趙天生，朱桂仙，騫 騰，夏燕華

(南昌大學(xué)a.藥學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)部； b.第二臨床醫(yī)學(xué)學(xué)院1605班； c.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院微生物學(xué)教研室，南昌 330006)

基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)是鈣鋅依賴的蛋白水解酶，廣泛分布于動(dòng)植物中，也是動(dòng)植物體內(nèi)最重要的蛋白水解系統(tǒng)。作為一種單純的基質(zhì)蛋白酶，MMPs在多種生理和病理過(guò)程中發(fā)揮作用，如月經(jīng)周期、乳腺發(fā)育、傷口愈合、心血管疾病、風(fēng)濕性疾病、骨關(guān)節(jié)炎以及腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移等[1]。此外它還參與機(jī)體的抗感染免疫，如募集白細(xì)胞、活化細(xì)胞因子和趨化因子、活化防御素和抗菌肽等。然而，過(guò)量MMPs活性則可能引發(fā)感染相關(guān)的免疫病理?yè)p傷，促進(jìn)病原體的傳播及加劇病情的發(fā)展。為此，筆者就MMPs的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、作用機(jī)理及其與感染性疾病、傳染病病理學(xué)的關(guān)系進(jìn)行綜述，為MMPs作為感染性疾病治療靶點(diǎn)的可能提供理論參考。

1 MMPs結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及作用機(jī)理

MMPs首次發(fā)現(xiàn)于蝌蚪的尾巴中[2]，迄今為止已鑒定出至少24種脊椎動(dòng)物MMPs。根據(jù)底物特異性及一級(jí)結(jié)構(gòu)的差異性，MMPs可以分為膠原酶(MMP-1、-8、-13和-18)、明膠酶(MMP-2和-9)，間質(zhì)溶解素(MMP-3，-10和-11)、基質(zhì)降解酶(MMP-7和-26)、膜型MMPs(MT-1-6-MMPs)以及其他MMPs(MMP-19、-20等)六大類(lèi)[3]。

MMPs家族成員的分子結(jié)構(gòu)具有高度同源性，一般由5個(gè)功能不同的結(jié)構(gòu)域組成，包括疏水信號(hào)肽序列、前肽區(qū)(保持酶原的穩(wěn)定)、催化活性區(qū)(Zn2+結(jié)合位點(diǎn))、富含脯氨酸的鉸鏈區(qū)和羧基末端區(qū)(與酶的底物特異性有關(guān))[4]。

許多細(xì)胞，如成纖維細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞及哺乳類(lèi)動(dòng)物成熟心肌細(xì)胞均可分泌MMPs，但由于MMPs可引起宿主組織損傷，MMPs的產(chǎn)生及活化在體內(nèi)受到嚴(yán)格調(diào)控。首先，MMPs極少被儲(chǔ)存，只有在需要時(shí)通過(guò)激活MMPs的基因轉(zhuǎn)錄而產(chǎn)生，此即轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控；其次，新產(chǎn)生的MMPs以酶原形式存在，只有經(jīng)蛋白酶水解釋放半胱氨酸殘基后才活化，此為半胱氨酸開(kāi)關(guān)，亦即酶原激活調(diào)控；最后，激活后的MMPs還受到金屬蛋白酶抑制劑(the tissue inhibitors of metalloproteases,TIMPs)的調(diào)控。TIMPs是MMPs的內(nèi)源性特異性抑制因子，通過(guò)與MMPs的Zn2+結(jié)合催化結(jié)構(gòu)域相互作用而使酶失活，從而抑制MMPs的生理功能[5]。

作為哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)最重要的水解酶系統(tǒng)，MMPs參與機(jī)體幾乎所有組織的發(fā)育和修復(fù)，并在炎癥反應(yīng)、腫瘤的發(fā)生及發(fā)展等過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。然而其功能已經(jīng)遠(yuǎn)不只ECM重塑還包括多種免疫調(diào)節(jié)機(jī)制，如裂解細(xì)胞因子來(lái)增強(qiáng)或抑制它們的功能活性等。

2 MMPs與感染性疾病

當(dāng)有外源微生物入侵時(shí)，機(jī)體免疫系統(tǒng)必須首先募集白細(xì)胞到感染部位，清除病原體并抑制炎癥反應(yīng)的持續(xù)發(fā)生。MMPs在這個(gè)過(guò)程中起著重要的作用，主要表現(xiàn)在以下4個(gè)方面。

1)MMPs通過(guò)降解基質(zhì)成分在ECM中開(kāi)辟一條通道便于白細(xì)胞遷移。免疫細(xì)胞從血液遷移至感染部位需要基底膜降解。體外研究[6]表明，T細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞的遷移部分依賴于MMP-9。當(dāng)小鼠的淋巴結(jié)中檢測(cè)到抗原時(shí)，淋巴細(xì)胞跨過(guò)高內(nèi)皮靜脈進(jìn)入淋巴結(jié)需要MMPs活性的存在，如在MMP-3缺失小鼠中，中性粒細(xì)胞喪失了遷移至炎性肺組織的能力[7]。

2)MMPs通過(guò)調(diào)節(jié)趨化因子梯度來(lái)驅(qū)動(dòng)炎癥細(xì)胞的募集。在MMP-7基因敲除小鼠中，中性粒細(xì)胞表現(xiàn)出遷移障礙，原因是MMP-7可釋放一種細(xì)胞表面蛋白多糖syndecan-1，這種蛋白多糖與趨化因子CXCL1絡(luò)合后可建立一個(gè)調(diào)節(jié)中性粒細(xì)胞流到肺泡的趨化因子梯度。當(dāng)MMP-7基因被敲除時(shí)就不能形成這種趨化因子梯度，中性粒細(xì)胞就不能定向遷移至感染部位[8]。

3)MMPs可直接調(diào)節(jié)細(xì)胞因子和趨化因子活性。MMP-1、-2、-3、-7、-9和-12的膜錨定前體都可釋放活性α-腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)，其作用機(jī)制類(lèi)似于TNF-α轉(zhuǎn)化酶[9]。MMPs既可以蛋白裂解的方式激活白介素(Interleukin,IL)1β前體，又可以切割活化形式的IL-1β使其失活，從而實(shí)現(xiàn)了正負(fù)兩方面的調(diào)控。MMP-9水解IL-8后得到的一個(gè)片段其活性為母體分子的10倍[10]。相反，單核細(xì)胞趨化蛋白CCL7被MMP-2水解后得到的片段可作為CCL7受體拮抗劑使用[11]。這種趨化因子被MMPs降解后產(chǎn)生拮抗劑的機(jī)制提供了一個(gè)有效的負(fù)反饋循環(huán)，可及時(shí)抑制炎癥細(xì)胞流并結(jié)束炎癥反應(yīng)。

4)MMPs還能活化防御素和抗菌肽促進(jìn)細(xì)菌的殺滅。防御素和抗菌肽通過(guò)破壞細(xì)菌的膜結(jié)構(gòu)而殺死細(xì)菌。α-膜型防御素經(jīng)MMP-7切割后活化，因此，MMP-7基因敲除小鼠需要更長(zhǎng)時(shí)間才能清除病原菌的感染[12]。大腸桿菌感染肺上皮細(xì)胞可引起MMP-7表達(dá)上調(diào)，甚至單獨(dú)的細(xì)菌成分如鞭毛蛋白也可上調(diào)MMP-7[13]，表明MMP-7是宿主對(duì)感染產(chǎn)生的早期反應(yīng)產(chǎn)物。

3 MMPs與傳染病病理學(xué)

在感染發(fā)生過(guò)程中，適量MMPs活性對(duì)抗感染免疫是有益且必需的，然而過(guò)量MMPs也可能導(dǎo)致感染相關(guān)的免疫病理?yè)p傷，從而加劇疾病的發(fā)展。

艾滋癡呆癥是慢性HIV感染的嚴(yán)重并發(fā)癥，其標(biāo)志是廣泛的神經(jīng)元死亡并伴隨著大量激活的巨噬細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞流。神經(jīng)元死亡的確切機(jī)制尚不清楚，但有證據(jù)表明與腦脊髓液中過(guò)量的MMP-9有關(guān)。HIV的多種蛋白可上調(diào)MMP-9的表達(dá)與分泌，如包膜糖蛋白gp120能增加T細(xì)胞和膠質(zhì)瘤細(xì)胞MMP-9的分泌[14]。往大鼠腦池內(nèi)注射HIV Nef蛋白可導(dǎo)致血腦屏障的崩潰，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)腦脊液中MMP-9的水平顯著升高[15]。在HIV神經(jīng)毒性動(dòng)物模型中抑制MMP活性可防止神經(jīng)功能缺損的發(fā)展[16]。此外，MMPs通過(guò)調(diào)節(jié)腦組織ECM重構(gòu)，還參與了細(xì)菌性腦膜炎等疾病的發(fā)病機(jī)制[17]。

慢性乙型肝炎病毒(hepatitis B virus,HBV)感染與肝炎甚至是肝細(xì)胞癌的發(fā)生有關(guān)。在急性HBV感染中，過(guò)度的炎癥反應(yīng)導(dǎo)致肝細(xì)胞壞死，這與抗原非特異性淋巴細(xì)胞被MMP-8和MMP-9招募到肝實(shí)質(zhì)有關(guān)[18]。乙肝病毒X蛋白(HBx)對(duì)肝細(xì)胞癌的發(fā)展至關(guān)重要，而過(guò)量MMPs的誘導(dǎo)可能是腫瘤侵襲的關(guān)鍵。HBx可上調(diào)MMP14的表達(dá)與分泌，MMP-14活化可導(dǎo)致小鼠模型和臨床肝癌患者腫瘤生長(zhǎng)和侵襲[19]。

胃潰瘍和胃癌都與幽門(mén)螺桿菌(helicobacter pylori，Hp)的慢性感染有關(guān)，二者均涉及到ECM的異常降解。體內(nèi)外研究[20-21]表明，Hp感染可誘生炎性因子TNF-α和IL-1b，在TNF-α和IL-1b的作用下胃上皮細(xì)胞高水平分泌多種MMP，其中MMP-24可作為胃癌轉(zhuǎn)移的分子標(biāo)記，而MT1-MMP則與腫瘤細(xì)胞的侵襲有關(guān)。

分枝桿菌(mycobacterium)感染可導(dǎo)致肺結(jié)核。肺部ECM破潰形成空洞對(duì)細(xì)菌擴(kuò)散極為重要，也是病情惡化的表現(xiàn)。VERMA等[22]研究表明，MMPs的高表達(dá)有利于結(jié)核分枝桿菌的組織播散，在活動(dòng)性肺結(jié)核患者支氣管肺泡灌洗液中出現(xiàn)了大量MMP-9 mRNA，多臟器受累的結(jié)節(jié)病患者的MMP-1基因表達(dá)顯著增加。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究[23]發(fā)現(xiàn)，在分枝桿菌感染的小鼠組織中，MMP-2和MMP-9的水平增加，這表明細(xì)菌通過(guò)上調(diào)MMPs來(lái)破壞ECM促進(jìn)自身的擴(kuò)散。

4 總結(jié)及展望

機(jī)體發(fā)生感染時(shí)，正常范圍內(nèi)的抗感染免疫有助于清除病原體，然而，過(guò)度的炎癥反應(yīng)則可能導(dǎo)致組織損傷，這種組織的破壞甚至有利于病原體的傳播或持續(xù)感染。無(wú)論是清除病原體還是免疫病理?yè)p傷，都有基質(zhì)金屬蛋白酶的參與。

MMPs是動(dòng)植物體最重要的內(nèi)源性水解酶系統(tǒng)，由于其對(duì)ECM強(qiáng)大的水解能力，其產(chǎn)生及活性是嚴(yán)格受到限制的，以此保證MMPs的有效性和機(jī)體的安全性。然而，在感染性疾病中，這種限制性所構(gòu)建的平衡被打破了。在過(guò)去的十多年中，越來(lái)越多的證據(jù)表明，MMPs在正?？垢腥久庖咧衅鹱饔玫耐瑫r(shí)，也有助于免疫病理的發(fā)展。一般來(lái)說(shuō)，適量的MMPs活性是抗感染免疫反應(yīng)所必需的，而過(guò)量的MMPs活性則有助于造成免疫病理?yè)p傷。

調(diào)控MMPs活性，利用MMPs抗感染的有利面，避免過(guò)量MMPs所造成的病原體擴(kuò)散及疾病加重的不利面，是治療感染性疾病的一個(gè)思路。最初對(duì)MMPs的關(guān)注主要集中在癌癥治療的進(jìn)展上，并已取得可喜的結(jié)果，如通過(guò)開(kāi)發(fā)同時(shí)具有抑制MMPs基因表達(dá)和抑制MMPs酶活性的靶向藥物，已實(shí)現(xiàn)對(duì)部分腫瘤組織MMPs的特異性抑制[24]。將MMPs應(yīng)用于感染性疾病的治療也已有初步的進(jìn)展，如在肺炎球菌性腦膜炎大鼠模型中，抑制MMPs及其TNF-α轉(zhuǎn)化酶活性可降低大鼠的死亡率[25]，而利用化學(xué)修飾過(guò)的四環(huán)素來(lái)抑制MMPs活性則可降低膿毒癥模型中大鼠的死亡率[26]。MMP-9單克隆抗體GS-5745可使約45%的重度潰瘍性結(jié)腸炎到控制[27]。未來(lái)能否將MMPs廣泛應(yīng)用于人類(lèi)感染性疾病的治療還有待進(jìn)一步對(duì)MMPs功能的認(rèn)識(shí)。