继发性婴儿脑外积水的治疗(2)
作者：佚名； 更新时间：2014-12-13
移行到骨吸收区域。可见，MMPs不仅直接参与骨基质降解，而且破骨细胞的迁移和贴附也依赖于部分MMPs的活动。当破骨细胞移行骨吸收区域，骨表面的类骨质需要成骨细胞和衬里细胞等细胞释放胶原酶分解，以使破骨细胞贴附于矿化骨表面行使骨吸收功能。这一点在肿瘤细胞 对骨的侵袭时锚着于骨表面的过程中显得尤为重要。Ohishi等［5］在体外培养实验中发现与乳腺癌细胞H-31共同培养的成骨细胞所分泌的MMP-1明显增加。说明肿瘤细胞在诱导破骨细胞进行溶骨之前，必须动员成骨细胞合成分泌胶原酶以去除骨表面的类骨质。而在肿瘤转移时要突破的基底膜和细胞外基质中所包含的胶原也同样需要MMPs的降解。例如基底膜中的Ⅳ型胶原就需要明胶酶的特异分解。
4.3 破骨细胞溶解吸收骨基质成分过程中MMPs作用
破骨细胞在贴附于矿化骨表面后分泌酸性物质溶解矿物质，并在破骨细胞和骨表面之间形成密闭腔隙，将一些酶类分泌于其中来降解骨基质中的其它成分。在这些酶中MMPs起关键作用。现已证明有多种MMPs参与了骨基质的吸收过程，包括MMP-1、-2、-3、-9、-10、-13［3］以及MT1-MMP［6］和MT2-MMP等。这些MMPs根据不同的底物特异性分解骨基质中包括 胶原在内大部分蛋白成分。这一过程由MMPs单独完成或是与其它类蛋白酶共同完成。Sires等［7］研究表明MMPs在降解骨基质时与其它类蛋白酶有协调作用。例如胶原酶在降解Ⅹ型胶原时产生 mr=32×103的片段，而这个片段不能继续被胶原酶以及其它类基质金属蛋白酶降解。但却能被破骨细胞来源的组蛋白B快速分解。这一点也可从破骨细胞分泌不同蛋白酶存在一定顺序的现象中得到证明。Everts等［8］研究表明：在破骨细胞贴附于矿化骨表面后创造一个低pH值的吸收环境，在这个酸性环境中半胱氨酸蛋白酶首先发挥作用，降解部分骨蛋白。当pH值逐渐回升到中性时基质金属蛋白酶才开始行使其功能。
4.4 MMPs在骨的胚胎发育中的作用
骨的胚胎发育过程以骨的快速形成为特点，而在新骨骨基质堆积前必须依赖成骨细胞、破骨细胞或其它细胞合成分泌MMPs，溶解吸收骨表面的软、硬组织以及陈旧的骨内基质，为新骨开辟空间。在骨形成活跃处可检测到有大量高活性的MMPs表达说明了这一点。Rice等［9］通过原位杂交观测到胚胎发育16d的小鼠颅骨中破骨细胞分泌大量MMP-9，而且集中于骨形成活跃的区域。推测MMP-9在骨的早期发育中占有重要作用。Gack等［10］通过原位杂交在14d的小鼠胚胎的各种发育骨中检测到MMP-1，特别是在长骨中。这些MMP-1主要由骨形成活跃区域的肥大软骨细胞和成骨细胞分泌。推测MMP-1在胚胎发育阶段早期骨形成中发挥重要作用。
4.5 MMPs的调节对骨改建的影响
在正常的骨改建过程中MMPs的基因表达、转录和活性受到多种因素调节而维持在正常水平。例如BMP-2、-4、-6在mRNA水平和蛋白质水平抑制MMP-13合成［11］。Delany［12］等发现由成骨细胞分泌的基质溶解素-3在成纤维细胞生长因子-2(FGF-2)短期作用下mRNA表达明显下降，基因转录并不受影响。而在FGF-2长期作用下基质溶解素-3的mRNA表达趋于稳定，基因转录却明显增加。TGF-β1通过抑制MMPs产生促使细胞外基质沉积。Mattot等［13］对小鼠胚胎发育的研究发现，在长骨和肋骨的肥大软骨细胞中或迁移到长骨骨形成区域的成骨细胞和内皮细胞中有胶原酶的转录积聚，而TIMP-2的基因转录要提前于胶原酶。提示TIMP-2不仅局限在转录后，而且在转录水平对其有调控作用。而在病理骨改建中对MMPs的调控作用的失调导致MMPs的过量表达。Rubin［14］等通过建立废用尺骨的动物模型研究胶原酶-1的表达，发现胶原酶-1在废用尺骨骨细胞中的表达明显高于正常尺骨。在对骨质疏松的研究中发现：在骨质疏松小鼠的胫骨中破骨细胞释放的MMP-9较正常小鼠高约4倍。Bord［15］等发现在正常的新生肋骨中破骨细胞持续表达一定数量的TIMP-1，而在病理性骨和异位骨中破骨细胞不表达或表达很少的TIMP-1。这表明TIMP与MMPs之间的平衡影响骨的转换和改建过程。
5 展望
骨的改建贯穿于人的整个生命过程，而包括基质金属蛋白酶在内的各种蛋白酶在骨改建中的作用被逐渐揭示的同时也日益得到人们的重视。特别是在骨的发育、生理改建和病理改建过程中各种调控机制对基质金属蛋白酶的作用机理有待进一步的研究。这将大大推动临床对于一些骨代谢失衡疾病如骨质疏松、佝偻病以及骨肿瘤的治疗。
参考文献：
［1］Holliday LS,Welgus hG,Fliszar CJ,et al.Initiation of osteoclast bone resorption by interstitial collagenase［J］.J Biol Chem,1997,272(35):22053
［2］Zhao W,Byrne MH,Boyce BF,et al.Bone resorption induced by parat hyroid hormone is strikingly diminished in collagenase-resistant mutant mice［J］.J clin Invest,1 999,103(4):517
［3］Kusano K,Miyaura C,Inada M,et al.Regulation of matrix metallop roteinases(MMP-2,-3,-9,and -13) by interleukin-1 and interleukin-6 in mouse calvaria:association of MMP induction with bone resorption［J］.Endocrinol,1998,139(3):1338
［4］Sato T,Hou P,Heegaard AM,et al.Identification of the membrane-type matrix metalloproteinase MT1-MMP in osteoclasts［J］.J Cell Sci,1997,110(5):589
［5］Ohishi K,Fujita N,Morinaga Y,et al.H-31 human breast cancer cells stimulate type I collagenase production in osteoblast-like cells and induce bone resorption［J］.Clin Exp Metastasis,1995,13(4):287
［6］Pap T,Pap G,Hummel KM,et al.Membrane-type-1 matrix metalloprote inase is abundantly expressed in fibroblasts and osteoclasts at the bone-implant interface of asepti cally loosened joint arthroplasties insitu［J］.J rheumatol,1999,26(1):166［7］Sires UI,Schmid TM,Fliszar CJ,et al.Complete degradation of type X collagen requires the combined action of interstitial collagenase and osteoclast-derived cathepsi n-B［J］.J Clin invest,1995,95(5):2089
［8］Everts V,Delaisse JM,Korper W,et al.Cysteine proteinases and matrix metalloprotein ases play distinct roles in the subosteoclastic resorption zone［J］.J bone Mi ner Res,1998,13(9):1420
［9］Rice DP,Kim HJ,Thesleff I.Detection of gelatinase B expression reveals osteoclastic bone resorption as a feature of early calvarial bone developme nt［J］.Bone,1997,21(6):479
［10］Gack S,Vallon R,Schmidt J,et al.Expression of interstitial collagenase during skeletal development of the mouse is restricted to osteoblast-like cells and hypertro phic chondrocytes［J］.Cell Growth Differ,1995,6(6):759
［11］Gazzerro E,Rydziel S,Canalis E,et al.Skeletal bone morphogenetic proteins suppress the expression of collagenase-3 by rat osteoblasts［J］.Endocrinol,1999,140(2):562
［12］Delany AM,Canalis E.Dual regulation of stromelysin-3 by fibroblast growth factor-2 in murine osteoblasts［J］.J Biol Chem,1998,273(26):16595
［13］Mattot V,Raes MB,Henreit P,et al.Expression of interstitial collagenase is restrict ed to skeletal tissue during mouse embryogenesis［J］.J Cell sci,1995,108 (2):529
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4.3 破骨细胞溶解吸收骨基质成分过程中MMPs作用
破骨细胞在贴附于矿化骨表面后分泌酸性物质溶解矿物质，并在破骨细胞和骨表面之间形成密闭腔隙，将一些酶类分泌于其中来降解骨基质中的其它成分。在这些酶中MMPs起关键作用。现已证明有多种MMPs参与了骨基质的吸收过程，包括MMP-1、-2、-3、-9、-10、-13［3］以及MT1-MMP［6］和MT2-MMP等。这些MMPs根据不同的底物特异性分解骨基质中包括 胶原在内大部分蛋白成分。这一过程由MMPs单独完成或是与其它类蛋白酶共同完成。Sires等［7］研究表明MMPs在降解骨基质时与其它类蛋白酶有协调作用。例如胶原酶在降解Ⅹ型胶原时产生 mr=32×103的片段，而这个片段不能继续被胶原酶以及其它类基质金属蛋白酶降解。但却能被破骨细胞来源的组蛋白B快速分解。这一点也可从破骨细胞分泌不同蛋白酶存在一定顺序的现象中得到证明。Everts等［8］研究表明：在破骨细胞贴附于矿化骨表面后创造一个低pH值的吸收环境，在这个酸性环境中半胱氨酸蛋白酶首先发挥作用，降解部分骨蛋白。当pH值逐渐回升到中性时基质金属蛋白酶才开始行使其功能。
4.4 MMPs在骨的胚胎发育中的作用
骨的胚胎发育过程以骨的快速形成为特点，而在新骨骨基质堆积前必须依赖成骨细胞、破骨细胞或其它细胞合成分泌MMPs，溶解吸收骨表面的软、硬组织以及陈旧的骨内基质，为新骨开辟空间。在骨形成活跃处可检测到有大量高活性的MMPs表达说明了这一点。Rice等［9］通过原位杂交观测到胚胎发育16d的小鼠颅骨中破骨细胞分泌大量MMP-9，而且集中于骨形成活跃的区域。推测MMP-9在骨的早期发育中占有重要作用。Gack等［10］通过原位杂交在14d的小鼠胚胎的各种发育骨中检测到MMP-1，特别是在长骨中。这些MMP-1主要由骨形成活跃区域的肥大软骨细胞和成骨细胞分泌。推测MMP-1在胚胎发育阶段早期骨形成中发挥重要作用。
4.5 MMPs的调节对骨改建的影响
在正常的骨改建过程中MMPs的基因表达、转录和活性受到多种因素调节而维持在正常水平。例如BMP-2、-4、-6在mRNA水平和蛋白质水平抑制MMP-13合成［11］。Delany［12］等发现由成骨细胞分泌的基质溶解素-3在成纤维细胞生长因子-2(FGF-2)短期作用下mRNA表达明显下降，基因转录并不受影响。而在FGF-2长期作用下基质溶解素-3的mRNA表达趋于稳定，基因转录却明显增加。TGF-β1通过抑制MMPs产生促使细胞外基质沉积。Mattot等［13］对小鼠胚胎发育的研究发现，在长骨和肋骨的肥大软骨细胞中或迁移到长骨骨形成区域的成骨细胞和内皮细胞中有胶原酶的转录积聚，而TIMP-2的基因转录要提前于胶原酶。提示TIMP-2不仅局限在转录后，而且在转录水平对其有调控作用。而在病理骨改建中对MMPs的调控作用的失调导致MMPs的过量表达。Rubin［14］等通过建立废用尺骨的动物模型研究胶原酶-1的表达，发现胶原酶-1在废用尺骨骨细胞中的表达明显高于正常尺骨。在对骨质疏松的研究中发现：在骨质疏松小鼠的胫骨中破骨细胞释放的MMP-9较正常小鼠高约4倍。Bord［15］等发现在正常的新生肋骨中破骨细胞持续表达一定数量的TIMP-1，而在病理性骨和异位骨中破骨细胞不表达或表达很少的TIMP-1。这表明TIMP与MMPs之间的平衡影响骨的转换和改建过程。
5 展望
骨的改建贯穿于人的整个生命过程，而包括基质金属蛋白酶在内的各种蛋白酶在骨改建中的作用被逐渐揭示的同时也日益得到人们的重视。特别是在骨的发育、生理改建和病理改建过程中各种调控机制对基质金属蛋白酶的作用机理有待进一步的研究。这将大大推动临床对于一些骨代谢失衡疾病如骨质疏松、佝偻病以及骨肿瘤的治疗。
参考文献：
［1］Holliday LS,Welgus hG,Fliszar CJ,et al.Initiation of osteoclast bone resorption by interstitial collagenase［J］.J Biol Chem,1997,272(35):22053
［2］Zhao W,Byrne MH,Boyce BF,et al.Bone resorption induced by parat hyroid hormone is strikingly diminished in collagenase-resistant mutant mice［J］.J clin Invest,1 999,103(4):517
［3］Kusano K,Miyaura C,Inada M,et al.Regulation of matrix metallop roteinases(MMP-2,-3,-9,and -13) by interleukin-1 and interleukin-6 in mouse calvaria:association of MMP induction with bone resorption［J］.Endocrinol,1998,139(3):1338
［4］Sato T,Hou P,Heegaard AM,et al.Identification of the membrane-type matrix metalloproteinase MT1-MMP in osteoclasts［J］.J Cell Sci,1997,110(5):589
［5］Ohishi K,Fujita N,Morinaga Y,et al.H-31 human breast cancer cells stimulate type I collagenase production in osteoblast-like cells and induce bone resorption［J］.Clin Exp Metastasis,1995,13(4):287
［6］Pap T,Pap G,Hummel KM,et al.Membrane-type-1 matrix metalloprote inase is abundantly expressed in fibroblasts and osteoclasts at the bone-implant interface of asepti cally loosened joint arthroplasties insitu［J］.J rheumatol,1999,26(1):166［7］Sires UI,Schmid TM,Fliszar CJ,et al.Complete degradation of type X collagen requires the combined action of interstitial collagenase and osteoclast-derived cathepsi n-B［J］.J Clin invest,1995,95(5):2089
［8］Everts V,Delaisse JM,Korper W,et al.Cysteine proteinases and matrix metalloprotein ases play distinct roles in the subosteoclastic resorption zone［J］.J bone Mi ner Res,1998,13(9):1420
［9］Rice DP,Kim HJ,Thesleff I.Detection of gelatinase B expression reveals osteoclastic bone resorption as a feature of early calvarial bone developme nt［J］.Bone,1997,21(6):479
［10］Gack S,Vallon R,Schmidt J,et al.Expression of interstitial collagenase during skeletal development of the mouse is restricted to osteoblast-like cells and hypertro phic chondrocytes［J］.Cell Growth Differ,1995,6(6):759
［11］Gazzerro E,Rydziel S,Canalis E,et al.Skeletal bone morphogenetic proteins suppress the expression of collagenase-3 by rat osteoblasts［J］.Endocrinol,1999,140(2):562
［12］Delany AM,Canalis E.Dual regulation of stromelysin-3 by fibroblast growth factor-2 in murine osteoblasts［J］.J Biol Chem,1998,273(26):16595
［13］Mattot V,Raes MB,Henreit P,et al.Expression of interstitial collagenase is restrict ed to skeletal tissue during mouse embryogenesis［J］.J Cell sci,1995,108 (2):529
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