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(dòng)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(yán)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(dòng)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(hù)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(dòng)脈管壁組織明顯增強(qiáng)，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(dá)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(gè)病理環(huán)節(jié)，如形態(tài)重構(gòu)、血管生成、凋亡和組織修復(fù)等。作者對國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)分析，闡述MMP及其抑制劑在顱內(nèi)動(dòng)脈瘤形成和發(fā)展過程中的生物學(xué)作用，為廣大醫(yī)生提供參考。

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

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

1 CA概述

正常的動(dòng)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(jié)構(gòu)，為血管壁提供機(jī)械支撐，而血管平滑肌細(xì)胞位于中膜。與顱外其他動(dòng)脈不同，對于顱內(nèi)動(dòng)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(dòng)脈的外膜厚度更小[3]。這些解剖學(xué)和組織學(xué)特點(diǎn)，決定了顱內(nèi)動(dòng)脈更利于動(dòng)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(jì)結(jié)果，其發(fā)病率為0.2%～9%。不同文獻(xiàn)研究方法的差異是其發(fā)病率跨度過大的原因。CA導(dǎo)致SAH的年發(fā)病率為0.6‰～2‰[4]。

CA是導(dǎo)致SAH最常見的原因，其病理生理學(xué)機(jī)制較為復(fù)雜，基因因素愈來愈被重視。從理論上講，動(dòng)脈血壓過高是CA的重要危險(xiǎn)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(xiàng)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(guān)，而與年齡等其他因素的關(guān)系無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[4]。此外，研究表明女性較男性更容易罹患CA[4,6]。嚴(yán)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(rèn)為，傳統(tǒng)的開顱CA瘤頸夾閉手術(shù)是治療CA最確切、有效的方法[7]。隨著神經(jīng)導(dǎo)航技術(shù)的飛速發(fā)展，CA病灶得以準(zhǔn)確定位，手術(shù)過程中對周圍重要腦組織的損傷較以往大大減少。干預(yù)性立體定向神經(jīng)放射技術(shù)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(dòng)脈內(nèi)層增厚，繼而血栓形成、血管壁壞死。隨著微導(dǎo)管介入技術(shù)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(xué)復(fù)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(dǎo)動(dòng)脈血管壁基質(zhì)的降解和重塑中起到重要作用，這也是動(dòng)脈瘤發(fā)展乃至破裂的重要環(huán)節(jié)。已有不少學(xué)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(guān)系進(jìn)行了研究，然而各研究結(jié)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(chǔ)結(jié)構(gòu)。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(gè)亞型，即MMP-1～MMP-28。

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

在成人中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，多數(shù)MMP亞型的表達(dá)水平很低甚至檢測不到，但MMP-11和MMP-14例外，通過RNA酶保護(hù)性分析法可以證實(shí)成年小鼠腦組織中MMP-11和MMP-14的表達(dá)處于高水平，且有相對固定的構(gòu)成比例。通過聚合酶鏈反應(yīng)技術(shù)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(dá)?？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(dá)，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(shí)，個(gè)別MMP亞型水平才會(huì)明顯上升。

研究表明，相比于正常腦動(dòng)脈血管，動(dòng)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(dá)水平明顯上升[4]，這可能是由于蛋白水解活性的增強(qiáng)導(dǎo)致膠原溶解，進(jìn)而發(fā)生血管壁細(xì)胞外基質(zhì)的局部降解，最終形成動(dòng)脈瘤并不斷擴(kuò)大。

MMP-9是MMP基因家族中的重要一員，編碼專門降解結(jié)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(rèn)為，MMP-9由炎癥細(xì)胞尤其是巨噬細(xì)胞合成、分泌，在機(jī)體組織重塑中起到關(guān)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(dòng)脈瘤管壁組織中的表達(dá)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(jié)果，而且MMP-9降解細(xì)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(dòng)脈瘤的原因。有研究發(fā)現(xiàn)，腹主動(dòng)脈瘤(abdominal aortic aneurysm,AAA)或CA管壁組織中MMP-9明顯過量表達(dá)，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(huì)被其他MMP亞型降解)促發(fā)動(dòng)脈瘤的形成[2]。

MMP-9的調(diào)節(jié)主要是在轉(zhuǎn)錄水平，關(guān)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(gòu)成變異的結(jié)果，這種基因變異可以增強(qiáng)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(yīng)，同時(shí)也帶來更多的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

四環(huán)素具有較強(qiáng)的MMP抑制效應(yīng)[14]。多西環(huán)素作為四環(huán)素類似物，雖然其確切作用機(jī)制仍不甚清楚，但已被證實(shí)不僅可以降低MMP-8、MMP-9，同時(shí)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(xì)胞生物學(xué)機(jī)制可能有：①抑制動(dòng)脈管壁中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞炎癥細(xì)胞的募集；②選擇性改善動(dòng)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(yīng)和氧化應(yīng)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(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞和AAA組織外植體中MMP-2的表達(dá)[19]。MMP對于AAA管壁中細(xì)胞外基質(zhì)的降解和動(dòng)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(yīng)用前景。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)均已經(jīng)明確證實(shí)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(dá)，抑制彈力層基質(zhì)的降解，從而延緩動(dòng)脈瘤的破裂。這項(xiàng)研究提示，MMP可促進(jìn)馬方綜合征患者胸主動(dòng)脈瘤的擴(kuò)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(dǎo)的小鼠CA模型上實(shí)驗(yàn)，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(jié)扎頸總動(dòng)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(dǎo)的兔頸總動(dòng)脈瘤的形成，動(dòng)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(dòng)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(xì)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(xì)胞或人單核細(xì)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(dá)水平[26]。一些臨床試驗(yàn)證實(shí)，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(yù)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(fēng)險(xiǎn)，甚至可以在動(dòng)脈內(nèi)膜修復(fù)后反轉(zhuǎn)瘤體發(fā)展的過程[29]。此外，辛伐他汀還可以減輕氧化應(yīng)激程度，抑制CA管壁中MMP相關(guān)的MMP-9活性[30]?？梢哉f，辛伐他汀抗氧化應(yīng)激和抗炎癥反應(yīng)的特性使之成為抑制CA發(fā)展的有效藥物[1]。

4 結(jié)論

MMP在形態(tài)重構(gòu)、血管生成、凋亡、組織修復(fù)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(dǎo)CA形成和發(fā)展的關(guān)鍵物質(zhì)。應(yīng)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(dòng)脈瘤的病理進(jìn)程。MMP抑制劑的進(jìn)一步研發(fā)必將大大降低CA的發(fā)病率和破裂風(fēng)險(xiǎn)，臨床應(yīng)用前景非常廣闊。

[1]孔祥溢,關(guān)健,李軍,等.氧化應(yīng)激促發(fā)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的研究進(jìn)展[J].基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)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(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)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)