基質(zhì)金屬蛋白酶在胸腔積液形成中作用的研究進(jìn)展

吳偉東，劉清峰，姜鋒

(暨南大學(xué)附屬廣州市紅十字會(huì)醫(yī)院, 廣州 510220)

胸腔積液是以各種病因引起的液體過量積聚在胸膜腔為特點(diǎn)的一種常見臨床癥候。目前，多種疾病發(fā)展至晚期可有胸腔積液形成，如腫瘤、結(jié)核、肝硬化、心力衰竭、感染等，而這些疾病通過各種作用機(jī)制導(dǎo)致胸腔內(nèi)液體的過量積聚，包括增加肺毛細(xì)血管壓力、增加胸膜通透性、降低血漿膠體滲透壓及淋巴管阻塞等，從而引起患者胸悶、呼吸困難、喘憋等臨床癥狀。目前引起滲出性胸腔積液的病因主要以惡性腫瘤和肺結(jié)核最為常見[1]。但有部分胸腔積液患者通過詳細(xì)的體格檢查、影像學(xué)檢查、胸腔積液細(xì)胞學(xué)及組織活檢培養(yǎng)等檢查后仍不能明確病因，影響疾病的診斷、治療和預(yù)后[2]。因此，在腫瘤性(惡性)胸腔積液的診斷中，為胸腔積液疾病患者尋找快速、準(zhǔn)確的診斷方法和有效的治療措施成為近年來研究熱點(diǎn)。研究[3, 4]表明，基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)與惡性腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移、血管生成及胸腔積液形成密切相關(guān)，并且在多種原因所致的胸腔積液中能檢測(cè)到MMPs和基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMPs)存在，提示MMPs和TIMPs可能在各種病因所致胸腔積液的形成中發(fā)揮重要作用?，F(xiàn)就MMPs在不同病因引起的胸腔積液形成中作用研究進(jìn)展綜述如下。

1 MMPs概述

1.1 MMPs的結(jié)構(gòu)、分類 MMPs是鋅離子依賴性內(nèi)肽酶的大家族，是細(xì)胞外基質(zhì)、細(xì)胞凋亡及基底膜降解過程中必不可少的酶，對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)各種成分具有蛋白水解活性，通過降解各種細(xì)胞黏附分子，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞-細(xì)胞和細(xì)胞-細(xì)胞外基質(zhì)相互作用，在腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移和胸腔積液形成中起重要作用，在侵襲、炎癥、血管生成等各種病理生理過程中發(fā)揮作用[5]。其家族成員具有類似的結(jié)構(gòu)，一般由功能不同的5個(gè)結(jié)構(gòu)域組成，分別為疏水信號(hào)肽序列、前肽區(qū)、催化區(qū)、鉸鏈區(qū)及跨膜區(qū)[6]。MMPs家族至少有28種。根據(jù)識(shí)別其內(nèi)源性底物偏好將MMPs分成6類，分別為膠原酶、明膠酶、間質(zhì)溶解素、基質(zhì)溶解酶、膜型基質(zhì)金屬蛋白酶(MT-MMPs)及其他未分類的MMPs[7, 8]。

1.2 MMPs的調(diào)節(jié) MMPs有3種形式的調(diào)節(jié)機(jī)制：①基因轉(zhuǎn)錄水平：多種因素導(dǎo)致MMPs轉(zhuǎn)錄水平變化，如生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子和癌基因等；②酶原激活：多數(shù)MMPs從細(xì)胞中以非活性酶原(前酶)的形式表達(dá)，通過前肽結(jié)構(gòu)域的半胱氨酸-巰基與催化結(jié)構(gòu)域結(jié)合的鋅離子間相互作用而保持活性，從而阻斷酶原的激活。多數(shù)MMPs是由組織和血漿蛋白酶、細(xì)菌蛋白酶或其他MMPs的參與去除前肽結(jié)構(gòu)域而激活；③酶活性抑制：TIMPs是低相對(duì)分子質(zhì)量分泌型蛋白質(zhì)家族，由血管內(nèi)皮細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞、角質(zhì)細(xì)胞、成纖維細(xì)胞等分泌，廣泛存在于人體不同組織和體液內(nèi)。TIMPs的N端功能區(qū)的半胱氨酸殘基與MMP催化區(qū)鋅離子活性中心結(jié)合，C端功能區(qū)與MMP的其他部位結(jié)合，形成1∶1的MMP-TIMP復(fù)合體，從而阻斷MMP與底物的結(jié)合，抑制MMP活性[9]。目前已確定有4種亞型：TIMP-1是一種28.5 kD的糖蛋白，抑制所有激活的膠原酶；TIMP-2是一種21 kD的非糖基化蛋白，是MMP-2的抑制劑，可與原MMP-2形成復(fù)合物或以非結(jié)合形式分泌；TIMP-3和TIMP-4則是從cDNA文庫中克隆出來[10]。MMPs在轉(zhuǎn)錄、翻譯和蛋白質(zhì)水平上受到嚴(yán)格調(diào)控，且與TIMPs水平保持動(dòng)態(tài)平衡。同時(shí)MMPs/TIMPs值在調(diào)節(jié)相關(guān)組織的蛋白水解和控制組織損傷方面起關(guān)鍵作用[11]。

1.3 MMPs的功能 MMPs的功能包括降解細(xì)胞外基質(zhì)、促進(jìn)新生血管形成、調(diào)節(jié)細(xì)胞-細(xì)胞間的黏附、組織重塑及創(chuàng)傷修復(fù)等。同時(shí)MMPs在腫瘤、結(jié)核、心力衰竭、纖維化等病理生理過程發(fā)揮作用。如腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移過程中，在MMPs的協(xié)助下腫瘤細(xì)胞從原發(fā)灶脫離、突破細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜、隨血流或淋巴到達(dá)新的部位、促進(jìn)新生血管生成、形成新的轉(zhuǎn)移灶等。另外MMPs負(fù)責(zé)細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜的降解，在胸腔滲出液形成過程中起關(guān)鍵作用。在正常機(jī)體環(huán)境下，MMPs和TIMPs維持動(dòng)態(tài)平衡，一旦平衡被打破，則會(huì)出現(xiàn)細(xì)胞外基質(zhì)的降解或聚集，在細(xì)胞遷移、血管生成、組織重建等過程中發(fā)揮重要作用。而MMPs和TIMPs的不平衡存在于疾病各種病理生理過程中。MMPs和TIMPs在不同病因引起的胸腔積液中高表達(dá)，使得MMPs可能成為靶向治療胸腔積液的有力手段，如巴馬司他(BB-94)是最先合成并用于臨床實(shí)驗(yàn)的MMPs抑制劑(MMPIs)，可減輕惡性胸腔積液和腹水，但目前在惡性胸腔積液的治療上尚無滿意結(jié)果。此外，還有其他的MMPIs處于臨床試驗(yàn)階段，應(yīng)用效果并不是很好，不良反應(yīng)難以解決[9,12]。

2 MMPs在腫瘤性惡性胸腔積液中的作用

胸膜腔內(nèi)MMPs能通過降解細(xì)胞外基質(zhì)及基底膜，同時(shí)可能通過改變間皮和內(nèi)皮細(xì)胞層的完整性和增加血管壁通透性而在胸腔積液形成中發(fā)揮作用，促使積液流入胸膜間隙[13]。

惡性腫瘤是導(dǎo)致胸腔積液的主要原因之一，研究表明，42%～77%的胸腔滲出液繼發(fā)于各種惡性腫瘤，包括肺癌、乳腺癌、胃癌、食管癌、肝癌、結(jié)直腸癌等[14]。關(guān)于MMPs和TIMPs與腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移關(guān)系的研究多見，兩者的動(dòng)態(tài)平衡決定細(xì)胞外基質(zhì)的降解程度，繼而決定腫瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移，同時(shí)促進(jìn)胸腔積液的形成。研究[15]發(fā)現(xiàn)，除成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞外，腫瘤細(xì)胞亦可能參與MMP-9的產(chǎn)生，因此MMP-9對(duì)基底膜明膠/Ⅳ型膠原的降解被認(rèn)為是腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移的重要組成部分。不管腫瘤來源于哪種組織類型，過表達(dá)的MMPs均指向腫瘤的晚期和侵襲性階段，而此階段一般伴有胸腔積液的產(chǎn)生。研究證明，內(nèi)皮細(xì)胞中高水平的MMP-2可促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)降解，同時(shí)增加內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)的釋放，刺激新生血管形成，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲與轉(zhuǎn)移[16]。邱志雄等[17]研究認(rèn)為，在細(xì)胞外基質(zhì)的降解過程中，MMP-2能使與細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)合的生長(zhǎng)因子如TGFG、bFGF等釋放出來，而這些生長(zhǎng)因子不僅能促進(jìn)MMP酶原的大量合成，而且能使VEGF的表達(dá)上調(diào)，有利于腫瘤的轉(zhuǎn)移和浸潤。錢凌等[18]采用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)法檢測(cè)38例惡性胸腔積液和50例良性胸腔積液發(fā)現(xiàn)，惡性胸腔積液中MMP-7、MMP-10表達(dá)及各項(xiàng)MMPs/TIMPs值均高于良性胸腔積液，提示胸膜腔在受到惡性腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移過程中存在MMPs/TIMPs動(dòng)態(tài)平衡破壞，促進(jìn)了細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜的降解速率，同時(shí)導(dǎo)致血管壁通透性升高，引起胸腔積液的產(chǎn)生。其中MMP-7不但能使細(xì)胞外基質(zhì)降解，還能通過降解E-鈣黏素的方式來減弱細(xì)胞-細(xì)胞間的黏附作用，從而降低腫瘤細(xì)胞的接觸性抑制，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散。Fiorelli等[19]研究顯示，MMP-9和TIMP-1在惡性胸腔積液中的表達(dá)明顯高于良性胸腔積液，提示MMP-9主要來源于腫瘤中淋巴細(xì)胞，其表達(dá)既不受組織學(xué)和腫瘤起源的影響，亦不受胸腔積液中腫瘤細(xì)胞的影響。腫瘤細(xì)胞降解細(xì)胞外基質(zhì)是腫瘤轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵步驟，而基底膜和間質(zhì)基質(zhì)是腫瘤擴(kuò)散的第一道屏障。雖然有幾種蛋白水解酶參與了這一過程，但MMP-9發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

3 MMPs在結(jié)核性胸腔積液中的作用

結(jié)核性胸腔積液是由于胸膜下實(shí)質(zhì)性病變破裂，少量的結(jié)核桿菌及其代謝產(chǎn)物進(jìn)入胸膜腔，進(jìn)而引發(fā)局部免疫反應(yīng)，大量的炎性細(xì)胞、細(xì)胞因子和纖維素性蛋白進(jìn)入胸膜腔內(nèi)，導(dǎo)致胸膜通透性升高，促使胸腔積液形成[20]。

MMPs是結(jié)核病炎癥反應(yīng)和組織破壞的重要介導(dǎo)因子，通過對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜的降解，參與胸腔積液的形成，且結(jié)核分枝桿菌已被證明能刺激受感染生物肺組織中MMP-9表達(dá)，同時(shí)炎癥細(xì)胞可產(chǎn)生MMP-9，有助于細(xì)胞外基質(zhì)降解和吸收[15]。El等[21]研究發(fā)現(xiàn)，胸膜結(jié)核組織中MMP-9活性呈較高水平，且在功能上與結(jié)核性肉芽腫存在緊密聯(lián)系，并認(rèn)為MMP-9活性在結(jié)核性胸膜疾病炎癥發(fā)生發(fā)展中有特殊作用。Hsieh等[22]對(duì)125例胸腔積液患者研究發(fā)現(xiàn)，胸腔積液中ACE和MMP-9活性升高和ACE2活性降低是胸膜結(jié)核患者胸膜腔感染的特征，從而得出ACE與ACE2相互作用及MMP-9異常調(diào)節(jié)可能在結(jié)核性胸腔積液發(fā)生發(fā)展中起重要作用,同時(shí)表明血管緊張素1-7通過阻斷PI3K/Akt、p38和JNK信號(hào)通路降低MMP-2和MMP-9表達(dá)和活性，發(fā)揮抗遷移和抗侵襲作用。Teixeira等[23]研究發(fā)現(xiàn)，MMP-8主要由炎癥部位的中性粒細(xì)胞分泌，當(dāng)受到結(jié)核或腫瘤病因影響時(shí)，可致MMP-8在胸腔積液中釋放。研究[24]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)MMP-9分泌過多時(shí)，可致病情加重，從而有助于結(jié)核分枝桿菌的傳播，促使胸腔積液形成。

4 MMPs在其他胸腔積液中的作用

肺炎、肝硬化、心力衰竭等均是胸腔積液形成的常見原因，而這些疾病和MMPs/TIMPs動(dòng)態(tài)平衡有關(guān)。Iglesias等[25]研究發(fā)現(xiàn)，在膿胸或并發(fā)肺炎旁積液中MMP-1、MMP-9水平較高，尤其是MMP-8的濃度較高，且與PMN-E、IL-8、TNF-α、u-PA和PAI-1間有密切聯(lián)系，感染性胸腔積液中TIMP-1異常增高可能是由于炎癥介質(zhì)刺激所致，胸膜腔對(duì)細(xì)菌損傷的反應(yīng)，觸發(fā)炎癥級(jí)聯(lián)和抑制纖溶，引起MMPs/TIMPs動(dòng)態(tài)平衡失調(diào)，導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)的崩解、炎癥細(xì)胞和成纖維細(xì)胞向胸膜腔浸潤，使得胸膜腔出現(xiàn)持續(xù)的局部炎癥和胸膜肥厚。另外，Prystupa等[26]研究表明，MMP-2、MMP-8和MMP-9在酒精性肝病患者中的表達(dá)明顯升高，提示酒精性肝炎已發(fā)展為肝硬化，隨著肝組織MMPs含量增加，肝硬化患者血清MMP-2濃度明顯升高，并與肝纖維化程度呈正相關(guān)。由MMPs調(diào)節(jié)的細(xì)胞外基質(zhì)循環(huán)在心室重構(gòu)中扮演重要角色。Morishita等[27]研究顯示，在慢性心力衰竭患者中，MMP-9、TIMP-1和MMP-9/TIMP-1值與心力衰竭嚴(yán)重程度相關(guān)，即使低BNP水平的患者，在中位數(shù)109個(gè)月的長(zhǎng)期隨訪中，高M(jìn)MP-9水平亦是心力衰竭事件的強(qiáng)有力預(yù)測(cè)因素。在這些疾病所致的胸腔積液中均能檢測(cè)到MMPs和TIMPs，但濃度遠(yuǎn)低于由腫瘤、結(jié)核所引起的胸腔積液者，說明MMPs和TIMPs與多種病因所致胸腔積液有關(guān)。

綜上所述，MMPs在胸腔積液形成過程中有獨(dú)特作用。早期針對(duì)相應(yīng)MMPs給予藥物干預(yù)可減少相關(guān)疾病的發(fā)生率。