MMP—3/TIMP—1、Th17/Treg在类风湿关节炎中的作用及其临床意义

崔静 王晓霞　王洪　郝振叶　郭莹莹　陈慧芳 何佳莉

[摘要] 多种研究表明，基质金属蛋白酶-3（matrix metalloproteinase，MMP-3）的高表达在类风湿关节炎（rheumatoid arthritis，RA）滑膜、软骨和软骨下骨的细胞外间质的降解中充当重要角色。金属蛋白酶组织抑制剂-1（tissue inhibitors of metalloproteinase1，TIMP-1）与MMP-3特异结合，抑制 MMP-3的活性，MMP-3/TIMP-1平衡对RA的临床结局有着重要作用。新的研究发现，抑制 Th17细胞分化，维持Treg细胞（regulatory T cell）活性，调节Th17/Treg平衡，可为治疗RA提供新的作用靶点。进一步研究发现，RA早期患者外周血MMP-3与白介素17（Interleukin 17，IL-17）表达明显升高，两者呈正相关，Treg的下降可影响MMP-3/TIMP-1的平衡。本文将对MMP-3/TIMP-1和Th17/Treg在RA中的作用机制及其临床意义作一综述。

[关键词] 类风湿关节炎；基质金属蛋白酶3；金属蛋白酶组织抑制剂-1；Th17细胞；Treg细胞；肿瘤坏死因子α拮抗剂

[中图分类号] R593.2 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701（2018）13-0160-04

The role and clinical significance of MMP-3/TIMP-1， Th17/Treg in rheumatoid arthritis

CUI Jing WANG Xiaoxia WANG Hong HAO Zhenye GUO Yingying CHEN Huifang HE Jiali

Department of Rheumatology， the Second Hospital of Shanxi Medical University， Taiyuan 030001， China

[Abstract] Various studies have shown that the high expression of matrix metalloproteinase-3 （MMP-3） is involved and play an important role in the degradation of the extracellular matrix of synovium， cartilage and subchondral bone of rheumatoid arthritis（RA）. Tissue inhibitor of metalloproteinase 1 （TIMP-1） binds specifically to MMP-3 and inhibits the activity of MMP-3. The balance of MMP-3 / TIMP-1 plays an important role in the clinical outcome of RA. New research found that inhibiting Th17 cell differentiation，maintaining Treg（regulatory T cell） activity and regulating Th17/Treg balance may provide novel targets for the treatment of RA. Further study found that the expression of MMP-3 and Interleukin 17（IL-17） in the peripheral blood of RA patients was significantly increased， the two were positively correlated， and the decrease of Treg could affect the balance of MMP-3/TIMP-1. This article will review the mechanism of MMP-3/TIMP-1 and Th17 /Treg in RA and its clinical significance.

[Key words] Rheumatoid arthritis； Matrix metalloproteinase 3； Tissue inhibitor of metalloproteinase-1； Th17 cells； Treg cells； Tumor necrosis factor α antagonist

類风湿关节炎是以对称性多关节破坏为主要表现的自身免疫性疾病，主要侵犯滑膜组织，引起关节软骨、韧带、肌腱及骨质的破坏。RA患者MMP-3在关节骨、软骨及细胞外间质的降解中均扮演重要角色，可作为预测RA早期滑膜损害及骨破坏的指标，也是评价药物疗效的炎性指标。作为MMP-3的特异性结合产物，TIMP-1与MMP-3结合后，可调节MMP-3所致的滑膜细胞炎性浸润及血管入侵，从而调控MMP-3的炎症损伤临床结局，MMP-3/TIMP-1平衡对RA的发生发展及预后发挥重要作用[1-2]。Th17细胞和Treg细胞也在RA的进展中充当重要角色。Th17细胞释放促炎症因子IL-17，诱导MMPs和破骨细胞生成，从而促进骨滑膜炎性细胞浸润、骨和软骨损伤破坏。Treg细胞分泌白介素10（IL-10）、TGF-β抑制T细胞及抗原呈递细胞，维持自身免疫耐受，抑制炎症反应。Th17细胞和Treg细胞在特定的细胞因子微环境下能够相互转化，维持Th17/Treg平衡对于RA的治疗具有重要意义。研究表明，MMP-3与Th17细胞在RA的发生机制中有密切的联系，其变化可影响MMP-3/TIMP-1和Th17/Treg平衡，从而导致RA的发生发展，本文将对两者在RA发生发展中的机制、相互作用及其临床意义作一综述。

1 MMP-3、TIMP-1与RA的关系

1.1 MMP-3

基质金属蛋白酶家族（matrix metalloproteinases，MMPs）是一组由正常组织细胞或肿瘤细胞合成、分泌，依赖金属锌离子获得催化活性的锌金属蛋白溶解酶家族，能降解细胞外基质，导致RA关节软骨和骨破坏，还能促进炎症因子的大量分泌，加重RA炎症反应。MMP-3是参与细胞外基质降解最重要的酶，不仅直接参与软骨破坏，还可激活其他MMPs，形成级联反应，加剧软骨侵蚀以及血管翳形成[3-4]。未接受治疗的RA早期患者血清MMP-3水平明显高于对照组，且MMP-3水平与血沉、C反应蛋白相关，与关节的X线分期、关节功能分级呈正相关，表明MMP-3是RA的炎症标志物，其水平可作为预测RA早期出现关节破坏的指标[5]。

MMP-3可从基因转录水平、抑制剂等方面进行调节[6]。细胞因子、生长因子、基质降解产物、激素均参与了MMPs基因的调节[7]。白介素1（IL-1）、肿瘤坏死因子α（TNF-α）、表皮生长因子、一氧化氮等可上调MMP-3的表达，而TGF-β、干扰素γ及类固醇激素可下调MMP-3的表達。在活动期RA滑膜液中，MMP-1、MMP-3等的表达明显升高，经TNF-α或IL-1β刺激的滑膜细胞MMP-1、MMP-3 mRNA的表达增加[8]。研究表明，TNF-α是MMPs的主要调节因子，增强滑膜细胞MMP-1、3、10的表达，导致关节软骨破坏。因此RA中针对TNF-α的治疗，能够下调MMP-3的水平。

1.2 TIMP-1

TIMPs是MMPs的特异性抑制剂，主要由保守的12胱氨酸和3/4的色脯氨酸残基形成高度紧密的三级结构，其氨基酸末端的半胱氨酸残基与活化的MMP锌离子活化中心1∶1结合成MMP-TIMP复合物，抑制MMPs的酶活性以及细胞增殖，阻断其与作用底物相结合。当MMPs活性明显高于TIMPs时，破坏MMPs/TIMPs平衡，导致软骨损伤。TIMP-1在组织体液的巨噬细胞和结缔组织细胞普遍存在，许多细胞因子可诱导其产生，主要抑制活化的MMP-3和MMP-9，也可对RA滑膜血管侵袭起到抑制作用。实验发现，经Ad TIMP-1、3转染SCID鼠RASF的侵袭力与增殖明显受到抑制，说明TIMP不仅能通过中和MMPs发挥作用，还可通过改变滑膜细胞、血管翳等组织的功能抑制RA的软骨及骨损伤，从而也为RA的治疗提供了一种新的方法。

1.3 MMP-3/TIMP-1

活动期RA患者血清MMP-3、TIMP-1水平明显升高，MMP-3/TIMP-1失衡可能在RA发生发展中扮演重要角色。史睿等[9]研究表明，MMP-3及TIMP-1的升高提示其参与了RA早期的发生、发展。MMP-3/TIMP-1失衡会导致滑膜巨噬细胞及嗜酸性粒细胞的浸润，加剧RA损伤。一项糖皮质激素联合环磷酰胺治疗RA的临床研究发现[10-11]，X线损伤的患者血清MMP-3、TIMP-1水平明显升高，两者对评估软骨的侵蚀程度、关节破坏的严重程度有重要意义。

研究进一步证实[12]，活动期RA患者血清MMP-3升高程度大于TIMP-1，TIMP-1不能显著抑制MMP-3的活性，其比例失衡促进了关节软骨的降解，所以MMP-3/TIMP-1较正常组升高，表明MMP-3/TIMP-1在RA发病中发挥重要作用。

2 Th17细胞、Treg细胞与RA

2.1 Th17细胞

Th17细胞是一种能在核转录因子维A酸相关孤独受体γt（ROR-γt）调控下特异分泌IL-17的CD4+ T细胞。成熟的Th17细胞可分泌许多细胞因子，如IL-17、IL-6、白介素21（IL-21）、白介素22（IL-22）、白介素26（IL-26）和TNF-α，均参与自身免疫反应，其中以IL-17为主，在RA的发生发展中充当重要角色[13]。

RA患者血清及关节液的IL-17水平明显升高，介导多种炎性因子的产生，降解软骨细胞基质，加强破骨细胞活性，导致骨破坏[14]。进一步研究表明，IL-17诱导刺激IL-6、TNF-α、白介素1β（IL-1β）、MMPs、一氧化氮和前列素E2的表达，介导组织细胞浸润和组织破坏，还可与TNF-α共同作用促使RA患者滑膜细胞水解酶的产生增加，破坏关节软骨、韧带及肌腱[15]。

2.2 Treg细胞

Treg细胞是一种具有免疫调节功能的CD4+ T细胞亚群，可加强免疫抑制因子的表达，通过分泌IL-10和TGF-β抑制T细胞及抗原递呈细胞，下调炎性细胞因子的表达，减少抗体分泌，发挥免疫调节作用。Treg细胞根据细胞来源、特异性及效应机制分为天然性Treg（nTreg）和获得性Treg（iTreg）。天然性Treg由胸腺发育成熟，以CD4+CD25+Foxp3+为特异性标记。获得性Treg由外周淋巴组织产生，特异性抗原或免疫抑制因子如TGF-β、IL-10可介导成熟T细胞的活化产生。

Eunkyeong等[16]通过动物实验发现，Treg缺乏的K/BxNsf小鼠关节炎发作更早，进展更快，与对照组相比，还含有更多的记忆表型CD4+ T细胞。还有研究显示，Treg的一种细胞亚群CD39+ Foxp3+ Treg细胞，可抑制Th17细胞IL-17的产生，进而抑制IL-17诱导的自身免疫炎症反应。一项关于RA患者外周血Th17及Treg细胞数量的Meta分析表明[17]，RA患者Th17细胞数量明显上升，Treg细胞下降。进一步研究表明[18]，RA患者Treg细胞绝对数降低，且与疾病活动度呈显著正相关。

2.3 Th17/Treg

Th17细胞及Treg细胞均在RA的发生发展中至关重要，两者的生物学作用相互拮抗形成动态平衡，这种平衡对维持自身免疫耐受具有重要意义。细胞因子网络在RA的发生发展中扮演重要角色，RA患者Th17细胞增多，Treg细胞明显下降，Th17/Treg失衡与IL-6、TNFα、TGF-β等细胞因子异常有关。

初始CD4+ T細胞可在外来抗原刺激下分化为不同亚型的效应T细胞，在TGF-β单独作用下分化成Treg细胞，在TGF-β与IL-6共同作用下分化为Th17细胞[19]。在抗CD4处理的小鼠关节中，增加Foxp3的表达，可抑制IL-17的产生，纠正Th17/Treg的比例，在一定程度上延缓RA的进展[20]。Foxp3+ Treg细胞可在白介素-1（IL-1）、IL-6、IL-17、TNF-α等炎性细胞因子作用下，转化为Th17细胞，分泌IL-17，促进炎症反应。还有研究显示，Treg的一种细胞亚群CD39+ Foxp3+ Treg细胞，可抑制Th17细胞IL-17的产生，抑制炎症反应。

研究进一步表明，RA早期患者Th17细胞增多，可产生IL-17以及TNF-α。RA患者滑膜Treg细胞Foxp3表达明显升高，Foxp3水平与TNF-α呈显著负相关，TNF-α能够促使Foxp3去磷酸化，抑制Treg细胞合成，从而调节Th17/Treg平衡[21-22]。因此，RA中针对TNF-α的治疗，可调节Th17/Treg平衡。

3 MMP-3/TIMP-1和Th17/Treg在RA中的相互关系

IL-17由Th17细胞产生，能诱导活化的T细胞，介导滑膜细胞分泌多种细胞因子，还可上调软骨细胞及滑膜细胞MMPs的表达。邬晶[23]研究表明RA早期患者血清IL-17与MMP-3的表达升高，且呈显著正相关，可能与以Th1细胞介导的免疫反应，激活核转录因子[24]，上调各种细胞因子的表达，IL-17等炎性细胞因子的分泌增加，增强MMPs的活性，促使MMP-3表达增加有关。研究发现，当Treg细胞表达下降时，TGF-β分泌减少，使TGF-β与IL-1β失衡，从而影响MMPs/TIMPs平衡，导致关节软骨破坏增加。由此或可推测Th17及Treg细胞的表达均可影响MMP-3水平，导致MMP-3/TIMP-1失衡。反过来，MMP-3的表达可影响IL-17+的Th17细胞的表达，导致Th17/Treg失衡。

有研究进一步显示，IL-17分泌MMP-1、MMP-3，其信号转导通路还可促使MMP-1、MMP-3等的产生，TNF-α则可与MMP-1、MMP-3等共同参与骨损伤及骨破坏[15]。IL-17可显著增强TNF-α的表达及关节破坏能力，两者共同表达致使关节软骨MMPs mRNA水平升高，其明显高于IL-17或TNF-α单独表达[25]。

由此可见，MMP-3与Th17细胞在RA的发生机制中有密切的联系，两者与TNF-α之间的关系有待研究，其变化或可影响RA中MMP-3/TIMP-1和Th17/Treg的平衡。

4 MMP-3/TIMP-1、Th17/Treg有望成为TNF-α拮抗剂治疗RA的疗效预测指标

近年来，TNF-α拮抗剂在临床上的应用为RA的治疗谱写了新的篇章。陈晓明等[26]以大鼠佐剂性关节炎模型为基础，表明来氟米特联合依那西普可降低IL-1β、TNF-α和MMP-3的血清水平。依那西普治疗RA的临床研究发现，依那西普可明显下调血清MMP-1、MMP-3的水平，也可降低血沉、C反应蛋白等炎性指标，使MMP-3/TIMP-1下降，提示或可延缓关节损害。国内英夫利昔单抗治疗RA的研究发现[27]，血清MMP-2、MMP-3、MMP-9的水平出现下降。国外英夫利昔单抗治疗RA的文献报道，抗TNF-α抗体可显著降低活动期RA患者的血清MMP-1、MMP-3、MMP-9和TIMP水平，同时伴随MMPs/TIMPs比例的下降。

Koenders等[28]通过动物实验发现，与单独使用抗肿瘤坏死因子相比，联合阻断IL-17和TNF可明显改善小鼠膝关节损伤，并且对晚期胶原诱导关节炎模型依然奏效。依那西普治疗后可显著降低活动期RA患者IL-17+ Th17细胞的数量，调节Th细胞亚群，达到治疗RA的目的[29]。采用依那西普联合甲氨蝶呤治疗RA的研究显示[30]，治疗后，RA患者外周血TNF-α、IL-6及IL-17的表达较治疗前明显下降。Fischer等[31]进一步发现，TNF-α和IL-17在促进RA滑膜细胞中MMPs的生成方面具有协同作用，因此双特异性抗TNF-α/IL-17抗体在治疗RA上表现出优越的功效。TNF-α拮抗剂可降低Th17细胞的表达，纠正Th17/Treg比例，改善临床症状。

综上所述，RA发生机制是多种因素共同作用的结果。一方面，MMP-3、TIMP-1、Th17、Treg均参与RA的发生发展，且在RA的发生中关系密切；另一方面，TNF-α拮抗剂可阻断MMP-3的高水平，下调IL-17的水平，降低Th17细胞数量，从而调节MMP-3/TIMP-1和Th17/Treg，达到治疗RA的目的。MMP-3/TIMP-1及Th17/Treg平衡在RA中的作用、相互关系及对TNF-α拮抗剂的疗效预测有待进一步研究，这可能将为RA寻找到新的治疗靶点。

[参考文献]

[1] Murota A，Suzuki K，Kassai Y，et al. Serum proteomic analysis identifies interleukin 16 as a biomarker for clinical response during early treatment of rheumatoid arthritis[J]. Cytokine，2016，78：87-93.

[2] Araki Y，Wada TT，Aizaki Y，et al. Histone methylation and STAT3 differentially regulate IL-6-induced MMP gene activation in rheumatoid arthritis synovial fibroblasts[J]. Arthritis & Rheumatology，2015，68（5）：1111.

[3] Huang J，Xie B，Li Q，et al. Infliximab reduces CD147， MMP-3，and MMP-9 expression in peripheral blood monocytes in patients with active rheumatoid arthritis[J]. European Journal of Pharmacology，2013，698（1-3）：429-434.

[4] Houseman M，Potter C，Marshall N，et al. Baseline serum MMP-3 levels in patients with Rheumatoid Arthritis are still independently predictive of radiographic progression in a longitudinal observational cohort at 8 years follow up[J]. Arthritis Research & Therapy，2012，14（1）：R30.

[5] Youngmin S，Cawston T，Marshall N，et al.Biomarkers predict radiographic progression in early rheumatoid arthritis and perform well compared with traditional markers[J]. Arthritis & Rheumatism，2014，56（10）：3236-3247.

[6] Peake NJ，Khawaja K，Myers A，et al. Levels of matrix metalloproteinase （MMP）-1 in paired sera and synovial fluids of juvenile idiopathic arthritis patients：Relationship to inflammatory activity，MMP-3 and tissue inhibitor of metalloproteinases-1 in a longitudinal study[J]. Rheumatology，2005，44（11）：1383-1389.

[7] 张育，顾健.基质金属蛋白酶及组织金属蛋白酶抑制剂与类风湿性关节炎[J].国际内科学杂志，2007，34（7）：418-421.

[8] Ainola MM，Mandelin JA，Liljestr？m MP，et al. Pannus invasion and cartilage degradation in rheumatoid arthritis：Involvement of MMP-3 and interleukin-1beta[J]. Clinical & Experimental Rheumatology，2005，23（5）：644-650.

[9] 史睿，韩玲，陈慕芝，等. MMP-3、TIMP-1及HC gp-39在早期RA患者血清中的变化及意义[J]. 检验医学与临床，2017，14（3）：325-327.

[10] Tchetina EV，Pivanova AN，Markova GA，et al. Rituximab downregulates gene expression associated with cell proliferation，survival，and proteolysis in the peripheral blood from rheumatoid arthritis patients：A link between high baseline autophagy-related ULK1 expression and improved pain control[J]. Arthritis，2016， 2016（3）：1-12.

[11] Mu N，Gu J，Huang T，et al.A novel NF-kappa B/YY1/microRNA-10a regulatory circuit in fibroblast-like synoviocytes regulates inflammation in rheumatoid arthritis[J].Sci Rep，2016，6（4）：20059.

[12] 楊慧君，钱玉中，杨继章，等.胶原性关节炎大鼠滑膜组织细胞因子基质金属蛋白酶3和组织金属蛋白酶抑制剂1表达的变化[J].中国组织工程研究，2007，11（32）：6402-6405.

[13] Yang J，Sundrud MS，Skepner J，et al. Targeting Th17 cells in immune diseases[J]. Trends Pharmacol Sci，2014， 35（10）：493-500.

[14] Gaetano Z，Maria DS，Silvia Laura B，et al. Synovial fluid-derived T helper 17 cells correlate with inflammatory activity in arthritis， irrespectively of diagnosis[J]. Clinical Immunology，2011，138（1）：107-116.

[15] Schminke B，Trautmann S，Mai B，et al. Interleukin 17 inhibits progenitor cells in rheumatoid arthritis cartilage[J].European Journal of Immunology，2016， 46（2）：440-445.

[16] Eunkyeong J，La CM，Hye-Joa O，et al. Deficiency of Foxp3+ Regulatory T Cells exacerbates autoimmune arthritis by altering the synovial proportions of CD4+T cells and dendritic cells[J]. Immune Netw，2011，11（5）：299-306.

[17] 刘运夏，朱彥锋，刘杨，等.类风湿关节炎患者外周血Th17细胞及Treg细胞数量的Meta分析[J].郑州大学学报（医学版），2015，（5）：606-610.

[18] 陈瑞林，陶怡，邱可为，等.类风湿关节炎患者Treg细胞变化及与病情活动度的关系[J].南方医科大学学报，2012， 32（6）：886-889.

[19] Lina C，Conghua W，Nan L，et al. Combined treatment of etanercept and MTX reverses Th1/Th2，Th17/Treg imbalance in patients with rheumatoid arthritis[J]. Journal of Clinical Immunology，2011，31（4）：596-605.

[20] Duarte J，Aguadoce A，Oliveira VG，et al. Modulation of IL-17 and Foxp3 expression in the prevention of autoimmune arthritis in mice[J]. Plos One，2010，5（5）：e10558.

[21] Shalini PU，Debnath T，Jvs V，et al. A study on FoxP3 and Tregs in paired samples of peripheral blood and synovium in rheumatoid arthritis[J]. Central-European journal of immunology/Polish Society for Immunology and eleven other Central-European immunological societies，2016，40（4）：431.

[22] Lin H，Zhang GD，Tang HH，et al. The change of CD4+ CD25+ regulatory T cells in patients with rheumatoid arthritis[J]. Sichuan Da Xue Xue Bao Yi Xue Ban，2014， 45（4）：618-622.

[23] 邬晶.类风湿关节炎早期患者血清MMP-3及IL-17水平变化[J].医药前沿，2013，（2）：48.

[24] 杨西瑞. Etanercept对类风湿关节炎患者血清MMP-3的影响[J]. 山东医药，2009，49（24）：91-92.

[25] Koenders MI，Marijnissen RJ，Devesa I，et al.Tumor necrosis factor-interleukin-17 interplay induces S100A8，interleukin-1β，and matrix metalloproteinases， and drives irreversible cartilage destruction in murine arthritis：Rationale for combination treatment during arthritis[J]. Arthritis & Rheumatism，2011，63（8）：2329-2339.

[26] 陈晓明，游运辉，罗卉，等.来氟米特联合依那西普对佐剂性关节炎大鼠免疫功能的影响[J]. 现代生物医学进展，2011，11（17）：3266-3269.

[27] 陶渊璆.英夫利昔单抗治疗类风湿关节炎对外周血CD147及MMPs的影响[J]. 中国现代医生，2013，51（17）：1-5.

[28] Koenders MI，Marijnissen RJ，Devesa I，et al.Tumor necrosis factor-interleukin-17 interplay induces S100A8，interleukin-1β，and matrix metalloproteinases，and drives irreversible cartilage destruction in murine arthritis：Rationale for combination treatment during arthritis[J]. Arthritis & Rheumatism，2011，63（8）：2329-2339.

[29] 吕婷婷，朱平，李晓燕，等.类风湿关节炎患者外周血Th细胞亚群的变化及依那西普的调节作用[J].细胞与分子免疫学杂志，2008，24（5）：495-497.

[30] 郑创史，邱钊禹.依那西普联合甲氨蝶呤治疗类风湿关节炎的疗效及对血清TL1A、TNF-α、IL-6以及IL-17水平的影响[J].中国药师，2016，19（4）：715-717.

[31] Fischer JA，Hueber AJ，Wilson S，et al. Combined inhibition of TNFα and IL-17 as therapeutic opportunity for treatment in rheumatoid arthritis：Development and characterization of a novel bispecific antibody[J]. Arthritis & Rheumatology，2014，67（1）：51-62.

（收稿日期：2018-01-11）