Фермен, белок
ММП-9
Матриксные металлопротеиназы (ММП) — это ферменты, способные разрушить большинство структурных элементов внеклеточного матрикса, и поэтому играют важную роль во внутренней перестройке тканей.
Работа выполнена при финансовой поддержке
Алексея Губарева и фонда Haxus
Зухра Хасаншина
Автор
Настя Егорова
Редактор (текст в процессе редактуры)
Короткий и увлекательный вводный текст

Молекула ММП-9
Изображение взято с Wikipedia
Коротко о главном
Тезисно основная информация,
обоснование — далее в тексте.
Что это
Белок, фермент (относится к семейству цинк- и кальций-зависимых эндопептидаз, к подгруппе желатиназ)
Другие названия
Желатиназа В или 92-кДа коллагеназа IV типа
Когда открыт
1974 год
Значение в организме
Разрушение межклеточного матрикса
Проблемы с ММП-9 указывают, могут стать причиной или просто коррелируют с
сердечно-сосудистыми заболеваниями, болезнью Альцгеймера, глаукомой и катарактой, диабетом 2-типа, фотостареним кожи.
Где и чем синтезируется
По всему организму многими типами клеток: нейтрофилами, макрофагами, фибробластами, лимфоцитами, остеокластами, тучными клетками, эндотелиальными и эпителиальными клетками и другими, а также клетками разных опухолей
"Место работы"
Внеклеточный белок, циркулирует в различных жидкостях организма
"Переключатели" синтеза
...
"Переключатели" секреции
...
Молекулярная масса
92 кДа
Есть ли в сыворотки крови?
Да, 156–220 нг/мл
Чем кодируется
Геном, расположенным на 20 хромосоме
Чем можно корректировать уровень ММП-9?
Селективными ингибиторами, например, ТИМП-1. Идет поиск!

Эндопептидаза — это...
фермент, который узнаёт участок аминокислотной последовательности внутри белка, связывается с ним и разрушает пептидные связи между определенными аминокислотами. Разрушение пептидной связи эндопептидазами происходит более или менее специфично (то есть для определённой пептидной связи своя эндопиптидаза) [2].
Кто разрушает «клеточное государство»?
Матриксные металлопротеиназы (ММП) — это ферменты, способные разрушить большинство структурных элементов внеклеточного матрикса (ВКМ) [1], и поэтому играют важную роль во внутренней перестройке или ремоделировании тканей.

Что же такое внеклеточный матрикс? Это государство, в котором живут наши клетки. Матрикс осуществляет связь между клетками, обеспечивает структуру (форму, прочность, эластичность), разделяет их, а также создает пути для движения клеток [2].

Основу ВКМ создает гиалуроновая кислота, которую пронизывают сложные сети компонентов матрикса, связанных с поверхностью клеток. Здесь есть и фибриллярные белки (коллаген, эластин), которые стабилизируют структуру, адгезионные белки (ламинин и др.), отвечающие за перекрестные сшивки, протеогликаны, накапливающие воду и полезные вещества, рецепторы клеточной поверхности – интегрины [3,4]. Самый распространённый гликопротеин во ВКМ – коллаген [3,5].

ВКМ склеивает все клетки организма в единое государство, тем самым создавая многоклеточный организм.

За синтез матрикса отвечают клетки-фибробласты, а металлопротеиназы разрушают его [3-5]. Впрочем, за синтез ММП отвечают тоже фибробласты.

В настоящее время у позвоночных описано более 25 белков-членов семейства ММП, 22 из которых обнаружены у людей [1]. Главную роль в деградации ВКМ в широком спектре физиологических и патофизиологических процессов, в т.ч. в разрушение коллагена, играет матриксная металлопротеиназа 9 (ММП-9) [1,5]. Далее мы подробно обсудим её структуру, функцию и синтез.


Структура ММП-9
ММП-9, впервые названная 92-кДа коллагеназой IV типа или желатиназой В (из-за способности расщеплять желатин).

ММП-9 принадлежит к семейству цинк- и кальций-зависимых эндопептидаз (относятся к семейству белков, содержащих в активном центре ионы цинка) [1,2]. В геноме человека кодируется геном, расположенным на 20 хромосоме [1].

ММП-9 — белок со сложной структурой. В своем составе он содержит:

  • Сигнальный пептид: отвечает за транспортировку ММП во внеклеточное пространство из фибробласта [1,6]
  • Каталитический домен (содержащий 2 иона цинка и 3 иона кальция): отвечает за субстратную специфичность [1,6].
  • Гемопексиновый домен: связывает ингибиторы ММП-9 и несколько его субстратов [1,6].
Гемопексиновый домен — это...
это домен, гомологичный доменам гемопексина. Гемопексин - гликопротеин, участвующий в связывании и транспортировке гема. Он также состоит из двух субъединиц, связанных с помощью 20-аминокислотной соединительной цепью — линкером. Каждая из субъединиц состоит из четырех модулей, которая внешне напоминает 4-х лопастный пропеллер [52].
  • Гликозилированный линкер: шарнир между каталитическим и гемопексиновым доменом, обеспечивает их перемещение относительно друг друга, тем самым влияя на специфичность фермента [1,6].
  • Пропептид: эволюционно консервативный домен, который связывает ион цинка в каталитическом домене и блокирует активность фермента [1,6].
Фермент также содержит в своем составе три повтора домена фибронектина II типа, который вставляется в каталитический домен и связывается с желатином и коллагеном [1].

Структура про-МПП-2. Ионы Zn2 + обозначены красным, а ионы Ca2 + - пурпурными (24). Звездочкой обозначен сайт расщепления для пропептида.

ProMMP9 (про-пептид (красный), каталитический домен (зелёный) с фибронектиновым доменом (голубо); а также деталь — "цистеиновый переключатель" (из PDB входа 1L6J)
Изображение взято с Wikipedia
Функции ММП-9
ММП являются ключевыми ферментами метаболизма компонентов соединительной ткани, они участвуют в различных физиологических и патологических процессах [1,6–8].

Слаженная работа всех ММП запускает каскад реакций, в результате которых происходит деградация ВКМ. Здоровый матрикс постоянно разрушается и восстанавливается.

ММП-9 включаются в процесс ремоделирования матрикса на последних этапах, так как могут разрушать денатурированный (частично разрушенный) коллаген, и участвуют в процессе высвобождения макромолекул (например, факторов роста), которые встроены в ВКМ [6-9]

Желатиназа В участвует в различных физиологических функциях: ремоделировании ткани, клеточной дифференцировки, создании межклеточных контактов, миграции клеток, высвобождении цитокинов и регуляции роста клеток, выживаемости и апоптозе, ангиогенезе, воспаление и передаче сигналов [6,8,10].

Помимо поддержания тканевого гомеостаза, ММП-9 играет важную роль в ряде патологий (аутоиммунных, нейродегенеративных, воспалительных, сердечно-сосудистых, инфекционных, онкологических заболеваниях) [10].
Экспрессия и активация
ММП-9 экспрессируется по всему организму многими типами клеток: нейтрофилами, макрофагами, фибробластами, лимфоцитами, остеокластами, тучными клетками, эндотелиальными и эпителиальными клетками и другими, а также клетками разных опухолей [1,10].

Активность фермента регулируется пятью механизмами: транскрипцией гена, секрецией из клеток, активацией, ингибированием и гликозилированием [10].

Чтобы фермент "вышел на работу", нужно пройти несколько этапов:
1. Сначала экспрессия генов внутри ядра клеток (она же синтез вещества): информация в геноме клетки считывается, в результате создаётся молекула будущего фермента. Тут тоже несколько подэтапов: транскрипция… И на все эти подэтапы влияет множество факторов.

ММП-9 относится к индуцибельным ферментам, т.е. чтобы начать его синтез, необходимо включить гены [1,10]. Транскрипция, как и секреция, находится под контролем многих факторов: цитокинов, ростовых факторов, гормонов, физического и оксидативного стресса [6,8,10].

2. Затем происходит секреция профермента в внеклеточный матрикс. Сигнальный пептид связывается со специальным белком-транспортером и транспортируется через клеточную мембрану.

3. Но и после синтеза ММП-9 нужно "включить" в работу.

Дело в том, что желатиназа В синтезируется и секретируется в виде зимогена (предшественника фермента), т.к. каталитический центр связан с пропептидом [10]. Удаление пропептида освобождает ион цинка, происходит изменение конформации фермента и каталитический центр открывается для взаимодействия с субстратом.
Поскольку рецепторы широко представлен во многих периферических органах, лептин способен не просто воздействовать на какой-то изолированный орган, а регулировать массу тела в целом.

Наш герой «работает» с рецепторами так же, как и любой другой гормон: он связывается с рецептором на поверхности клетки, рецептор димеризуется (пояснить слово), в результате сигнал уходит в клетку и передается в ядро, а уже в ядре запускается транскрипция (считывание) ДНК определенного белка [42-44].

Рецепторы лептина относятся к суперсемейству цитокиновых рецепторов I класса. Благодаря альтернативному сплайсингу (когда на основе одной и той же молекулы-предшественницы РНК (пре-мРНК) образуется несколько разных зрелых мРНК) образуется по меньшей мере пять изоформ лептиновых рецепторов: «длинная» форма рецептора OBRb, «короткие» формы OBRa, OBRc, OBRd и «растворимая» форма OBRe.

Рецепторы OBRa, OBRb, OBRc и OBRd встроены в мембраны клеток и встречаются в большинстве тканей. Эти рецепторы способны к передаче сигнала внутрь клетки. При этом, функции OBRa, OBRc и OBRd еще предстоит окончательно определить.

Рецепторы OBRb чаще всего встречается в областях гипоталамуса, отвечающих за регуляцию энергетического баланса, благодаря чему играют важную роль в поддержании энергетического гомеостаза. Кроме того, они присутствуют во множестве тканей и клеток, в том числе в периферических скелетных мышцах, сердце, надпочечниках, почках, адипоцитах, клетках иммунной системы, печени и поджелудочной железы.

Рецепторы OBRe свободно циркулируют в крови как лептин-связывающие белки. Считается, что именно эти рецепторы вместе с мембранными рецепторами OBRa, расположенными в эндотелиальных клетках сосудов, играют важную роль в транспортировке лептина через гематоэнцефалический барьер* [10,58].
Зимоген — это...
он же энзимоген, профермент или проэнзим (фермент — синоним слова энзим). Это неактивный фермент, предшественник фермента.
Пропептид или предшественник белка — это...
неактивный белок, который может быть превращен в активную форму с помощью посттрансляционной модификации (модификации после синтеза белка) такой как отрыв части молекулы или добавление какой-нибудь группы или молекулы.
Известны несколько механизмов активации ММП-9 [1,10].

Во-первых, фермент активируется при разрушении пропептида протеазами. Известно, что множество протеаз могут активировать ММП-9, например, сериновые протеазы, трипсин, катепсин, нейтрофильная эластаза и др [6].

Во-вторых, разные ММП могут активировать друг друга, создавая сеть активации [6]. В этом процессе участвуют два основных семейства протеаз: плазминоген (белок плазмы крови, который предотвращает чрезмерное образование кровяных сгустков – тромбов) активируется с помощью активатора (плазминогена тканевого типа или урокиназой) до плазмина, который в свою очередь является активатором для ММП. Таким образом, запускается сеть активации белков семейства ММП, а конечным членом данной сети является ММП-9 [6,10].

Активация желатиназы В может быть осуществлена химическими веществами, из которых наиболее широко используются органо-ртутные соединения. Они режут пропептид фермента на фрагменты. Также может быть использованы мочевина и детергенты [6].

Таким образом, профермент превращается в фермент...
Ингибирование и распад
Даже после того, как желатиназа В секретируется и активируется, ее активность все еще можно регулировать путем разложения или ингибирования [6].

ММП-9 ингибируется α2-макроглобулином — универсальным ингибитором протеаз, который присутствует в сыворотке крови человека. Также ингибиторами могут служить продукты их собственной активности [6,10].

Однако, существуют более специфические ингибиторы, так называемые тканевые ингибиторы матриксных металлопротеиназ (ТИМП) [6]. ТИМП представляют собой белки с молекулярной массой от 20 до 30 кДа [6,9].

У человека были описаны 4 белка данного семейства: ТИМП-1 связывается с высокой степенью сродства с ММП-9, ТИМП-2 и -3 имеют более низкой сродство. ТИМП-4 не связывается с ним [6]. ТИМП-1 образует нековалентный комплекс со всеми ММП в соотношении 1:1, в результате ферменты теряют свою активность. Связываясь с неактивным ММП-9, он также образует комплекс, который закрывает доступ к пропептиду [6,9,10].

Структуру, синтез и биологические функции ТИМП-1 мы рассмотрим более подробнее в другой статье.

Неактивный фермент выводится с мочой или подвергается разложению другими протеазами [6].
Концентрация в организме
Следует отметить, что в тканях ММП-9 содержится в незначительных количествах. Он является внеклеточным белком, поэтому циркулирует в различных жидкостях: в плазме и сыворотке крови, в моче, слюне и синовиальной жидкости (густой эластичной массе, заполняющей сустав) и т.д [10,14].

Чаще всего концентрацию фермента определяют в крови. Не стоит забывать, что значения ММП-9 будут отличаться при определении в сыворотке и плазме крови, вследствие разрушения белка и потери его активности [13]. Концентрация ММП-9 в сыворотке крови здорового организма человека: 156–220 нг/мл [11–14].

Концентрация фермента в первую очередь регулируется балансом между ММП-9/ТИМП-1, так как их соотношение — это необходимое условие для нормального протекания физиологических процессов. Нарушения равновесия оказывает глубокое воздействие на состояние ВКМ и влияет на различные функции клеток [6,8-10].

Существует два общепринятых метода определения концентрации желатиназы В: «сэндвич»-метод иммуноферментного анализа и желатиновая зимография (электрофорез в геле, содержащем желатин, для анализа ферментативной активности). Выбор метода определяется возможностями лаборатории и опытом персонала [15].
ММП-9 и старение
ВКМ занимает около 80% тканей человека. При старении происходит изменение структур ВКМ, вследствие чего он теряет свои функции. Желатиназа В играет важную роль в обновлении ВКМ, как фермент, способный разрушать коллаген и некоторые другие белки [1,10].

Исследования показывают, что при старении увеличивается уровень МПП, в т.ч. МПП-9, в коже человека [16]. Нет результатов клинических исследований, доказывающих увеличение уровня МПП-9 в крови здоровых добровольцев по мере старения. Однако, ряд доклинических исследований подтверждают факт того, что уровень ММП-9 у стареющих крыс выше, чем у молодых [1,10,17].

Большое количество клинических испытаний доказывает, что уровень ММП-9 связан со старением кожи, фотоканцерогенезом, опухолевыми, аутоиммунными и некоторыми возраст-зависимыми заболеваниями [1,6,10,16]. Об ММП-9 и возраст-зависимых заболеваниях мы и поговорим ниже.
Старение кожи
В целом, известно, что ММП участвуют во многих физиологических процессах в коже (апоптоз-запрограммированная гибель клеток, заживление ран, старение, расщепление рецепторов, рост сосудов и др.), а также играют роль в поведении клеток: пролиферация, миграция [16,18]. Кроме того, ММП участвуют в многочисленных кожных заболеваниях, например, в патогенезе красного плоского лишая, склеродермии, базальноклеточном раке [18].

Здесь мы подробно обсудим их роль только в старении кожи.

Старении кожи человека происходит как по прошествии времени (внутреннее или хронологическое старение), так и из-за влияния факторов окружающей среды (внешнее старение) [18]. Внутреннее старение кожи проявляется только в незначительных клинических изменениях (мелкие морщины), показывая незначительные гистологические изменения до старости (младше 70 лет). Это медленный, самопроизвольный, прогрессирующий процесс, характеризующийся атрофией ВКМ: уменьшением коллагеновых, эластических волокон [18].

При внешнем старении этот процесс может ускоряться от десятилетия до нескольких часов с помощью ММП, так и других протеаз. Как при внешнем, так и при внутреннем старении наблюдается увеличение уровня ММП [16,18].

Хроническое воздействие ультрафиолетового облучения является основным фактором внешнего старения [16,18]. Этот процесс называется фотостарением [16]. Воздействие УФ стимулирует экспрессию ММП за счет усиления регуляции транскрипционных факторов. При этом активируется ММП-1, -9, -3, которые способны разлагать практически все молекулы ВКМ. Все эти ММП разлагают коллаген и эластин, усиливая атрофию ВКМ [18]. Развивается дисбаланс восстановления и разрушения ВКМ, накапливаются поврежденные коллагеновые и эластиновые волокна, они разлагаются, что является молекулярной особенностью старения. Детали молекулярных событий при старении и особенно действия МПП при старении кожи до конца не изучены [1,16,18].
Сердечно-сосудистые заболевания
Инфаркт миокарда
Инфаркт миокарда (ИМ) является одним из наиболее распространенных заболеваний [19]. ИМ приводит к нескольким биологическим путям, которые сходятся в реакции ремоделирования, характеризующейся изменением размера, формы и функций левого желудочка (ЛЖ). Ремоделирование после ИМ приводит к прогрессированию сердечной недостаточности. А разрыв ЛЖ после инфаркта – один из наиболее серьезных осложнений - коррелирует со смертностью [19,20].

После инфаркта миокарда ММП-9 высвобождается на ранней воспалительной фазе нейтрофилами (0-3 день), макрофагами на поздней воспалительной фазе (3-7 день) и фибробластами в фазе ремоделирования. В миокарде моноциты сердца, эндотелиальные клетки и клетки гладких мышц сосудов служат дополнительными источниками данного фермента [19,20]. ММП-9 играет важную роль в воспалительной фазе ССЗ. Исследования показывают, что концентрация ММП-9 коррелирует с большими объемами ЛЖ и большей дисфункцией после ИМ [21,22]. Другие исследователи обнаружили, что уровни желатиназы В в плазме связаны с увеличением диастолических размеров ЛЖ и увеличением толщины стенки [23]. Hlakty и коллеги показали, что циркулирующие уровни ММП-9 независимо связаны с острым инфарктом миокарда, но не связаны со стенокардией [24]. Уровень фермента в ряде исследований коррелировал с неблагоприятным ремоделированием ЛЖ [19,24].

Таким образом, ММП-9 – перспективный биомаркер, который предсказывает неблагоприятное ремоделирование ЛЖ после ИМ.

Инсульт
Инсульт является основной причиной инвалидности и смертности [25]. Известно, что ММП-9 атакует ВКМ вокруг кровеносных сосудов и нейронов, способствуя гибели нервных клеток. Он также разрушает гематоэнцефалический барьер на ранней стадии после ишемии головного мозга, что приводит к утечке лейкоцитов, отеку мозга и кровоизлиянию. Его экспрессия повышается после церебральной ишемии [26]. Таким образом, ММП-9 является перспективным маркером ишемического инсульта.

В нескольких исследованиях было показано, что уровень желатиназы В повышается в инфарктной мозговой ткани человека [27-29].

Клинические исследования были проведены на 30 пациентах с острым ишемическим инсультом в течение 24 часов после начала инсульта и на 30 здоровых добровольцах. Средний возраст составил 63 года [29]. Средний уровень ММП-9 в сыворотке у пациентов был значительно выше (до 1000 нг/мл), чем в контрольной группе. Наблюдалось значительная разница между концентрациями желатиназы В в сыворотке у пациентов с легким инсультом по сравнению с пациентами с тяжелым инсультом. Уровень ММП-9 у пациентов с тяжелым инсультом был выше приблизительно на 20% [29]. Наблюдалась статистически значимая положительная корреляция между концентрацией сывороточного ММП-9 и начальной тяжестью болезни. Корреляция сохранялась после поправки на возраст, диабет, холестерин [29].


Гипертония
Структурные изменения при гипертонии сопровождаются изменениями оборота внеклеточного матрикса [1,30]. Коллагены типа I и III преобладают в ВКМ сердечно-сосудистой системы. Первый обладает высокой прочностью на растяжение и жесткостью из-за более толстых прядей, тогда как второй обеспечивает упругость. Разнообразные исследования продемонстрировали изменение состава коллагена в сердце и сосудистом дереве при гипертонии, способствуя наличию коллагена I типа (за счет увеличения отложения и уменьшения распада) по сравнению с другими подтипами и увеличению соотношения коллагена I / III типа [1,30].

В небольшой выборке пациентов (средний возраст 63) наблюдается корреляция между уровнями ММР-9 и рассчитанными показателями риска возникновения ишемической болезни сердца [30]. Это подтверждает предположение, что уровни ММР-9 могут иметь прогностическую ценность в отражении степени тканевого обмена и жесткости сосудов, связанных с сосудистыми осложнениями гипертонии и даже нормальным старением [30].

Аневризма большой аорты
Анверизма брюшной аорты является хроническим дегенеративным состояние, связанным с риском разрыва сосудистой ткани. Она развивается из-за прогрессирующей деградации коллагена стенки аорты и увеличением местного производства ММП-9 [31].

Таким образом, ММП-9 является перспективным биомаркером для диагностики и лечения патофизиология ремоделирования желудочков после ИМ, застойной сердечной недостаточности, инсульта, ишемической болезни сердца ( возможно и для других ССЗ, но это требует проведения более рандомизированных и тщательных клинических исследований). Прежде чем желатиназа В станет диагностическим биомаркером необходимо изучить ее специфичность и селективность в качестве маркера, и необходимо выявить связь между ее уровнями и факторами риска развития ССЗ (ожирение, курение, диабет и т.д).
Болезнь Альцгеймера
Большинство случаев деменции вызваны болезнью Альцгеймера (БА), характеризующаяся прогрессирующим накоплением сенильных бляшек, которые содержат β-амилоид, и нейрофибриллярных клубков. Это заболевание с поздним началом, приводящее к прогрессирующей потери памяти, и пациенты не могут выполнить даже самые простые задания [32].

Ряд исследований продемонстрировали важность ММП в патофизиологических процессах при БА. Увеличение экспрессии данных ферментов в тканях мозга и крови пациентов с БА, вероятно, является частью воспалительного ответа [33].

ММП-9 играет двоякую роль в патогенезе заболевания. С одной стороны, она участвует в уменьшении размера амилоидных бляшек; с другой стороны, способствует разрушению паренхимы головного мозга в микроглии, астроцитах и клетках гладких мышц сосудов [33,34].

Ряд исследований показывают, что пациенты с БА имеют более высокое соотношение ММП-9/ТИМП-1 по сравнению с когнитивно здоровыми пожилыми людьми. Также данное соотношение коррелирует с маркером дегенерации нейронов у пациентов с БА [32,35].

Исследования также проводились в группе здоровых пожилых людей, у которых обнаружены маркеры риска возможной будущей БА. У них наблюдается более высокий уровень ММП-9 по сравнению с лицами без маркеров риска [35].
Диабет 2 типа
Сахарный диабет стимулирует сильный иммунный ответ, активируя определенные цитокины и лейкоциты, что способствует усилению апоптоза сосудистых клеток и фиброза тканей (разрастание соединительной ткани с образованием рубцов) во время образования бляшек. Увеличению числа макрофагов связано со снижением содержания коллагена и сверхэкспрессией ММП-9 в диабетических бляшках [19]. Однако роль ММП в развитии микро- и макрососудистых осложнений у пациентов с диабетом второго типа до конца не изучены [36].

Современные литературные данные по этому вопросу противоречивы: в некоторых исследованиях (возраст пациентов от 50 лет) сообщается о повышенных концентрациях ММП-9 у пациентов с сахарным диабетом 2 типа [36,37], в то время как в других исследованиях (возраст пациентов от 45 лет) продемонстрировано отсутствие различий в показателях ММП между пациентами и здоровыми добровольцами, иногда концентрация ММП-9 у пациентов ниже [36,38]. Возможно, ряд факторов может способствовать снижению ММП у пациентов с сахарным диабетом 2 типа. К этим фактором относится применение ряда препаратов: блокаторов кальциевых каналов, ацетилсалициловой кислоты.

Несмотря на все ограничения, все данные подтверждают возможность того, что длительная гипергликемия (увеличение содержания глюкозы в сыворотке крови по сравнению с нормой 3,3-5,5 моль/л) может быть связана с повышенной активностью ряда ММП, в т.ч. ММП-9. Эта гипотеза была подтверждена рядом исследований на животных [39].
Глаукома и катаракта
Экспрессия ММП-9 в нормальных здоровых глазах низкая. Увеличенная продукция желатиназы В эпителием роговицы была обнаружена при многих заболеваниях глаз. Повышенная активность связана с нарушением барьерной функции эпителия роговицы и неравномерностью ее поверхности [40].

У больных (старше 45 лет) с первичной открытоугольной глаукомой сывороточный уровень ММП-9 повышен, однако он компенсируется уровнем ТИМП-1. В то время как в слезной жидкости концентрация ММП-9 в 5 раз превышает концентрацию ингибитора [41]. Ряд исследователей предлагают использовать ММП-9 в слезной жидкости для ранней диагностики глаукомы [42].

Исследования, проведенные на 275 пациентах с различными типами катаракты, показали, что концентрация ММП-9 в эпителиальных клетках хрусталика выше, чем у контрольной группы [43]. Уровень желатиназы В различается при разных типах катаракт, причем самый высокий уровень наблюдается при кортикальной катаракте [43]. Уровень активности фермента повышался с возрастом пациента, самая высокая активность наблюдается у пациентов старше 60 лет [43,44]. Предполагают, что ММП-9 играет важную роль в патофизиологии возрастных заболеваний глаз [43].
Заболевания опорно-двигательной системы
Теноциты – клетки сухожилий, которые продуцируют коллаген, матричные протеогликаны и другие белки. Заживление поврежденных сухожилий проходит в три этапа: воспаление, регенерация и ремоделировании [45]. Пролиферация теноцитов – основной этап восстановления сухожилий. В исследованиях на клеточных культурах было показано, что жизнеспособность теноцитов, т.е. их способность расти и размножаться, уменьшается с возрастом. Это может объяснить плохое заживление, наблюдаемое в стареющих сухожилиях. ВКМ сухожилий постоянно обновляется в течение всей жизни [45,46].

Исследования, проведенные на стареющих крысах, показали увеличение активности ММП-9 в сухожилиях по сравнению с молодыми крысами. При этом наблюдается снижение уровня ТИМП-1 и -2 [47].

Таким образом, можно предположить, что дегенерация сухожилий может быть результатом вызванной старением сверхэкспрессии желатиназы В. Уменьшение концентрации ТИМП-1 приводит к нарушению баланса ремоделирования ВКМ [45,47].

К сожалению, в настоящее время нет опубликованных результатов рандомизированных клинических исследований по взаимосвязи концентрации ММП-9 с возрастными заболеваниями опорно-двигательной системы.
Изменение уровня ММП-9 в организме
До настоящего времени доксиклицин (полусинтетический антибиотик тетрациклинового ряда) является единственным ингибитором ММП-9 и ММП-2, одобренным в США FDA [48]. На 258 пациентах в возрасте старше 55 лет было показано, что досиклицин тормозит прогрессирование аневризмы брюшной аорты и сосудов головного мозга на 40%. Уровень ММП-9 у пациентов, получивших лечение, увеличился на 15 %, тогда как у пациентов без лечения – на 83% [49].

У остальных ингибиторов МПП наблюдались серьезные побочные эффекты, вызванные недостаточной селективностью препарата. В настоящее время идет активный поиск селективных ингибиторов МПП-9 [1,19]. Некоторые исследователи добились прогресса в этом [50].

Большинство лекарств (диуретики, бета-блокаторы и др.), назначаемых при сердечной недостаточности, уменьшают уровень МПП-9. Следовательно, существует множество доказательств косвенных механизмов ингибирования МПП-9 [1,19].

По другому пути пошли исследователи, борющиеся с фотостарением. Ряд растительных добавок ингибируют активность МПП-9, тем самым замедляя фотостарение. К этим растениям относятся: кофе, китайский галл, саркоцефалус и др [16].

ММП, как регуляторы ВКМ и клеточной функции, участвуют в адаптивных модификациях, вызванных физическими упражнениями [20,51]. Физические упражнения необходимы для поддержания гомеостаза скелетных мышц и, как известно, оказывают благоприятное влияние на здоровье сердечно-сосудистой системы [51]. Обзор результатов клинических исследований показал, что отдельные и регулярные тренировки оказывают противоположное влияние на уровень МПП-9 в крови. Острые интенсивные тренировки вызывают воспалительных эффект в клетках, что приводит к увеличению циркулирующего МПП-9. Регулярные занятия аэробикой снижают уровень желатиназы В и показывают противовоспалительный ответ [51].

Было показано, что физические упражнения уменьшают изменения в соотношении МПП-9/ТИМП-1, защищая стареющее сердце от фиброза и ремоделирования ВКМ [20].

Лучшее понимание роли МПП-9 в патологии возраст-зависимых заболеваний может быть полезным для увеличения преимуществ физических упражнений для профилактики и терапии [20,51].
Выводы
  1. МПП-9 играет важную роль в процессе ремоделирования ВКМ. Его концентрация в сыворотке крови здорового организма находится в диапазоне 156 - 220 нг/мл

  2. Изменение баланса МПП-9/ТИМП-1 оказывает глубокое воздействие на матрикс и нарушает его функционирование.

  3. Уровень МПП-9 увеличивается в клетках кожи человека по мере старения. Нет доказательств увеличения концентрации циркулирующей желатиназы В.

  4. МПП-9 является потенциальным биомаркером нормального старения сердца и предиктором ремоделирования левого желудочка, сердечной недостаточности, инсульта.

  5. МПП-9 может стать одним из маркеров риска возникновения болезни Альцгеймера.

  6. Уровень МПП-9 в слезной жидкости может быть использован для ранней диагностики глаукомы и катаракты.

  7. Регулярные аэробные нагрузки снижают уровень МПП-9, оказывая благоприятное действие на стареющее сердце.

  8. Перспективным остается поиск новых селективных ингибиторов МПП-9.


Более 28 000 записей о желатиназе В или ММП-9 уже существует библиотеке данных PubMed.

Интересе к МПП-9 начал расти в 1990-е года, тогда же была обнаружена ее связь со старением. В последние 10 лет было опубликовано большинство результатов небольших клинических рандомизированных исследований взаимосвязи уровня МПП-9 со старением и возраст-зависимыми заболеваниями. Положительные результаты сподвигли исследователей к проведению прогностических исследований и исследований с большей выборкой. Результаты которых возможно будут опубликованы в ближайшее время.

Также публикуются результаты поиска селективных ингибиторов МПП-9. Особое внимание уделяют поиску природных ингибиторов, например, из растительного сырья.

Структура и регуляция желатиназы B сложны, и ее функции далеко не полностью понятны, что создает проблемы на будущее. Даже очевидно простые вопросы, такие как определение естественных субстратов в физиологии и патологии, остаются неясными.
Список литературы
1. Yabluchanskiy, A., Ma, Y., Iyer, R.P., Hall, M.E. and Lindsey, M.L., 2013. Matrix metalloproteinase-9: many shades of function in cardiovascular disease. Physiology, 28(6), pp.391-403.

2. Кольман, Я. and Рем, К.Г., 2000. Наглядная биохимия. мир.

3. https://biomolecula.ru/articles/chto-takoe-vnekletochnyi-matriks-i-pochemu-ego-vse-izuchaiut

4. Shuttleworth, A., 1998. Extracellular Matrix.

5. Tom, S., 2017. Kelley and Firestein's Textbook of Rheumatology, 2-volume Set.

6. Van den Steen, P.E., Dubois, B., Nelissen, I., Rudd, P.M., Dwek, R.A. and Opdenakker, G., 2002. Biochemistry and molecular biology of gelatinase B or matrix metalloproteinase-9 (MMP-9). Critical reviews in biochemistry and molecular biology, 37(6), pp.375-536.

7. Vandooren, J., Van den Steen, P.E. and Opdenakker, G., 2013. Biochemistry and molecular biology of gelatinase B or matrix metalloproteinase-9 (MMP-9): the next decade. Critical reviews in biochemistry and molecular biology, 48(3), pp.222-272.

8. Рогова, Л.Н., Шестернина, Н.В., Замечник, Т.В. and Фастова, И.А., 2011. Матриксные металлопротеиназы, их роль в физиологических и патологических процессах (обзор). Вестник новых медицинских технологий, 18(2).

9. Nagase, H., Visse, R. and Murphy, G., 2006. Structure and function of matrix metalloproteinases and TIMPs. Cardiovascular research, 69(3), pp.562-573.

10. Stawarski, M., Stefaniuk, M. and Wlodarczyk, J., 2014. Matrix metalloproteinase-9 involvement in the structural plasticity of dendritic spines. Frontiers in neuroanatomy, 8, p.68.

11. Герштейн, Е.С., Левкина, Н.В., Кушлинский, Д.Н., Терешкина, И.В., Крюк, Ю.В. and Лактионов, К.П., 2011. Клиническое значение исследования матриксных металлопротеиназ и их тканевых ингибиторов у больных раком яичников. Клиническая лабораторная диагностика, (9), pp.21c-21c.

12. Rybakowski, J.K., 2009. Matrix metalloproteinase-9 (MMP9)—a mediating enzyme in cardiovascular disease, cancer, and neuropsychiatric disorders. Cardiovascular psychiatry and neurology, 2009.

13. Thrailkill, K., Cockrell, G., Simpson, P., Moreau, C., Fowlkes, J. and Bunn, R.C., 2006. Physiological matrix metalloproteinase (MMP) concentrations: comparison of serum and plasma specimens. Clinical Chemistry and Laboratory Medicine (CCLM), 44(4), pp.503-504.

14. Meisser, A., Cohen, M. and Bischof, P., 2005. Concentrations of circulating gelatinases (matrix metalloproteinase-2 and-9) are dependent on the conditions of blood collection. Clinical chemistry, 51(1), pp.274-276.

15. https://ru.labmedica.com/clinical-chemistry/articles/294756258.html

16. Pittayapruek, P., Meephansan, J., Prapapan, O., Komine, M. and Ohtsuki, M., 2016. Role of matrix metalloproteinases in photoaging and photocarcinogenesis. International journal of molecular sciences, 17(6), p.868.

17. Chiao, Y.A., Dai, Q., Zhang, J., Lin, J., Lopez, E.F., Ahuja, S.S., Chou, Y.M., Lindsey, M.L. and Jin, Y.F., 2011. Multi-analyte profiling reveals matrix metalloproteinase-9 and monocyte chemotactic protein-1 as plasma biomarkers of cardiac aging. Circulation: Cardiovascular Genetics, 4(4), pp.455-462.

18. Sárdy, M., 2009. Role of matrix metalloproteinases in skin ageing. Connective tissue research, 50(2), pp.132-138.

19. Halade, G.V., Jin, Y.F. and Lindsey, M.L., 2013. Matrix metalloproteinase (MMP)-9: a proximal biomarker for cardiac remodeling and a distal biomarker for inflammation. Pharmacology & therapeutics, 139(1), pp.32-40.

20. Kwak, H.B., 2013. Aging, exercise, and extracellular matrix in the heart. Journal of exercise rehabilitation, 9(3), p.338.

21. Blankenberg, S., Rupprecht, H.J., Poirier, O., Bickel, C., Smieja, M., Hafner, G., Meyer, J., Cambien, F. and Tiret, L., 2003. Plasma concentrations and genetic variation of matrix metalloproteinase 9 and prognosis of patients with cardiovascular disease. Circulation, 107(12), pp.1579-1585.

22. Squire, I.B., Evans, J., Ng, L.L., Loftus, I.M. and Thompson, M.M., 2004. Plasma MMP-9 and MMP-2 following acute myocardial infarction in man: correlation with echocardiographic and neurohumoral parameters of left ventricular dysfunction. Journal of cardiac failure, 10(4), pp.328-333.

23. Sundström, J., Evans, J.C., Benjamin, E.J., Levy, D., Larson, M.G., Sawyer, D.B., Siwik, D.A., Colucci, W.S., Sutherland, P., Wilson, P.W. and Vasan, R.S., 2004. Relations of plasma matrix metalloproteinase-9 to clinical cardiovascular risk factors and echocardiographic left ventricular measures: the Framingham Heart Study. Circulation, 109(23), pp.2850-2856.

24. Hlatky, M.A., Ashley, E., Quertermous, T., Boothroyd, D.B., Ridker, P., Southwick, A., Myers, R.M., Iribarren, C., Fortmann, S.P. and Go, A.S., 2007. Matrix metalloproteinase circulating levels, genetic polymorphisms, and susceptibility to acute myocardial infarction among patients with coronary artery disease. American heart journal, 154(6), pp.1043-1051.

25. Roger, V.L., Go, A.S., Lloyd-Jones, D.M., Adams, R.J., Berry, J.D., Brown, T.M., Carnethon, M.R., Dai, S., De Simone, G., Ford, E.S. and Fox, C.S., 2011. Heart disease and stroke statistics—2011 update: a report from the American Heart Association. Circulation, 123(4), pp.e18-e209.

26. Lakhan, S.E., Kirchgessner, A., Tepper, D. and Aidan, L., 2013. Matrix metalloproteinases and blood-brain barrier disruption in acute ischemic stroke. Frontiers in neurology, 4, p.32.

27. Clark, A.W., Krekoski, C.A., Bou, S.S., Chapman, K.R. and Edwards, D.R., 1997. Increased gelatinase A (MMP-2) and gelatinase B (MMP-9) activities in human brain after focal ischemia. Neuroscience letters, 238(1-2), pp.53-56.

28. Demir, R., Ulvi, H., Özel, L., Özdemir, G., Güzelcik, M. and Aygül, R., 2012. Relationship between plasma metalloproteinase-9 levels and volume and severity of infarct in patients with acute ischemic stroke. Acta neurologica belgica, 112(4), pp.351-356.

29. Abdelnaseer, M., Elfayomi, N., Hassan, E., Kamal, M., Hamdy, A. and Elsawy, E., 2015. Serum matrix metalloproteinase-9 in acute ischemic stroke and its relation to stroke severity. The Egyptian Journal of Neurology, Psychiatry and Neurosurgery, 52(4), p.274.

30. Tayebjee, M.H., Nadar, S., Blann, A.D., Beevers, D.G., MacFadyen, R.J. and Lip, G.Y., 2004. Matrix metalloproteinase-9 and tissue inhibitor of metalloproteinase-1 in hypertension and their relationship to cardiovascular risk and treatment: a substudy of the Anglo-Scandinavian Cardiac Outcomes Trial (ASCOT). American journal of hypertension, 17(9), pp.764-769.

31. Kadoglou, N.P. and Liapis, C.D., 2004. Matrix metalloproteinases: contribution to pathogenesis, diagnosis, surveillance and treatment of abdominal aortic aneurysms. Current medical research and opinion, 20(4), pp.419-432.

32. Stomrud, E., Björkqvist, M., Janciauskiene, S., Minthon, L. and Hansson, O., 2010. Alterations of matrix metalloproteinases in the healthy elderly with increased risk of prodromal Alzheimer's disease. Alzheimer's research & therapy, 2(3), p.20.

33. Singh, D., Srivastava, S.K., Chaudhuri, T.K. and Upadhyay, G., 2015. Multifaceted role of matrix metalloproteinases (MMPs). Frontiers in molecular biosciences, 2, p.19.

34. Miners, J.S., Baig, S., Palmer, J., Palmer, L.E., Kehoe, P.G. and Love, S., 2008. SYMPOSIUM: Clearance of Aβ from the Brain in Alzheimer's Disease: Aβ‐Degrading Enzymes in Alzheimer's Disease. Brain pathology, 18(2), pp.240-252.

35. Yoshiyama, Yasumasa, Masato Asahina, and Takamichi Hattori. "Selective distribution of matrix metalloproteinase-3 (MMP-3) in Alzheimer's disease brain." Acta neuropathologica99, no. 2 (2000): 91-95.

36. Lewandowski, K.C., Banach, E., Bieńkiewicz, M. and Lewiński, A., 2011. Matrix metalloproteinases in type 2 diabetes and non-diabetic controls: effects of short-term and chronic hyperglycaemia. Archives of medical science: AMS, 7(2), p.294.

37. Signorelli, S.S., Malaponte, G., Libra, M., Pino, L.D., Celotta, G., Bevelacqua, V., Petrina, M., Nicotra, G.S., Indelicato, M., Navolanic, P.M. and Pennisi, G., 2005. Plasma levels and zymographic activities of matrix metalloproteinases 2 and 9 in type II diabetics with peripheral arterial disease. Vascular Medicine, 10(1), pp.1-6.

38. Derosa, G., D'angelo, A., Tinelli, C., Devangelio, E., Consoli, A., Miccoli, R., Penno, G., Del Prato, S., Paniga, S. and Cicero, A.F.G., 2007. Evaluation of metalloproteinase 2 and 9 levels and their inhibitors in diabetic and healthy subjects. Diabetes & metabolism, 33(2), pp.129-134.

39. Papazafiropoulou, A., Perrea, D., Moyssakis, I., Kokkinos, A., Katsilambros, N. and Tentolouris, N., 2010. Plasma levels of MMP-2, MMP-9 and TIMP-1 are not associated with arterial stiffness in subjects with type 2 diabetes mellitus. Journal of diabetes and its complications, 24(1), pp.20-27.

40. Chotikavanich, S., de Paiva, C.S., Chen, J.J., Bian, F., Farley, W.J. and Pflugfelder, S.C., 2009. Production and activity of matrix metalloproteinase-9 on the ocular surface increase in dysfunctional tear syndrome. Investigative ophthalmology & visual science, 50(7), pp.3203-3209.

41. Yan, X., Tezel, G., Wax, M.B. and Edward, D.P., 2000. Matrix metalloproteinases and tumor necrosis factor α in glaucomatous optic nerve head. Archives of Ophthalmology, 118(5), pp.666-673.

42. Соколов, В.А., Леванова, О.Н. and Никифоров, А.А., 2013. Матриксная металлопротеиназа-9 как биомаркер первичной открытоугольной глаукомы. Российский медико-биологический вестник имени академика ИП Павлова, (4).

43. Descamps, F.J., Martens, E., Proost, P., Starckx, S., Van den Steen, P.E., Van Damme, J. and Opdenakker, G., 2005. Gelatinase B/matrix metalloproteinase-9 provokes cataract by cleaving lens βB1 crystallin. The FASEB journal, 19(1), pp.29-35.

44. Alapure, B.V., Praveen, M.R., Gajjar, D., Vasavada, A.R., Rajkumar, S. and Johar, K., 2008. Matrix metalloproteinase-9 activity in human lens epithelial cells of cortical, posterior subcapsular, and nuclear cataracts. Journal of Cataract & Refractive Surgery, 34(12), pp.2063-2067.

45. Leadbetter, W.B., 1992. Cell-matrix response in tendon injury. Clinics in sports medicine, 11(3), pp.533-578.

46. Van De Kerkhof, P.C.M., Van Bergen, B., Spruijt, K. and Kuiper, J.P., 1994. Age‐related changes in wound healing. Clinical and experimental dermatology, 19(5), pp.369-374.

47. Yu, T.Y., Pang, J.H.S., Wu, K.P.H., Chen, M.J., Chen, C.H. and Tsai, W.C., 2013. Aging is associated with increased activities of matrix metalloproteinase-2 and-9 in tenocytes. BMC musculoskeletal disorders, 14(1), p.2.

48. https://www.fda.gov/home

49. Hackmann, A.E., Rubin, B.G., Sanchez, L.A., Geraghty, P.A., Thompson, R.W. and Curci, J.A., 2008. A randomized, placebo-controlled trial of doxycycline after endoluminal aneurysm repair. Journal of vascular surgery, 48(3), pp.519-526.

50. Robichaud, T.K., Steffensen, B. and Fields, G.B., 2011. Exosite interactions impact matrix metalloproteinase collagen specificities. Journal of Biological Chemistry, 286(43), pp.37535-37542.

51. Presti, R.L., Hopps, E. and Caimi, G., 2017. Gelatinases and physical exercise: a systematic review of evidence from human studies. Medicine, 96(37).

52. Piccard, H., Van den Steen, P.E. and Opdenakker, G., 2007. Hemopexin domains as multifunctional liganding modules in matrix metalloproteinases and other proteins. Journal of leukocyte biology, 81(4), pp.870-892.
comments powered by HyperComments