楊 靜，宋春雨

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異丙酚對(duì)血腦屏障的保護(hù)作用與MMP-9表達(dá)的相關(guān)性研究

楊 靜，宋春雨

基質(zhì)金屬蛋白酶-9(Matrix metalloproteinase-9,MMP-9)是基質(zhì)金屬蛋白酶家族(MMPs)的一個(gè)重要成員，其主要通過(guò)攻擊腦血管的基底膜和緊密連接破壞血腦屏障(Blood-brain Barrier,BBB)，加重腦出血和腦水腫，對(duì)神經(jīng)元有不同程度的毒性作用。因此，在急性腦損傷中，血腦屏障受損及MMP-9表達(dá)的機(jī)制備受關(guān)注。目前，許多基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)及臨床研究均表明，異丙酚能夠?qū)︼B腦損傷提供保護(hù)效應(yīng)，其機(jī)制與改善血腦屏障的通透性及MMP-9表達(dá)有關(guān)。

異丙酚；血腦屏障；MMP-9；腦保護(hù)

0 引言

急性顱腦損傷是神經(jīng)外科急癥致死致殘的重要原因，可出現(xiàn)一系列復(fù)雜的病理機(jī)制，研究發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)傷性腦水腫后血腦屏障(Blood-brain barrier，BBB)的破壞是重要的病理改變之一，而細(xì)胞外基質(zhì)和緊密連接的破壞在導(dǎo)致血腦屏障通透性改變中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。MMP-9可通過(guò)降解腦血管的基底膜和緊密連接而破壞血腦屏障，引起繼發(fā)性腦水腫并加重顱腦損傷。異丙酚是一種靜脈麻醉藥，廣泛應(yīng)用于臨床各科手術(shù)患者的麻醉和重癥監(jiān)護(hù)室患者的鎮(zhèn)靜。大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)，異丙酚具有神經(jīng)保護(hù)作用，因此，成為一種極具潛力的腦保護(hù)藥物而備受國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注?，F(xiàn)就其對(duì)血腦屏障的保護(hù)作用與MMP-9表達(dá)的關(guān)系予以綜述。

1 血腦屏障

顱腦損傷后繼發(fā)創(chuàng)傷性腦水腫是一種混合性腦水腫，其病理生理機(jī)制一直未完全闡明。顱腦損傷時(shí)血腦屏障受損，加重創(chuàng)傷性腦水腫和原發(fā)顱腦損傷，并在形態(tài)和功能兩方面都發(fā)生相應(yīng)改變，通透性的改變是血腦屏障功能障礙的最重要表現(xiàn)[1]。而在導(dǎo)致通透性改變中，MMP-9的表達(dá)發(fā)揮了重要作用。

1.1 血腦屏障的生理功能 血腦屏障是一個(gè)解剖顯微結(jié)構(gòu)單元，是血液與神經(jīng)組織之間存在某種獨(dú)特的屏障，這一屏障可限制物質(zhì)在血液和神經(jīng)組織之間的自由交換，故稱為血腦屏障[2]。研究發(fā)現(xiàn)，血腦屏障包括腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞、緊密連接、基底膜和星形膠質(zhì)細(xì)胞的血管周突等結(jié)構(gòu)單元，每一種細(xì)胞結(jié)構(gòu)類型都是血腦屏障的完整性不可或缺的組成部分[3]。周德祥等[4]研究發(fā)現(xiàn)，顱腦損傷可引起血腦屏障超微結(jié)構(gòu)的改變及腦組織含水量的增加，即基底膜的破壞和斷裂，內(nèi)皮細(xì)胞、膠質(zhì)細(xì)胞及線粒體的腫脹變形，細(xì)胞和血管外間隙擴(kuò)大并引起液體的積聚，可導(dǎo)致顱內(nèi)壓升高乃至腦疝形成，嚴(yán)重腦水腫和高顱壓又將反過(guò)來(lái)加重腦組織缺血缺氧損害。血腦屏障的發(fā)育和維持，依靠細(xì)胞成分和非細(xì)胞成分的相互作用，并提供了血腦屏障結(jié)構(gòu)和功能的支持。任何一種細(xì)胞類型或非細(xì)胞組分的損害，都將引起或促進(jìn)血腦屏障的破壞及功能障礙[5]。研究表明，在維持血腦屏障的功能中，細(xì)胞外基質(zhì)的作用越來(lái)越重要，細(xì)胞外基質(zhì)包括間質(zhì)基質(zhì)和基底膜，而內(nèi)皮細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和周細(xì)胞則是通過(guò)分泌細(xì)胞外基質(zhì)分子促進(jìn)基底膜的形成?；啄ぶ饕怯山Y(jié)構(gòu)蛋白組成，如Ⅳ型膠原蛋白，層粘連蛋白和纖連蛋白，并且也含有細(xì)胞粘附分子與穩(wěn)定的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，包括兩種截然不同的分子結(jié)構(gòu)即內(nèi)皮基底膜和實(shí)質(zhì)基底膜，發(fā)揮不同的生理功能[6]。細(xì)胞外基質(zhì)及相關(guān)細(xì)胞結(jié)構(gòu)可通過(guò)這兩種分子結(jié)構(gòu)的跨細(xì)胞膜受體而發(fā)揮作用，例如層粘連蛋白、纖連蛋白、Ⅳ型膠原、骨粘連蛋白、糖胺聚糖(GAG)和基底膜蛋白聚糖等，與配體結(jié)合引起的各種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、炎癥因子及生長(zhǎng)因子的活化[3]。

1.2 血腦屏障的破壞 血腦屏障對(duì)于建立和維護(hù)內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，使神經(jīng)活動(dòng)正常發(fā)揮至關(guān)重要，嚴(yán)格控制離子、分子和細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)。血腦屏障破壞導(dǎo)致免疫細(xì)胞外滲，增加各種離子、大分子物質(zhì)穿過(guò)血腦屏障，但血腦屏障故障發(fā)生的機(jī)理和破壞的后果是多方面的[7]。有證據(jù)表明，很多因素都可導(dǎo)致血腦屏障破壞，其中氧化應(yīng)激是比較重要的因素之一，氧化應(yīng)激介導(dǎo)的血腦屏障的破壞表現(xiàn)在多種神經(jīng)系統(tǒng)的疾病中，氧化應(yīng)激反應(yīng)是指機(jī)體過(guò)量的抗氧化防御反應(yīng)的活性氧簇(ROS)引起的細(xì)胞毒性反應(yīng)，從而導(dǎo)致神經(jīng)組織損傷的病理過(guò)程[8]。局部缺血缺氧后，在缺血再灌注期間，氧化應(yīng)激反應(yīng)可導(dǎo)致血腦屏障的破壞，加速神經(jīng)損傷，在2個(gè)瞬時(shí)小鼠缺血模型與人類腦損傷標(biāo)本中，嗜中性粒細(xì)胞釋放活性氧，刺激其他細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子，吸引更多的白細(xì)胞從外圍進(jìn)入神經(jīng)細(xì)胞表面和腦血管的血管周圍空間，缺血性炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)一步調(diào)節(jié)其功能，促進(jìn)血腦屏障的破壞，而不需要滲入缺血腦組織[9]。另外，毒性氨基酸、一氧化氮(NO)和鈣超載也有相應(yīng)的作用，缺血缺氧引起細(xì)胞膜去極化釋放毒性氨基酸，谷氨酸受體激活引起鈣超載及NO的病理性釋放，除了通過(guò)鈣離子依賴性NO合酶(NOS)直接參與血腦屏障的調(diào)節(jié)外，還通過(guò)與ROS反應(yīng)，生成毒性更強(qiáng)的過(guò)氧化硝酸鹽離子，導(dǎo)致血腦屏障的開(kāi)放，加重腦組織的損傷，介導(dǎo)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的進(jìn)一步損害[7]。最近的研究表明，在繼發(fā)性腦損傷中，與損傷相關(guān)的神經(jīng)血管改變和重塑相關(guān)的基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)，在血腦屏障開(kāi)放中可能發(fā)揮著更重要的作用，尤其是MMP-9，在炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)和鈣超載的誘導(dǎo)下，活化起到破壞血腦屏障的關(guān)鍵作用，從而導(dǎo)致腦水腫和繼發(fā)性腦損傷，以及神經(jīng)炎癥和退行性病變[10]。

2 MMP-9與血腦屏障的關(guān)系

2.1 MMP-9的生理作用 基質(zhì)金屬蛋白酶(Matrix metalloproteinases，MMPs)是一類鈣離子和鋅離子依賴性內(nèi)肽酶，具有結(jié)構(gòu)相似的血紅素結(jié)合蛋白，前肽和催化結(jié)構(gòu)域，是蛋白水解酶中非常重要的一類[10]。生理狀態(tài)下以無(wú)活性的酶原或前提形式存在，主要功能是調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)的穩(wěn)態(tài)，包括其他蛋白酶，蛋白酶抑制劑，炎性細(xì)胞，凝血因子，潛在生長(zhǎng)因子，生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白，細(xì)胞-細(xì)胞粘附分子，幾乎所有的具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白。因此，MMPs能夠調(diào)節(jié)許多生物過(guò)程，異常表達(dá)和活化的基質(zhì)金屬蛋白酶導(dǎo)致的細(xì)胞外基質(zhì)和緊密連接的降解，致使血腦屏障破壞和血管性水腫[11]，尤其是MMP-9，在中性條件下，內(nèi)源性鈣離子和鋅離子參與下，由巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、粒細(xì)胞、結(jié)締組織細(xì)胞和某些腫瘤細(xì)胞等合成并分泌，通過(guò)降解細(xì)胞外基質(zhì)、構(gòu)成基底膜的Ⅳ型膠原、層粘連蛋白及纖維黏連蛋白等發(fā)揮病理性作用，在腦缺血和炎癥后發(fā)揮血腦屏障損傷中起重要作用[12]。

2.2 MMP-9表達(dá)的可能機(jī)制 MMP-9可導(dǎo)致許多有害的后果，包括血腦屏障破壞，腦出血水腫，腦細(xì)胞凋亡和腦損傷的缺血性損傷?；罨腗MP-9的調(diào)節(jié)機(jī)制尚不明確，可表現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄水平、酶原的激活水平及基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制因子(Tissue inhibitor metalloproteinase，TIMPs)的調(diào)節(jié)。有證據(jù)表明，MMP-9在轉(zhuǎn)錄和酶原激活水平與氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡、線粒體功能障礙等相關(guān)聯(lián)，氧自由基、炎性細(xì)胞、細(xì)胞因子和趨化因子等通過(guò)Fos/Jun二聚體(即早基因c-fos及c-jun的轉(zhuǎn)錄翻譯產(chǎn)物)作用于MMP-9基因促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄，也通過(guò)級(jí)聯(lián)反應(yīng)誘發(fā)MMP-9酶原的激活[13]。而MMP-9的表達(dá)增加會(huì)反作用于炎性細(xì)胞和氧自由基，加速其游走和毒性變化浸潤(rùn)腦組織，并且最終導(dǎo)致血腦屏障開(kāi)放后，腦水腫加重和腦缺血后出血性轉(zhuǎn)化。TIMPs廣泛分布于組織和體液中，共價(jià)結(jié)合MMPs而阻止其活化。MMP-9的抑制劑TIMP-1與MMP-9酶原或活化后酶的催化區(qū)羧基末端特異性結(jié)合，從而特異性抑制MMP-9的活性，抑制或阻止其降解細(xì)胞外基質(zhì)[14]。Barr等[15]研究發(fā)現(xiàn)，臨床血漿MMP-9水平與人類血腦屏障破壞的神經(jīng)影像學(xué)指標(biāo)之間存在重要聯(lián)系，監(jiān)測(cè)血漿MMP-9可用于顱腦損傷后血腦屏障損害的早期檢測(cè)，證實(shí)MMP-9在人的腦中風(fēng)和再灌注損傷中起關(guān)鍵作用。在動(dòng)物模型中也得到相似結(jié)論[16]，已顯示MMP-9蛋白的水平，不僅在損傷的腦組織中，而且在損傷周圍區(qū)域存在，表明MMP-9參與梗死面積生長(zhǎng)的過(guò)程。在腦缺血早期抑制MMP-9的活性，可促進(jìn)血腦屏障的恢復(fù)和血管的生成[17]。因此，MMP-9可以代表一個(gè)潛在的治療靶標(biāo)用于減少血腫周圍水腫和改善臨床結(jié)果，而異丙酚可能正好作用于這個(gè)靶點(diǎn)發(fā)揮腦保護(hù)作用。

3 異丙酚的腦保護(hù)作用

3.1 異丙酚腦保護(hù)作用可能機(jī)制 異丙酚(2,6-二異丙基)是一種常用的短效靜脈麻醉劑。該藥物具有起效快、誘導(dǎo)平穩(wěn)、穩(wěn)態(tài)分布容積大、蘇醒迅速、不良反應(yīng)小、無(wú)蓄積作用等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于臨床外科手術(shù)和門診手術(shù)患者的麻醉和重癥監(jiān)護(hù)室患者的鎮(zhèn)靜。國(guó)內(nèi)外大量研究證明，異丙酚具有腦保護(hù)作用，但其機(jī)制還未完全闡明。研究人員發(fā)現(xiàn)，異丙酚可能通過(guò)降低顱內(nèi)壓力、腦代謝速率、腦血流量和減輕血腦屏障通透性并保持腦血流與腦氧代謝率的良好匹配從而提供神經(jīng)保護(hù)作用[18]。異丙酚具有抗氧化應(yīng)激性能，清除體內(nèi)氧自由基，降低脂質(zhì)過(guò)氧化物，抑制炎性因子的釋放，從而抑制MMP-9的表達(dá)，異丙酚也可能通過(guò)抑制細(xì)胞內(nèi)鈣超載，減少興奮性氨基酸的釋放，穩(wěn)定膠質(zhì)細(xì)胞的功能，減輕血腦屏障的通透性發(fā)揮腦保護(hù)作用[19]。戚思華等[20]發(fā)現(xiàn)，丙泊酚可通過(guò)促進(jìn)原癌基因bcl-2的表達(dá)，減輕腦組織的缺血性凋亡作用，促進(jìn)神經(jīng)元存活在梗死的邊緣區(qū)域。還有研究表明，異丙酚在血腦屏障的超微結(jié)構(gòu)和線粒體水平提供了有力的神經(jīng)保護(hù)作用[21]。

3.2 異丙酚通過(guò)抑制MMP-9水平保護(hù)血腦屏障 鑒于MMP-9在腦損傷中血腦屏障的破壞作用，研究人員將注意力轉(zhuǎn)移到異丙酚通過(guò)抗MMP-9蛋白表達(dá)發(fā)揮其腦保護(hù)作用。LEE等[22]研究表明，異丙酚可有效降低局灶性腦缺血模型腦梗死的體積。全腦缺血再灌注損傷前給予異丙酚預(yù)處理，可以改善大鼠的神經(jīng)功能評(píng)分，減輕神經(jīng)元缺血再灌注損傷后的病理生理改變，保護(hù)短暫腦缺血后血腦屏障完整性并減輕腦水腫[23]。異丙酚的局部缺血后給藥，提供了腦缺血再灌注損傷的神經(jīng)保護(hù)作用，這種保護(hù)可能與抑制MMP-9的表達(dá)增加有密切關(guān)系。Zhang等[24]研究發(fā)現(xiàn)，在腦損傷時(shí)，異丙酚可抑制炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激，從而衰減缺血性腦損傷，通過(guò)抑制髓過(guò)氧化物酶(MPO)活性、核因子κB(NF-κB)表達(dá)、環(huán)氧合酶-2(COX-2)表達(dá)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)濃度、活性氧(ROS)的產(chǎn)生，在基因水平上抑制Fos/Jun二聚體的形成而降低MMP-9的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)。異丙酚也可抑制缺血早期谷氨酸及NO釋放的不同路徑，減輕其興奮毒性作用及鈣超載，阻斷MMP-9活化途徑，降低血腦屏障的開(kāi)放，從而減輕血腦屏障的破壞，發(fā)揮腦保護(hù)作用[15]。Tejima等[25]研究發(fā)現(xiàn)，異丙酚可通過(guò)抑制基質(zhì)，金屬蛋白酶的內(nèi)源性天然抑制劑(TIMPs)與MMP-9的操縱序列的可逆結(jié)合，抑制MMP-9降解細(xì)胞外基質(zhì)，穩(wěn)定血腦屏障的通透性。研究表明，TIMPs可減少興奮性氨基酸介導(dǎo)的鈣離子內(nèi)流，減輕鈣超載，猜想異丙酚可能通過(guò)此途徑抑制MMP-9的表達(dá)，發(fā)揮腦保護(hù)作用。此外，Mizuno等[21,26]研究發(fā)現(xiàn)，MMP-9的表達(dá)上調(diào)會(huì)加速細(xì)胞凋亡和線粒體功能障礙，兩者相互作用誘導(dǎo)血腦屏障的破壞及腦組織缺血性壞死。研究證實(shí)，異丙酚可通過(guò)保護(hù)線粒體的功能減少能量代謝障礙，抑制細(xì)胞的凋亡而發(fā)揮腦保護(hù)作用，不難推測(cè)，這種機(jī)制也可能通過(guò)抑制MMP-9的表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)腦保護(hù)作用[27]。

4 結(jié)語(yǔ)

腦組織損傷是一系列復(fù)雜的病理性級(jí)聯(lián)反應(yīng)，血腦屏障的破壞在繼發(fā)性腦損傷中的作用越發(fā)受到大家的重視，但基本的機(jī)制仍然知之甚少。證據(jù)表明，蛋白酶在腦缺血損傷的早期階段就引起血腦屏障破壞[28]。我們?nèi)匀恍枰M(jìn)一步研究來(lái)了解腦缺血損傷中MMP-9蛋白的表達(dá)持續(xù)時(shí)間及破壞血腦屏障的嚴(yán)重程度，并以此作為靶點(diǎn)找到異丙酚的腦保護(hù)機(jī)制。作為一種靜脈麻醉藥，異丙酚的腦保護(hù)作用已經(jīng)得到國(guó)內(nèi)外大量專家的證實(shí)，異丙酚可能通過(guò)多種途徑的級(jí)聯(lián)反應(yīng)來(lái)介導(dǎo)對(duì)MMP-9的抑制作用，減輕血腦屏障的通透性，起到腦保護(hù)作用，但具體的機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。

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Correlation between protective effect of propofol on blood-brain barrier and expression of MMP-9

YANG Jing,SONG Chun-yu

(Department of Anesthesiology,The Second Affiliated Hospital of Harbin Medical University,Heilongjiang Key Laboratory of Anesthesiology and Intensive Care Research & Key Laboratory of Basic Theory and Application of Anesthesiology of the Heilongjiang Higher Education Institution,Harbin 150086,China)

Matrix metalloproteinase 9 (MMP-9) is an important member of the family of matrix metalloproteinases (MMPs),which damages the Blood-brain Barrier (BBB) by the attack of cerebral vascular basement membrane and tight junctions,BBB opening leads to cerebral edema and hemorrhagic transformation and has different degrees of toxicity on the neurons.Therefore,the disruption of BBB and the role of MMP-9 is great concerned in acute brain injury.A lot of basic experimental and clinical studies show that propofol has protective effect on traumatic brain injury,which has associations with improving BBB permeability and inhibiting MMP-9 activity.

Propofol;Blood-brain barrier;MMP-9;Cerebral protection

2015-04-08

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院麻醉科 黑龍江省麻醉與危重病學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 黑龍江省普通高等學(xué)校麻醉基礎(chǔ)理論與應(yīng)用研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150086

10.14053/j.cnki.ppcr.201511031