范利娟，郝洋，羅亞鴿，馬言，李記天,,5

強直性脊柱炎（ankylosing spondylitis,AS）是一種侵犯患者骶髂關(guān)節(jié)和脊柱的慢性進行性疾病，以中軸性炎癥、外周性關(guān)節(jié)炎和終端炎為主要特征，臨床可見患者不明原因的腰背痛、脊柱僵硬、畸形及嚴(yán)重活動受限等表現(xiàn)[1]。研究顯示，AS 的患病率為0.1%～1.6%[2]，好發(fā)于青壯年，男性多于女性。其病變部位以滑膜為主，可累及關(guān)節(jié)囊、肌腱、韌帶的骨附著點等。隨著病變的進展，炎癥還可能累及關(guān)節(jié)外部位，如心臟、肝、肺、腎等，嚴(yán)重影響患者運動功能，危害患者生命健康[2-4]。尋求一種能夠早期診斷、預(yù)測疾病進展及判斷病情活動的生物標(biāo)志物對AS 來說尤為重要。

基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases,MMPs）由多種組織和細(xì)胞產(chǎn)生，1962 年被確定為一種膠原蛋白水解酶，是導(dǎo)致關(guān)節(jié)損傷的重要因素，其介導(dǎo)的基質(zhì)降解可破壞關(guān)節(jié)和軟骨，與炎性因子形成和血管周圍基質(zhì)降解有關(guān)。基質(zhì)金屬蛋白酶-3（matrix metalloproteinase-3,MMP-3）屬于MMPs 成員，不僅參與AS 的炎癥過程，同時能作用于軟骨胞外基質(zhì)，降解胞外明膠、多糖、膠原等成分，破壞軟骨組織，繼而引起關(guān)節(jié)疼痛或腫脹[5]，其表達與AS 活動度之間存在相關(guān)性，是血清中可以反映AS 的生物標(biāo)志物之一。本文就血清MMP-3在AS發(fā)生、發(fā)展中的作用研究進行綜述。

1 MMP-3的來源、分布和功能

MMP-3 作為含有金屬離子的蛋白酶，又稱基質(zhì)分解素-1，是MMPs 家族的成員之一。MMP-3 直接來源于炎性病變的關(guān)節(jié)，由軟骨細(xì)胞、滑膜細(xì)胞及成纖維細(xì)胞等釋放，是一種重要的鋅離子依賴性內(nèi)肽酶[6]，可作為關(guān)節(jié)內(nèi)活躍炎癥的潛在標(biāo)志物，在軟骨損傷和關(guān)節(jié)破壞中起著關(guān)鍵作用[7]。MMP-3 存在3種生物活性形式，即MMP-3 前體、活性MMP-3 和MMP-3/組織金屬蛋白酶抑制物（tissue inhibitor of metalloproteinase,TIMP）復(fù)合物。有學(xué)者認(rèn)為MMP-3在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎中表達過高，且與血清樣本相比，MMP-3更多地存在于滑液中[8]，是關(guān)節(jié)炎癥的良好生物標(biāo)志物[7]。研究顯示，膝骨關(guān)節(jié)炎患者血液和滑液MMP-3水平明顯高于健康人，其中，膝骨關(guān)節(jié)炎患者的血液MMP-3 水平是健康人的近2.5 倍，其滑液MMP-3水平是健康人的7倍余[9]。

在功能上：①MMP-3在結(jié)構(gòu)上具有極大同源性，能裂解一系列細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，包括集聚蛋白、層粘連蛋白和膠原蛋白等。②MMP-3 可以激活MMPs前體，如MMP-1前體和MMP-9前體[10-13]，是骨吸收和重建的關(guān)鍵酶，可以調(diào)節(jié)人體多種反應(yīng)，主要參與組織重建與修復(fù)、傷口愈合、軟骨基質(zhì)的降解、骨吸收、腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移等[10]。MMP-3 的高表達會導(dǎo)致軟骨基質(zhì)分解大于合成，加重軟骨病變，與關(guān)節(jié)軟骨退變程度密切相關(guān)，可作為預(yù)測療效的重要指標(biāo)。③MMP-3是炎癥反應(yīng)中的重要因子，參與炎癥過程，加劇炎癥反應(yīng)，是導(dǎo)致軟骨降解最重要的蛋白酶，不僅在軟骨代謝過程中發(fā)揮作用，還參與降解軟骨中Ⅳ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅺ等各型膠原的過程，導(dǎo)致軟骨降解和破壞。④MMP-3還參與非膠原成分的降解過程，在骨重建過程中發(fā)揮重要作用，使基質(zhì)中膠原、蛋白等成分降解，損害關(guān)節(jié)軟骨，造成骨關(guān)節(jié)炎進行性加重，表現(xiàn)為關(guān)節(jié)腫脹、疼痛及變形等[14-16]。

2 血清MMP-3在AS診斷中的潛在價值

AS的發(fā)病機制較復(fù)雜，涉及炎癥反應(yīng)、免疫功能改變及骨代謝異常等多個環(huán)節(jié)，且早期癥狀不典型，容易出現(xiàn)誤診、漏診，尋找有效的實驗室檢查指標(biāo)對AS 的早期診治尤為重要[17]。AS 活動期患者可見紅細(xì)胞沉降率（erythrocyte sedimentation rate,ESR）加快、C反應(yīng)蛋白（C-reactive protein,CRP）水平增高等，但ESR 和CRP 的診斷價值較低，因此許多學(xué)者開始致力于研究候選生物標(biāo)志物在測量AS 疾病活動性方面的作用。

研究發(fā)現(xiàn)，多種MMPs 在AS 患者滑膜、關(guān)節(jié)液及血清中表達，特別是在關(guān)節(jié)液中，MMP-3呈高水平表達，其高水平表達與關(guān)節(jié)炎的炎性活動指標(biāo)（如炎性細(xì)胞）浸潤相關(guān)，是AS 的發(fā)病機制之一[18]，可作為AS 早期診斷的參考指標(biāo)。Gao 等[19]通過薈萃分析發(fā)現(xiàn)AS 患者血清MMP-3 水平顯著高于健康對照組，MMP-3 表達水平的升高與AS 的病情進展及預(yù)后呈正相關(guān)，說明MMP-3水平升高與AS患者危險性增加相關(guān)，可作為AS 診斷的血清學(xué)標(biāo)志物，但需進行更大樣本量的研究。也有研究表明，活動期AS 患者血清MMP-3水平顯著高于穩(wěn)定期患者，血清MMP-3水平與強直性脊柱炎疾病活動指數(shù)（Bath ankylosing spondylitis disease activity index,BASDAI）、強直性脊柱炎脊柱評分體系（modified stoke ankylosing spondylitis spine score,mSASSS）呈正相關(guān)，MMP-3水平在診斷AS患者操作特征曲線下面積為0.888，充分 說明MMP-3 診斷AS 的良好效能[20]。MMP-3是miR-17 的靶基因，在AS 的發(fā)生發(fā)展過程中，miR-17可以調(diào)控MMP-3的表達。姜芳等[21]深入探討了miR-17 和MMP-3 在AS 患者血漿、外周血單核細(xì)胞中的表達及其臨床意義，發(fā)現(xiàn)MMP-3在AS診斷中的靈敏度較高，miR-17 及MMP-3 聯(lián)合可顯著提高對AS的診斷能力，有望成為新的臨床診斷指標(biāo)。此外，血清MMP-3 可作為早期AS 患者病情活動及放射學(xué)損傷的潛力評價指標(biāo)[6,22]，可能是AS診斷的潛在生物標(biāo)志物。Zhu 等[22]研究發(fā)現(xiàn)AS 患者MMP-3 基因rs522616多態(tài)性與AS 的易感性相關(guān)，其血清MMP-3水平顯著高于健康受試者，且在疾病活動度高的患者中水平更高，在軟骨損傷和關(guān)節(jié)破壞中起著關(guān)鍵作用，證實了MMP-3 與AS 患病率之間的顯著相關(guān)性，表明MMP-3 可以作為關(guān)節(jié)活動性炎癥反應(yīng)的潛在生物標(biāo)志物。

3 血清MMP-3對AS病情進展的預(yù)測

目前，相關(guān)臨床和實驗室研究表明血清MMP-3水平與AS 疾病活動性和MRI 骶髂關(guān)節(jié)評分之間存在相關(guān)性，是AS 患者結(jié)構(gòu)性損傷進展的獨立預(yù)測因子[5,23-24]。MMP-3 在組成關(guān)節(jié)軟骨的聚合素和乙型膠原等分子降解中起重要作用，患者疾病功能指數(shù)與MMP-3 呈顯著正相關(guān)，這可能與降解結(jié)締組織的細(xì)胞外基質(zhì)有關(guān)，MMP-3 是AS 發(fā)病的重要分子，可在一定程度上預(yù)測AS 患者的病情進展情況，作為評估AS 病情的血清學(xué)指標(biāo)[25-26]。Liu 等[27]通過對比AS 患者及健康人的滑膜組織標(biāo)本，研究AS 滑膜組織中腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor,TNF-α）、血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）和MMP-3 的表達，并深入探索它們在成纖維細(xì)胞向成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞轉(zhuǎn)化中的作用，發(fā)現(xiàn)TNF-α、VEGF 及MMP-3 僅在AS 組表達，TNF-α、VEGF 可能直接參與成纖維細(xì)胞向成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的分化，而成熟的成骨細(xì)胞可能在很大程度上表達MMP-3，加速軟骨的降解，在AS 的疾病進展中起重要作用。

MMP-3 不僅介導(dǎo)成纖維細(xì)胞增生，也參與炎癥反應(yīng)及間質(zhì)膠原酶的激活，直接參與Ⅱ型膠原降解，MMP-3 處于激活狀態(tài)時可直接作用于骨礦化過程，利于骨基質(zhì)礦化前成熟，在骨吸收和骨形成中發(fā)揮重要作用。研究顯示，通過下調(diào)MMP-3水平，可以降低致炎因子釋放，對調(diào)整AS 異常基質(zhì)降解、改善血管翳形成有積極作用，進而發(fā)揮改善患者癥狀、抑制骨質(zhì)及軟骨破壞的作用[28]，MMP-3 可在抗炎作用的水平上作為預(yù)測治療效果的指標(biāo)，是炎癥反應(yīng)的標(biāo)志物[29-30]，在臨床中可以通過密切檢測患者血清MMP-3 水平的變化情況，提前采取有效措施以預(yù)防患者病情惡化。Wei 等[31]對AS 患者和健康人進行基因分型，并通過BASDAI、強直性脊柱炎功能指數(shù)（Bath ankylosing spondylitis functional index,BASFI）和強直性脊柱炎全球評分（Bath ankylosing spondylitis global score,BAS-G）評定患者的疾病活動和功能狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)血清MMP-3 水平與患者ESR、CRP 及白細(xì)胞介素6（interleukin-6,IL-6）水平等炎癥指標(biāo)相關(guān)，MMP-3基因啟動因子的5A/6A 多態(tài)在AS的病理生理學(xué)中是功能相關(guān)的，研究發(fā)現(xiàn)了MMP-3和TIMP-1基因作為AS 疾病進展中關(guān)鍵元素的重要性。

AS疾病進展的另一個參數(shù)是放射學(xué)進展，與AS相關(guān)的脊髓損傷過程可以通過MRI顯示[5,32]，但AS發(fā)病初期臨床表現(xiàn)輕微，影像學(xué)檢查也無明顯的骶髂關(guān)節(jié)炎癥狀，極易被忽視而導(dǎo)致病情延誤。在以往的研究中，只有基線放射學(xué)損傷被認(rèn)為是AS 患者放射學(xué)進展的獨立預(yù)測因素，但隨著近些年醫(yī)學(xué)的進步，一些生物標(biāo)志物也被認(rèn)為是AS 患者放射學(xué)進展的獨立預(yù)測因子[33-34]。He等[5]研究了24 例AS 患者治療前及治療12 周后MMP-3、IL-6、TNF-α 等生物標(biāo)志物的變化與關(guān)節(jié)炎癥的MRI 指標(biāo)、BASDAI、BASFI、BAS-G、CRP、ESR 等之間的相關(guān)性，結(jié)果顯示，AS 患者血清MMP-3 的變化與MRI 骶髂關(guān)節(jié)評分之間存在顯著相關(guān)性，與CRP、IL-6 之間呈正相關(guān)，通過AS患者血清MMP-3的變化模式可以較好地預(yù)測其骶髂關(guān)節(jié)評分。也有學(xué)者認(rèn)為AS 骶髂關(guān)節(jié)MRI 表現(xiàn)與患者血清MMP-3水平呈顯著正相關(guān)，血清MMP-3水平和MRI一樣，可用于AS骶髂關(guān)節(jié)炎的早期診斷[6]。但也有學(xué)者認(rèn)為MMP-3 與MRI 結(jié)果之間不存在顯著相關(guān)性，究其原因可能是由于現(xiàn)存的研究有限，不同的研究設(shè)計、有限的措施及研究對象的質(zhì)量和數(shù)量導(dǎo)致結(jié)果之間的差異，因此，未來仍需要大量的研究以證明MMP-3 和MRI 之間的相關(guān)性[35]。綜上所述，MMP-3 與AS 患者MRI 結(jié)果顯著相關(guān)，是AS 患者放射學(xué)進展的獨立預(yù)測因子[6]。

4 血清MMP-3判斷AS疾病活動性

準(zhǔn)確評估AS 疾病的活動性在臨床實踐中已經(jīng)變得十分重要。近些年有學(xué)者將血清MMP-3應(yīng)用于AS疾病活動性的檢測，但目前尚未有關(guān)于MMP-3作為判斷AS 病情活動的可靠性及有效性。研究表明，AS 疾病活動期患者血清MMP-3 水平明顯較穩(wěn)定期高，且血清MMP-3 水平和mSASSS 評分呈顯著正相關(guān)，說明其表達水平與疾病活動度之間存在密切關(guān)系，檢測患者血清MMP-3、IL-1β、骨保護素水平可以為AS的早期診斷和病情評估提供依據(jù)[20]。在治療過程中，隨著體內(nèi)血清MMP-3水平的下降，CRP、TNF-α等促炎性細(xì)胞因子也會下降，因此MMP-3 可被認(rèn)為是AS 活動性的重要指標(biāo)[5,36]。Soliman 等[35]通過對AS 患者和健康志愿者的血清MMP-3 的檢測，評價MMP-3和MRI在AS患者疾病活動度的評估作用，并與BASDAI、ESR、CRP 等常規(guī)指標(biāo)進行比較，發(fā)現(xiàn)活動期AS 患者血清MMP-3 水平顯著升高，與BASDAI之間存在顯著相關(guān)性，與ESR 和CRP 無關(guān)。因此認(rèn)為血清MMP-3 是反映AS 臨床疾病活動性的客觀指標(biāo)，在評估AS 患者的疾病活動性方面比ESR 和CRP更有效，但在臨床評估疾病活動性和指導(dǎo)在AS 中生物抑制劑的使用時，應(yīng)將MMP-3 和MRI 與BASDAI一起考慮。

AS 現(xiàn)有的生物標(biāo)志物是ESR 和CRP，但由于ESR 和CRP 等常規(guī)指標(biāo)的特異度較低，在反映AS 患者疾病活動度上效能較低，因此不能作為評估AS 疾病活動性和嚴(yán)重程度的唯一參數(shù)。相比之下，血清MMP-3 在檢測AS 患者的疾病活動性及藥物療效方面有更高的潛在應(yīng)用價值。Chen 等[37]對42 例AS 患者及20名健康志愿者的血清MMP-3及TIMP水平進行統(tǒng)計學(xué)分析，并對ESR 和CRP 進行比較，探討MMP-3 作為AS 疾病高活動性標(biāo)志物的臨床應(yīng)用價值，發(fā)現(xiàn)AS 患者僅MMP-3 水平顯著高于正常對照組，疾病活動度高的AS 患者血清MMP-3 水平也較高，與BASDAI 和功能指數(shù)顯著相關(guān)，其靈敏度（69.2%）和特異度（68.8%）均較高，比以往使用的ESR 和CRP 更準(zhǔn)確，是判斷AS 活動性的一個重要生物標(biāo)志物。

5 血清MMP-3 作為TNF-α 抑制劑的療效評價指標(biāo)

AS患者外周血清中MMP-3的濃度與AS患者疾病活動性密切相關(guān)，MMP-3 與ESR、CRP 一樣，不僅可以作為評估AS 病情活動的另一個客觀指標(biāo)，而且還可以作為判定TNF-α 抑制劑治療AS 療效的客觀指標(biāo)[38]。近年來，隨著TNF-α 抑制劑治療AS 的進展，采用更準(zhǔn)確方法、手段用于評估疾病活動性和檢測治療效果勢在必行[39]。在臨床中，許多AS 活動期患者對依那西普（etanercept）或英夫利昔（infliximab）單抗的治療反應(yīng)良好，但由于這些藥物的成本較高，且主要依靠AS 患者疾病活動性相關(guān)的主觀指標(biāo)，如BASFI 和醫(yī)師的意見，存在極大的主觀性，因此急需一種更客觀的方法來評估AS 患者對TNF-α 阻斷治療的反應(yīng)[40]。Wendling 等[41]通過對比AS 患者和正常對照組血清中MMP-3 及組織蛋白酶K 的水平，探討MMP-3 在TNF-α 抑制劑治療中的變化，發(fā)現(xiàn)MMP-3在活動期AS 患者血清中的水平顯著升高，但這與評估疾病活動性的常規(guī)指標(biāo)，如BASDAI、ESR、CRP 之間無明顯相關(guān)性。臨床通過TNF-α 的應(yīng)用，可顯著降低血清中MMP-3 水平，說明MMP-3 可以作為AS患者疾病活動性的生物標(biāo)志物。

英夫利昔單抗是一種TNF-α 的中和抗體，是另一種臨床常用的AS 治療策略，對AS 有額外的治療作用，與MMP-3表達減少有關(guān)，也可以作為患者潛在的生物標(biāo)志物[5,42]。Yang等[43]通過對接受和未接受英夫利昔單抗治療的AS 患者的血清MMP-3 和巨噬細(xì)胞集落刺激因子（macrophage colony-stimulating factor,M-CSF）水平進行檢測，并將其與28 名健康受試者進行比較，發(fā)現(xiàn)在未接受生物制劑治療的AS 患者組中，MMP-3 和M-CSF 均與BASDAI 值相關(guān)，但彼此之間不相關(guān)。重度活動期AS 患者血清中的MMP-3 水平較高，但在應(yīng)用英夫利昔單抗治療后，BASDAI 和血清MMP-3 水平均顯著下降，M-CSF 值無明顯變化，認(rèn)為MMP-3 和M-CSF 可以作為AS 疾病活動性的潛在標(biāo)志物，特別是在英夫利昔單抗治療期間。楊春花等[44]檢測AS患者血清和關(guān)節(jié)液中的MMP-3表達水平，并進一步分析其與AS患者疾病活動的相關(guān)性，以確認(rèn)和探討MMP-3在AS發(fā)病中的作用，研究發(fā)現(xiàn)AS患者的血清MMP-3水平與以往常用的AS 診斷方法BASDAI 之間顯著相關(guān)，在關(guān)節(jié)和外周血中均有穩(wěn)定水平的表達，提示MMP-3 有可能作為評估AS 病情活動的另一個客觀指標(biāo)，特別是在應(yīng)用生物抑制劑（如英夫利昔單抗）治療期間，是研究AS 發(fā)病機制的肯定而有用的候選基因。Maksymowych 等[45]的研究納入了接受英夫利昔單抗治療24 周的21 例AS 患者，發(fā)現(xiàn)BASDAI 的變化與MMP-3 水平的變化顯著相關(guān)，在橫向和縱向評估AS疾病活動性方面有很高的價值，可作為AS 患者生物治療反應(yīng)的評價指標(biāo)。

依那西普治療可以有效降低AS 疾病活動度，改善骨生化指標(biāo)及軟骨更新，包括Ⅱ型膠原降解減少和聚集蛋白聚糖更新增加，MMP-3水平與AS患者疾病活動度之間密切相關(guān)，可以作為依那西普治療的一個有用的生物標(biāo)志物[46-47]。Arends等[48]通過縱向觀察92 例接受依那西普治療的患者，探討MMP-3 作為AS患者日常臨床監(jiān)測和預(yù)測依那西普治療反應(yīng)的生物標(biāo)志物的潛力，發(fā)現(xiàn)依那西普治療后血清中的MMP-3水平發(fā)生顯著變化，但數(shù)據(jù)分析表明MMP-3水平對監(jiān)測和預(yù)測AS 患者對依那西普的治療反應(yīng)效果欠佳，其預(yù)測3個月后強直性脊柱炎評估協(xié)作組20 反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)（ASAS group response criteria 20 score,ASAS20）的準(zhǔn)確性為中等，與目前常用的客觀生物標(biāo)志物ESR 和CRP 相比沒有明顯優(yōu)勢。He 等[5]的研究檢測了AS患者接受依那西普治療后血清中TNF-α、MMP-3 等的水平，并評價這些血清標(biāo)志物與患者疾病活動度、疾病嚴(yán)重程度及TNF-α 抑制劑治療后關(guān)節(jié)癥狀緩解程度之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)AS 患者的血清MMP-3 和IL-6 水平明顯高于正常人，在接受依那西普治療后，患者MMP-3水平明顯下降，而TNF-α和轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β,TGF-β）水平升高，證明血清MMP-3可以作為AS患者疾病活動性及放射學(xué)進展的獨立預(yù)測因子，與關(guān)節(jié)腫脹指數(shù)及BASDAI相關(guān)。

6 問題與展望

目前仍存在以下問題：①關(guān)于AS 的發(fā)病機制尚無明確的認(rèn)識，篩選并鑒定候選基因是研究AS 病因和發(fā)病機制的一個重要領(lǐng)域；②尚無標(biāo)準(zhǔn)的方法來評估AS 患者的疾病活動性，醫(yī)師和患者常根據(jù)不同的依據(jù)來判斷疾病的活動性，急需尋找一種黃金標(biāo)準(zhǔn)來評估AS 患者疾病過程；③由于AS 治療所需要的藥物成本較高，制定一種準(zhǔn)確的方法來測量疾病的活動性及確保藥物對患者有效性十分重要；④目前的MMP-3 檢測方法在區(qū)分MMP-3 前體和活性MMP-3 上效能較低，需要一種專門測量活性MMP-3的分析方法，可用于體外模型和臨床樣本。

幾年來，由于新的治療方法及成像方式的出現(xiàn)，臨床醫(yī)師和患者對AS 及其結(jié)果的認(rèn)識有所提高[2]。MMPs，尤其是MMP-3 在AS 的發(fā)病機制中起重要作用，能夠介導(dǎo)骨和軟骨的破壞、促進致炎因子的釋放、調(diào)整異常的基質(zhì)降解和血管形成等病理因素，MMP-3 的活化還可以使MMP-9 產(chǎn)生級聯(lián)放大效應(yīng)，加劇炎癥反應(yīng)、分解破壞細(xì)胞內(nèi)皮基膜，造成血腦屏障破壞[49]，臨床可用于AS 的早期診斷、預(yù)測病情進展、判斷患者病情活動及評價TNF-α 抑制劑的治療效果等。

【利益沖突】所有作者均聲明不存在利益沖突