基质金属蛋白酶-9与血脑屏障和结核性脑膜炎

李军霞， 赵 青， 何红彦， 陈颜强 ， 张 庆， 孟艺哲， 李 薇

基质金属蛋白酶-9与血脑屏障和结核性脑膜炎

李军霞， 赵 青， 何红彦， 陈颜强 ， 张 庆， 孟艺哲， 李 薇

基质金属蛋白酶-9； 血脑屏障； 结核性脑膜炎； 单核-星形胶质细胞网络

基质金属蛋白酶-9（MMP-9，）是MMP家族中的一员，因其能降解细胞外基质和上皮细胞基底膜而广泛参与机体的生理和病理过程[1]。血脑屏障是中枢神经系统（CNS）与外周血液之间的重要屏障。在生理情况下，它能阻止血液中的病原微生物和其他大分子物质进入脑组织，从而保持了脑组织内环境的相对稳定。血脑屏障的破坏是许多CNS疾病［如多发性硬化、运动神经元病、阿尔茨海默病、结核性脑膜炎（TBM）、病毒性脑膜炎等］的病理基础[2]。TBM是结核分枝杆菌侵犯脑实质及脑膜引起的大脑炎症性病变，致残率及致死率均较高，给患者和社会带来了巨大负担。TBM多由肺结核血行播散至脑组织。近年来，关于MMP-9在血脑屏障的破坏及结核感染尤其是在TBM的发病中所发挥的作用得到广泛的研究。本文对TBM的发病机制及可能的治疗靶点作一综述。

1 MMP及其组织抑制剂

1.1 MMP

MMP是一组钙离子依赖的肽链内切酶[3]，拥有共同的功能结构域：一个信号肽、一个前肽、一个包含锌离子的结合位点催化结构域[4]。它能降解所有细胞外基质和基底膜，从而参与细胞外基质的重构，以及调节细胞与细胞、细胞与基质之间的联系。迄今为止，MMP家族共发现28个成员[5]，依据其结构和作用底物不同分为6大类（见表1）。MMP活性可被其内在抑制因子所抑制，即组织抑制因子（TIMP）。TIMP可以按1∶1比例以非共价键形式与MMP结合而抑制MMP的活性。他们同样在组织发育和重塑中表达，并具有抗血管再生和抗细胞凋亡的作用[6]。

1.2 MMP-9在神经系统中的分泌和调控

MMP-9广泛存在于CNS和外周神经系统中。其作用底物为Ⅳ型及Ⅴ型胶原，另外还降解除胶原以外的其他基质，如明胶、弹性蛋白和纤维蛋白原。神经组织中MMP-9的分泌细胞可分为3大类：①炎性细胞。如单核细胞、巨噬细胞、T淋巴细胞、中性粒细胞；②神经胶质细胞。星形胶质细胞和小胶质细胞；③组织细胞。神经元、成纤维细胞和血管内皮细胞。在生理条件下，MMP-9以前体形式（pro-MMP-9）被上述细胞分泌，在体内含量很少且活性很低，它的活性可以在转录、翻译、酶原激活及与TIMP相互作用等多个水平被多种物质所调节。研究表明，生长因子，炎性细胞因子IL-1、IL-4 、 IL-6，肿瘤坏死因子（TNFα），γ干扰素，趋化因子及糖皮质激素等[7]

表1 MMP和TIMP[3-6]

2 MMP-9与血脑屏障

血脑屏障的破坏与许多CNS疾病（如创伤性脑损伤、脑炎、多发性硬化等）紧密相关[8]。广义的脑屏障分三部分，即血脑屏障、血-脑脊液屏障、脑脊液-脑屏障。其中血脑屏障位于血液和CNS的神经组织之间，由CNS无窗孔的毛细血管内皮细胞及细胞间紧密连接、基膜、周细胞、星形胶质细胞脚板组成[9]。血脑屏障破坏时血液中的抗原成分进入脑组织，引起感染及免疫反应。血-脑脊液屏障破坏则导致血中大量炎性细胞由脉络丛进入脑脊液，促进了脑膜炎的发生。MMP-9与血脑屏障关系密切，主要体现在：①层黏素和Ⅳ型胶原是血脑屏障基膜和CNS基质的主要成分，也是MMP-9的主要作用底物；②血脑屏障的通透性主要取决于血管内皮细胞间的紧密连接，而MMP-9对于细胞间紧密联系起关键作用[10-11]。

大量实验表明，在CNS病理状态下[12-15]，如脑出血、脑梗死、多发性硬化、重症肌无力、肌萎缩侧索硬化、阿尔茨海默病时，血脑屏障被破坏，血液MMP-9含量及活性增加，引起血脑屏障通透性增加及神经系统损伤。创伤性脑损伤患者脑脊液中MMP-9含量及活性明显增加，而且应用MMP-9抑制剂褪黑素可以使创伤性脑损伤的大鼠血脑屏障的通透性得以恢复[16]；在细菌性脑膜炎小鼠模型中，MMP-9通过破坏海马区域和大脑皮质的血脑屏障而损害了小鼠的认知能力[17]；另外，Sellner等[18]发现细菌性脑膜炎大鼠脑组织中MMP-9 / TIMP-1比例与血脑屏障受损程度明显相关。

3 MMP与TBM

结核病是由结核分枝杆菌侵犯机体引起的全身性疾病，肺部结核分枝杆菌可通过血行播散至脑、骨、肾、肠道等全身多个器官，其中TBM发病率占结核感染的1 %，其病死率却高达30 %，是结核感染中最严重的类型。目前关于TBM发病机制尚未完全阐明，基于对上述MMP-9与血脑屏障关系的认识，MMP-9在结核分枝杆菌感染，尤其是TBM发病中的作用受到广泛关注。

3.1 MMP-9与结核分枝杆菌感染

肺结核分枝杆菌感染时，单核-巨噬细胞系统是肺组织抵抗结核分枝杆菌的主要免疫系统，它可以在结核分枝杆菌刺激下分泌大量MMP-9。MMP-9一方面分解细胞外基质并降解基底膜，造成细胞间黏附力降低，结核感染播散，结核空洞形成[19]，另一方面，MMP-9还参与结核肉芽肿形成[20]。MMP-9表达升高是肺结核病变组织区别于正常肺组织的重要特征之一。人们应用结核分枝杆菌的菌体成分如阿拉伯甘露聚糖刺激单核细胞，发现单核细胞反应性分泌MMP-9[21]。肺结核患者血清MMP-9和结核性胸膜炎患者的胸腔积液MMP-9的含量较正常人明显增加[22-23]。另外，MMP-9可作为评估结核感染病情程度的参考指标。如实验观察到肺内结核病变越重，血清MMP-9浓度越高[24]。Matsuura等[25]也发现TBM时，出现CNS并发症（如意识障碍、排尿障碍等）的患者脑脊液MMP-9含量明显高于无并发症的患者。

3.2 MMP-9与TBM

近年来，由于HIV感染者增加以及耐药结核菌的产生，使得TBM诊断及治疗越来越复杂。

3.2.1 TBM与血脑屏障 目前认为，TBM的主要发病机制为：肺内结核分枝杆菌经血液循环（菌血症）入脑，破坏血脑屏障通透性，在脑实质内及脑膜表面种植，形成结核瘤及脑膜结核结节，结节破溃后，结核分枝杆菌进入脑脊液形成脑膜炎[25]。但对于结核分枝杆菌以何种途径入脑，何种机制破坏脑组织，目前尚在研究中。但可以肯定的是，血脑屏障的破坏为TBM病理基础中重要的一环[26]，应用钆喷酸葡胺行头磁共振强化，显示脑实质病灶有结节样、环形强化，脑膜呈线型强化等表现，同样强有力地证明了TBM中血脑屏障被破坏。

3.2.2 TBM时单核-星形胶质细胞网络参与分泌MMP-9 目前认为，MMP-9主要由单核-星形胶质细胞网络产生，大量的MMP-9破坏血脑屏障的通透性，降解细胞外基质及CNS基膜，促进了TBM的发病。星形胶质细胞是CNS数量最多的细胞，在CNS感染时，可以发挥“抗原递呈细胞”的作用，引发免疫反应。星形胶质细胞的这种功能使得“脑是与免疫系统隔绝的特免器官”这一传统观念被打破。Harris等[27]观察到用结核分枝杆菌直接感染星形胶质细胞并不能使之产生更多的MMP-9，而应用含有被结核分枝杆菌刺激的单核细胞的培养基（不含结核分枝杆菌）来刺激星形胶质细胞，MMP-9的合成及分泌明显增加， TIMP-1分泌却无明显变化。提示TBM时，单核-星形胶质细胞网络在MMP-9的分泌和TBM的发病过程中均发挥重要作用。即机体免疫系统针对结核分枝杆菌产生了一系列复杂的炎性反应，构建了由血液单核细胞和CNS星形胶质细胞共同参与的复杂炎性细胞网络，参与到此网络的还包括众多细胞因子如γ干扰素、TNF-α、IL-1b和 NFκB转录因子蛋白家族等。另外，小胶质细胞在TBM时亦分泌上述诸多细胞因子[28]，因此也发挥着重要的免疫调节作用。

3.2.3 TBM不同时期脑脊液炎性细胞参与分泌MMP-9 TBM时，血液中的炎性细胞（中性粒细胞、淋巴细胞、单核细胞等）通过被破坏的血-脑脊液屏障进入到脑脊液中。脑脊液会随着TBM不同时期或病情不同而呈现不同的细胞学。TBM时，脑脊液中MMP-9含量及活性明显增加[25，27，29]，脑脊液中的炎性细胞参与分泌MMP-9并调节其活性，而MMP-9则全程参与了TBM的炎性反应。TBM早期，脑脊液以中性粒细胞为主，呈中性粒细胞反应，经过治疗后，脑脊液中性粒细胞逐渐下降，淋巴细胞逐渐增多，呈淋巴细胞反应。Green等[30]研究发现，TBM急性期时，脑脊液中MMP-9与中性粒细胞计数呈明显正相关，且治疗后呈同步变化，提示脑脊液中性粒细胞参与分泌MMP-9，而后者如前所述参与了细胞外基质和上皮细胞基底膜的破坏。Matsuura 等[25]发现，处于亚急性期的TBM脑脊液中MMP-9含量明显高于急性期TBM，说明亚急性期脑脊液中淋巴细胞同样分泌高水平MMP-9，并参与了血脑屏障的重构。

3.2.4 MMP-9在TBM免疫反应中发挥双重作用 结核分枝杆菌感染时保护性的免疫反应和破坏性的迟发变态反应之间存在着错综复杂的关系，迄今机制尚未完全阐明。TBM的不同转归取决于上述2种反应的孰优孰劣。MMP-9功能影响着TBM的转归，其活性与TBM严重程度及有无并发症直接相关[24-25]。适量的MMP-9（结核感染早期或轻度感染时）可以募集更多的巨噬细胞，形成增生性肉芽肿，发挥机体的正面抵抗作用[31]，而过量的MMP-9（亚急性期或有并发症的TBM时）则参与了机体过度炎性反应，大量破坏细胞外基质和上皮细胞基底膜，引起机体迟发变态反应，造成炎性渗出、增生，结核感染播散。故在TBM早期，血或脑脊液的中性粒细胞或许因分泌MMP-9而发挥了保护性免疫抵抗作用。如研究发现，TBM病初脑脊液淋巴细胞比例越高，中性粒细胞比例越低，其病死率也越高[32]；血淋巴细胞越高，中性粒细胞越低，越提示结核感染，也是因为降低的中性粒细胞分泌的MMP-9不足以募集更多巨噬细胞，不利于结核分枝杆菌的清除[33]。

3.2.5 MMP-9有可能成为TBM的治疗靶点MMP-9通过破坏血脑屏障和血-脑脊液屏障的通透性而参与了TBM的发病和病情转归，因此，调节（甚或抑制）MMP-9的活性或许可以成为TBM治疗靶点之一。糖皮质激素是TBM治疗的重要方法，研究表明，糖皮质激素在TBM治疗初期（3～8 d）可以通过降低脑脊液中MMP-9的浓度来保护血脑屏障，促进病变恢复，但对TIMP-1及其他MMP/ TIMP作用不大[30]。但同时也发现，在病毒性脑膜炎、隐球菌性脑膜炎、脑寄生虫感染等其他CNS感染时[5，24]，MMP-9也均有不同程度的增高，故其作为TBM诊断指标的意义可能不大。目前多数研究表明，MMP-9在TBM中有更为明显的升高，但其能否成为TBM的一个特异性的治疗靶点，值得进一步探讨。

综上所述，MMP-9参与了CNS中血脑屏障和血-脑脊液屏障的破坏，在TBM的发病和发展中起重要作用。TBM时，血脑屏障和血-脑脊液屏障被破坏，脑组织中MMP-9的表达明显增加，同时脑脊液中各类炎性细胞参与合成、分泌MMP-9并调节其活性，引起一系列免疫反应。MMP-9可作为研究TBM发病中的重要因子，帮助我们更好地理解TBM的病理过程，并且MMP-9可作为血脑屏障破坏程度和TBM病情评估的参考指标，具有重大意义。

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Matrix metalloproteinase 9, blood brain barrier and tuberculous meningitis

LI Junxia, ZHAO Qing, HE Hongyan, CHEN Yanqiang, ZHANG Qing, MENG Yizhe, LI Wei. （Department of Neurology, Hebei Chest Hospital, Shijiazhuang 050041, China）

R529.3

A

1009-7708 ( 2017 ) 04-0463-05

10.16718/j.1009-7708.2017.04.022

2016-08-15

2016-10-29

河北省医学科学研究重点课题计划（20160491）。

河北省胸科医院神经内科，石家庄 050041。

李军霞（1984—），女，硕士研究生，主治医师，主要从事结核性脑膜炎诊治。

赵青，E-mail：zhaoqing2006817@126.com。