朱素華，徐圣秋

(徐州市第一人民醫(yī)院 藥學(xué)部，江蘇 徐州 221000)

糖尿病是世界上常見(jiàn)的代謝性疾病之一，對(duì)人類(lèi)的健康產(chǎn)生了重大威脅，預(yù)計(jì)到2045年全球20～79歲人群中有7.83億人患病[1]。糖尿病并發(fā)癥較多，包括微血管并發(fā)癥和大血管并發(fā)癥，其中微血管并發(fā)癥包括糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)、糖尿病腎病、糖尿病性神經(jīng)病變，大血管并發(fā)癥包括缺血性心臟病、周?chē)懿　⒛X血管疾病[2]。

DR是糖尿病嚴(yán)重的微血管并發(fā)癥之一，全世界范圍內(nèi)約有420萬(wàn)患者因此失明，且人數(shù)在逐年增加[3]。氧化應(yīng)激、炎癥、遺傳因素、晚期糖基化終產(chǎn)物形成增多、多元醇途徑的激活和蛋白激酶C可能在DR的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮著重要作用，但是確切的機(jī)制尚不清楚[4-5]。在增殖期，上述機(jī)制均可引起血管通透性增加、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)分泌增多[6-7]。視網(wǎng)膜、視神經(jīng)和虹膜上新生血管生成，新生血管較脆，易發(fā)生視網(wǎng)膜出血。此外，滲漏導(dǎo)致的視網(wǎng)膜下間隙積液可能導(dǎo)致黃斑水腫，進(jìn)而引起視網(wǎng)膜脫離。

基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)是鋅依賴(lài)性的明膠酶，在細(xì)胞外基質(zhì)中被激活，從而水解大部分細(xì)胞外基質(zhì)蛋白酶[8-9]。多數(shù)MMPs由非活性的酶原分泌，然后被纖溶酶切割成活性形式[10]。盡管早在20世紀(jì)60年代人們就開(kāi)始研究MMPs在細(xì)胞外基質(zhì)中的蛋白水解活性[11]，但近年來(lái)，世界范圍內(nèi)的許多醫(yī)學(xué)研究者才開(kāi)始對(duì)MMPs的研究越來(lái)越重視。事實(shí)上，除了降解各種細(xì)胞外蛋白，MMPs還能在外界環(huán)境刺激下激活和抑制信號(hào)通路相關(guān)分子的表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的變化。其中一些還參與各種激素和信號(hào)分子的激活和失活。盡管如此，MMPs的作用逐漸被發(fā)現(xiàn)，被證明與癌癥、動(dòng)脈粥樣硬化、炎癥性腸病、阿爾茨海默病、衰老及DR有關(guān)[12-15]。MMPs的具體功能一直備受關(guān)注，在DR中的具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。本文通過(guò)對(duì)MMPs在DR中的研究現(xiàn)狀、 MMPs種類(lèi)、針對(duì)MMPs靶點(diǎn)的新療法進(jìn)行綜述，旨在為以MMPs為靶點(diǎn)的DR新療法在臨床上的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 MMPs在DR中的研究現(xiàn)狀

在DR中，MMPs的平衡遭到破壞[16]。由于MMPs是細(xì)胞外基質(zhì)降解的主要決定因素，它們?cè)谝暰W(wǎng)膜病變中的作用是非常重要的。MMPs通過(guò)降解維持血視網(wǎng)膜屏障(blood retinal barrier，BRB)完整性的連接蛋白、緊密連接蛋白、鈣粘著蛋白來(lái)增加血管通透性。MMP-2和MMP-9因能夠降解基底膜，一直備受關(guān)注。此外，它們?cè)谛律苄纬芍幸财鹬匾饔?。研究發(fā)現(xiàn)，在糖尿病大鼠造模12周時(shí)，視網(wǎng)膜組織中MMP-9、MMP-2、MMP-14 mRNA水平升高，在高糖環(huán)境刺激下，視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞MMP-9表達(dá)增加[17]。Liu等[18]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病動(dòng)物視網(wǎng)膜組織中MMP-2和MMP-9表達(dá)增加。此外，他們還證實(shí)BB-94(一種TIMPs )能夠有效抑制視網(wǎng)膜血管通透性，證實(shí)MMP在BRB中發(fā)揮著重要作用。Gaonkar等[19]在增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變(proliferative diabetic retinopathy，PDR)患者的玻璃體中檢測(cè)出MMP-9，可能與玻璃體出血有關(guān)。隨后，有研究報(bào)道MMP-9的調(diào)節(jié)依賴(lài)于血管緊張素Ⅱ和VEGF[20]。因此，PDR視網(wǎng)膜中ACE依賴(lài)性血管緊張素II和VEGF的生成可能與MMP-9濃度的升高有關(guān)。進(jìn)一步研究表明，MMP-9在細(xì)胞凋亡中發(fā)揮重要作用，刺激細(xì)胞VEGF的分泌[7]，研究者還發(fā)現(xiàn)在PDR患者中，MMP-9活性增加可能導(dǎo)致組織因子途徑抑制物(tissue factor pathway inhibitor，TFPI)表達(dá)降低。根據(jù)動(dòng)物研究數(shù)據(jù)，TFPI可能抑制血管生成[7]。2018年，Abu El-Asrar等[21]再次證明PDR患者玻璃體內(nèi)MMP-9與VEGF呈正相關(guān)，同時(shí)研究了4種金屬蛋白酶組織抑制劑(tissue inhibitors of metalloproteinases，TIMPs)的表達(dá)情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在PDR患者玻璃體內(nèi)TIMP-1和TIMP-4水平升高，并與MMP-9和VEGF水平呈正相關(guān)。此外，Abu EI-Asrar等[22]在PDR患者的玻璃體標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)了MMP-1；相反，在正常人樣本中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)MMP-1。玻璃體內(nèi)MMP-1與VEGF水平呈正相關(guān)。這表明凝血酶/MMP-1/蛋白酶活化受體-1通路可能參與缺血誘導(dǎo)PDR的血管生成。因此，深入了解TIMPs的作用對(duì)于研究以MMPs和TIMPs為靶點(diǎn)的新藥物必不可少。

2 TIMPs種類(lèi)

TIMPs作為一種內(nèi)源性抑制劑，能夠以特定的方式與MMPs結(jié)合，抑制MMPs的活化。到目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)4種TIMPs，分別是TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3和TIMP-4[23]。所有的TIMPs具有相似的功能，但也存在一些特異性差異。TIMP-2對(duì)MMP-2的抑制作用是TIMP-1的2～10倍。然而，與TIMP-2和TIMP- 3不同的是，TIMP-1不能有效降解膜型MMPs(MT-MMPs)。TIMPs以1∶1的比例與相應(yīng)的MMPs結(jié)合，因此MMPs和TIMPs濃度間的平衡在不同疾病中需要精確調(diào)節(jié)[23]。對(duì)于慢性炎癥，糖尿病患者血漿和組織樣本中的MMPs濃度可能更高。MMPs和TIMPs濃度并不一致[21, 24]。在大多數(shù)情況下MMP/TIMP比例升高[25-26]。此現(xiàn)象發(fā)生在各種病理狀態(tài)下，包括慢性糖尿病并發(fā)癥[24]。另一方面，當(dāng)患者伴有糖尿病并發(fā)癥時(shí)，MMP活性增加。這種情況出現(xiàn)在糖尿病腎病可能與TIMP-2活性相關(guān)的糖基化水平的升高有關(guān)。

目前，研究最廣泛的是TIMP-1，TIMP-1可能預(yù)防1型糖尿病的發(fā)生。與之相對(duì)應(yīng)的動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病小豬血漿中TIMP-1的升高與其心臟纖維化、左心室肥厚增加及心臟功能障礙密切相關(guān)[27]。TIMP-1抑制MMP-9活性，引起細(xì)胞毒性T細(xì)胞遷移到胰島中的細(xì)胞減少，進(jìn)而減少細(xì)胞凋亡，這可能是未來(lái)糖尿病具有潛力的治療靶點(diǎn)之一。

3 針對(duì)MMPs靶點(diǎn)的新療法

3.1目前DR的治療方法 由于DR是糖尿病的一個(gè)重要并發(fā)癥，且危害巨大，因此早期診斷和治療顯得十分重要。目前DR的治療手段有：①玻璃體內(nèi)注射抗VEGF藥物(如雷珠單抗、康柏西普、阿柏西普、貝伐珠單抗)、抗炎藥皮質(zhì)類(lèi)固醇(如曲安奈德、地塞米松緩釋劑)，傳統(tǒng)的激光光凝術(shù)和新型掃描式光凝治療；②其他治療藥物：心磷脂靶向肽、α-硫辛酸、葉黃素、達(dá)普拉締等。上述治療方法效果比較肯定，可作為評(píng)價(jià)其他治療方法有效性的參考[28]。然而這些治療方法具有一定的局限性，尋求新的替代治療十分必要[29]。

3.2TIMPs 現(xiàn)在大部分國(guó)內(nèi)外研究主要針對(duì)與視力損害有關(guān)的糖尿病性黃斑水腫和PDR。目前最常見(jiàn)的研究靶點(diǎn)是MMP-2、MMP-9和VEGF，因?yàn)樗鼈冊(cè)谝暰W(wǎng)膜病變的發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。歷史上第一個(gè)人工合成的TIMPs被用于治療癌癥。早在20世紀(jì)90年代研究者就發(fā)現(xiàn)腫瘤生長(zhǎng)、血管再生與MMPs表達(dá)有重要聯(lián)系。TIMPs被認(rèn)為是治療癌癥的一個(gè)重大突破，然而TIMPs可能會(huì)對(duì)正常組織中的MMP發(fā)揮作用。此外這些藥物的生物利用度低、不良反應(yīng)大，在臨床靶向治療癌癥的使用中受到限制。但是相關(guān)研究還在繼續(xù)，研究者們正在關(guān)注下一代新型TIMPs和其他疾病。

2002年，一種新型的選擇性MMP-9和MMP-2抑制劑普馬司他(AG3340)被證實(shí)在動(dòng)物模型中能夠顯著抑制氧化應(yīng)激進(jìn)而減少視網(wǎng)膜新生血管形成，可能是治療DR的潛在藥物[30]。2007年，Barnett等[31]在氧誘導(dǎo)視網(wǎng)膜病變的動(dòng)物模型上檢測(cè)了3種具有不同選擇性的TIMPs：RO-31-9790(廣譜抑制劑)、AG3340(選擇性MMP-2和MMP-9抑制劑)和DPC-A37668(選擇性MMP-2抑制劑)。所有藥物均經(jīng)玻璃體腔注射給藥，AG3340和DPC-A37668也經(jīng)口服和腹腔給藥。玻璃體內(nèi)注射這3種藥物后新生血管形成的面積均減少，但只有注射RO-31-9790的動(dòng)物模型新生血管生成面積減少顯著。其他藥物抗血管生成的作用可能與注射造成的傷口愈合有關(guān)。與對(duì)照組相比，DPC-A37668確實(shí)使新生血管生成顯著減少，但僅在口服時(shí)效果顯著。DPC-A37668是所有實(shí)驗(yàn)抑制劑中最有潛力的藥物，因?yàn)樗慕o藥途徑風(fēng)險(xiǎn)最小。Bhatt等[32]研究發(fā)現(xiàn)，阿司匹林(一種非選擇性COX抑制劑)能增強(qiáng)米諾環(huán)素抑制MMP-2和MMP-9的作用。

3.3MMPs的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子 早期的研究主要集中在與MMP活性位點(diǎn)結(jié)合的螯合鋅離子的抑制劑上[33]?，F(xiàn)在，研究者逐漸開(kāi)始研究其他更復(fù)雜的調(diào)節(jié)MMPs表達(dá)的方法。2013年，一個(gè)研究小組試圖檢測(cè)細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶-1/2(extracellular regulated protein kinase 1/2，ERK1/2)抑制劑(U0126)對(duì)糖尿病大鼠視網(wǎng)膜MMP-9和TIMP-1表達(dá)的影響。研究者在實(shí)驗(yàn)中采用鏈脲佐菌素(STZ)造模，將動(dòng)物分為3組：正常組、未注射抑制劑的糖尿病組和注射U0126的糖尿病組。與正常組相比，未注射抑制劑的糖尿病組視網(wǎng)膜組織ERK1/2活性和MMP-9表達(dá)顯著升高，TIMP-1表達(dá)降低；與未注射抑制劑的糖尿病組相比注射U0126的糖尿病組ERK1/2活性和MMP-9表達(dá)均降低，同時(shí)TIMP-1水平升高；注射U0126的糖尿病組與正常組實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似[34]。

另一方面，Mishra等[35]研究了聚ADP核糖聚合酶-1對(duì)調(diào)節(jié)MMP-9基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子的影響。聚ADP核糖聚合酶-1與相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄過(guò)程。聚ADP核糖聚合酶-1活性的增加與MMP-9水平的升高和細(xì)胞損傷有關(guān)。在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，與正常糖培養(yǎng)的細(xì)胞組相比，高糖刺激組細(xì)胞MMP-9表達(dá)和聚ADP核糖聚合酶-1活性明顯升高，在給與聚ADP核糖聚合酶-1抑制劑的高糖細(xì)胞組沒(méi)有出現(xiàn)這種現(xiàn)象，這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果在小鼠實(shí)驗(yàn)中也得到證實(shí)。因此，轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子聚ADP核糖聚合酶-1抑制劑為DR的治療提供了新方向。

3.4植物性天然化合物 研究表明一些天然和植物性物質(zhì)可調(diào)節(jié)MMPs活性。Olanlokun等[36]對(duì)姜黃中提取的姜黃素進(jìn)行了研究分析，發(fā)現(xiàn)姜黃素能夠調(diào)節(jié)MMPs活性，但姜黃素具有非特異性，生物利用度低。然而未來(lái)可能可以把姜黃素設(shè)計(jì)成選擇性高和生物利用度更高的藥物。Alparslan等[37]對(duì)從蜂膠中提取的咖啡酸苯乙酯(caffeic acid phenethyl ester，CAPE)進(jìn)行了研究，與模型組相比，CAPE治療組MMP-2、MMP-9的表達(dá)水平降低、氧化應(yīng)激損傷減少。陳晶等[38]研究發(fā)現(xiàn)，青蒿琥酯治療使STZ誘導(dǎo)的大鼠組MMP-9 mRNA表達(dá)水平明顯降低，TIMP-1 mRNA 表達(dá)水平顯著升高。對(duì)天然化合物的深入研究，有助于DR的治療。

3.5靶向微小RNA (microRNA, miRNA)治療 多年來(lái)，基因治療DR對(duì)研究者們一直有很大的誘惑力。隨著對(duì)DR潛在的遺傳機(jī)制和表觀遺傳修飾認(rèn)識(shí)的不斷提高，這種治療DR的方法不斷地被研究。miRNA是一種短鏈非編碼RNA，與基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控有關(guān)，與一些DR新的治療方法有關(guān)[39]。值得注意的是，血清miRNA-126和miRNA-132的水平可作為PDR的早期標(biāo)志物[40]。有研究指出miRNA-365通過(guò)抑制TIMP-3在DR發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用[41]。Yang等[42]研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-15b可能通過(guò)靶向3'-UTR區(qū)域抑制VEGF基因轉(zhuǎn)錄來(lái)調(diào)控其表達(dá)，進(jìn)而抑制PDR的發(fā)展。有研究證實(shí)，在高糖誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞(retinal pigment epithelial cells，RPEs)中，miR-200a-3p的過(guò)表達(dá)抑制細(xì)胞凋亡、MMP-2/MMP-9活性和VEGF表達(dá)，可阻止DR的發(fā)展[43]。盡管大量基于miRNA的化合物已經(jīng)被研究，但其中只有少數(shù)進(jìn)入了臨床開(kāi)發(fā)階段。由于miRNA與幾乎所有的生理、病理過(guò)程密切相關(guān)，因此基于miRNA的構(gòu)建物具有巨大的治療潛力。

3.6MMPs基因表達(dá)的靶向表觀遺傳調(diào)控 Kowluru等[44]研究發(fā)現(xiàn)，編碼MMP-9和線粒體超氧化物歧化酶的基因可以在糖尿病環(huán)境中進(jìn)行表觀遺傳修飾。接下來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，DNA甲基化在糖尿病視網(wǎng)膜MMP-9的轉(zhuǎn)錄調(diào)控中起著關(guān)鍵作用[45]。糖尿病患者氧化應(yīng)激損傷增加，調(diào)節(jié)DNA甲基化，調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激抑制MMP-9的激活，可避免DR進(jìn)一步惡化[46]。2020年又有了新的突破，研究發(fā)現(xiàn)，同型半胱氨酸通過(guò)減少TIMP-1與MMP-9的相互作用，減少M(fèi)MP-9激活，調(diào)節(jié)DNA甲基化，減緩DR的進(jìn)展[47]。深入了解氧化應(yīng)激損傷的過(guò)程，有助于治療DR。

4 小結(jié)與展望

由于人類(lèi)壽命的延長(zhǎng)和糖尿病患病率的增加，DR使醫(yī)學(xué)界面臨巨大的挑戰(zhàn)。氧化應(yīng)激損傷、炎癥、遺傳因素、晚期糖基化終產(chǎn)物形成增加、多元醇途徑的激活和蛋白激酶C可能在DR的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮著重要作用，以MMPs為治療靶點(diǎn)是目前研究的熱點(diǎn)。MMPs調(diào)節(jié)多個(gè)信號(hào)通路，參與DR的發(fā)病。目前治療DR的方法很多，但存在一定的局限性。TIMPs可作為DR的潛在治療方法，但需要對(duì)TIMP/MMP靶向系統(tǒng)有更詳細(xì)的了解，尤其是在生物學(xué)和疾病過(guò)程中的相互作用。然而，TIMP和MMPs的平衡關(guān)系及具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究，以更好地應(yīng)用于DR治療。