1、中国病理生理杂志 Chinese Journal of Pathophysiology 2023，39（2）：379-384杂志网址：http:/基质金属蛋白酶参与神经病理性疼痛的研究进展*谢晔，万琪，慕静然，骆延，曾俊伟（遵义医科大学生理学教研室，贵州 遵义 563000）Progress in role of matrix metalloproteinases in neuropathic painXIE Ye，WAN Qi，MU Jingran，LUO Yan，ZENG Junwei（Department of Physiology，Zunyi Medical University，Zu
2、nyi 563000，China.E-mail：）ABSTRACT Matrix metalloproteinases are known to promote glial cell activation，oxidative stress，inflammatory cytokine production and sensory neuronal hypoexcitability via cleaving substrate proteins such as myelin basic protein，collagen，tumor necrosis factor-precursor and int
3、erleukin-1.Interaction of matrix metalloproteinases participates in the development and maintenance of neuropathic pain at the level of the dorsal root ganglion neurons，spinal dorsal horn and brain.Therefore，matrix metalloproteinases may be promising targets for the treatment of neuropathic pain.Thi
4、s paper reviews progress made in elucidating the functions and mechanisms of MMPs in neuropathic pain，which may provide useful references for the development of targeted drug therapies in the future.关键词 基质金属蛋白酶；神经病理性疼痛；脊髓；背根神经节；炎症KEY WORDS matrix metalloproteinases；neuropathic pain；spinal cord；dorsa
5、l root ganglion；inflammation中图分类号 R338.2；R363.2 文献标志码 A doi：10.3969/j.issn.1000-4718.2023.02.022神经病理性疼痛是一种常见的临床症状，主要由神经系统损伤引起。近年研究表明，基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）是一类钙、锌依赖水解酶，其不仅可切割水解组织蛋白，也可降解炎症因子、趋化因子以及神经递质受体等，在脑损伤、神经退行性疾病以及胶质瘤的病变过程中发挥作用。近年来，在针对神经病理性疼痛患者进行的临床研究以及在动物模型进行的痛觉机制研究中，观察到在感觉传导通路上
6、分布的MMPs参与了神经病理性疼痛的发生与维持。本文就这方面的研究进展进行综述，为研发新药用于临床镇痛治疗提供参考资料。1 MMPs简介MMPs的分子结构包括N端酶原前肽结构域、金属蛋白酶催化结构域、可变长度的连接区和C端类血凝蛋白结构域。依据催化区结构和催化底物不同，可将MMPs分为胶原酶、明胶酶、溶血素、基质溶素、膜型MMPs和其他MMPs。研究表明，MMP-1、-2、-3、-8、-9、-14等几种MMPs广泛表达在神经系统，参与了神经病理性疼痛的发生与维持。其中，MMP-1和MMP-8属于胶原酶，存在N-末端激活剂结构域、富含甘氨酸的接头和肽酶结构域；MMP-2和MMP-9属于明胶酶，在
7、催化结构域有3个II型纤连蛋白重复序列；MMP-3属于溶血素，具有类血红蛋白结构域，通过铰链区域连接到催化结构域；MMP-14属于膜型MMPs，具有跨膜结构域和胞质结构域1-4。另外，金属蛋白酶组织抑制剂（tissue inhibitors of metalloproteinases，TIMPs）是一种内源性 MMPs 抑制剂，包括TIMP-1、-2、-3和-4，可通过其N末端结构域与MMPs结合从而降低其切割降解能力。其中，TIMP-1可抑制MMP-9活性；TIMP-2可抑制MMP-2活性；TIMP-3可抑制 MMP-1、-2、-3、-9、-14 活性；TIMP-4 可抑制文章编号 1000
8、-4718（2023）02-0379-06 收稿日期 2022-07-28 修回日期 2022-11-14*基金项目 国家自然科学基金资助项目（No.31860291）；贵州省教育厅创新群体重大研究项目（黔教合KY字 2018 025号）通讯作者 Tel：0851-28642721；E-mail：379MMP-2和MMP-14活性5-6。2 基质金属蛋白酶参与神经病理性疼痛的机制2.1MMPs促进疼痛的临床数据分析研究表明，在神经病理性疼痛患者的脑脊液、血清以及病变组织中，检测到 MMPs的含量出现异常。基因生物学分析显示，MMP-1基因多态性变异增加与患者疼痛程度相关，携带MMP-1 rs1
9、7997502G/2G基因型的椎间盘突出症患者疼痛强度更高，手术治疗效果较差，疼痛缓解率低7。在腰椎间盘突出的神经病理性疼痛患者进行手术治疗，检测到取出的纤维环和髓核病变组织中，未活化或已活化的MMP-3都比MMP-1更多，将病变组织与地塞米松共孵育后 MMP-1 和MMP-3活性明显下降；将病变组织与白细胞介素1（interleukin-1，IL-1）中和抗体或肿瘤坏死因子抑制剂共孵育后MMP-3活性下降，但不影响MMP-1活性，该研究推测，减轻病变组织的炎症反应有助于MMP-1和 MMP-3的活性恢复正常；与之相似，另一项随机双盲交叉试验观察到，在17例肥胖导致骨关节炎的疼痛患者血清中MM
10、P-3、IL-1和IL-6含量增加，给予抗炎治疗后MMP-3、IL-1和IL-6含量下降，其上升或下降的程度与痛觉评分正相关8。与同龄健康人群相比，在患有腰椎手术失败综合征的24名疼痛患者血清中 MMP-2、TIMP-1 和 TIMP-2 含量增加，由此推测MMP-2可能参与了神经病理性疼痛的长期维持9。而且，与同龄健康人群相比，在14名65岁以上骨关节炎疼痛患者脑脊液中，未活化和已活化的MMP-2含量明显增多10。这些临床研究初步提示，MMPs的异常表达可能与神经炎症一起参与了神经病理性疼痛的发生与维持。2.2MMPs促进疼痛的外周机制2.2.1MMPs 在背根神经节（dorsal root
11、 ganglion，DRG）促进疼痛的机制通过免疫组织化学染色、免疫细胞化学染色及免疫荧光双标等形态学技术检测到，在 DRG 主要表达有 MMP-1、-2、-3、-9、-13、-14、-24和-28。其中，MMP-1和MMP-13表达在III-微管蛋白阳性神经元11-12；MMP-2和 MMP-9表达在快传导的A型和慢传导的C型神经元；MMP-2和MMP-14表达在卫星细胞13；MMP-3表达在大直径DRG神经元；MMP-24表达在A型神经元。免疫荧光双标技术检测到，MMP-9与内皮素受体、-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异噁唑丙酸受体（-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-
12、isoxazole-propionicacid receptor，AMPAR）、阿片受体（mu opioid receptor，MOR）和 Mas 相关基因 C（Mas-related gene C，MrgC）受体共表达于DRG神经元，其中内皮素受体、AMPAR 和 MOR 激活促进MMP-9表达，但MrgC受体激活抑制MMP-9表达14。研究观察到，在脊神经结扎、糖尿病神经病理性疼痛、切口痛或化疗痛等多种大鼠/小鼠模型，分布在 DRG的 MMP-1、-2、-3、-9和-24表达上调，下调这些MMPs的表达或抑制其活性具有镇痛效应15。这些MMPs在DRG促进病理痛发生与维持的机制有以下几种：
13、2.2.1.1促进外周神经损伤与功能障碍在糖尿病神经病理性疼痛和坐骨神经损伤的疼痛大鼠，位于DRG的MMP-9和MMP-14表达及活性均上调，可以参与切割髓鞘碱性蛋白（myelin basic protein，MBP）导致其降解，其降解片段进一步诱导施万细胞MMP-14表达增加，神经沃勒样变性，坐骨神经纤维直径减小，轴突功能障碍；MMP-14还可以促进MMP-2 的切割与活化，促进疼痛的发生与维持；相反，MMP-9基因敲除或在坐骨神经损伤位点进行神经内注射MMP-14抑制剂可以逆转MBP降解，维持坐骨神 经 纤 维 和 髓 鞘 稳 态，从 而 缓 解 神 经 病 理 性疼痛16-17。2.2.
14、1.2促进DRG氧自由基和炎症因子生成在坐骨神经结扎、足底切口以及紫杉醇/奥沙利铂照射的化疗痛以及吗啡耐受的疼痛大鼠/小鼠，DRG分布的MMP-2、-3和-9的表达及活性均上调，活性氧（reactive oxygen species，ROS）、IL-1、IL-6、肿瘤坏死因子 （tumor necrosis factor-，TNF-）及诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）生成增多，提示这些MMPs可能通过加强DRG的炎症反应促进痛觉敏化。随后的研究表明，在 DRG 神经元，MMP-2和MMP-9通过促进细胞外信号调节激酶（extrace
15、llular signal-regulated kinase，ERK；与MMP-2共定位）和p38丝裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen-activated protein kinase，p38 MAPK；与MMP-9共定位）磷酸化导致IL-1生成增加13，18；MMP-3和MMP-9的活化促进DRG巨噬细胞产生大量ROS；另外，MMP-2/9既可以降解施万细胞膜中的型胶原蛋白，导致血液中的巨噬细胞穿过施万细胞基底层释放 TNF-，也可以直接切割pro-TNF-，促进其与肿瘤坏死因子受体1结合，促进神经损伤区域的炎症反应，导致神经病理性疼痛。因此，在外周神经损伤、足底切口、化疗痛以及吗啡耐
16、受的疼痛大鼠/小鼠，鞘内注射 MMP-2/9 抑制剂、MMP-9 抑制剂、TIMP1（抑制MMP-9活化）或MMP-9中和抗体可以通过抑制ERK和p38 MAPK活化、减少氧自由基和炎症因子生成，从而发挥镇痛效应19-21。其中，DRG分布的肥大细胞蛋白酶 1（mast cell protease-1，Mcpt-1）可以切割380MMP-3导致其激活；神经元或巨噬细胞释放高迁移率族蛋白B1，激活Toll样受体4/磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B通路，导致MMP-9激活22。2.3MMPs促进疼痛的中枢机制2.3.1MMPs在脊髓背角促进疼痛的机制脊髓背角是疼痛信息整合的关键部位，接收来自感觉神经纤维输入的伤害性信息。免疫组织化学染色、免疫细胞化学染色及免疫荧光双标等形态学技术检测到，MMP-2、-3、-7、-9、-12、-13、-14、15、16、-17 和-24表达在脊髓背角。其中MMP-916表达在神经元、小胶质细胞和星形胶质细胞；MMP-17和MMP-2423主要表达在神经元和小胶质细胞；MMP-24在初级传入神经末梢也有表达；MMP-2、-7、-10、-12、-14、15、-16
