雌激素缺乏致膜性基质金属蛋白酶－1减少在骨质疏松性骨折发生过程中的作用

王迎彬，黄秀峰

（1.右江民族医学院2014级硕士研究生，广西 百色 533000 E－mail：1125166378＠qq.com；2.右江民族医学院基础医学院，广西 百色 533000）

膜性基质金属蛋白酶－1（membrane－type 1matrix metalloproteinase，MT1－MMP／MMP14），是在20 世纪90年代中期第一个被发现的基质金属蛋白酶成员［1］。是一种细胞膜上主要分解细胞外基质的蛋白水解酶，由582 个氨基酸构成，其基因位于14q11，包含有10 个外显子和9 个内含子。MMP14 可降解Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原和切割黏附分子、生长因子和细胞表面受体等［2］，在创伤愈合、骨发育、血管生成、炎症和肿瘤侵入转移等过程中起着重要作用，其主要存在于成骨细胞和破骨细胞中，对骨的代谢起着很重要的作用。然而骨组织细胞主要是由成骨细胞和破骨细胞组成，骨质疏松骨折是成骨细胞和破骨细胞代谢异常导致的，有学者研究发现MMP14在骨质疏松性骨折当起着关键的作用。目前骨质疏松性骨折现象越来越突出，尤其是女性绝经后引发的骨质疏松骨折尤为突出，国内外对MMP14 的研究更多的是关注它在肿瘤侵入转移方面［3－4］，而在MMP14 与雌激素减少性骨质疏松性骨折的尚未发现很多的研究性报道。本文就雌激素在MMP14缺乏性骨质疏松骨折发生过程中作用的研究进行综述。

非创伤性骨质疏松性骨折是在非外界因素作用下，由于骨中矿物质密度（BMD）减少和脆性增加，而导致骨头断裂的一种疾病［5］。骨质疏松性骨折的致残率非常高，严重地降低了人们的生活质量。雌激素缺乏是公认的绝经后骨质疏松症（PMO）发生的关键因素，有研究显示50岁以后的女性由于骨质疏松导致骨折的风险将会增加20%［6］。同时，有部分国外学者通过实验研究发现缺乏MMP14的小鼠出现骨量丢失，并且证实了MMP14在骨的形成和生长当中起到了不可或缺的作用，说明MMP14与骨质疏松性骨折存在确定的联系。

研究表明［7－8］，雌激素缺乏可导致患者骨细胞减少且比例失调，引起MMP14的表达减少，导致NFκB配子活性受体（receptor activator of nuclear factor kB Ligand，RANKL）裂解的减弱，Ⅰ型胶原纤维的降解和破骨细胞数量增加，骨代谢紊乱，最终致骨吸收增加，骨胶原大量丢失，骨盐失去依附，骨密度减少，骨脆性增加，从而引起骨质疏松性骨折。

1 雌激素缺乏致MMP14减少与骨质疏松性骨折

雌激素缺乏可以导致破骨细胞数量和成骨细胞表达MMP14减少，引起Ⅰ型胶原纤维的裂解增加，导致骨细胞坏死，骨密度降低，骨的脆性增加。再者，雌激素 可以使RANKL 的 裂 解 降 低［8］，RANKL 可 促 进 破骨细胞的成熟，从而使破骨细胞数量增多［9］，骨吸收增加，骨质大量丢失，骨密度降低，因此在两者共同作用下最终形成骨质疏松。此外，也有一些学者研究发现绝经后女性未成熟的TNF－α增多，也会增加破骨细胞数量。由于处在长时间缺乏雌激素、骨质大量流失、骨密度进一步降低这样的恶性循环中，骨的脆性大大增加，最终导致骨质疏松性骨折。

1.1 Ⅰ型胶原纤维裂解增加致骨结构破坏、骨脆性增加 骨组织是由1／3 有机基质和2／3 无机基质构成，其中Ⅰ型胶原蛋白占骨有机基质的80% ～90%［10－11］，Ⅰ型胶原的代谢状况与骨骼代谢密切相关。Hikita A 等［8］研究发现Ⅰ型胶原是抑制成骨细胞增殖，促进成骨，即对成骨细胞发挥促分化作用，并且随着外源性Ⅰ型胶原的降解及成骨细胞合成的MMP14成分的增多，这种抑制作用可能会消失。Holmbeck等［7］研究也发现MMP14可以切割Ⅰ型胶原，同时也是骨细胞的正常生成和维持所必需的。因此MMP14对结构和骨代谢非常重要。

1.2 RANKL的水解异常导致骨吸收增加、骨密度降低 RANKL被称为细胞因子，也称为骨保护素配体，也是破骨细胞生成的关键调节因子。最新研究发现，MMP14是成骨细胞表达的NF－κB 配子活性受体的主要蛋白水解酶［8］。MMP14通过蛋白水解成骨细胞的RANKL形成可溶性的RANKL 胞外片段，降低成骨细胞的跨膜RANKL 与前体破骨细胞表达的RANK 结合，减少成熟破骨细胞的生成［9］，进而抑制骨的吸收。因此，当雌激素缺乏可以导致成骨细胞表达MMP14减少，RANKL 不能被水解，增加了破骨细胞的生成，从而促进了骨的吸收，导致骨密度降低，引起骨质疏松，最终会导致骨质疏松性骨折。

2 雌激素缺乏致MMP14减少与骨质疏松性骨折的发病机制研究

目前关于雌激素缺乏性骨质疏松性骨折的研究很多，目前有一部分学者认为雌激素缺乏致骨质疏松性骨折的一个至关重要的原因是MMP14表达降低。也有学者认为由于成骨细胞减少，破骨细胞生成增多而导致骨吸收增加所致。学术界对雌激素缺乏导致MMP14减少对骨质疏松性骨折的影响目前尚未有太多的报道，现简要概述如下：

2.1 雌激素缺乏可使MMP14 mRNA 蛋白水平下降 最近有研究发现卵巢切除后体内缺乏雌激素可引起大鼠成骨细胞表达MMP14 mRNA 和蛋白水平下降［12］，相反，给予雌激素刺激可以诱导体外培养成骨细 胞 MMP14 表 达［13］，Holmbeck 等［14］通 过 对MMP14 基因缺失小鼠的研究发现，这些小鼠会出现侏儒症、骨骼畸形和骨量减少等表型。由此提示雌激素水平下降导致MMP14的表达下降与雌激素缺乏的骨质疏松症骨折发生有关。

2.2 TNF－a增多导致骨吸收增加、骨脆性增强 TNF－α 是调节骨代谢的重要细胞因子，研究表明［15－16］MMP14 可切割前体TNF－α而生成成熟活性的TNF－α，TNF－α与它的受体1结合可促进前体破骨细胞分化形成成熟的破骨细胞，并活化和存活破骨细胞。d’Ortho等［17］发现MT1－MMP 首先将相对分子质量为26 000的TNF－α前体蛋白裂解为相对分子质量为17 000的TNF－α成熟蛋白，然后迅速将其分解为相对分子质量为13 000 的无活性小分子物质，从而减少破骨细胞的数量，降低骨吸收。因此，MMP14降解TNF－α在骨吸收过程中起重要的抑制作用。

上述各种机制共同导致雌激素缺乏的MMP14降低性骨质疏松性骨折患者骨代谢生理变化，Ⅰ型胶原纤维降解增多和TNF－α裂解降低，就不能使骨细胞正常地生成和维持其生存所必需的常量，或RANKL不能被正常地水解，使破骨细胞与之大量结合，促使破骨细胞的生成增多。这些因素导致骨吸收增加，骨胶原大量丢失，骨盐失去依附，骨密度减少，骨脆性增加，最终引起骨质疏松性骨折［18－19］。

3 展望

雌激素缺乏的MMP14降低性骨质疏松性骨折的发生是一个复杂的病理过程，学术界对雌激素缺乏的MMP14降低性骨质疏松性骨折发病机制的研究各不相同，但其间却有许多相关的联系。MMP14 在雌激素缺乏性骨质疏松性骨折发病机制的研究中被一些学者所接受。吴小涛等［13］通过给去卵巢大鼠雌激素刺激，发现可以诱导体外培养成骨细胞MMP14表达，并且取得较好的效果。由此可见，雌激素缺乏引起的MMP14降低对骨质疏松性骨折的发生起到重要的作用。目前对于雌激素缺乏引起的骨质疏松，相当一部分使用雌激素的替代治疗，然而长时间的使用雌激素可以诱发子宫内膜癌、宫颈癌、乳腺癌、代谢紊乱等风险。现在随着科技和医疗水平的不断发展，已经证实机体骨代谢与内分泌系统、免疫系统之间存在着一定的关系，三者形成“内分泌—免疫—骨代谢”调节网络，在骨代谢过程发挥着复杂而精细的调控作用［20］。未来在雌激素缺乏性骨质疏松性骨折的防治方面，运用“内分泌—免疫—骨代谢”调节网络对雌激素缺乏性骨质疏松骨折的预后将产生积极的影响。

［1］ Sato H，Takino T，Okada Y，et al.A matrix metalloproteinase expressed on the surface of invasive tumor cells［J］.Nature，1994，370（6484）：61－65.

［2］ Sato H，Takino T，Miyamori H.Roles of membranetype matrix metalloproteinase－1in tumor invasion and metastasis［J］.Cancer Sci，2005，96（4）：212－217.

［3］ Eisenach PA，de Sampaio PC，Murphy G，et al.Membrane－type 1 matrix metalloproteinase（MT1－MMP）ubiquitination at Lys581 increases cellular invasion through typeⅠcollagen［J］.J Biol Chem，2012，287（14）：11533－11545.

［4］ Itoh Y.Metalloproteinase binding proteins：WO 20090 97397［J］.Expert Opin Ther Pat，2010，20（8）：1091－1095.

［5］ Willson T，Nelson SD，Newbold J，et al.The clinical epidemiology of male osteoporosis：a review of the recent literature［J］.Clin Epidemiol，2015，7：65－76.

［6］ 缪建奇.中西医结合治疗绝经后骨质疏松症临床生化指标观察［J］.中国应用生理学杂志，2008，24（1）：54－55.

［7］ Holmbeck K，Bianco P，Pidoux I，et al.The metalloproteinase MT1－MMP is required for normal development and maintenance of osteocyte processes in bone［J］.Journal of Cell Science，2005，118（Pt 1）：147－156.

［8］ Hikita A，Tanaka S.Ectodomain shedding of receptor activator of NF－kappaB ligand［J］.Adv Exp Med Biol，2007，602：15－21.

［9］ Hikita A，Yana I，Wakeyama H，et al.Negative regulateon of osterclastogenesis by ectodomain shedding of receptor activator of NF－κB ligand［J］.J Biological Chemistry，2006，281（48）：36846－36855.

［10］ Oxlund H，Mosekilde L，Ortoft G.Reduced concentration of collagen reducible cross links in human trabecular bone with respect to age and osteoporosis［J］.Bone，1996，19（5）：479－484.

［11］ Garnero P，Sornay－Rendu E，Chapuy MC，et al.Increased bone tu rnover in late postmenopausal women is a major determinant of osteoporosis［J］.J Bone Miner Res，1996，11（3）：337－349.

［12］ Liao EY，Liao HJ，Guo LJ，et al.Membrane－type matrix metalloproteinase－1（MT1－MMP）is down－regulated in estrogen－deficient rat osteoblast in vivo［J］.J Endocrinol Invest，2004，27（1）：1－5.

［13］ 吴小涛，陈晓钢，许勇，等.香豆雌酚对去卵巢大鼠成骨细胞MT1－MMP 和TIMP－1 基因表达的影响［J］.中国骨质疏松杂志，2007，13（11）：764－768.

［14］ Holmbeck K，Bianco P，Caterina J，et al.MT1－MMP－deficient mice develop dwarfism，osteopenia，arthritis and connective tissue disease due to inadequate collagen turnover［J］.Cell，1999，99（1）：81－92.

［15］ Tam EM，Morrison CJ，Wu YI，et al.Membrane protease proteomics：Isotope－coded affinity tag MS identification of undescribed MT1－matrix metalloproteinase substrates［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2004，101（18）：6917－6922.

［16］ Feng X.Regulatory roles and molecular signaling of TNF family members in osteoclasts［J］.Gene，2005，350（1）：1－13.

［17］ d’Ortho MP，Will H，Atkinson S，et al.Membrane－type matrix metalloproteinases 1and 2exhibit broad－spectrum proteolytic capacities comparable to many matrix metalloproteinases［J］.Eur J Biochem，1997，250（3）：751－757.

［18］ Gearing AJ，Beckett P，Christodoulou M，et al.Processing of tumor factor－alpha precursor by metalloproteinase［J］.Nature，1994，370（6490）：555－557.

［19］ McGeehan GM，Bechere JD，Bast RC Jr，et al.Regulation of tumour necrosis factor－alpha processing by a metalloproteinase inhibitor［J］.Nature，1994，370（6490）：558－561.

［20］ Luo CY，Wang L，Sun C，et al.Estrogen enhances the functions of CD4（＋）CD25（＋）Foxp3（＋）regulatory T cells that suppress osteoclast differentiation and bone resorption in vitro［J］.Cell Mol Immunol，2011，8（1）：50－58.