基質(zhì)金屬蛋白酶-9及其內(nèi)源性抑制因子-1在膿毒癥致多器官功能障礙綜合征中的意義

易夢(mèng)秋，余旻

(1.三峽大學(xué)醫(yī)學(xué)院，湖北 宜昌 443000；2.三峽大學(xué)人民醫(yī)院ICU，湖北 宜昌 443000)

基質(zhì)金屬蛋白酶-9及其內(nèi)源性抑制因子-1在膿毒癥致多器官功能障礙綜合征中的意義

易夢(mèng)秋1，余旻2

(1.三峽大學(xué)醫(yī)學(xué)院，湖北 宜昌 443000；2.三峽大學(xué)人民醫(yī)院ICU，湖北 宜昌 443000)

多器官功能障礙綜合征(MODS)是由不同病因?qū)е碌囊远鄠€(gè)臟器功能障礙為特點(diǎn)的臨床綜合征，是臨床常見(jiàn)急危重癥，發(fā)病率逐年上升，其發(fā)病機(jī)制備受關(guān)注但至今尚未闡明。眾所周知，免疫系統(tǒng)廣泛激活是MODS發(fā)展的基礎(chǔ)，但是基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)在MODS中的作用仍未明了。本文就基質(zhì)金屬蛋白酶-9 (MMP-9)和組織金屬蛋白酶抑制物-1(TIMP-1)在膿毒癥致MODS中的意義展開(kāi)論述。

基質(zhì)金屬蛋白酶-9；組織金屬蛋白酶抑制物-1；膿毒癥；多器官功能障礙綜合征

多器官功能障礙綜合征(multiple organ dysfunction syndrome，MODS)是指機(jī)體在遭受?chē)?yán)重創(chuàng)傷、休克、感染、手術(shù)等打擊后，兩個(gè)或兩個(gè)以上重要器官同時(shí)或序貫發(fā)生功能障礙的臨床綜合征。盡管現(xiàn)代重癥監(jiān)護(hù)和抗生素治療水平逐步提高，但由于MODS發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，救治難度大，死亡率高，一直是危重病醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)及難點(diǎn)。眾所周知，MODS的發(fā)病基礎(chǔ)是全身炎癥反應(yīng)。炎性介質(zhì)如腫瘤壞死因子α (TNF-α)、白細(xì)胞介素1(IL-1)、白細(xì)胞介素6(IL-6)等大量釋放，引起組織、器官發(fā)生不可逆損傷，造成MODS。膿毒癥(sepsis)是一種由感染引起的全身炎癥反應(yīng)，發(fā)病急，病情進(jìn)展迅速，病死率高，是MODS發(fā)生的主要原因。組織器官血管內(nèi)皮包括內(nèi)皮細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)，有研究表明，內(nèi)皮的損害在MODS的病理生理過(guò)程中起著重要的作用。除了內(nèi)皮細(xì)胞本身的激活和損傷外，其基質(zhì)的損傷也不可小覷，基質(zhì)金屬蛋白酶-9(MMP-9)作為ECM的主要水解酶，它的水平可以反映細(xì)胞外基質(zhì)的損傷程度。組織金屬蛋白酶抑制物-1(TIMP-1)為MMP-9的內(nèi)源性抑制劑，與MMP-9一起參與MODS的發(fā)生與發(fā)展。了解MMP-9及TIMP-1與MODS之間的關(guān)系，有助于完善MODS的發(fā)病機(jī)理并提出有針對(duì)性的治療策略。

1 簡(jiǎn)介

1.1 MMP-9 基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)是自然界中高度保守的一類(lèi)鋅離子依賴(lài)性水解酶，幾乎能降解細(xì)胞外基質(zhì)的所有成分?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)26種MMPs，稱(chēng)為MMPs家族。它們由基質(zhì)金屬蛋白酶原激活，主要受基因轉(zhuǎn)錄、酶原活化和抑制劑抑制三個(gè)水平上的調(diào)控，參與組織損傷、炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡等[1]。MMP-9主要水解明膠和Ⅳ型膠原(Ⅳ-Collagen，Ⅳ-C)，而Ⅳ型膠原是ECM的主要成分，因此，MMP-9在調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)的動(dòng)態(tài)平衡中發(fā)揮極其重要的作用。MMP-9在正常組織中表達(dá)量很少，當(dāng)機(jī)體遭受?chē)?yán)重感染等打擊后，活化的中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等炎癥細(xì)胞合成并分泌大量炎癥介質(zhì)如TNF-α、IL-1、IL-6上調(diào)MMP-9的表達(dá)[2]。大量MMP-9釋放，使細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)及功能的完整性遭到破壞，從而影響相應(yīng)組織器官的功能；同時(shí)，內(nèi)皮細(xì)胞失去細(xì)胞外基質(zhì)的支撐和保護(hù)，加速內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，最終導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生不可逆性損傷，進(jìn)而導(dǎo)致MODS發(fā)生。此外，MMP-9還參與炎性細(xì)胞的聚集、新生血管的形成和細(xì)胞凋亡等[1]。

1.2 TIMP-1TIMP-1是MMP-9的內(nèi)源性抑制劑，常由分泌MMP-9的同一細(xì)胞合成。它是一種可溶性分泌蛋白，特異性結(jié)合MMP-9催化活性中心的鋅離子，抑制MMP-9酶原活化或使已激活的MMP-9失活，進(jìn)而促進(jìn)ECM的沉積和抑制其降解[3]。TIMP-1還被認(rèn)為是一種轉(zhuǎn)錄抑制劑抑制MMPs基因的轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致基質(zhì)成分合成和降解失衡，引起組織結(jié)構(gòu)重塑。研究還發(fā)現(xiàn)，炎性介質(zhì)如TNF-α、IL-1、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β等上調(diào)TIMP-1的表達(dá)，后者通過(guò)抑制促凋亡因子Bax的表達(dá)和上調(diào)抗凋亡因子Bcl-2的表達(dá)而抑制多種細(xì)胞凋亡[4]。TIMP-1在各器官功能障礙中也發(fā)揮作用，但作用機(jī)制比較復(fù)雜，一方面，它抑制MMP-9的表達(dá)和抑制組織細(xì)胞凋亡，發(fā)揮保護(hù)性作用；另一方面，促進(jìn)炎性細(xì)胞增殖和抑制炎癥細(xì)胞凋亡，造成炎癥反應(yīng)持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，促進(jìn)MODS的發(fā)展。

2 MMP-9 與器官功能損傷

2.1 肺損傷 目前認(rèn)為，多器官功能障礙綜合征的本質(zhì)是機(jī)體炎癥反應(yīng)失控所導(dǎo)致的多器官功能序貫損傷，多種炎癥介質(zhì)的參與是其發(fā)病的關(guān)鍵。肺是一種產(chǎn)生炎癥介質(zhì)的重要靶器官，因此，膿毒癥肺損傷是一種值得關(guān)注的現(xiàn)象。研究表明在MODS早期，肺組織中炎性細(xì)胞浸潤(rùn)和聚集，MMP-9表達(dá)上調(diào)，活化的MMP-9破壞ECM，造成內(nèi)皮難以修復(fù)[5-7]。肺是MODS中最容易和最早受損的靶器官，而肺功能障礙可加速M(fèi)ODS的病情進(jìn)展。肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(HGF)主要由間充質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生，作用于上皮細(xì)胞上的c-Met受體，是修復(fù)肺損傷的再生因子[8]，有研究表明活化的HGF通過(guò)調(diào)節(jié)MMP-9/TIMP-1的比例而促進(jìn)肺損傷后的修復(fù)過(guò)程。

2.2 心功能障礙 膿毒癥可導(dǎo)致多器官功能損害，心臟作為全身血供的發(fā)動(dòng)機(jī)，處于中心位置，故膿毒癥時(shí)心功能損傷首當(dāng)其沖。有統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)顯示，40%～50%的膿毒癥患者可出現(xiàn)心功能不全，其中7%發(fā)生心力衰竭[9]，膿毒癥一旦合并心肌損傷可加重疾病的演變過(guò)程，增加多臟器衰竭和死亡的風(fēng)險(xiǎn)[10]。膿毒癥時(shí)機(jī)體在內(nèi)毒素的刺激下激活單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)產(chǎn)生炎癥因子引起全身炎癥反應(yīng)，使心血管系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)遭到破壞，從而引起心功能不全。研究表明循環(huán)和心肌局部增加的心肌抑制性介質(zhì)如TNF-α、IL-6在膿毒癥心肌損傷的發(fā)生和發(fā)展中起重要作用，隨著對(duì)這些炎癥因子研究的深入，越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)MMP-9也參與其中[11-12]。Tomita等[12]利用盲腸結(jié)扎穿孔法(CLP)復(fù)制膿毒癥小鼠模型，心臟組織學(xué)切片顯示血管周?chē)烷g質(zhì)心肌纖維化以及超聲心動(dòng)圖提示膿毒癥小鼠伴嚴(yán)重的心功能不全；同時(shí)在受損的心肌組織中MMP-9的水平呈現(xiàn)高表達(dá)，并與促炎細(xì)胞因子的釋放呈正相關(guān)；他們還發(fā)現(xiàn)MMP的廣譜抑制劑ONO-4817能顯著減輕心肌損傷程度。

2.3 腎損傷 膿毒癥及其相關(guān)并發(fā)癥是危重癥患者的主要死因，約40%的患者最終發(fā)展為急性腎損傷(SAKI)，病死率高達(dá)70%。SAKI是以患者腎功能急劇下降為臨床表現(xiàn)，腎內(nèi)血流重新分布及急性腎小管壞死為主要病理改變的一組常見(jiàn)綜合征。它具有獨(dú)特的發(fā)病機(jī)制及病理生理特點(diǎn)。早期人們認(rèn)為膿毒癥導(dǎo)致的腎損害是腎臟缺血/再灌注造成的，隨后研究者們發(fā)現(xiàn)，在膿毒癥患者腎皮質(zhì)血流還未下降之前就已經(jīng)出現(xiàn)腎損傷[13]，感染后全身炎癥反應(yīng)過(guò)度激活，導(dǎo)致腎小管細(xì)胞損傷、凋亡才是其更重要的發(fā)病機(jī)制。機(jī)體遭受感染后，內(nèi)毒素釋放，各種炎癥細(xì)胞和炎癥因子激活、放大，活化的嗜中性粒細(xì)胞釋放氧自由基、彈力蛋白酶和膠原酶，增加血管通透性，引起腎間質(zhì)水腫，壓迫腎小管，影響腎臟的排泄功能。Ⅳ型膠原是各種基底膜必不可少的成分，靶向血管內(nèi)皮基膜主要成分Ⅳ型膠原的水解酶MMP-9的釋放，導(dǎo)致腎小管結(jié)構(gòu)的完整性遭到破壞、腎小管上皮脫落壞死加速腎功能障礙的發(fā)生。藤林等[5]和余旻等[14]對(duì)MODS大鼠腎組織形態(tài)和功能進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)模型組大鼠腎組織中MMP-9水平在造模后12 h明顯高于對(duì)照組，48 h達(dá)高峰；且血清和腎組織中MMP-9的水平在各個(gè)時(shí)相點(diǎn)的增加具有同步性。可見(jiàn)MMP-9在膿毒癥腎損傷過(guò)程中也起著非常重要的作用。

2.4 肝損傷 在前面我們已經(jīng)提到，細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)及功能的完整性對(duì)細(xì)胞的一切生理活動(dòng)具有重要影響，內(nèi)皮細(xì)胞一旦脫離ECM的的支撐和保護(hù)，則會(huì)發(fā)生凋亡。ECM是肝臟的重要成分之一，ECM的改變直接影響肝臟的各細(xì)胞功能。截至目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)MMP-9在MODS肝損傷中的研究并不多，但仍有證據(jù)表明MMP-9的確參與了MODS早期肝損傷過(guò)程，而且有多項(xiàng)研究表明肺、心及腎損傷過(guò)程中一直存在ECM的破壞，這也為研究MMP-9在肝損傷中的意義提供了依據(jù)[14-16]。Maitra等[16]采用PCR及Western技術(shù)分別從RNA和蛋白水平上檢測(cè)膿毒癥大鼠肝臟中MMP-9和TIMP-1的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)膿毒癥模型組較假手術(shù)組肝臟中MMP-9和TIMP-1的表達(dá)都上調(diào)，且MMP-9/TIMP-1的比例顯著下降。

3 疾病進(jìn)展及預(yù)后

目前，國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的證據(jù)表明，MMP-9的水平與膿毒癥各器官功能損傷及預(yù)后密切相關(guān)。Martin等[17]檢測(cè)ICU中90例嚴(yán)重膿毒癥患者與91例非感染患者一周內(nèi)血清中MMPs的水平，發(fā)現(xiàn)隨時(shí)間推移，MMP-3、MMP-4、MMP-8、MMP-10的水平逐漸降低，而MMP-9、MMP-1的水平逐漸增加。Yazdan-Ashoori等[18]也做過(guò)類(lèi)似的研究，發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重膿毒癥患者血漿中大多數(shù)MMPs及TIMPs都呈現(xiàn)較高水平，只有MMP-7和MMP-9與病情嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)，且MMP-9隨著時(shí)間的推移呈遞減趨勢(shì)。后來(lái)Diána等[19]、Mashael等[20]研究發(fā)現(xiàn)膿毒癥患者血清中MMP-9的水平在入院后前3 d逐漸降低，之后維持高水平，而TIMP-1呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)，總的來(lái)說(shuō)，MMP-9/TIMP-1的比值表現(xiàn)出遞減趨勢(shì)。因此，有人認(rèn)為MMP-9/TIMP-1的比值比MMP-9更能反映疾病的演變過(guò)程。為了更進(jìn)一步明確MODS早期血清和各組織中MMP-9水平的變化，藤林等[5，15]也進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在造模后6～24 h MODS模型組血清中MMP-9水平顯著高于對(duì)照組，其峰值見(jiàn)于造模后12 h，24 h后開(kāi)始下降，48 h雖較正常對(duì)照組偏高，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；且在各個(gè)時(shí)相血清與肝、肺、腎組織中MMP-9的水平增高具有同步性。這些研究數(shù)據(jù)都表明，MMP-9高表達(dá)與MODS早期各器官損傷密切相關(guān)，尤其是在外傷和感染后6～24 h。機(jī)體遭受感染打擊后24～48 h，MMP-9的水平下降可能是由于機(jī)體防御性抗炎作用的效果。

為了明確MMP-9、TIMP-1與膿毒癥患者的嚴(yán)重程度及預(yù)后之間的關(guān)系，Wang等[21]做了大規(guī)模的臨床研究，他們?cè)?8 d的隨訪中發(fā)現(xiàn)膿毒癥非幸存者血清中MMP-9和TIMP-1水平顯著高于幸存者。Lorente等[22-23]也發(fā)現(xiàn)膿毒癥患者在入院后一周內(nèi)非存活組TIMP-1/MMP-9的比例明顯高于存活組(P＜0.01)，可見(jiàn)TIMP-1/MMP-9的比例也是預(yù)測(cè)患者預(yù)后較好的指標(biāo)。

4 小結(jié)

膿毒癥是臨床常見(jiàn)的危重癥，盡管醫(yī)療技術(shù)不斷更新發(fā)展，但嚴(yán)重膿毒癥以及感染性休克依然是困擾ICU醫(yī)生們的一個(gè)重要難題。目前其治療主要依靠抗感染、血管活性藥物、液體復(fù)蘇以及激素等輔助治療。鑒于MMP-9參與膿毒癥導(dǎo)致MODS的發(fā)生與發(fā)展，這為我們尋求新的治療靶點(diǎn)提供了方向。黃嘌呤衍生物、非甾體抗炎藥(NSAIDs)和3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A(HMG-CoA)還原酶抑制劑都是公認(rèn)的MMPs抑制劑[24]，其作用已經(jīng)在動(dòng)物模型上得到驗(yàn)證。

基質(zhì)金屬蛋白酶的抑制劑作為治療膿毒癥的新型藥物，其發(fā)展仍然是曲折的。以往由于缺乏特異性而無(wú)法評(píng)估其毒理作用，使其作用不明顯或者產(chǎn)生嚴(yán)重的副作用，后來(lái)新的技術(shù)如RNA測(cè)序技術(shù)幫助克服這些難題，尋找出新的治療藥物，但還需要大規(guī)模的臨床試驗(yàn)來(lái)澄清它們?cè)谀摱景Y治療方案中的角色。相信隨著人們對(duì)MMPs的深入研究，其必將為人類(lèi)防治MODS帶來(lái)新的巨大突破。

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Significance of matrix metalloproteinase-9 and tissue inhibitor of matrix metalloproteinases-1 in sepsis-relatedmultiple organ dysfunction syndrome.

YI Meng-qiu1,YU Min2.1.Medical Science College,Three Gorges University, Yichuang 443000,Hubei,CHINA;2.Intensive Care Unit,the People's Hospital of Three Gorges University,Yichang 443000, Hubei,CHINA

Multiple organ dysfunction syndrome(MODS)is caused by different etiology characterized with multiple organs dysfunction clinical syndrome,which is a common critical disease with the clinical incidence increased year by year,but the precisely pathogenesis of MODS has not been clarified until now.It is known that immune system activation is the basis for the development of MODS extensively,but the role of metalloproteinases in MODS are still under discussion.The present review primarily focuses on the significance of matrix metalloproteinase-9 and tissue inhibitor of matrix metalloproteinases-1 in sepsis-related MODS.

Matrix metalloproteinase-9;Tissue inhibitor of matrix metalloproteinases-1;Sepsis;Multiple organ dysfunction syndrome

R442.8

A

1003—6350（2016）15—2491—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2016.15.027

2016-01-07)

湖北省自然科學(xué)基金（編號(hào)：2014CFA073）

余旻。E-mail：myth704@sina.com