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近年来的研究表明,生理状态下房水中的MMPs与TIMPs可能绝大多数来源于血液,部分来源于角膜、睫状体和小梁网等周围组织细胞,其中包括MMP-1,MMP-2,MMP-7,MMP-9和TIMP-1,TIMP-2[8]。实验和临床研究表明,POAG时MMPs有不同程度的表达及活性的改变。Schl?觟tzer-schrehardt等[9]应用Western印迹法、特异免疫分析法、zymography法分析来自POAG患者的房水标本,检测出MMP-2,MMP-3,MMP-7,MMP-9,MMP-12和TIMP-1,TIMP-2,并且TIMPs的含量超出MMPs含量的6~7倍,而内源性激活的MMP-2的水平显著下降。Bradley等[10]在人类器官外植块灌注模型中,在灌注介质中加入等量的活化的MMP-3和MMP-2,MMP-9,房水流出通畅率增加160%。相反,当灌注介质中加入TIMP-2,灌注量将比处理前减少40%。这些研究表明房水中局部MMP-TIMP平衡的改变及MMP活性的降低可能增加小梁网异常的细胞外基质的堆积,增加房水流出阻力,这可能涉及POAG的发病机制。
3.2 TNF-α、MMP-3和MMP-9与POAG的关系 TNF-α主要有激活的单核-巨噬细胞分泌,但T细胞、B细胞、NK细胞、LAK细胞均可低水平表达TNF-α。在眼表,TNF-α主要来源于淋巴细胞、巨噬细胞、嗜酸性粒细胞和上皮细胞[11]。Leonardi等[12]研究发现TNF-α能显著增加体外培养的结膜成纤维细胞MMP-1、MMP-9和TIMP-1的生成。另有发现TNF-α能上调体外培养的视网膜微血管内皮细胞MMT-MMP和MMP-9的表达,启动了视网膜微血管的形成[13]。有研究表明人眼小梁细胞分泌细胞因子TNF-α,正常房水中TNF-α的浓度保持在动态平衡中,其浓度的改变可引起疾病[14]。Samples等[15]用RT-PCR方法在小梁组织和体外培养的小梁细胞上检测到TNF-α受体存在,并且在给予外源性的TNF-α后能促进小梁细胞的增殖。激光小梁成形术(laser trabeculoplasty,LTP)是治疗POAG的一种有效的方法,术后发现房水的流出率增加,同时房水中的TNF-α分泌增加,推测两者之间存在相关性,即激光小梁成形术可能通过诱导增加细胞因子TNF-α、IL-β分泌来增加小梁的MMPs家族尤其是MMP-3及MMP-9的表达,潜在地增加ECM的降解,导致ECM从小梁间隙清除,房水流出增加[16]。但是目前发现激光小梁成形术的治疗效果不是永久性的,只能改善高眼压的症状,不能治愈此症。因此LTP→TNF-α、IL-β→MMPs→ECM→小梁网房水流出通路的研究成为热点。
本实验研究采用RT-PCR半定量分析法和酶谱定量分析法从mRNA、蛋白质和基质金属蛋白酶的活性水平对TNF-α加强房水小梁网流出通路的机制进行体外研究。与先前从细胞内MMP-3,MMP-9蛋白水平检测结果一致,即体外培养人眼小梁细胞表达MMP-3及MMP-9,外源性给予TNF-α可促进小梁细胞MMP-3及MMP-9的表达,并且呈现剂量依赖性[11]。目前对于启动MMP-3和MMP-9表达的信号转导上游信号通路的研究日益受到关注。Alexander等[17]发现细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase,Erk)—丝裂原活化蛋白(mitogen-activated protein,MAP)激酶信号转导途径涉及TNF-α对MMP表达的作用。特异性Mek抑制剂能阻断TNF-α诱导的MMP表达和Erk的磷酸化作用。Hosseini等[18]发现TNF-α处理小梁细胞能影响JNK信号途径的元件,JNK信号途径的激活诱导MMPs的表达,进而降低眼内压。可见 TNF-α在调节小梁细胞分泌MMPs过程中有JNK-MAPK和ERK-MAPK信号转导途径的参与,为青光眼的靶向治疗提供了方向。
3.3 NF-κB在TNF-α对小梁细胞MMP-3及MMP-9表达影响中的作用 NF-κB是普遍存在于细胞浆中,以p50/p65异二聚体为形式的一种快反应转录因子,几乎存在于体内所有细胞中,且含量最高,此异二聚体与NF-κB的抑制蛋白(inhibitor kappa B,IκB)结合形成无活性状态的三聚体 。此异三聚体可以被多种刺激剂,如TNF-α,IL-1、神经生长因子、蛋白激酶C激活剂,有丝分裂原、氧化剂、细菌、病毒、免疫刺激剂、脂多糖、自由基、紫外线等激活[19-21]。激活后的NF-κB与IκB分离,转位进入胞核与靶基因启动子/增强子上的κB位点结合,从而调节靶基因的表达,因此被称为控制早期基因表达的开关。研究发现许多胞内核因子kappa B的活化信号都通过不同的途径汇聚于一种高分子寡聚蛋白,即丝氨酸特异性IκB激酶IKK。所以NF-κB活化的共同途径是IκB激酶IKK→NF-κB/抑制因子IκB→活性NF-κB。由NF-κB调节的靶基因编码蛋白至少包括:细胞因子、趋化因子、生长因子、转录因子、黏附分子和急性期蛋白等。
PDTC是一种抗氧化剂,是NF-κB特异性的抑制剂,主要功能有两方面,一方面是抑制NF-κB的P65亚单位,抑制NF-κB活化;另一方面,PDTC是金属螯合剂,可螯合一些二价阳离子,如:Zn2+,Mn2+,Mg2+等。本实验中发现在TNF-α 10 ng/ml和25 ng/ml处理组,提前30 min加入PDTC,RT-PCR、酶谱技术检测显示MMP-3,MMP-9的表达较未加入PDTC处理组明显降低,但MMP-3,MMP-9仍有表达,未被完全抑制,这说明在TNF-α上调MMP-3和MMP-9表达的信号转导中除了有NF-κB参与外,还有其他转录因子的参与。虽然对于启动MMP-3和MMP-9表达的机制目前还不是很清楚,但是在对于平滑肌细胞的研究发现是在NF-κB和AP-1的协同作用下上调MMP-1,MMP-3,MMP-9的表达[22]。
因此我们可以推论,刺激NF-κB的活化可以增加HTCs的MMP-3和MMP-9的表达,房水中有活性的MMP-3和MMP-9增加,小梁网中异常堆积的ECM降解增加,房水流出增加,达到降低眼压,取得和激光小梁成形术相似的疗效,这有赖于对启动MMP-3和MMP-9转录的机制的进一步了解,为临床POAG的治疗提供新的思路。
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