MMP-9、TIMP-1在肺纖維化中作用的研究進(jìn)展

高娟，王添印,韓茹，李淑岷(1山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院，濟(jì)南250002；2山東省職業(yè)衛(wèi)生與職業(yè)病防治研究院;山東省衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)醫(yī)療管理服務(wù)指導(dǎo)中心)

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MMP-9、TIMP-1在肺纖維化中作用的研究進(jìn)展

高娟1，2，王添印3,韓茹1，2，李淑岷1，2
(1山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院，濟(jì)南250002；2山東省職業(yè)衛(wèi)生與職業(yè)病防治研究院;3山東省衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)醫(yī)療管理服務(wù)指導(dǎo)中心)

肺纖維化是一種慢性進(jìn)行性的肺間質(zhì)疾病，其特征是細(xì)胞外基質(zhì)(主要是膠原纖維)在肺間質(zhì)過(guò)度積聚?；|(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)和其組織抑制因子(TIMPs)在肺發(fā)育、肺損傷和肺纖維化等病理生理過(guò)程中發(fā)揮重要作用，兩者比例失衡是肺纖維化的發(fā)病機(jī)制之一。

肺纖維化；基質(zhì)金屬蛋白酶9；基質(zhì)金屬蛋白酶抑制因子1

肺纖維化是一種慢性進(jìn)行性的肺間質(zhì)疾病，是呼吸衰竭的病理基礎(chǔ)之一，其病理特征為肺部炎癥引起細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)損壞、修復(fù)、重建、沉積及肺泡持續(xù)性損傷[1]?；|(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)是由結(jié)締組織分泌、參與細(xì)胞外基質(zhì)降解的Zn2+依賴性蛋白酶家族。MMP-9為MMPs家族成員之一?；|(zhì)金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMPs)是一種內(nèi)源性的分布廣泛的MMPs天然抑制劑。TIMP-1為T(mén)IMPs按作用靶點(diǎn)不同分出的一種。肺纖維化的發(fā)病機(jī)制中包括有MMP-9與TIMP-1的失衡。本研究就MMP-9與TIMP-1在肺纖維化中的作用作一綜述。

1 MMP-9與肺纖維化的關(guān)系

MMP-9是一種金屬離子依賴的蛋白酶，通過(guò)多種途徑參與肺纖維化的發(fā)病機(jī)制。大量研究顯示，在肺纖維化患者的肺泡上皮細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和肺泡上皮細(xì)胞內(nèi)都可以檢測(cè)到MMP-9表達(dá)。正常肺組織中僅少量表達(dá)MMP-9，但當(dāng)受到不同的外界刺激時(shí)，在支氣管上皮細(xì)胞、Clara細(xì)胞、肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)MMP-9[2]。在肺纖維化的患者和動(dòng)物模型中,均可以看到MMP-9基因和蛋白表達(dá)[2，3]。與正常人的成纖維細(xì)胞和肺泡巨噬細(xì)胞相比，肺纖維化患者的這些細(xì)胞中MMP-9的表達(dá)量增加[3]。在肺纖維化患者的支氣管肺泡灌洗液(BALF)中，MMP-9水平和活性均顯著增高[4]。特發(fā)性肺纖維化(IPF)是一種破壞性疾病，主要特征為上皮細(xì)胞活化、成纖維細(xì)胞/肌成纖維細(xì)胞在肺泡間隔和肺泡腔數(shù)量增加，進(jìn)而出現(xiàn)ECM的異常沉積。MMP-9的作用底物主要是Ⅳ型膠原，而Ⅳ型膠原是肺泡的主要基膜成分。根據(jù)肺纖維化發(fā)生發(fā)展的特點(diǎn)和MMP-9的生物學(xué)特性，可以肯定它們之間存在一定的聯(lián)系。MMP-9在肺纖維化中的表達(dá)及活性增加，可以降解破壞基膜，損傷肺泡上皮與毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞，導(dǎo)致肺泡細(xì)胞微環(huán)境的改變。這種微環(huán)境的改變，一方面可以刺激肌纖維膜母細(xì)胞與Ⅱ型上皮細(xì)胞等ECM生成細(xì)胞的活化；另一方面，纖維細(xì)胞由斷裂基膜與損傷上皮間隙進(jìn)入肺泡，生成膠原，引起肺泡纖維化[5]。

在肺來(lái)源的成纖維細(xì)胞中，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(TGF-β1)可以通過(guò)Smad7信號(hào)抑制MMP-9表達(dá)[6]。肺內(nèi)TGF-β1含量增高可抑制MMP-9表達(dá)，進(jìn)而減弱MMP對(duì)ECM的降解，增加膠原、纖維蛋白和彈性蛋白等ECM的沉淀，導(dǎo)致肺組織結(jié)構(gòu)的重建，進(jìn)而形成肺纖維化[7]。TNF-α和IL-1β均能刺激多種細(xì)胞產(chǎn)生MMP-9，MMP-9也能降解IL-1β前體[8]。TNF-α能激活p38 MAPK從而誘導(dǎo)MMP-9酶原從嗜酸性粒細(xì)胞快速釋放[9]。IL-8能刺激中性粒細(xì)胞釋放儲(chǔ)存的MMP-9，而MMP-9能增強(qiáng)IL-8活性[10]。IL-13可通過(guò)多種受體亞型誘導(dǎo)MMP-9表達(dá)，MMP-9可以通過(guò)活化TGF-β1促進(jìn)IL-13，進(jìn)而導(dǎo)致肺纖維化，而MMP-9基因敲除的小鼠BALF和肺組織中IL-13增加[11]，說(shuō)明MMP-9可抑制IL-13表達(dá)。研究結(jié)果表明，肺纖維化患者的BALF和肺組織中MMP-9水平增高及肺纖維化動(dòng)物模型的肺組織中的MMP-9含量增加，均提示MMP-9與肺纖維化相關(guān)，并且MMP-9可以通過(guò)多種途徑參與肺纖維化的進(jìn)展，促進(jìn)肺纖維化的發(fā)生。

2 TIMP-1與肺纖維化的關(guān)系

TIMPs是一組低分子量糖蛋白，廣泛分布于組織和體液中，可由成纖維細(xì)胞、上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等產(chǎn)生和分泌。TIMPs還是多功能分子，不僅抑制MMPs活性，而且具有細(xì)胞生長(zhǎng)因子樣作用，促進(jìn)成纖維細(xì)胞增生及膠原合成，使細(xì)胞外基質(zhì)沉積并抑制其降解。TIMPs反映了氣道的修復(fù)過(guò)程，是氣道纖維化的標(biāo)志[12～14]。TIMP-1由結(jié)締組織細(xì)胞與巨噬細(xì)胞產(chǎn)生，廣泛存在于組織、體液中，可以被多種細(xì)胞因子誘導(dǎo)產(chǎn)生。TIMP-1過(guò)量表達(dá)被認(rèn)為與纖維化加速及ECM沉積有關(guān)[15]。TIMP-1在整個(gè)纖維化過(guò)程中一直呈上升趨勢(shì)并維持在一個(gè)較高水平。王媛媛等[16]發(fā)現(xiàn)，肺纖維化模型大鼠TIMP-1陽(yáng)性細(xì)胞明顯增多。肺纖維化形成中一個(gè)核心環(huán)節(jié)是新生血管增多[17]。IPF患者肺內(nèi)MMPs/TIMPs動(dòng)態(tài)改變與該病肺組織早期微血管密度升高而后期減少是吻合的。

3 MMP-9與TIMP-1的相互作用

TIMP-1是MMP-9的天然抑制劑，能夠與MMP-9以共價(jià)鍵的形式結(jié)合形成酶原復(fù)合物，從而特異性抑制MMP-9的活性，被認(rèn)為在肺纖維化中發(fā)揮重要作用。MMPs作為參與ECM降解的主要酶家族，幾乎可以降解除多糖外的全部ECM，TIMP-1抑制MMPs的活性就會(huì)造成ECM的沉積。目前認(rèn)為，TIMP-1對(duì)MMPs的抑制作用主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面：一是能阻止MMPs酶原活化，二是可以抑制已活化的MMPs的活性[18]。TIMPs能夠與MMPs以1∶1形式形成復(fù)合體MMPs-TIMPs，從而抑制MMPs的活性。博萊霉素致大鼠肺纖維化模型研究表明，TIMPs在纖維化的肺組織中表達(dá)明顯增高。分析表明在早期肺泡炎性階段，中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、單核-巨嗜細(xì)胞等以釋放MMPs為主；隨著病情進(jìn)展，炎性細(xì)胞逐漸減少，MMPs分泌減少，成纖維細(xì)胞逐漸增多，分泌TIMPs增多，肺部表現(xiàn)為以纖維增生樣改變?yōu)橹?；最終導(dǎo)致MMPs/TIMPs比例平衡失衡，ECM代謝紊亂、膠原沉積增加，致使肺間質(zhì)纖維化過(guò)程逐步加速。譚善忠等[19]也發(fā)現(xiàn)博萊霉素誘導(dǎo)的肺間質(zhì)纖維化在炎癥早期MMP-9蛋白的表達(dá)增加，其活性增高，導(dǎo)致Ⅳ型膠原的降解增加，從而參與調(diào)節(jié)肺結(jié)構(gòu)的重塑。同時(shí)，也可能通過(guò)破壞基底膜的機(jī)制使纖維母細(xì)胞侵入肺泡腔促進(jìn)肺間質(zhì)纖維化而起作用，而在此期TIMP-1則緩慢增加。在肺纖維化期，TIMP-1表達(dá)明顯增多，雖然MMP-9的表達(dá)也在增加，但其活性顯著較肺泡炎癥階段降低，說(shuō)明TIMP-1通過(guò)抑制MMP-9的活性，從而抑制ECM的降解，參與肺纖維化的形成。正常生理情況下MMPs與TIMPs處于相對(duì)平衡狀態(tài)，如果MMPs/TIMPs比值升高，表明肺組織中以炎癥反應(yīng)為主，反之則表明以修復(fù)反應(yīng)為主。研究[20]證明，在纖維化的病理改變中相較于MMPs，TIMPs占主要地位，也顯示出TIMPs在肺間質(zhì)纖維化進(jìn)程中的重要作用。

4 結(jié)語(yǔ)

肺纖維化過(guò)程是緩慢而持續(xù)性進(jìn)行的，其機(jī)制相當(dāng)復(fù)雜，包括多種細(xì)胞綜合作用與ECM的相互作用。MMP-9與TIMP-1作為酶類可以對(duì)ECM的平衡進(jìn)行調(diào)節(jié)，總體上MMPs/TIMPs的平衡在肺纖維化過(guò)程以及與細(xì)胞因子的相互作用、促進(jìn)肌成纖維細(xì)胞的生成方面起著重要作用。對(duì)MMP-9與TIMP-1更深入的研究有助于為肺纖維化的診治提供參考。

[1] 李才,張一寧,?？∑?等.器官纖維化基礎(chǔ)與臨床[M].北京:人民衛(wèi)生出版社,2003:188.

[2] 李芳,王文林.MMP-9和TIMP-1及其在肺纖維化中的作用[J].中國(guó)病原生物學(xué)雜志,2011,6(12):935-937.

[3] Kim JY, Choeng HC, Ahn C, et al. Early and Late Changes of MMP-2 and MMP-9 in Bleomycin-Induced Pulmonary Fibrosis[J]. Yonsei Med J, 2009,50(1):68-77.

[4] Kim JY, Cho SH, Choeng HC, et al. Early and late changes of MMP-2 and MMP-9 in bleomycin-induced pulmonary fibrosis[J]. Yonsei Med J, 2009,50(1):68-77.

[5] Selman M, Ruiz V,Cabrera S, et al. TIMP-1,-2,-3 and-4 in idiopathic pulmonary Cabrera fibrosis.A prevailing nondegradative lung microenvironment[J]. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol, 2000,279(3):L562-574.

[6] Korfei M, Schmitt S, Ruppert C, et al. Analysis of lung tissue from patients with Comparative proteomic idiopathic pulmonary fibrosis(IPF)and lung transplant donor lungs[J]. J Proteome Res, 2011,10(5):2185-2205.

[7] Kozu R, Senjyu H, Jenkins SC, et al. Differences in response to pulmonary rehabilitationin idiopathic pulmonary fibrosis and chronic obstructtive pulmonary disease[J]. Respiration, 2011,81(3):196-205.

[8] 卞秀捐,鄭金旭.基質(zhì)金屬蛋白酶-9與肺纖維化[J].國(guó)際呼吸雜志,2006,26(7):496-497.

[9] Wiehler S, Cuvelier SL, Chakrabarti S, et al. p38 MAP kinase regulates rapid matrix metalloproteinase-9 release from eosinophils[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2004,315(2):463-470.

[10] Van Den Steen PE, Proost P, Wuyts A, et al. Neutrophil gelatinase B potentiates interleukin-8 tenfold by aminoterminal processing，whereas it degrades CTAP-Ⅲ, PF-4，and GRO-and leaves RANTES and MCP-2 intact[J]. Blood, 2000,96(8):2673-2681.

[11] McMillan SJ, KeatleyJ, Campbell JD, et al. Matrix metalloprpteinasse-9 deficiency resultes in enhanced allergen induced airway inflammation[J]. J Immunol, 2004,172(4):286-294.

[12] Vornooy JH, Lindeman JH, Jacobs JA, et al. Increased activity of matrixmetalloproteinase-8 and matrix metalloproteinase-9 in induced sputumfrom patients with COPD[J]. Chest, 2004,126:1802-1810.

[13] Chakrabarti S, Patel KD. Matrix metalloproteinase-2 (MMP-2) and MMP-9 in pulmonary pathology[J]. Exp Lung Res, 2005,31:599-621.

[14] 李亞清,張珍祥,徐永健.基質(zhì)金屬蛋白酶的結(jié)構(gòu)、調(diào)控及其與慢性阻塞性肺疾病的關(guān)系[J].國(guó)際呼吸雜志,2006,26(3):182-185.

[15] Mercer PF, Shute JK, Bhowmik A, et al. MMP-9, TIMP-1 and inflammatory cells insputum from COPD patient during exacerbation[J]. Respir Res, 2005,6:151.

[16] 王媛媛,王慶,楊文海.紅景天對(duì)肺纖維化大鼠MMP-2與TIMP-1表達(dá)關(guān)系的影響[J].重慶醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào),2010,35(5):689-691.

[17] 王興勝，吳學(xué)玲，楊雪梅，等. Vasohibin免疫脂質(zhì)體抑制小鼠肺纖維化的實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)呼吸與危重監(jiān)護(hù)雜志,2010,9(5):529-531.

[18] Gomez DE, Alonso DF, Yoshiji H, et al.Tissue inhibitors of metalloproteinases:structure, regulation and biological functions[J]. Eur J Cell Biol, 2002,74(1):111-122.

[19] 譚善忠,劉成海,張煒,等.MMP-2/9活性與TIMP-1/2蛋白表達(dá)在大鼠肺纖維化形成中的變化特點(diǎn)[J].中西醫(yī)結(jié)合學(xué)報(bào),2006,4(4):402.

[20] Ramos C, Montano M, Garcia-Alvarez J, et al. Fibroblasts from idiopat hic pulmonary fibrosis and normal lungs differ in growth rate，apoptosis，and tissue inhibitor of metalloproteinases expression[J]. Am J Respir Cell Mof Biol, 2001,24(5):591-598.

山東省青年基金項(xiàng)目(ZR2011HL062)。

王添印(E-mail: 18660106658@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.26.035

R563

A

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2017-03-01)