪铭范(审校)

(广东药学院附属第一医院神经内科,广州 510080)

多发性硬化(multiple sclerosis,MS)是一种慢性中枢神经系统(central nervous system，CNS)炎性脱髓鞘的自身免疫性疾病。临床表现为时间和空间的多发性，大部分患者具有缓解-复发的病程，表现为运动、感觉、精神和认知障碍，严重影响患者的生活质量。其病因及发病机制至今尚不完全明确，临床上尚无有效的根治方法。近年来，随着生物技术和分子生物学的高速发展，越来越多的研究表明基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)，尤其是MMP-9参与MS的病理过程。该文就目前MMPs在MS中的作用及其治疗关系的研究进展予以综述。

1 MMPs分类及生物学特性

1.1MMPs分类 MMPs是由单核巨噬细胞、内皮细胞、结缔组织细胞、中性粒细胞等多种细胞合成与分泌的一类蛋白水解酶，是降解细胞外基质必不可少的酶类，可降解细胞外基质和基膜的多种蛋白质，到目前为止已分离鉴别出28种MMPs，称为MMP家族[1]。根据其底物的特异性和氨基酸序列的相似性，可将MMPs分为六类[1-2]：胶原酶类(MMP-1、MMP-8、MMP-13、MMP-18)、明胶酶类(MMP-2、MMP-9)、基质溶解素类(MMP-3、MMP-10和MMP-11)、Matrilysins(MMP-7和MMP-26)、膜型MMPs(MMP-14、MMP-15、MMP-16、MMP-24、MMP-17和MMP-25)和其他MMPs(MMP-19、MMP-23、MMP-28)。

1.2MMPs生物学特性 MMPs是一种高度保守的钙锌依赖性的肽链内切酶，尽管其种类繁多，大小不一，对底物的专一性不同，但都有一些共同的功能结构域[1]，包括信号肽序列、前肽区、铰链区、催化区域、C端区，其中锌离子结合位点在催化区域，发挥对酶的催化作用；分泌型MMPs以无活性的酶原形式存在，膜型MMPs在细胞基质以活化形式分泌；活性都依赖于催化区锌离子的存在；组织基质金属蛋白酶抑制物(tissue inhibitors of metalloproteinases,TIMP)是其天然的抑制物；MMPs活化后可降解细胞外基质，参与组织修复、生长、防御及免疫应答，同时还可以激活或抑制很多信号分子，如受体、黏附分子和生长因子，其表达可受到刺激因素(如生长因子、细胞因子等)的触发[3]。

2 MMPs在MS和实验性自身免疫性脑脊髓炎中的异常表达

在正常的脑组织中某些MMPs呈低水平表达，病理状态下则出现表达增加，如MMP-9在一些病理情况下，其基因转录活性增强，表达增加。已有众多的动物实验及组织病理研究证实MS发病过程中各个环节MMPs均有异常表达，并且在临床上也得到了验证。Cossins等[4]和Lindberg等[5]在MS患者的脑组织标本中发现，病灶周围的巨噬细胞、淋巴细胞中MMP-2、MMP-7和MMP-9表达是升高的，其中MMP-9和MMP-7在病灶中的RNA水平被上调。实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)动物模型是国际公认的研究MS的理想模型，EAE模型研究表明，发病高峰期，多种MMPs表达水平是升高的，包括MMP-2,-3,-8,-9,-10,-11,-12,-13,-14,-19,-25，尤其是MMP-12升高最明显，可达正常水平的157.5倍，其次是MMP-3，而MMP-17和MMP-28表达却表现为下降[6-7]。以上MMPs的功能及其在MS中的作用仍不明确。

近年来，对MS患者血清和脑脊液中的MMPs研究的种类也日渐增多。最初的研究主要是MMP-9，大量研究表明MMP-9在MS患者血清、脑脊液、白细胞及MS病灶中是升高的[8-9]。血浆MMP-9在疾病活动初期迅速升高，急性期脑脊液水平也明显升高，脑脊液MMP-9的水平与磁共振成像提示的病灶活动性相一致，急性期过后血浆和脑脊液MMP-9水平明显下降，可能与急性期后相关免疫过程趋于缓和有关[10]。叶励超等[11]研究发现，缓解-复发型MS急性期患者血清活性MMP-9水平较正常体检者和缓解期组均显著升高，但是MMP-9的抑制剂TIMP-1水平显著降低，MMP-9/TIMP-1比值明显升高。血浆和脑脊液MMP-9水平在急性期的变化表明MMP-9与疾病的活动密切相关，对血浆和脑脊液MMP-9的检测可能成为判断MS病情变化的生物学指标。另外，Yιlmaz等[8]在MS儿童患者研究中发现，血清中的MMP-7明显下降，而MS成人及EAE模型研究的结果为MMP-7在疾病的高峰期病灶多为高表达，这种差异可能与检测方法、选择研究对象及其样本量差异有关[12]。MMP-2是众多MMPs中最具有争议性的，在缓解-复发型MS中鞘内MMP-2的产生是明显升高的，但是用不同的实验方法MMP-2在血清、脑脊液和脱髓鞘病灶中的表达是不一致的[13]，其确切原因尚待进一步研究。

3 MMPs在MS和EAE中的作用及其相关机制

MS是CNS白质损伤为主的脱髓鞘疾病，从病理角度看来，其环节包括血脑屏障破坏、血管周围炎性细胞侵入CNS、髓鞘破坏、轴索损伤及促进疾病发生的细胞因子释放等，血脑屏障的破坏出现在MS发病前期，同时伴有炎性细胞浸润，随后才逐渐出现髓鞘的破坏和临床症状。目前，众多的实验研究表明，多种MMPs家族成员，尤其是MMP-9参与介导EAE及MS的以上发病的各个环节。MMPs在疾病中起着促进作用。尽管如此，某些MMPs在病程中起着积极有利的作用，其缺乏也可能导致疾病的发生。

3.1MMPs在MS和EAE中的促进作用 综合各种实验研究可知，MMPs可能通过以下途径促进MS和EAE的发生、发展。

3.1.1破坏血脑屏障降解细胞外基质与促进炎性细胞向CNS迁徙 MMP-9几乎能降解所有的细胞外基质成分，包括Ⅳ型胶原层粘连蛋白和纤维连接蛋白，增加血管内皮通透性，破坏血管壁的结构。Dong等[14]对不同类型的EAE脑组织标本进行免疫组织化学试验发现，急性EAE脑组织和血管周围迅速遭受到广泛的炎性细胞浸润和髓鞘脱失，病灶中的血管周围炎性细胞、血管内皮细胞、脑膜细胞、神经纤维细胞等MMP-2和MMP-9的表达不同程度升高。而且MMP-9在EAE大鼠中枢组织高表达早于临床症状的出现，在脊髓中的表达要早于脑组织和外周血[15]。MS复发患者血清中的MMP-9水平与神经功能评分以及脑脊液和血清中白蛋白比值密切相关[16]。可推测，MMP-2和MMP-9在EAE早期引起血脑屏障破坏，有利于免疫细胞的浸润和迁移，诱发肿瘤坏死因子α的释放[7]，而后者则参与了MS的发病机制。此外，MMP-9降解后的基质片段可起到明显的趋化作用，促使巨噬细胞等多种炎性细胞穿过破坏的血脑屏障，进入CNS，继而引起髓鞘脱失、轴索损伤。与MMP-9相比，MMP-2在MS的发病机制中的作用颇具争议，MMP-2在MS的恢复期活动明显，可减少炎性反应，缓解病情；它在MS中的过度表达既可以起到保护作用又可起到损害作用，因为MMP-2可以促进组织再生也可以协助CD4+Th1和巨噬细胞进入血脑屏障，损伤轴突[13]。此外，在EAE发病过程中，巨噬细胞分泌大量的MMP-7，血管周围的MMP-7可降低内皮细胞间的接触，促进免疫细胞通过血脑屏障[12]。

3.1.2降解髓鞘碱性蛋白 MMPs可以降解髓鞘碱性蛋白(myelin basic protein,MBP)[7]，促进肿瘤坏死因子α等细胞因子成熟从而参与疾病的发生，同时其降解产物可扩散抗原表位，增强自身免疫反应[17]。体外实验发现，MBP对MMP-2，-8，-9，-10,-12和膜固定性(membrane-tethered,MT)-MMP,MT4-MMP,MT5-MMP,MT6-MMP的水解作用敏感，尤其是MT6-MMP对其降解效果更强。MT6-MMP在MS水解MBP发病机制中起重要的作用，其作用机制是水解免疫细胞中的Golli-MBP亚型后引起特异性自身免疫性T细胞的激活，后者通过破坏的血脑屏障进入脑实质并识别神经元BMP，同时，在大脑内引起炎症，导致多种MMPs的上调和BMP的广泛水解，最终引起MS[18]。因此，可以以MT6-MMP为靶点研究新的、有效的治疗MS的方法。

3.1.3MMPs在Fas-FasL中的作用 Fas及FasL是近年来研究最为深入的有关细胞凋亡的膜表面分子，FasL是通过激活T细胞诱导细胞凋亡的重要因素，在EAE的恢复阶段尤为重要。MMP-7可能通过切断FasL降低中枢免疫逃避作用[19]。浸润中枢的巨噬细胞可以产生局部的高浓度MMP-7，造成FasL局部脱落，使中枢的免疫逃避减弱，从而引起免疫反应的扩散。MMPs可以稳定少突胶质细胞表面Fas,使T细胞表面的FasL容易与之结合,介导T细胞毒性作用,造成少突胶质细胞死亡[20]。

3.2MMPs在MS和EAE中的积极作用 Goncalves DaSilva等[21]研究发现，与同窝出生的带有MMP-12基因的小鼠对照，MMP-12裸鼠被诱导发生EAE后临床症状更严重，脊髓炎症范围更广，促炎性细胞因子升高更明显。在MMP-12裸鼠中，Th1/Th2比例明显升高，MMP-12可以诱导T细胞向Th2极化，降低Th1/Th2比例，从而起到抗炎保护作用[6]。因此，MMP-12在EAE和MS恢复中是不可缺少的，在抑制多种MMPs为靶点治疗MS的同时要注意避免抑制MMP-12。

4 MMPs抑制剂(TIMP-1)在MS和EAE中的作用

TIMP-1是MMP-2、MMP-9的天然抑制剂，是抑制其活性的多功能因子，MMP-9和TIMP-1免疫失调在MS的发病中起重要作用[16]。大量研究表明，在EAE[22]或MS[11，16]患者血清、脑脊液中TIMP-1的水平下降，MMP-9/TIMP-1比值明显上升。在EAE发病过程中，持续的、高剂量的TIMP-1既不会影响神经组织的修复又不会损害其行为功能，TIMP-1起着保护神经和缓解病情的作用[22]。因此，TIMP-1可作为一种安全的治疗MS的候选手段。尽管如此，最近Adamson等[23]研究发现TIMP-1可由Th1和Th17选择性地产生，而Th1和Th17来源的TIMP-1促进EAE的发生、发展，因为它可以增强炎性细胞的存活能力，其具体的作用机制尚不明确。TIMP-1在EAE和MS中的作用是一个多因素参与的复杂过程，TIMP-1在MS和EAE中的作用仍需进一步研究。

5 MMPs与MS的治疗

近年来，MS的治疗取得了极大的进展，但很多药物的治疗机制仍不明确，包括MS缓解期调节治疗的一线药物干扰素β、糖皮质激素、米诺环素和雌二醇等，随着对其作用机制研究资料的不断积累，发现这些药物对MMPs的抑制作用可能是其治疗机制之一。大量研究表明，缓解-复发型MS患者MMP-9的表达明显升高，TIMP-1表达下降，MMP-9/TIMP-1比值升高，给予干扰素β治疗1年后MMP-9下降至正常水平，而TIMP-1明显上升[9,24]，MMP-9/TIMP-1比值恢复正常，病情缓解，提示干扰素β可以修复MMP-9和TIMP-1间的平衡，缓解病情。糖皮质激素目前仍然是MS急性期治疗的主要药物，张兴鹤等[25]研究发现，糖皮质激素可以减少MMP-9上升时间、幅度，诱导TIMP-1的表达，缩短病程，加速症状的缓解。鉴于糖皮质激素的优越性，可推测特异性糖皮质激素受体激动剂有望成为治疗MS的有效新药物。雌二醇可抑制MMP-9的产生[26]，减少血脑屏障破坏，米诺环素可上调TIMP-1水平而抑制明胶酶对血脑屏障的破坏作用[27]，防止免疫活性细胞侵入CNS，减轻炎性反应。另外，最近新发现一种细胞外基质金属蛋白酶诱导物(extracellular matrix metalloproteinase inducer，EMMPRIN),其主要功能是诱导MMPs表达，正常情况其广泛存在于大脑，在血管内皮细胞中的表达是有限的；在EAE大鼠中血管袖套样改变区EMMPRIN升高的水平与MMP-9是相一致的；给予抗EMMPRIN治疗后，MMPs的活性下降，病情减轻；其作用是通过下调MMP-9的表达，抑制其对血脑屏障的破坏作用从而减少白细胞浸润CNS[28-29]。因此，抗EMMPRIN对EAE的治疗为MS治疗提供了新思路。

6 结 语

MMPs在MS中的作用十分复杂，目前尚处于研究阶段。由于研究者所采用的实验方法、取材、实验追踪时间长短和患者的所处病程不同，得出的结果不一，目前尚无确凿依据表明MMPs与MS的特定关系。对MMPs的研究有助于更进一步了解MS的发病机制及其病理生理过程，并为MS的预防和治疗提供新的思路。靶向控制MMPs的水平对MS患者是否有效或可能产生严重的不良反应尚待深入研究。

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