1、基質金屬蛋白酶 9及其組織抑制劑 1與慢性阻塞性肺疾病的研究進展喻晶晶, 張 勇 (綜 述 , 何東初(審 校 (廣州 軍區 武漢總 醫院 中西醫 結合 科 , 武漢 430070中 圖分 類號 :R563. 9 文獻標 識碼 :A 文章 編號 :1006-2084(2012 01-0028-03摘 要 :基質 金屬蛋 白酶 9(M MP-9 及 基質 金屬 蛋白 酶 抑制 物 1(TIM P-1 是調 節 細 胞 外 基質 降 解 合 成的主 要酶類 , 共同作 用于 呼吸道 的細胞 外基 質和基 底膜 。目前 認 為 , MM P-9/TIMP-1比值 失 衡與 慢 性 阻塞性 肺疾病 (

2、C OPD 的 發生 、 發 展關系 密切 。抑制 MMP-9的過 度表 達、 調節 MM P-9/TIMP-1平衡可 以 為 COPD 的 發病 機制和 治療 提供新 思路。 同時 , 對 高危人 群進 行 C OPD 的 易感 基因檢 測 , 可能 是未來 預 防治療 COPD 的 方向。 現就 近年來 MMP-9/TIM P-1比值 失衡與 C OPD 關 系的研 究進 展進行 綜述 。關 鍵詞 :基 質金屬 蛋白 酶 9; 基質 金屬蛋 白酶 抑制物 1; 慢性 阻塞性 肺疾 病Research Progres s o n M atrix M et alloproteinas e-9a

3、nd Tis sue Inhibitor-1with Chronic Obst ructive Pul-monary Diseas e YU Jing-jing, ZHANG Yong, HE Dong-chu. (Department of Integr ated Chinese and Wes ter n M edicine, W uhan General H os pital of Guangzhou M ilitary R egion, W uhan 430070, ChinaAbst rac t:Ma tr ix metalloproteinase-9(MM P-9 and matr

4、ix metallopr oteina se inhibitor-1(TIMP-1 are the m ain enzym es w hich regulate extra cellular matrix degra dation, and both of them opera ting on r espirator y tr act of extracellular matr ix a nd ba sement m embr ane. Inhibition of M MP-9overexpression and to a djust unbalanced M MP-9/TIM P-1can

5、pr ovide new ideas for pathogenesis and treatment. Mea nwhile, high-r isk population for de-tection of chronic obstructiv e pulmonar y disea se(C OPD susceptibility gene, may be dir ection of pr evention and tr eatment of COPD in the future. At pr esent, unba lanced MMP-9/TIM P-1is closely r elated

6、to the occurr ence and development of C OPD. In this article, cur rent pr ogress in the r esearch on the r elationship between unbalanced M MP-9/TIM P-1and COPD w ere r eviewed for r eference.Key words :Ma trix metalloproteinase-9; Matr ix metalloproteinase inhibitor-1; Chr onic obstr uctive pulmo-n

7、ar y disease慢性阻塞性 肺疾 病 (chronic obstructive pulm ona-ry disea se, COPD 是 一 種 以 進 行 性 氣 流阻 塞 為 特 征 的慢性呼吸道炎癥性 疾病 , 易于 急性 發作 , 呼吸 道壁 的損傷與修復反復發 生 , 導 致肺 功能 逐年下 降 , 嚴重 影響患者的生活質量。 呼吸道 及其 周圍組 織的 慢性 炎癥可引起呼吸道損 傷 , 繼 而引 起呼 吸道修 復 , 最終 導致呼吸道結構重構。主 要 表現 為 細 胞外 基 質 (ex-tracellular ma trix, ECM 過 度沉 積、 平 滑肌 增生、 管腔

8、 狹窄纖維 化1。 其 中 以 膠原 為 主 的 ECM 在 呼 吸 道壁的過度沉 積 是 引起 COPD 患 者 呼 吸 道 壁 纖 維 化、 氣腔狹窄、 固 定 性 呼吸 道 阻 塞 及 不可 逆 氣 流 受 限的 重要病理基礎。目前認為 , 基質金屬蛋白 酶 9(matr ix m eta lloproteinase-9, MM P-9 及 基 質 金 屬 蛋 白 酶 抑 制 劑 1(TI MP-1 是調解 ECM 降 解 合成 的主 要酶 類 2,M M P-9/TIM P-1比值失衡 是 CO PD 發生、 發展 的重要機制之一。1 MMP-9的結構和功能M M P-9是鋅、 鈣離子

9、依賴 性的基 質蛋 白酶 , 又稱 為明膠酶 B, 存在 于多 種生 物體 內 , 并 且表 達于 多種 細胞。在體內 以 酶 原形 式 分 泌 , 從 催 化 區 分 離前 片 段后被激活3。在正常 情況 下肺組 織中 并不 能產生 MM P-9, 但 在各 種 刺 激 下 , 支氣 管 上 皮 細 胞、 型 肺泡細 胞、 成 纖 維 細 胞、 clar a 細胞、 平滑肌細胞以及內皮 細 胞 等 都 可 產 生 MM P-9。 肺 組 織 中 的 各 種 炎 性 細 胞 也能 產 生 MMP-9, 如 中 性 粒 細 胞 、 巨 噬 細 胞、 肥 大 細 胞 、 淋 巴 細 胞、 嗜 酸

10、性 粒細 胞 、 樹 突 狀 細 胞 及 自 然 殺 傷 細 胞 都 能 以 酶 原 的形 式 產 生 MM P-94。 MM P-9的增加可引起 呼吸 道壁 ECM 降解 增加 , 并 能 在呼吸道上 皮細 胞基底 膜上打孔 , 促使 炎 性 細胞 游 出、 聚集 于 靶 器 官 , 從 而 又加重呼吸道壁的炎性反 應 5。 M MP-9的調節主 要通 過基因轉錄、 酶 原 激活 及 M M P-9的 生 理性 抑 制 物 3個水平實 現。 體內 許 多 炎 性 細胞 因 子 , 如白 細 胞 介 素 (interleukin, IL 1、 I L-18、 IL-6、 腫 瘤 壞 死 因子

11、、 生長因子 , 如 血 小 板 源 性 生 長 因 子 及 其 他 MM Ps 的 激活均能誘導或 刺激 M MP-9在 轉錄 水平 的表 達 , 激 活 的 MM Ps 可 被 內 源 性 組 織 金 屬 蛋 白 酶 抑 制 劑 抑制7。2 TIMP-1的結構和功能TIMP-1主要由巨噬細胞、 內皮 細胞、 成纖維 細胞 合成 , 其 基 因 位 于 第 10號 染 色 體 短 臂 Xp11. 23Xpl1. 24; TIM Ps 的主要功能是負性調節 M M Ps, TIM P-1是一種以可溶性形 式分 泌到 ECM 中 的糖 蛋白 , 它 以 1 1的分子比例與 M MP-9酶 原及活

12、 化形式 非共 價鍵 結合 , 通過 阻 礙 M MP-9酶 原 的 激 活 , 抑 制 已 活 化 的 MM Ps 酶活 性 來抑 制 M MP-9的 生 物學 效 應 , 從 而 維 持呼吸道 壁 破 壞 和 修 復 之 間 的 平衡。 因 此 , TIM P-1是 MM P-9重要 的 生理 性 抑 制劑 6。 TIM P-1作為 呼 吸道重構的重要因子 , 與 MM P-9共同參與支氣管、 肺 泡壁進行性破壞和不 可逆 的呼 吸道重 構過 程8。早82 醫學綜 述 2012年 1月 第 18卷第 1期 Medical Recapitulate, J an. 2012, Vol. 18,

13、 No. 1期肺泡炎性階段 , 炎 性細 胞在 釋放 M MPs 的 同時 , 釋 放其抑制 物細 胞 減少 , 成 纖 維細 胞增 多 , 分 泌 M M Ps 弱的細 胞 亞 群 占 優 勢 , 分 泌 TI MPs 增 強 , 最 終 導 致 M M Ps/TIM Ps 比值 失調 , ECM 代 謝紊 亂 , 膠原 沉積和 肺纖維化逐步 形成。 此外 , TIM Ps 還是 多 功能 分 子 , 不僅抑制 M MPs 活 性 , 而 且 具 有 細 胞 生長 因 子 樣 作 用 , 促進成纖 維 細 胞 增生 及 膠 原 合 成 , 使 ECM 沉積 并抑制其降解 9。3 MMP-9/

14、TIMP-1失衡與 COPD 的關系3. 1 M MP-9/TIM P-1失 衡與 COPD 的 呼吸道炎 癥 呼吸道炎癥是 COPD 的起始階段 , 是 CO PD 病變持續 發展的關鍵 因 素。 近 年 來 , 隨 著 對 CO PD 呼 吸 道 炎 癥機制研 究 的 日 益 深 入 , 國 內 外 學 者 發 現 MM P-9/ TI MP-1比例失衡在 CO PD 的發 病中 起一 定作 用 10。 呼吸道炎癥主 要 表 現 在 呼吸 道 黏 膜 慢 性充 血 水 腫 , 黏液腺增生肥 大 , 黏膜 下 炎 性 細 胞以 中 性 粒 細 胞和 巨噬細胞為 主。 Raulo 等 16對

15、健 康 馬及 患 有 COPD 馬的支氣管灌洗液進 行分析 , 比 較其 中的巨 噬細 胞、 上皮細 胞、 M MPs 水 平 及 中 性 粒 細 胞 數 , 結 果 發 現 CO PD 組 的 M M P-9水 平明 顯 高于 健 康對 照 組 , 并且 與炎 性 細 胞 呈 正 相 關。 Russell 等 11研 究 發 現 , CO PD 患者的肺泡巨噬細 胞釋放 的 MM P-9較 健康吸 煙者或不吸煙者明顯 增多、 酶活 性增 高 , 而 不吸 煙者 肺泡巨噬細胞釋放的 TIMP-1較健康吸 煙者和 COPD 患者高 , 在香煙提 取物的刺激下 , COPD 患者、 健康吸 煙 者

16、 和 不 吸 煙 者 的 肺 泡 巨 噬 細 胞 釋 放 的 MM P-9、 TI MP-1水 平 均 增 加。 M MP-9參 與 COPD 的 發 病 機 制 , 除了通過破壞肺 泡基質 成分 外 , 還通過 介導 炎性 細胞聚集和破壞肺 泡 上皮 和 (或 內皮 結 構 , 參 與炎 性反應和組織 重 構 , 炎 性 細 胞 在 呼吸 道 腔 及 呼 吸道 壁中聚集 , 導致局 部的 炎 性反 應加 重 12。 MM P-9及 其特異性抑制物 TIMP-1, 也常 由分 泌 M MP-9的炎性 細胞分泌。在 炎 癥 狀態 下 , 炎 性細 胞 和 結 構 細胞 表 達 MM P-9水平均

17、明顯增強 13。此外 , 增高的 M MP-9在降解 ECM 時可在內 皮和上 皮細 胞基 底膜 上打 孔 , 促使炎性細胞游出和聚集于靶器官。3. 2 M MP-9/TIM P-1失 衡與 COPD 的 呼吸道重 構 呼吸道重 構是機體 對呼吸 道炎癥損 傷過程 中的一種 修復反應 , 但 修 復 后的 組 織 結 構 和功 能 均 與 正 常組 織不同。目前 研 究 發現 , 小 支 氣管 平 滑 肌 及 膠原 層 顯著增厚 , ECM 過度 沉 積是 呼 吸 道重 構 的主 要 病理 基礎 , 而 炎 性 反 應 加 速 這 一 過 程。 Ra ulo 等 16建 立 大鼠 COPD 模

18、型 , 觀察 其呼 吸道 重構 的 病理 改變 , 并 測定 M M P-9、 TIM P-1的 表達 , 結 果 顯 示 :COPD 模 型 組及支氣管肺組織 MM P-9mRN A 和蛋白表達均較健 康對照組顯 著增 強。 COPD 患 者呼 吸 道重 構 時 的結 構變化主要是以 ECM 重 構為 特征 , 金屬 蛋白 酶與 其 抑制劑間比 例 失衡 使 膠 原 在 呼吸 道 壁 過 度 沉積 , 導 致呼吸道壁 的 增厚 而 加 劇 呼 吸道 的 狹 窄 , 最終 發 展 為不可逆氣流受限的功能性變化。 Ca likoglu 等 14研 究發現 , COPD 穩定 期 患者 MM P-

19、9水 平 高 于正 常 對 照組。周煦等 15研 究 發 現 , COPD 急 性 期 及 穩 定 期 患者血清 M M P-9水平均顯著高于正常對照組。有文 獻指出 , COPD 患者 痰中 M MP-9和 TM P-1失 衡與 高 分辨率 CT 掃描所 得氣 管壁結 構改 變有 關 17。這 進 一步支持了 M M P-9/TIM P-1比 例失 衡 在呼 吸 道重 構 中重要作 用。 M MP-9的 增 加 可 導致 呼 吸 道 損 傷 , 促 進炎性細胞 到 達間 質 和 呼 吸 道壁 , 同 時 刺 激并 激 活 基質的生長因子 , 促進 血管 生成、 成纖 維細 胞增生 和 呼 吸

20、 道 重 構 , 最 終 導 致 組 織 結 構 的 改 變 18。 而 TIMP-1是 M MPs 的 特 異性 抑 制 物 , 主 要 由 各種 組 織 細胞和炎性 細 胞分 泌 , 兩 者 之間 的 平 衡 保 持了 正 常 機制的穩定。在 COPD 發 生 時 , 肺 組 織 MM P-9的 水 平異 常升 高 , M MP-9/TIM P-1比例 失衡 , ECM 的降 解 和沉積平衡 遭 到破 壞 , 不 僅 可以 使 膠 原 和 彈性 蛋 白 過度降解 , 有 利于 炎 性 細 胞 穿過 基 底 膜 浸 潤支 氣 管 壁 , 從而促進呼吸道炎 癥和 高反應 性的 發生 , 還可

21、以 降解生長因 子 前 體 的某 些 肽 段 從 而激 活 生 長 因 子 , 進一 步促 進 上 皮、 纖 維細 胞 的增 生、 活化 , 導 致膠 原 纖維大量增生 , 促進呼吸道重構的形成 19。3. 3 M M P-9/TIM P-1失衡 與 CO PD 的氣流 受限 不 可逆的氣流受限主要病 理基 礎是 呼吸道 重構。 有 研 究 者 20用 致 癌 劑 佛 波 酯 激 活 培 養 的 肺 泡 型 細 胞 , 發現 COPD 組 MMP-9的 表 達 較 對 照 組 顯 著 增 強 , 表明 肺 泡 型 細 胞 能 產 生 大 量 MMP-9參 與 肺 泡 壁基質 的降 解 , 破壞

22、 基質 和 上 皮 間的 連 接 結 構 形 成 氣 流 受 限 及 不 能 完 全 可 逆 的 肺 氣 腫。 Ohnishi 等 21比 較了 正常人 和 氣 流 受 限 且 不 能 完 全 可 逆 的 肺 氣腫 患 者 的 肺 組 織 , 發 現 后 者 MM P-9酶 活 性 較 正 常組顯 著增 高 。 Ra ulo 等 16的 研 究 表 明 , 慢 性 支 氣 管炎和 COPD 患者 的痰 液中 MM P-9/TIMP-1比 值 下 降 , 且這 種比 例 與 FEV1及 用 力 呼 氣 容 積 呈 正 相 關 。故而 可 認 為 MMP-9/TIMP-1比 值 的 失 衡 是 呼

23、 吸 道阻塞 形 成 的 決 定 因 素 , 當 M MP-9/TIMP-1比 值 升 高 , 表明 呼 吸 道 壁 以 炎 性 反 應 為 主 , 此 比 值 下 降 則 表明以 修復 反應 為主 17。4 MMP-9基因多態性與 COPD 的關系吸煙是導致 COPD 發生 及 肺功 能損 害的 危險 環 境因素 , 80%90%的 COPD 患 者有 吸 煙 史 , 但 在 吸 煙人群中只有約 15%最終發展為慢性 不可逆氣 流受 限 , 這 可 能 與 M MP-9基 因 的 多 態 性 有 關 22。 人 類 MM P-9基因位于染色體 20號 染色體 長臂 11區 1帶 9 2醫學綜

24、 述 2012年 1月 第 18卷第 1期 M edical Recapitulate, J an. 2012, Vol. 18, No. 113區 1帶 之 間 (20q11. 113. 1 。 M M P-9的 表達 主要在轉錄水平被 調節 , 其中 M M P-9基因 啟動 子的 許多順式作用元件起到非 常重要的 作用 , 包 括 M M P-9基因啟動子 -1562區 域 C /T基 因多 態 性位 點 , 它是 一個十分重要 的 調 節元 件 , 可 能 作為 一 個 轉 錄 抑制 因子 蛋 白 的 結 合 位 點 , 影 響 基 因 轉 錄 水 平 23。 M M P9C-1562

25、T 是基因 轉 錄啟 動 子 -1562處 存 在的 C T 功能多態性 , 它可影 響基 因轉 錄 而產 生出 低活 性 (C /C和高活 性 (C/T 、 T/T 的啟 動 子基 因 型 11。 當 MM P-9基因 C 突變成 T 以后 , DN A-蛋白質的相互 作用被消 除 , 產 生 高 的 啟 動 子 轉 錄 活 性 , 從 而 導 致 M M P-9表 達 增 加 , 加 速 型 膠 原 降 解 , 減 少 ECM 堆積。5 TIMP-1與 COPD 的關系合成的 特 異 性 中 性 粒 細 胞 彈 性 蛋 白 酶 抑 制 物 S ivelesta 已進 入臨 床 使 用 ,

26、但 在 COPD 中 , 應 用 有力 的治療藥物 M M Ps 的特殊抑 制劑 TIMP-1防治肺 損傷尚需進 一 步 研 究。從 天 然 植 物 提 取 物 中 篩 選 M M Ps 抑 制 劑 , 并 開 發 新 藥 已 成 為 該 領 域 的 研 究 熱 點。基質金屬 蛋 白 酶 抑 制 M MPs 的 活 性 , 主 要 通 過 阻斷 MM Ps 酶原活化、 在基因水平阻斷 M MPs 的合成 及抑 制 MM Ps 本 身 等 三 個 方 面 來 實 現 , 而 大 部 分 M M Ps 抑制劑都是通過抑制 MM Ps 酶 本身 而實現 的。 根據 M M Ps 的 表 達 及 酶

27、活 性 調 控 機 制 , 開 發 調 控 M M Ps/TIM Ps 平衡的藥物將會有很好的應用前景。 6 結 語M M P-9能降解 呼 吸 道和 肺 組 織 的 ECM 和 基 底 膜 , 參與氣流受限及 不完全 可逆 的肺 氣腫的 形成 , 與 CO PD 的發 生、 發 展密 切相 關。 TI MP-1是 M MP-9的 特異性抑制物 , MM P-9/TIMP-1比值失 衡在 COPD 的 發病機制中起重要作用 , 抑制 M M P-9的過度表達、 調 節 MM P-9/TIMP-1平衡 可 以為 CO PD 的 發病 機 制和 治療提供新 思路。 同時 , CO PD 存 在 環

28、境、 個 體 的易 感性 , 研究不同國家、 不 同種 族及 地區 COPD 的 易感 基因 , 對高危人群進行 COPD 的 易感 基 因檢 測 , 可以 做到早期預防及治療 , 降 低 COPD 的 發 病率 , 可 能是 未來預防治療 COPD 的方向。參考文獻1Visse R, Nag ase H. M atrix meta lloproteinases and tissue inhibiors of meta lioproteinases:structur e, function, and biochemistryJ . Ci-r e Res, 2003, 92(8 :827-839

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