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

易夢秋，余旻

(1.三峽大學醫學院，湖北 宜昌 443000；2.三峽大學人民醫院ICU，湖北 宜昌 443000)

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

易夢秋1，余旻2

(1.三峽大學醫學院，湖北 宜昌 443000；2.三峽大學人民醫院ICU，湖北 宜昌 443000)

多器官功能障礙綜合征(MODS)是由不同病因導致的以多個臟器功能障礙為特點的臨床綜合征，是臨床常見急危重癥，發病率逐年上升，其發病機制備受關注但至今尚未闡明。眾所周知，免疫系統廣泛激活是MODS發展的基礎，但是基質金屬蛋白酶(MMPs)在MODS中的作用仍未明了。本文就基質金屬蛋白酶-9 (MMP-9)和組織金屬蛋白酶抑制物-1(TIMP-1)在膿毒癥致MODS中的意義展開論述。

基質金屬蛋白酶-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)是指機體在遭受嚴重創傷、休克、感染、手術等打擊后，兩個或兩個以上重要器官同時或序貫發生功能障礙的臨床綜合征。盡管現代重癥監護和抗生素治療水平逐步提高，但由于MODS發病機制復雜，救治難度大，死亡率高，一直是危重病醫學研究的熱點及難點。眾所周知，MODS的發病基礎是全身炎癥反應。炎性介質如腫瘤壞死因子α (TNF-α)、白細胞介素1(IL-1)、白細胞介素6(IL-6)等大量釋放，引起組織、器官發生不可逆損傷，造成MODS。膿毒癥(sepsis)是一種由感染引起的全身炎癥反應，發病急，病情進展迅速，病死率高，是MODS發生的主要原因。組織器官血管內皮包括內皮細胞和細胞外基質(ECM)，有研究表明，內皮的損害在MODS的病理生理過程中起著重要的作用。除了內皮細胞本身的激活和損傷外，其基質的損傷也不可小覷，基質金屬蛋白酶-9(MMP-9)作為ECM的主要水解酶，它的水平可以反映細胞外基質的損傷程度。組織金屬蛋白酶抑制物-1(TIMP-1)為MMP-9的內源性抑制劑，與MMP-9一起參與MODS的發生與發展。了解MMP-9及TIMP-1與MODS之間的關系，有助于完善MODS的發病機理并提出有針對性的治療策略。

1 簡介

1.1 MMP-9 基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)是自然界中高度保守的一類鋅離子依賴性水解酶，幾乎能降解細胞外基質的所有成分。現已發現26種MMPs，稱為MMPs家族。它們由基質金屬蛋白酶原激活，主要受基因轉錄、酶原活化和抑制劑抑制三個水平上的調控，參與組織損傷、炎癥反應和細胞凋亡等[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在調節細胞外基質的動態平衡中發揮極其重要的作用。MMP-9在正常組織中表達量很少，當機體遭受嚴重感染等打擊后，活化的中性粒細胞、單核細胞、巨噬細胞等炎癥細胞合成并分泌大量炎癥介質如TNF-α、IL-1、IL-6上調MMP-9的表達[2]。大量MMP-9釋放，使細胞外基質結構及功能的完整性遭到破壞，從而影響相應組織器官的功能；同時，內皮細胞失去細胞外基質的支撐和保護，加速內皮細胞的凋亡，最終導致內皮細胞發生不可逆性損傷，進而導致MODS發生。此外，MMP-9還參與炎性細胞的聚集、新生血管的形成和細胞凋亡等[1]。

1.2 TIMP-1TIMP-1是MMP-9的內源性抑制劑，常由分泌MMP-9的同一細胞合成。它是一種可溶性分泌蛋白，特異性結合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，進而促進ECM的沉積和抑制其降解[3]。TIMP-1還被認為是一種轉錄抑制劑抑制MMPs基因的轉錄，導致基質成分合成和降解失衡，引起組織結構重塑。研究還發現，炎性介質如TNF-α、IL-1、轉化生長因子-β等上調TIMP-1的表達，后者通過抑制促凋亡因子Bax的表達和上調抗凋亡因子Bcl-2的表達而抑制多種細胞凋亡[4]。TIMP-1在各器官功能障礙中也發揮作用，但作用機制比較復雜，一方面，它抑制MMP-9的表達和抑制組織細胞凋亡，發揮保護性作用；另一方面，促進炎性細胞增殖和抑制炎癥細胞凋亡，造成炎癥反應持續時間延長，促進MODS的發展。

2 MMP-9 與器官功能損傷

2.1 肺損傷 目前認為，多器官功能障礙綜合征的本質是機體炎癥反應失控所導致的多器官功能序貫損傷，多種炎癥介質的參與是其發病的關鍵。肺是一種產生炎癥介質的重要靶器官，因此，膿毒癥肺損傷是一種值得關注的現象。研究表明在MODS早期，肺組織中炎性細胞浸潤和聚集，MMP-9表達上調，活化的MMP-9破壞ECM，造成內皮難以修復[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MODS的病情進展。肝細胞生長因子(HGF)主要由間充質細胞產生，作用于上皮細胞上的c-Met受體，是修復肺損傷的再生因子[8]，有研究表明活化的HGF通過調節MMP-9/TIMP-1的比例而促進肺損傷后的修復過程。

2.2 心功能障礙 膿毒癥可導致多器官功能損害，心臟作為全身血供的發動機，處于中心位置，故膿毒癥時心功能損傷首當其沖。有統計學數據顯示，40%～50%的膿毒癥患者可出現心功能不全，其中7%發生心力衰竭[9]，膿毒癥一旦合并心肌損傷可加重疾病的演變過程，增加多臟器衰竭和死亡的風險[10]。膿毒癥時機體在內毒素的刺激下激活單核巨噬細胞系統產生炎癥因子引起全身炎癥反應，使心血管系統穩態遭到破壞，從而引起心功能不全。研究表明循環和心肌局部增加的心肌抑制性介質如TNF-α、IL-6在膿毒癥心肌損傷的發生和發展中起重要作用，隨著對這些炎癥因子研究的深入，越來越多的研究發現MMP-9也參與其中[11-12]。Tomita等[12]利用盲腸結扎穿孔法(CLP)復制膿毒癥小鼠模型，心臟組織學切片顯示血管周圍和間質心肌纖維化以及超聲心動圖提示膿毒癥小鼠伴嚴重的心功能不全；同時在受損的心肌組織中MMP-9的水平呈現高表達，并與促炎細胞因子的釋放呈正相關；他們還發現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 膿毒癥及其相關并發癥是危重癥患者的主要死因，約40%的患者最終發展為急性腎損傷(SAKI)，病死率高達70%。SAKI是以患者腎功能急劇下降為臨床表現，腎內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綜合征。它具有獨特的發病機制及病理生理特點。早期人們認為膿毒癥導致的腎損害是腎臟缺血/再灌注造成的，隨后研究者們發現，在膿毒癥患者腎皮質血流還未下降之前就已經出現腎損傷[13]，感染后全身炎癥反應過度激活，導致腎小管細胞損傷、凋亡才是其更重要的發病機制。機體遭受感染后，內毒素釋放，各種炎癥細胞和炎癥因子激活、放大，活化的嗜中性粒細胞釋放氧自由基、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，靶向血管內皮基膜主要成分Ⅳ型膠原的水解酶MMP-9的釋放，導致腎小管結構的完整性遭到破壞、腎小管上皮脫落壞死加速腎功能障礙的發生。藤林等[5]和余旻等[14]對MODS大鼠腎組織形態和功能進行動態監測，發現模型組大鼠腎組織中MMP-9水平在造模后12 h明顯高于對照組，48 h達高峰；且血清和腎組織中MMP-9的水平在各個時相點的增加具有同步性。可見MMP-9在膿毒癥腎損傷過程中也起著非常重要的作用。

2.4 肝損傷 在前面我們已經提到，細胞外基質結構及功能的完整性對細胞的一切生理活動具有重要影響，內皮細胞一旦脫離ECM的的支撐和保護，則會發生凋亡。ECM是肝臟的重要成分之一，ECM的改變直接影響肝臟的各細胞功能。截至目前，國內外有關MMP-9在MODS肝損傷中的研究并不多，但仍有證據表明MMP-9的確參與了MODS早期肝損傷過程，而且有多項研究表明肺、心及腎損傷過程中一直存在ECM的破壞，這也為研究MMP-9在肝損傷中的意義提供了依據[14-16]。Maitra等[16]采用PCR及Western技術分別從RNA和蛋白水平上檢測膿毒癥大鼠肝臟中MMP-9和TIMP-1的表達，發現膿毒癥模型組較假手術組肝臟中MMP-9和TIMP-1的表達都上調，且MMP-9/TIMP-1的比例顯著下降。

3 疾病進展及預后

目前，國內外越來越多的證據表明，MMP-9的水平與膿毒癥各器官功能損傷及預后密切相關。Martin等[17]檢測ICU中90例嚴重膿毒癥患者與91例非感染患者一周內血清中MMPs的水平，發現隨時間推移，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]也做過類似的研究，發現嚴重膿毒癥患者血漿中大多數MMPs及TIMPs都呈現較高水平，只有MMP-7和MMP-9與病情嚴重程度呈負相關，且MMP-9隨著時間的推移呈遞減趨勢。后來Diána等[19]、Mashael等[20]研究發現膿毒癥患者血清中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呈現先增加后降低趨勢，總的來說，MMP-9/TIMP-1的比值表現出遞減趨勢。因此，有人認為MMP-9/TIMP-1的比值比MMP-9更能反映疾病的演變過程。為了更進一步明確MODS早期血清和各組織中MMP-9水平的變化，藤林等[5，15]也進行研究，發現在造模后6～24 h MODS模型組血清中MMP-9水平顯著高于對照組，其峰值見于造模后12 h，24 h后開始下降，48 h雖較正常對照組偏高，但差異無統計學意義；且在各個時相血清與肝、肺、腎組織中MMP-9的水平增高具有同步性。這些研究數據都表明，MMP-9高表達與MODS早期各器官損傷密切相關，尤其是在外傷和感染后6～24 h。機體遭受感染打擊后24～48 h，MMP-9的水平下降可能是由于機體防御性抗炎作用的效果。

為了明確MMP-9、TIMP-1與膿毒癥患者的嚴重程度及預后之間的關系，Wang等[21]做了大規模的臨床研究，他們在28 d的隨訪中發現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]也發現膿毒癥患者在入院后一周內非存活組TIMP-1/MMP-9的比例明顯高于存活組(P＜0.01)，可見TIMP-1/MMP-9的比例也是預測患者預后較好的指標。

4 小結

膿毒癥是臨床常見的危重癥，盡管醫療技術不斷更新發展，但嚴重膿毒癥以及感染性休克依然是困擾ICU醫生們的一個重要難題。目前其治療主要依靠抗感染、血管活性藥物、液體復蘇以及激素等輔助治療。鑒于MMP-9參與膿毒癥導致MODS的發生與發展，這為我們尋求新的治療靶點提供了方向。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的MMPs抑制劑[24]，其作用已經在動物模型上得到驗證。

基質金屬蛋白酶的抑制劑作為治療膿毒癥的新型藥物，其發展仍然是曲折的。以往由于缺乏特異性而無法評估其毒理作用，使其作用不明顯或者產生嚴重的副作用，后來新的技術如RNA測序技術幫助克服這些難題，尋找出新的治療藥物，但還需要大規模的臨床試驗來澄清它們在膿毒癥治療方案中的角色。相信隨著人們對MMPs的深入研究，其必將為人類防治MODS帶來新的巨大突破。

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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)

湖北省自然科學基金（編號：2014CFA073）

余旻。E-mail：myth704@sina.com