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基质金属蛋白酶在骨关节炎症性疾病中的研究进展发布时间：2022-04-28T04:50:17.945Z 来源：《世界复合医学》2022年2期作者：戴炯华，刘芳通信作者[导读] 基质金属蛋白酶（Matrix metalloproteinases，MMPs）是一类锌依赖性蛋白酶家族，其可通过降解细胞外基质、调控相应信号通路来参与细胞增殖、迁移、和分化等多种生物学过程[1]。
戴炯华，刘芳通信作者南华大学衡阳医学院岳阳市人民医院研究生协作培养基地，湖南衡阳421001【摘要】基质金属蛋白酶（Matrix metalloproteinases，MMPs）是一类锌依赖性蛋白酶家族，其可通过降解细胞外基质、调控相应信号通路来参与细胞增殖、迁移、和分化等多种生物学过程[1]。
MMPs在正常关节组织中低水平表达，而在关节炎症病理状态下表达明显增高，其参与调节炎症反应的各个方面，在骨关节炎、痛风性关节炎、类风湿性关节炎等发挥重要作用，本文对基质金属蛋白酶与骨关节常见炎症性疾病相关性研究进展做一综述，为科研提供便利。
【关键词】基质金属蛋白酶；骨关节炎；痛风性关节炎；类风湿性关节炎Research progress of matrix metalloproteinases in inflammatory diseases of bone and joint[Abstract]Matrix metalloproteinases(MMPs)are a family of zinc-dependent proteases,which can participate in various biological processes such as cell proliferation,migration and differentiation by degrading extracellular Matrix and regulating corresponding signal pathways[1].MMPs low level expression in normal joint tissues,and expressed in joint inflammation pathological condition significantly increased,to participate in the aspects of regulating the inflammatory response,in osteoarthritis,rheumatoid arthritis,gouty arthritis,etc play an important role,in this paper,matrix metalloproteinases and common inflammatory joint disease correlation research progress.[Key words]matrix metalloproteinase;osteoarthritis;gout arthritis;rheumatoid arthritis1.基质金属蛋白酶的概述人体正常的生长发育过程离不开细胞外基质(Extracellular matrix，ECM)适时的降解，ECM是一种大分子网络，其中胶原是ECM中最丰富的蛋白质，MMPs是唯一能够降解胶原的酶。
骨关节炎患者基质金属蛋白酶和转化生长因子-β的检测及其临床意义肖学吕;梁晓萍;冯小欣;孙保东;文锦丽【期刊名称】《临床内科杂志》【年(卷),期】2002(019)006【摘要】@@ 骨关节炎(OA)为最常见的关节炎,其病理特点为关节软骨进行性变性和破坏及骨赘形成.OA患者关节软骨细胞外基质合成与降解失衡是造成软骨变性的重要原因之一,其中基质金属蛋白酶(MMPs)可能起决定性作用.转化生长因子-β(TGF-β)影响软骨代谢的机制与促进金属蛋白酶组织抑制因子表达有关.有研究表明,TGF-β是促进OA软骨修复的机制之一.我们对临床诊断为骨关节炎的患者进行血清MMP-9和TGF-β的测定,并与正常人对照,探讨MMP-9和TGF-β的临床意义.【总页数】1页(P434-434)【作者】肖学吕;梁晓萍;冯小欣;孙保东;文锦丽【作者单位】518020,广东省深圳市人民医院风湿免疫科;518020,广东省深圳市人民医院风湿免疫科;518020,广东省深圳市人民医院风湿免疫科;518020,广东省深圳市人民医院风湿免疫科;518020,广东省深圳市人民医院风湿免疫科【正文语种】中文【中图分类】R593.21【相关文献】1.骨关节炎患者血清中1-磷酸鞘氨醇和基质金属蛋白酶3水平变化及临床意义 [J], 崔国峰;武军龙;魏戎;樊立宏;刘丹;刘焕;王坤正2.主动脉瘤患者围术期基质金属蛋白酶、基质金属蛋白酶抑制因子、白细胞介素检测及临床意义 [J], 冯涛;王宗社;舒端朝;张顺军3.非酒精性脂肪肝患者血清转化生长因子-β1检测的临床意义 [J], 亢涛; 张岩4.成年烟雾病患者血清血管细胞黏附分子1、基质金属蛋白酶9、转化生长因子β、血管内皮生长因子水平变化及其临床意义研究 [J], 陈捷; 程亚玲; 陈海燕; 官念5.膝骨关节炎患者基质金属蛋白酶-13和Ⅱ型胶原羧基交联肽血清水平及临床意义探讨 [J], 王骏;杜志凌;马斌;李曙光;韩延国因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
兔骨关节炎模型早期关节软骨及软骨下骨生化改变及二磷酸盐的干预效应【摘要】目的观察兔膝关节不稳早期关节软骨基质金属蛋白酶13（mmp13）、软骨下骨基质金属蛋白酶9（mmp9）和组织蛋白酶k （ck）的表达变化及二磷酸盐的抑制作用。
方法健康雄性新西兰大白兔60只，随机分成三组，模型组、二磷酸盐组及对照组。
右膝造模。
二磷酸盐组每天皮下注射二磷酸盐（利塞磷酸钠，risedronate sodium）001 mg/kg体重。
术后分别于4w、8w、12 w 处死兔子各取8个右膝关节，对照组取4个右膝关节的股骨内侧髁，检测关节软骨mmp13、软骨下骨mmp9和ck表达变化，并进行统计学比较分析。
结果造模4w时各组都有mmp13、mmp9和ck阳性表达细胞。
对照组和二磷酸盐组阳性细胞较少，模型组阳性细胞较多。
与对照组比较，模型组差异有统计学意义（p75%为强阳性（+++）。
1.5 统计学方法采用spss 13.0统计学软件对资料进行分析，实验数据以均数±标准差（x±s）表示，组间均数比较采用单因素方差分析，率的比较用卡方检验。
以p2.2 造模后不同时期软骨下骨mmp9表达各组软骨下骨都有阳性细胞表达。
细胞结构清晰，胞浆内有深浅不同的浅棕黄色到深棕褐色的颗粒，且着色明显高于背景，模型组显色深、有的聚集成簇，正常对照组和二磷酸盐组阳性细胞表达少，散在，显色浅。
四周时对照组，模型组和二磷酸盐组阳性细胞平均数目为分别为（1.34±01668），（17.35±1.5430），（3.34±01961），细胞阳性表达率为4%、90%和16%。
和对照组相比，模型组阳性细胞表达数目明显增多（p005），显示其有明显的抑制破骨细胞ck表达的作用，减少ck产生，减少软骨下骨吸收，改善软骨下骨力学性能。
从而保护关节软骨。
参考文献[1] pelletier jp， martelpelletier j， howell ds etiopathogenesis of osteoarthritis a textbook of rheumatology，2001， p：2195245 （chapter 110）.[2] feuerherm aj， borset m， seidel c， et al elevated levels of osteoprotegerin （opg） and hepatocyte growth factor （hgf）in rheumatoid arthritis scand j rheumatol， 2001， 30：229234.[3] hayami t， pickarski m， zhuo y， et al characterization of articular cartilage and subchondral bone changes in the rat anterior cruclate ligament transection and meniscectomized models of osteoarthfitis. bone，2006，38（2）：234243.[4] 王玉彬，陈安民，郭风劲，等基质金属蛋白酶家族在骨关节炎软骨组织中表达的研究中国矫形外科杂志， 2007， 15（11）：853855.[5] 周辉，董刚，夏志敏，等 mmp1、mmp9 mrna在创伤性骨关节炎软骨中的表达中国骨质疏松杂志，2009，15（2）：9698.[6] selingerc i， day cj， morrision na， et al optimizedtransfection of diced sirna into mature primary human osteoclasts： inhibition of cathepsin k mediated bone resorption by sirna j cell biochem，2005（96）：9961002. [7] wittrant y， couillaud s， theoleyrd s， et al osteoprotegerin differentially regulates protease expression in osteoclast cultures j biochem biophys res commun，2002，293：3844.[8] 史晓林，刘康，吴连国骨碎补总黄酮对骨质疏松靶标一组织蛋白酶k干预价值的探讨.中国创伤骨科杂志，2008，16（5）：7072.[9] 王运林，刘晓睛，杨菲，等金雀异黄素抑制il1α刺激破骨样细胞的组织蛋白酶k表达.中国细胞生物学报， 2006，28：473476.。
软骨下骨在骨性关节炎中的研究进展摘要】骨性关节炎(OA)不仅是骨与软骨发生退行性变的过程,同时软骨下骨也发生着改变，其在维持软骨的正常结构与功能中起着重要的作用。
在生物学及生物力学作用下，软骨下骨的重塑过程使骨与软骨承受更高的应力。
软骨下骨损伤及新生血管的形成扩大了骨与软骨之间异常的交流通道，软骨下骨代谢产生的生物调节因子通过扩大的生物学交流通道直接促进软骨的退变。
因此，研究软骨下骨内细胞及结构的变化、新生血管形成、骨与软骨之间的生物学交流以及软骨下骨的重塑过程，将会对OA的研究及治疗有很大的帮助。
本文从解剖结构、生物力学、骨重塑和治疗等方面对软骨下骨在OA中的改变及作用的相关研究进展作一综述。
【关键词】骨性关节炎；软骨下骨；骨重塑【中图分类号】R68 【文献标识码】A 【文章编号】1007-8231（2016）21-0005-03引言随着全球老龄化人口增加，骨性关节炎(OA)正逐渐成为关节炎中最常见的类型之一，它是导致中老年人群功能残疾和造成经济损失的主要疾病之一[1]。
通过大量的调查研究显示，软骨下骨的变化在OA的发生与发展过程中起着极为重要的作用，是OA进程的重要标志。
在OA发展过程中不论软骨下骨改变是否早于软骨损伤，软骨下骨都是治疗OA的潜在目标[2]。
现对近年来软骨下骨在OA中的相关研究进展进行综述。
1.软骨下骨解剖结构骨和软骨之间由骨软骨板相隔，骨软骨板是骨与软骨之间的交流区。
骨软骨板由薄层皮质骨(软骨下皮质终板)和钙化软骨层组成，起抵抗剪切力、传导分散应力、紧密连接骨软骨等作用。
钙化的软骨层经潮线与关节软骨相隔，潮线表面密集分布着胶原纤维，对抗剪应力和限制软骨钙化。
软骨下皮质终板是位于钙化软骨层和松质骨之间的一层富有血管薄层皮质骨。
小动脉、小静脉和窦状小管可穿行于软骨下终板血管通道中，软骨下皮质终板终末血管可与深层软骨直接接触，连接髓腔和软骨层，提供给软骨大约50%的营养。
Pan等[3]在研究中发现软骨和软骨下骨间存在着物质运输的通道。
VEGF在骨关节炎发病机制中的研究进展徐慧;陆进明【期刊名称】《安徽医学》【年(卷),期】2016(037)007【总页数】3页(P923-925)【关键词】血管内皮生长因子;骨关节炎;发病机制【作者】徐慧;陆进明【作者单位】241001 安徽芜湖皖南医学院弋矶山医院风湿免疫科;241001 安徽芜湖皖南医学院弋矶山医院风湿免疫科【正文语种】中文骨关节炎(osteoarthritis，OA)是中老年人群常见的关节退变性疾病，滑膜炎症、关节软骨退变、软骨下骨硬化以及骨赘形成是其主要的病理表现，OA可累及全身多关节，包括手、膝、髋等，其中以膝关节最为常见，其在国内外普遍流行，发病趋势正逐年上升。
OA导致疼痛和致残，严重影响了中老年人的生活质量。
目前，OA发病机制尚不完全清楚，诊断主要依靠临床表现及影像学证据，临床上多采用止痛以及软骨保护治疗。
血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)是目前研究较多的诱导血管生成的最重要因子，最早发现于肿瘤组织中，主要引起肿瘤血管通透性增高，促进物质渗透和肿瘤细胞转移[1]。
研究发现OA滑膜组织和软骨细胞存在VEGF的过度表达，同时关节滑液和血浆中VEGF水平均有增高，并且其表达水平与关节放射学严重程度呈正相关，推测VEGF可能作为评估OA严重程度的潜在指标，在OA的发生、发展过程中扮演重要的角色[2]。
现就VEGF与OA的相关研究进展做一综述。
1.1 VEGF及其受体人类VEGF基因位于6p21.3，由8个外显子和7个内含子组成，基因全长28 kB，编码基因占1/2，基因编码时通过不同的剪切方式可产生多种异构体，如VEGF 121、VEGF 145、VEGF 165、VEGF 189、VEGF 206，它们之间的差别主要在于与肝素的亲和力不同，其中VEGF 121、VEGF 165是VEGF在体内的最常见形式，为可溶性分泌蛋白[3-4]。
基质金属蛋白酶家族在骨关节炎软骨组
织中表达的研究
（作者:___________单位: ___________邮编: ___________）
作者：王玉彬，陈安民，郭风劲，夏玉军
【摘要】目的］观察骨关节炎关节软骨中MMP7、MMP9、MMP13和TIMP1的表达，探讨其与软骨退变的关系及可能的作用机制。
［方法］选取20例因骨关节炎行关节置换的软骨组织，常规HE染色观察其组织学形态，ABC免疫组化法观察关节软骨MMP7、MMP9、MMP13和TIMP1的表达，2例因意外受伤截肢患者的正常膝关节软骨标本作为对照。
统计采用Mann Whitney U非参数检验及相关分析。
［结果］骨关节炎关节软骨出现裂隙、纤维化，软骨细胞增多、排列紊乱，并出现大量簇聚软骨细胞和肥大软骨细胞。
MMP7和MMP13在正常软骨全层均呈低表达，但在退变软骨中的表达则明显增多，光密度值行U检验，两组差异有显著性(P＜0.01)。
在正常与OA软骨的浅层，MMP9和TIMP1的表达无显著性差异(P＞0.05)；但在深层软骨中，OA软骨MMP9和TIMP1的表达较正常软骨明显增多，两组差异有显著性(P＜0.01)。
［结论］MMP7，13在OA软骨
全层表达均多于正常软骨；MMP9，13仅在OA软骨深层出现过多表达。
MMPs与TIMPs的失衡是导致关节软骨发生组织学退变的原因之一。
【关键词】 MMP7； MMP9； MMP13； TIMP1；骨关节炎
本研究通过观察MMP7、MMP9、MMP13和TIMP1在骨关节炎(osteoarthritis，OA)和正常软骨中的表达及改变，探讨基质金属蛋白酶及其抑制剂在OA发病中的作用，为OA病因研究提供实验依据。
1 材料与方法
1.1 临床资料
OA患者共计20例，年龄在46～72岁，其中男性9例，女性11例。
OA病人均符合Altman等〔1〕的OA诊断标准。
分别行人工膝关节置换术及全膑切除术，术中留取关节软骨。
对照组为因意外受伤截肢患者2例(男女各1例)，年龄分别为23岁和28岁，无OA 病史，术中取正常关节软骨。
1.2 研究方法
手术后1 h内，关节软骨用生理盐水冲洗，切成1.0 cm×0.8 cm×0.5 cm小块，用10％中性多聚甲醛固定，常规石蜡包埋，5 μm切片。
一部分切片行HE染色，光镜下观察关节软骨软骨细胞的组织形态。
一部分切片行免疫组化ABC法染色，光镜下选取不同视野观察并照相，运用显微图像分析系统测定软骨组织中MMP7、MMP9、MMP13和TIMP1的平均光密度值。
1.3 统计学分析
应用SPSS 10.0软件进行统计学处理，计量资料用x-±s表示。
用Mann Whitney U非参数检验。
2 结果
2.1 HE染色结果
OA早期关节软骨有小裂隙，少量簇聚的软骨细胞和单个肥大的软骨细胞，潮线断裂，或出现双重潮线。
中期有裂隙深达中、深层，细胞致密，核膜不清，排列紊乱，有大量簇聚软骨细胞和肥大软骨细胞。
后期软骨有深至软骨下骨的裂隙，表层不完整甚至缺失，软骨下骨外露，有骨赘或象牙骨形成；细胞少，排列无层次感，有大量簇聚软骨细胞，潮线消失；基质染色明显不均，细胞的电子密度明显
增加，胞核、胞质结构无法辨认，可见核固缩，碎裂或溶解，可见坏死软骨细胞。
2.2 免疫组化染色检测结果
MMP7、MMP9、MMP13和TIMP1免疫组化染色检测结果见表1～4。
表1 MMP-7免疫组化染色的ABSORBANCE值结果（略）
*与正常软骨相比差异有显著性（P＜0.01）
表2 MMP-9免疫组化染色的ABSORBANCE值结果（略）
*与正常软骨相比差异有显著性（P＜0.01）
表3 MMP-13免疫组化染色的ABSORBANCE值结果（略）
*与正常软骨相比差异有显著性（P＜0.01）
表4 TIMP-7免疫组化染色的ABSORBANCE值结果（略）
*与正常软骨相比差异有显著性（P＜0.01）
3 讨论
导致OA患者膝关节软骨细胞的改变的原因有很多，归结起来大致有以下几种因素：即肥胖、运动不当、气候不佳和不良的生活习惯等外界因素，内分泌紊乱，损伤，免疫学异常，细胞凋亡，细胞因子及酶的作用等〔2、3〕。
当关节软骨受损后，胶原纤维所形成的“网状拱形结构”受到破坏，受压的软骨细胞则出现退行性变，大量
簇聚软骨细胞、肥大软骨细胞产生；到后期随着软骨细胞受压的继续加重，软骨内环境的持续性恶化，甚至出现软骨细胞的坏死。
在正常软骨中，软骨细胞会把合成的大量II型胶原、蛋白多糖(PG)等物质分泌到细胞外基质(ECM)中，构成细胞外纤维网架，给细胞提供支持与保护〔4〕。
这些物质最终在基质金属蛋白酶(MMPs)的作用下降解。
当软骨受损后，软骨细胞所产生的MMPs的量发生了改变，导致了ECM的产生与降解之间的平衡被打破，ECM被大量降解，软骨细胞周围的环境和胶原网络遭到了破坏，从而导致OA的发生。
已知MMPs有10余种，主要可分为胶原酶(MMP1，8，13)，基质溶解素(MMP3，7，10，11)〔5〕，明胶酶(MMP2，9)等亚家族，不同的MMPs对ECM不同组分降解的特异性有所不同。
MMPs的特异性抑制因子为TIMPs(Tissue lnhibitor of Matrix Metalloproteinases)，已报道的有4种，其中TIMP 1主要抑制MMP1、MMP3、MMP9，它能与MMP9的酶原通过每个分子的羧基端形成一种分泌络合物，从而抑制其活性。
研究发现，正常情况下MMP13只在表层软骨细胞中有表达；而在骨关节炎关节软骨中，MMP13不仅仅是在表层，甚至在中层以及深层的簇积软骨细胞中均有较正常关节软骨细胞的过量表达。
龙厚清〔6〕的研究也说明，胶原酶在OA软骨中出现的异常性表达增多，促进了软骨组织中胶原的降解，尤其是Ⅱ型胶原。
同时发现MMP7
的表达也明显增多，其表达部位与MMP13相同。
虽然MMP9在OA 软骨中的表达亦出现了一定程度的增高，但其增多的幅度低于MMP7与MMP13，仅在软骨的深层出现过度表达。
对照出MMP7，MMP13与MMP9表达增多的不同步性，相对于MMP9而言，MP7和MMP13更能够反映OA的病理性改变，可作为OA软骨检测的标志性酶。
实验发现TIMP1虽然在OA软骨的深层出现了过量表达，但与MMPs的升高并不同步，相对MMPs仍呈低量表达。
在正常关节软骨中MMPs和TIMPs的分泌水平保持平衡，TIMP1基本分泌量对维持关节软骨的完整性具有重要作用。
但在OA软骨中，由于TIMP1的相对表达量少于MMPs，这就使得MMP7，9，13的降解作用过分发挥，所对应的ECM组分过量降解，促进软骨退变。
OA患者关节软骨的损害是基质金属蛋白酶与细胞因子等因素共同作用的结果。
在OA早期，TIMPs的分泌量与MMPs的量大致相等，软骨试图进行自我修复，这是一个较为漫长的过程。
但是由于治疗不及时，软骨的负重未得到及时解除，软骨细胞的损伤继续加剧，更多的软骨细胞出现退行性改变，导致大量的分解性细胞因子的表达。
到OA晚期，由于软骨细胞大量损伤、死亡，软骨细胞的量大大减少，分解性细胞因子和MMPs的量会出现相应的减少，但损伤依然继续。
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