孔祥溢，王任直

·述 評·

基質(zhì)金屬蛋白酶及其抑制劑在顱內(nèi)動脈瘤形成和發(fā)展過程中的作用

孔祥溢，王任直

腦血管疾病是一種嚴重威脅人類特別是50歲以上中老年人生命和健康的常見病。因腦血管疾病死亡的病例中約1/4死于顱內(nèi)動脈瘤(cerebral aneurysm，CA)破裂。因此，有效降低CA的發(fā)病率并減少其并發(fā)癥的危害對于維護人類健康、延長人類平均壽命具有非常重要的意義。CA血管壁組織中的蛋白水解酶活性較正常動脈管壁組織明顯增強，纖維蛋白溶解酶、膜型基質(zhì)金屬蛋白酶-1、基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metallo-proteinase,MMP)-2的表達水平也明顯升高。而MMP的抑制劑如多西環(huán)素、他汀類藥物可以抑制CA的形成和發(fā)展。MMP參與血管重塑的多個病理環(huán)節(jié)，如形態(tài)重構、血管生成、凋亡和組織修復等。作者對國內(nèi)外相關文獻分析，闡述MMP及其抑制劑在顱內(nèi)動脈瘤形成和發(fā)展過程中的生物學作用，為廣大醫(yī)生提供參考。

顱內(nèi)動脈瘤；基質(zhì)金屬蛋白酶；基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑；多西環(huán)素

顱內(nèi)動脈瘤(cerebral aneurysm，CA)一般無癥狀，直到破裂時才被發(fā)現(xiàn)。隨著醫(yī)療水平的飛速進步，CA的診治方法越來越先進，但CA破裂導致的蛛網(wǎng)膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage，SAH)仍然是腦血管病中最嚴重的一種，致死率接近50%，因此仍嚴重威脅著人類健康。CA的發(fā)病機制目前尚不十分清楚，通常認為是遺傳學、異常血流動力學、血管壁后天退行性變以及氧化應激、炎癥反應等多種因素綜合作用的結果[1]。

基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)是一組破壞細胞外基質(zhì)的鋅、鈣依賴性蛋白溶解酶，由內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞、成纖維細胞和巨噬細胞等多種細胞以非酶原形式合成、分泌。其主要作用是降解構成細胞外基質(zhì)的膠原蛋白、彈性蛋白和非膠原糖蛋白，參與細胞外基質(zhì)的重構。近年來的研究表明,MMP所參與的細胞外基質(zhì)降解與動脈粥樣硬化斑塊的形成、動脈瘤的發(fā)展和破裂密切相關[2]。

1 CA概述

正常的動脈管壁分為3層，即內(nèi)膜、中膜和外膜。內(nèi)彈力層是內(nèi)膜和中膜之間的一層結構，為血管壁提供機械支撐，而血管平滑肌細胞位于中膜。與顱外其他動脈不同，對于顱內(nèi)動脈，在中膜和外膜之間并不存在所謂的“外彈力層”；而且對于相同管徑的血管，顱內(nèi)動脈的外膜厚度更小[3]。這些解剖學和組織學特點，決定了顱內(nèi)動脈更利于動脈瘤的形成和發(fā)展。

未破裂CA的人群發(fā)病率約為5%。根據(jù)腦血管造影和活檢的統(tǒng)計結果，其發(fā)病率為0.2%～9%。不同文獻研究方法的差異是其發(fā)病率跨度過大的原因。CA導致SAH的年發(fā)病率為0.6‰～2‰[4]。

CA是導致SAH最常見的原因，其病理生理學機制較為復雜，基因因素愈來愈被重視。從理論上講，動脈血壓過高是CA的重要危險因素，而且已有研究表明多發(fā)性CA在高血壓患者人群中發(fā)病率更高[5]。在一項包含737例CA患者的回顧性臨床研究中，CA的多發(fā)性與高血壓密切相關，而與年齡等其他因素的關系無統(tǒng)計學意義[4]。此外，研究表明女性較男性更容易罹患CA[4,6]。嚴重的突發(fā)性頭痛是CA破裂的重要征象。局部神經(jīng)功能障礙可以提示CA的發(fā)病部位。

一般認為，傳統(tǒng)的開顱CA瘤頸夾閉手術是治療CA最確切、有效的方法[7]。隨著神經(jīng)導航技術的飛速發(fā)展，CA病灶得以準確定位，手術過程中對周圍重要腦組織的損傷較以往大大減少。干預性立體定向神經(jīng)放射技術的發(fā)展也為CA的微創(chuàng)治療提供了重要方法，其原理為高劑量放射線照射后，CA血管內(nèi)皮受到損傷，動脈內(nèi)層增厚，繼而血栓形成、血管壁壞死。隨著微導管介入技術的不斷成熟、栓塞材料的不斷優(yōu)化，血管內(nèi)栓塞治療CA也逐漸普及。對于未破裂、無出血、無癥狀的小體積CA，通常也可保守治療、藥物控制、定期影像學復查[4]。

2 MMP促發(fā)CA的形成和發(fā)展

膜型基質(zhì)金屬蛋白酶-1在介導動脈血管壁基質(zhì)的降解和重塑中起到重要作用，這也是動脈瘤發(fā)展乃至破裂的重要環(huán)節(jié)。已有不少學者對MMP基因多態(tài)性與CA易感性及其形成和發(fā)展間的關系進行了研究，然而各研究結果之間存在矛盾，MMP對CA的確切作用迄今仍有爭議。

在MMP基因家族成員中，大約有40%存在相同或相似的基礎結構。根據(jù)MMP基因在染色體上合成前區(qū)域及底物特異性的不同，目前已知的MMP被劃分為28個亞型，即MMP-1～MMP-28。

與血管組織重塑相關的多種病理生理過程都受到MMP的影響，包括形態(tài)重構、血管生成、凋亡、組織損傷、硬化、氧化應激、炎癥反應、關節(jié)炎、腦腫瘤轉移等[1]。目前,普遍認為MMP-2和MMP-9在轉移性疾病中起到關鍵作用。而MMP-1則是骨關節(jié)炎和風濕病的重要致病因子。新近的研究表明，MMP是主動脈瘤發(fā)病的關鍵介導物，MMP水平的提高可以明顯降解主動脈壁的結構蛋白[8]。

在成人中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，多數(shù)MMP亞型的表達水平很低甚至檢測不到，但MMP-11和MMP-14例外，通過RNA酶保護性分析法可以證實成年小鼠腦組織中MMP-11和MMP-14的表達處于高水平，且有相對固定的構成比例。通過聚合酶鏈反應技術可以檢測到正常大鼠脊髓組織中MMP-2、MMP-3、MMP-7、MMP-9也呈高表達?？傮w來講，在正常的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，多數(shù)MMP亞型呈低表達，只有在一些特定的神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)生或神經(jīng)組織損傷時，個別MMP亞型水平才會明顯上升。

研究表明，相比于正常腦動脈血管，動脈瘤管壁組織中的血纖維蛋白溶酶和膜型基質(zhì)金屬蛋白酶-1、MMP-2的表達水平明顯上升[4]，這可能是由于蛋白水解活性的增強導致膠原溶解，進而發(fā)生血管壁細胞外基質(zhì)的局部降解，最終形成動脈瘤并不斷擴大。

MMP-9是MMP基因家族中的重要一員，編碼專門降解結締組織蛋白的各類鋅依賴性蛋白水解酶，主要包括膠原酶、彈力蛋白、蛋白聚糖等[8]。一般認為，MMP-9由炎癥細胞尤其是巨噬細胞合成、分泌，在機體組織重塑中起到關鍵作用[9]。已有研究表明，MMP-9和組織抑制因子在CA和顱外其他動脈瘤管壁組織中的表達明顯升高[2,10]。因此，MMP-9的上調(diào)并非是組織抑制因子衰減的結果，而且MMP-9降解細胞外基質(zhì)并促發(fā)CA形成的作用是局部的，并不具有全身系統(tǒng)性，這也正是在臨床上不能通過測定血漿MMP-9活性來篩選無癥狀動脈瘤的原因。有研究發(fā)現(xiàn)，腹主動脈瘤(abdominal aortic aneurysm,AAA)或CA管壁組織中MMP-9明顯過量表達，并通過降解MMP-9、蛋白聚糖核心蛋白和彈力蛋白(這3種物質(zhì)不會被其他MMP亞型降解)促發(fā)動脈瘤的形成[2]。

MMP-9的調(diào)節(jié)主要是在轉錄水平，關鍵的幾種調(diào)控因子包括腫瘤壞死因子-α、白介素-1、血小板源生長因子和表皮生長因子[11-13]。有證據(jù)顯示，局部血管壁組織中MMP-9和組織抑制因子水平的失衡是特定基因構成變異的結果，這種基因變異可以增強CA的易感性[10]。

3 MMP抑制劑的重要作用

MMP抑制劑目前已經(jīng)逐步發(fā)展為一種防治CA的新興藥物，這種藥物不僅可以避免傳統(tǒng)創(chuàng)傷性治療帶來的不良反應，同時也帶來更多的社會效益和經(jīng)濟效益。

四環(huán)素具有較強的MMP抑制效應[14]。多西環(huán)素作為四環(huán)素類似物，雖然其確切作用機制仍不甚清楚，但已被證實不僅可以降低MMP-8、MMP-9，同時也具有降低MMP-1和血清胱抑素組織抑制因子的藥理作用[4,15-16]。其細胞生物學機制可能有：①抑制動脈管壁中性粒細胞、巨噬細胞炎癥細胞的募集；②選擇性改善動脈瘤管壁組織的蛋白水解活性[4]。這一發(fā)現(xiàn)提示多西環(huán)素也有望治療其他涉及炎癥反應和氧化應激的疾病，如白塞病、川崎病、慢性阻塞性肺病等[17-18]。

研究表明，治療劑量的多西環(huán)素可有效抑制人類主動脈血管平滑肌細胞和AAA組織外植體中MMP-2的表達[19]。MMP對于AAA管壁中細胞外基質(zhì)的降解和動脈粥樣硬化斑塊的形成起到重要作用，因此多西環(huán)素在治療這些疾病方面具有廣闊的應用前景。動物實驗和臨床試驗均已經(jīng)明確證實多西環(huán)素可抑制AAA的形成和發(fā)展[19-20]。

Xiong等[21]在馬方綜合征小鼠模型上發(fā)現(xiàn)，多西環(huán)素可有效降低MMP-2和MMP-9的表達，抑制彈力層基質(zhì)的降解，從而延緩動脈瘤的破裂。這項研究提示，MMP可促進馬方綜合征患者胸主動脈瘤的擴張，而多西環(huán)素則可明顯抑制該病理過程的發(fā)展。Nuki等[22]在彈性蛋白酶和高血壓誘導的小鼠CA模型上實驗，發(fā)現(xiàn)多西環(huán)素可將CA的發(fā)病率降低至10%。然而，Kaufmann等[23]的研究卻未能觀察到多西環(huán)素等MMP非特異性抑制劑對CA形成的抑制作用(以結扎頸總動脈的方法制作大鼠CA模型)。此外，AAssar等[24]也發(fā)現(xiàn)，多西環(huán)素并不能遏制由彈性蛋白酶誘導的兔頸總動脈瘤的形成，動脈瘤壁組織中彈性蛋白的降解依然非常明顯。其原因可能是該模型動脈瘤形成的始發(fā)因素是人工輸注的彈性蛋白酶，而不是炎癥細胞分泌的內(nèi)源性蛋白水解酶。

臨床上常用的他汀類藥物也是一種MMP抑制劑[25]。研究發(fā)現(xiàn)，在體外培養(yǎng)的鼠巨噬細胞或人單核細胞懸液中加入氟伐他汀或辛伐他汀可明顯降低MMP-9的表達水平[26]。一些臨床試驗證實，AAA中的MMP-3和MMP-9也能被他汀類藥物抑制[27]，他汀類在AAA的預防及延緩病程方面起到重要作用[28]。

有研究顯示，辛伐他汀可以降低CA破裂的風險，甚至可以在動脈內(nèi)膜修復后反轉瘤體發(fā)展的過程[29]。此外，辛伐他汀還可以減輕氧化應激程度，抑制CA管壁中MMP相關的MMP-9活性[30]。可以說，辛伐他汀抗氧化應激和抗炎癥反應的特性使之成為抑制CA發(fā)展的有效藥物[1]。

4 結論

MMP在形態(tài)重構、血管生成、凋亡、組織修復等多種涉及組織重塑的病理生理過程中均起到重要作用。鑒于此，MMP是介導CA形成和發(fā)展的關鍵物質(zhì)。應用MMP抑制劑如多西環(huán)素、他汀類藥物可以延緩包括CA在內(nèi)的多種動脈瘤的病理進程。MMP抑制劑的進一步研發(fā)必將大大降低CA的發(fā)病率和破裂風險，臨床應用前景非常廣闊。

[1]孔祥溢,關健,李軍,等.氧化應激促發(fā)顱內(nèi)動脈瘤的研究進展[J].基礎醫(yī)學與臨床,2015,35(4)：558-562.

[2]Affirul CA,Azim IM,Hanafiah H,et al.MMP-9:biomarker for abdominal aneurysm[J].Clin Ter，2013,164(6):e479-e483.

[3]Hashimoto T,Meng H,Young WL.Intracranial aneurysms:links among inflammation,hemodynamics and vascular remodeling[J].Neurol Res,2006,28(4):372-380.

[4]Maradni A,Khoshnevisan A,Mousavi SH,et al.Role of matrix metalloproteinases (MMPs) and MMP inhibitors on intracranial aneurysms:a review article[J].Med J Islam Repub Iran，2013,27(4):249-254.

[5]Olson JM,Vongpunsawad S,Kuivaniemi H,et al.Search for intracranial aneurysm susceptibility gene(s) using Fi-nnish families[J].BMC Med Genet，2002,3:7.

[6]Ostergaard JR,H?g E.Incidence of multiple intracranial aneurysms.Influence of arterial hypertension and gender[J].J Neurosurg，1985,63(1):49-55.

[7]Barrow DL,Dacey R.Introduction:intracranial aneurysm surgery[J].Neurosurg Focus，2015,38(VideoSuppl 1):VideoIntro.

[8]Martin-Alonso M,Garcia-Redondo AB,Guo D,et al.Deficiency of MMP17/MT4-MMP proteolytic activity predisposes to aortic aneurysm in mice[J].Circ Res，2015[Epub ahead of print].

[9]Takimoto K,Kawashima N,Suzuki N,et al.Down-regulation of inflammatory mediator synthesis and infiltration of inflammatory cells by MMP-3 inexperimentally induced rat pulpitis[J].J Endod，2014,40(9):1404-1409.

[10]Peters DG,Kassam A,St Jean PL,et al.Functional polymorphism in the matrix metalloproteinase-9 promoter as a potential risk factor for intracranial aneurysm[J].Stroke，1999,30(12):2612-2616.

[11]Yoshimoto T,Takino T,Li Z,et al.Vinculin negatively re-gulates transcription of MT1-MMP through MEK/ERK pathway[J].Biochem Biophys Res Commun，2014,455(3/4):251-255.

[12]Borkham-Kamphorst E,Alexi P,Tihaa L,et al.Platelet-derived growth factor-D modulates extracellular matrix homeo-stasis and remodeling through TIMP-1 induction and atte-nuation of MMP-2 and MMP-9 gelatinase activities[J].Biochem Biophys Res Commun，2015,457(3):307-313.

[13]Laulan NB,St-Pierre Y.Bone morphogenetic protein 4 (BMP-4) and epidermal growth factor (EGF) inhibit metalloproteinase-9 (MMP-9) expression in cancer cells[J].Oncoscience，2015,2(3):309-316.

[14]Lardenoye JH,de Vries MR,Deckers M,et al.Inhibition of intimal hyperplasia by the tetracycline derived mmp inhi-bitor doxycycline in vein graft disease in vitroand in vivo[J].EuroIntervention，2005,1(2):236-243.

[15]Antonio RC,Ceron CS,Rizzi E,et al.Antioxidant effect of doxycycline decreases MMP activity and blood pressure in SHR[J].Mol Cell Biochem，2014,386(1/2):99-105.

[16]Kudalkar MD,Nayak A,Bhat KS,et al.Effect of Azadirachta indica (Neem) and Aloe vera as compared to subantimicrobial dose doxycycline on matrix metalloproteinases (MMP)-2 and MMP-9:an in-vitro study[J].Ayu，2014，35(1):85-89.

[17]Castro MM,Rizzi E,Ceron CS,et al.Doxycycline ameliorates 2K-1C hypertension-induced vascular dysfunction in rats by attenuating oxidative stress and improving nitric oxide bioavailability[J].Nitric Oxide，2012,26(3):162-168.

[18]von Seth M,Sj?lin J,Larsson A,et al.Effects of tigecycline and doxycycline on inflammation and hemodynamics in porcine endotoxemia:a prospective,randomized,and placebo-controlled trial[J].Shock，2015,43(6):604-611.

[19]Dodd BR,Spence RA.Doxycycline inhibition of abdominal aortic aneurysm growth:a systematic review of the literature[J].Curr Vasc Pharmacol，2011,9(4):471-478.

[20]Lindeman JH,Abdul-Hussien H,van Bockel JH,et al.Clinical trial of doxycycline for matrix metalloproteinase-9 inhibition in patients with an abdominal aneurysm:doxycycline selectively depletes aortic wall neutrophils and cytotoxic T cells[J].Circulation，2009,119(16):2209-2216.

[21]Xiong W,Knispel RA,Dietz HC,et al.Doxycycline delays aneurysm rupture in a mouse model of Marfan syndrome[J].J Vasc Surg，2008,47(1):166-172.

[22]Nuki Y,Tsou TL,Kurihara C,et al.Elastase-induced intracranial aneurysms in hypertensive mice[J].Hypertension,2009,54(6):1337-1344.

[23]Kaufmann TJ,Marx WF,Kallmes DF.A failure of matrix metalloproteinase inhibition in the prevention of rat intracranial aneurysm formation[J].Neuroradiology，2006,48(3):190-195.

[24]AAssar OS,Fujiwara NH,Marx WF,et al.Aneurysm growth,elastinolysis,and attempted doxycycline inhibition of elastase-induced aneurysms in rabbits[J].J Vasc Interv Radiol，2003,14(11):1427-1432.

[25]Tuuminen R,Haukka J,Loukovaara S.Statins in rhegma-togenous retinal detachment are associated with low intra-vitreal angiopoietin-2,VEGF and MMP-2 levels,and improved visual acuity gain in vitrectomized patients[J].Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol，2014[Epub ahead of print].

[26]Bellosta S,Via D,Canavesi M,et al.HMG-CoA reductase inhibitors reduce MMP-9 secretion by macrophages[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol，1998,18(11):1671-1678.

[27]Wilson WR,Evans J,Bell PR,et al.HMG-CoA reductase inhibitors (statins) decrease MMP-3 and MMP-9 concentrations in abdominal aortic aneurysms[J].Eur J Vasc Endovasc Surg，2005,30(3):259-262.

[28]Dunne JA,Bailey MA,Griffin KJ,et al.Statins:the holy grail of Abdominal Aortic Aneurysm (AAA) growth atte-nuation? A systematic review of the literature[J].Curr Vasc Pharmacol，2014,12(1):168-172.

[29]Gray C,Goodman P,O′Malley MK,et al.Statins promote residual aneurysm sac regression following endovascular aortic aneurysm repair[J].Vasc Endovascular Surg，2014,48(2):111-115.

[30]Kojanian H,Szafran-Swietlik A,Onstead-Haas LM,et al.Statins prevent dextrose-induced endoplasmic reticulum stress and oxidative stress in endothelial and HepG2 cells[J].Am J Ther，2014[Epub ahead of print].

The roles of matrix metalloproteinase and its inhibitors in the formation and growth process of cerebral aneurysm

KONGXiangyi,WANGRenzhi

(Department of Neurosurgery, Peking Union Medical College Hospital,China Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing 100730, China)

Cerebral diseases is one of the commonest health hazards that severely threaten human′s health, especially the aged more than 50 yrs old. And about one-fourth of cerebrovascular deaths are due to ruptured cerebral aneurysms (CA). Therefore, exploring effective methods to decrease CA′s incidence and reduce the effects of complications is of vital importance for maintainingpeople′s health and extending the average human life span. It has been observed that the proteolytic activity, the expression of plasmin, membranetype-1 matrix metalloproteinase-1, and matrix metalloproteinase-2 (MMP-2) increased in aneurysm wall tissue that were all more than those in normal cerebral arteries. Moreover, MMP inhibitors such as doxycycline and statins may prohibit aneurysm formation and growth. MMP is involved in a lot of pathophysiology processes such as morphogenesis, angiogenesis, apoptosis and tissue repair. In this article, we reviewed the latest literatures and explained in detail the roles of MMP and its inhibitors in the formation and growth process of CA.

Cerebral aneurysm; Matrix metalloproteinase (MMP); Matrix metalloproteinase inhibitors; Doxycycline

100730 北京，中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院北京協(xié)和醫(yī)院神經(jīng)外科(孔祥溢，王任直)

王任直，E-mail：18611964099@126.com

R739.41

A

2095-3097(2015)03-0129-04

10.3969/j.issn.2095-3097.2015.03.001

2015-04-18 本文編輯：徐海琴)