基质金属蛋白酶-13与常见口腔疾病的关系
基质金属蛋白酶家族（matrix metalloproteinase，MMPs）是一类在结构上具有高度同源性以及高度保守性的分泌型或膜相关性的锌内肽酶的总称，因其发挥生物学活性需要依赖钙离子和锌离子等金属离子的帮助而得名。
MMPs在正常成人组织中的表达和活性通常很低，但在许多破坏性病理过程如慢性炎症和骨破坏等病变中的表达活性增强;可降解纤维蛋白、胶原酶、纤维粘连蛋白、明胶酶等细胞外基质（ECM），且在重塑正常组织过程中发挥重要的作用，例如:形态形成、发展以及组织修复。
作为其家族成员中重要一员的基质金属蛋白酶-13（matrix metalloproteinase，MMP-13），最初是在人的乳腺组织中发现，主要由成纤维细胞、内皮细胞、破骨细胞、角化细胞、软骨细胞、干细胞和巨噬细胞等产生，在中性pH下活性最佳，与其他MMPs成员相比具有特别广泛的底物特异性。它除了可以降解Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型纤维状胶原蛋白外，还可以降解Ⅳ型、Ⅴ型和Ⅵ型胶原，明胶酶、肌腱蛋白-C、韧粘素、纤连蛋白和蛋白聚糖核心蛋白等，其中降解Ⅰ型胶原的能力最强。并且能使骨和软骨的纤维结构受损，引起骨关节功能结构破坏。
有研究资料表明MMPs参与口腔组织发育、重塑和破坏过程，故现对其家族中MMP-13在牙周炎、根尖周炎、口腔鳞状细胞癌等口腔疾病中的作用进行概述。
1.MMP－13与牙周炎
牙周炎是由细菌感染和宿主免疫反应两者之间相互作用所引起的牙周支持组织的慢性感染性疾病，迁延不愈最终可导致牙周结缔组织和牙槽骨的破坏吸收。Capelli等提出某些牙周炎致病菌能刺激成纤维细胞、多形核中性粒细胞、巨噬细胞等产生细胞外基质降解酶，同时，这些细胞还能产生纤维蛋白溶解酶原激活物，将纤维蛋白酶原转化成为纤维蛋白酶，继而激活潜在形式的MMPs降解细胞外基质。牙龈卟啉单胞菌是牙周组织破坏中的主要致病菌，潘春玲等通过实验发现牙龈卟啉单胞菌能够促进牙龈上皮细胞分泌MMP-13，造成牙周组织破坏。
MMP-13的活性可以在牙龈组织，唾液和龈沟液（GCF）中检测到，并且可以用各种方法如免疫组织化学、原位杂交、蛋白质印迹和酶联免疫吸附测定法进行生物化学测定。胶原蛋白是牙龈和牙周膜的主要细胞外基质成分，在牙周炎的病理条件下发生改变。在活动性牙周炎期间，MMP-13通过自身蛋白质水解或其他MMP的催化等方式活化后发挥其降解胶原蛋白的能力，导致牙周组织有机基质的破坏。结合上皮通过内部基底层中的半桥粒粘附于牙齿，半桥粒由层粘连蛋白-5和整合素α6β4组成，MMP-13能够降解牙龈基底膜中的层粘连蛋白-5的γ2链，加速牙周袋的形成。
骨是由多种细胞以及骨基质组成，骨改建是一个复杂的过程，多种细胞参与其中，其中最重要的就是成骨细胞和破骨细胞。在骨和软骨组织中，MMP-13是众多胶原酶中表达最强的一个，其主要与矿化骨基质有关，对破骨细胞的形成是必不可少的。有资料显示MMP-13在邻近破骨细胞的成骨细胞在活动性骨吸收位点中表达。
在牙周炎的进展期，MMP-13的胶原酶活性调控作用与牙槽骨不同程度的破坏紧密相关，MMP-13通过降解有机基质并产生可激活破骨细胞的胶原片段而参与骨吸收，且与组织蛋白酶K和MMP-9协同降解骨基质中的Ⅰ型胶原蛋白。一些学者通过对慢性牙周炎患者的GCF分析得出相同的结论:牙周炎患者GCF中均能检测出MMP-13，且与牙周炎患者非活动性位点以及健康人相比较，牙周炎患者活性位点具有更高水平的MMP-13活性。
尽管许多生物标志物已被提出用于慢性牙周炎，但它们中的大多数表现出有限的用途，因为它们反映牙周组织的炎症而非疾病进展，MMP-13活性可以作为牙周炎进展的标志，并且在一定程度上代表了牙槽骨吸收。龈下刮治和根面平整是牙周非手术治疗最有效的方法，它能有效的去除附着在牙面和根面的牙石和菌斑以及肉芽组织，经治疗后唾液和龈沟液中MMP-13的表达水平有所下降。且药物治疗是重要的辅助治疗手段，四环素及其半合成类似物除了锌螯合作用，还能够抑制MMPs表达，干扰蛋白的活化过程，使MMPs更易被水解。有相关研究表明，经四环素类药物治疗后，慢性牙周炎患者GCF中MMP-13表达水平显著下降。
有学者还发现唾液中MMP-13浓度的增加与女性性别和较高的临床附着丧失水平有关，激素水平的变化能够抑制MMP-13的表达。因此MMP-13的高表达水平有利于牙周病的发展，反映了牙周组织的病变情况，抑制其表达对牙周炎的诊断和治疗具有重要意义。
2.基质MMP-13与根尖周炎
根尖周炎的炎症过程和组织破坏在很大程度上类似于牙周炎中所见的相同现象，是由细菌引起的，这些口腔细菌通过中性粒细胞触发MMPs的释放和活化。根尖周炎性浸润主要由巨噬细胞、T和B淋巴细胞和浆细胞组成。除此之外，其他类型的细胞尤其是肥大细胞由于其免疫学特性已被认为是根尖周炎发展必需的一种细胞。在根尖周炎中，各项研究已经证实了有MMP的表达，已发现MMP-1是引起根尖周骨吸收初始阶段的关键酶之一，MMP-2、MMP-3、MMP-8，、MMP-9以及MMP-13在根尖周病变中均有发现。
Wahlgren等通过免疫组织化学分析和原位杂交法发现浆细胞在根尖周肉芽肿中局灶性表达MMP-8和MMP-13，来自浆细胞的MMP-8和MMP-13可以参与慢性炎症发展以及肿瘤部位的骨骼有机基质破坏。范挽亭等采用免疫荧光双染色法证实了根尖周囊肿和根尖周肉芽肿中肥大细胞表达MMP-13，且根尖周病组织中双阳性肥大细胞数目显著高于正常对照组。MMP-13在慢性根尖周炎的致病机制中发挥重要作用。
MMP-13在许多慢性炎症过程中的ECM过度降解相关的病理状态下表达。作为结缔组织中的重要组成成分的细胞外有机基质的降解，是根尖周围区域发生吸收的第一阶段，特别是MMP-8和MMP-13胶原酶在其中发挥重要的作用。由于牙周膜和牙槽骨的细胞外基质的主要成分是胶原纤维，基底膜的主要成分是Ⅳ胶原蛋白/明胶，MMP-13可以将其裂解成小碎片后，MMP-13和其他特定组织蛋白酶将其进一步裂解，从而导致根尖周组织的破坏。先前已报道与炎症的早期阶段相比，在根尖周病灶形成的急性阶段期间MMP-13的较高表达，表明这种酶与这些病变的发展有关。
另一方面，有学者发现在根尖周肉芽肿中含有上皮的根尖周病变中，特别是有上皮岛存在时MMP-13的高表达，这一发现提示该酶参与根尖周病灶的形成和根尖周肉芽肿向根尖周囊肿的转化。MMP-13在其他MMP级链效应中起中心作用，包括MMP-2、MMP-14、MMP-3，同时激活MMP-13以及MMP-9的酶原以及自身催化作用都帮助其在根尖周组织的破坏作用。根尖周炎时MMP-13的轻微改变都可能引起显著的根尖周基质破坏和免疫应答反应。
根管治疗的目的是去除细菌，毒力因子和毒素，以及根尖区的炎症反应。根管治疗后微生物的持续存在与根尖周组织严重破坏和MMP水平增加有关。一旦该区域没有细菌及其产物，炎症过程和炎症细胞就会减少。目前研究表明MMP-13是牙髓组织中关键的胶原酶。Sulkala等通过Western印迹和免疫组织化学染色方法也证实了在牙髓组织中有MMP-13蛋白的合成，MMP-13的表达活性下降可能是牙本质－牙髓复合体防御龋齿机制的一部分。控制MMP-13的合成可能成为控制根尖周病发展的一个治疗目标，为治疗根尖周病提供新方法。
3.MMP-13与口腔鳞状细胞癌
口腔鳞状细胞癌（OSCC）可以从明显正常的上皮或癌前病变发展而来，肿瘤的发生以及恶性转化是一个非常复杂的调控过程，其转移潜能取决于其降解细胞外基质、侵袭基底膜、启动肿瘤血管生成和侵入邻近组织和血管的能力。与正常对照相比，来自OSCC患者的肿瘤样品中MMP的表达水平更高，MMPs可以在OSCC患者的组织，血液以及唾液中检测到。Agha-Hosseini等通过对OSCC患者用酶联免疫吸附实验方法观察到MMP-13在患者唾液中的表达水平与其在血清中的表达相似，这可能是由于MMP-13在OSCC患者中普遍表达所致。并且多项研究报道MMP-13在OSCC的表达水平显著高于癌周围的组织以及正常的口腔上皮。
MMP-13是一种催化活性极强的蛋白酶，其在组织间质中的成纤维细胞，浸润的炎细胞中亦有表达，这说明它可能参与了间质成分较强的降解反应过程，从而使肿瘤细胞更易转移和侵袭。MMP-13参与细胞表面受体TNF-α的裂解和配体的释放，TNF-α可以通过吸引转移因子到细胞表面来刺激肿瘤转移途径。粘着斑是介导细胞对ECM粘附反应的调节作用的亚细胞结构，粘着在粘附部位产生拉细胞向前移动的粘着力，荧光显微镜显示，MMP-13在粘着斑形成中起着至关重要的作用。此外，细胞侵袭是一种细胞迁移，需要穿过ECM到达并侵入血管。
MMP-13与组织中胶原纤维快速转变密切相关，因此它的过度表达可能通过ECM和基底膜的不受控制的降解而参与肿瘤发生。与肿瘤侵袭晚期相关的MMP-13表达的显着下降反映了基底膜已经被降解的事实，并且在淋巴结受累患者中比在没有淋巴结受累的患者中观察到更强的MMP-13染色。
血管生成已被确定是肿瘤生长，进展和转移的关键步骤。体内血管生成的调节是复杂的并且受多种因素控制，VEGF被认为起主导作用，已知MMP-1、-2、-3、-7、-9、-14和-16等通过调节VEGF-A的生物利用度参与肿瘤血管生成，与其他MMPs在血管生成中的功能不同，MMP-13通过增加癌症侵袭区域中肿瘤浸润血管的血管数量以及通过成纤维细胞和内皮细胞增加VEGF-A的蛋白质分泌水平来促进血管生成，其过表达可以增强毛细血管的形成。且对肿瘤细胞进行免疫化学检测发现FAK和ERK信号通路参与了MMP-13促进血管生成的机制。
有研究证实了OSCC中MMP-13表达与肿瘤侵袭深度，肿瘤大小呈正相关。Mishev等通过对61例OSCC患者的研究结果表明MMP-7和MMP-13在高度浸润和高度恶性肿瘤区域表达降低，它们的这种免疫染色模式很可能反映出了肿瘤的侵袭能力，与Bryne的恶性肿瘤结构分级和核多态性密切相关，提示这两种MMPs一起可用作侵袭性的预测标记OSCC。对OSCC患者五年生存率分析的结果显示MMP-13阳性表达与预后不良之间存在显着相关性（P＜0.05）。与具有较高MMP-13mRNA表达的患者相比，MMP-13mRNA表达较低的患者对放射治疗的反应更好，可能有助于预测OSCC患者的放疗治疗反应。因此与患者的TNM分期一起，MMP-13的免疫组织化学可用于评估OSCC的恶性潜能，并能促进临床诊断和评估预后，对OSCC患者MMP-13检测有助于确定其在肿瘤发生中的作用，最终形成有针对性的治疗方案并改善预后。
4.总结
综上所述，MMP-13作为降解细胞外基质的重要酶类，与牙周组织的破坏、根尖周炎症的发展以及口腔鳞状细胞癌的扩散转移等密切相关，其表达水平的变化在某种程度上反应了疾病的发展程度，可以作为口腔疾病预后的生物标记分子。通过对MMP-13开展更深层次的研究能够加强对其病理调控机制的深入认识，优化对一些常见口腔疾病的诊断和治疗，显着提升疗效。本人认为对MMP-13的深入研究应侧重于对抑制MMP-13表达活性物质的研究，以期为口腔疾病的治疗提供新思路。
