MMP-9、TIMP-1在肺纖維化中作用的研究進展

高娟，王添印,韓茹，李淑岷(1山東省醫(yī)學科學院，濟南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)生和計劃生育委員會醫(yī)療管理服務指導中心)

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MMP-9、TIMP-1在肺纖維化中作用的研究進展

高娟1，2，王添印3,韓茹1，2，李淑岷1，2
(1山東省醫(yī)學科學院，濟南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)生和計劃生育委員會醫(yī)療管理服務指導中心)

肺纖維化是一種慢性進行性的肺間質疾病，其特征是細胞外基質(主要是膠原纖維)在肺間質過度積聚。基質金屬蛋白酶(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)病機制之一。

肺纖維化；基質金屬蛋白酶9；基質金屬蛋白酶抑制因子1

肺纖維化是一種慢性進行性的肺間質疾病，是呼吸衰竭的病理基礎之一，其病理特征為肺部炎癥引起細胞外基質(ECM)損壞、修復、重建、沉積及肺泡持續(xù)性損傷[1]。基質金屬蛋白酶(MMPs)是由結締組織分泌、參與細胞外基質降解的Zn2+依賴性蛋白酶家族。MMP-9為MMPs家族成員之一。基質金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMPs)是一種內源性的分布廣泛的MMPs天然抑制劑。TIMP-1為TIMPs按作用靶點不同分出的一種。肺纖維化的發(fā)病機制中包括有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與肺纖維化的關系

MMP-9是一種金屬離子依賴的蛋白酶，通過多種途徑參與肺纖維化的發(fā)病機制。大量研究顯示，在肺纖維化患者的肺泡上皮細胞、中性粒細胞和肺泡上皮細胞內都可以檢測到MMP-9表達。正常肺組織中僅少量表達MMP-9，但當受到不同的外界刺激時，在支氣管上皮細胞、Clara細胞、肺泡Ⅱ型上皮細胞、成纖維細胞、平滑肌細胞和內皮細胞中表達MMP-9[2]。在肺纖維化的患者和動物模型中,均可以看到MMP-9基因和蛋白表達[2，3]。與正常人的成纖維細胞和肺泡巨噬細胞相比，肺纖維化患者的這些細胞中MMP-9的表達量增加[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，主要特征為上皮細胞活化、成纖維細胞/肌成纖維細胞在肺泡間隔和肺泡腔數量增加，進而出現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。根據肺纖維化發(fā)生發(fā)展的特點和MMP-9的生物學特性，可以肯定它們之間存在一定的聯系。MMP-9在肺纖維化中的表達及活性增加，可以降解破壞基膜，損傷肺泡上皮與毛細血管內皮細胞，導致肺泡細胞微環(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胞與Ⅱ型上皮細胞等ECM生成細胞的活化；另一方面，纖維細胞由斷裂基膜與損傷上皮間隙進入肺泡，生成膠原，引起肺泡纖維化[5]。

在肺來源的成纖維細胞中，轉化生長因子β1(TGF-β1)可以通過Smad7信號抑制MMP-9表達[6]。肺內TGF-β1含量增高可抑制MMP-9表達，進而減弱MMP對ECM的降解，增加膠原、纖維蛋白和彈性蛋白等ECM的沉淀，導致肺組織結構的重建，進而形成肺纖維化[7]。TNF-α和IL-1β均能刺激多種細胞產生MMP-9，MMP-9也能降解IL-1β前體[8]。TNF-α能激活p38 MAPK從而誘導MMP-9酶原從嗜酸性粒細胞快速釋放[9]。IL-8能刺激中性粒細胞釋放儲存的MMP-9，而MMP-9能增強IL-8活性[10]。IL-13可通過多種受體亞型誘導MMP-9表達，MMP-9可以通過活化TGF-β1促進IL-13，進而導致肺纖維化，而MMP-9基因敲除的小鼠BALF和肺組織中IL-13增加[11]，說明MMP-9可抑制IL-13表達。研究結果表明，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，并且MMP-9可以通過多種途徑參與肺纖維化的進展，促進肺纖維化的發(fā)生。

2 TIMP-1與肺纖維化的關系

TIMPs是一組低分子量糖蛋白，廣泛分布于組織和體液中，可由成纖維細胞、上皮細胞、內皮細胞等產生和分泌。TIMPs還是多功能分子，不僅抑制MMPs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，使細胞外基質沉積并抑制其降解。TIMPs反映了氣道的修復過程，是氣道纖維化的標志[12～14]。TIMP-1由結締組織細胞與巨噬細胞產生，廣泛存在于組織、體液中，可以被多種細胞因子誘導產生。TIMP-1過量表達被認為與纖維化加速及ECM沉積有關[15]。TIMP-1在整個纖維化過程中一直呈上升趨勢并維持在一個較高水平。王媛媛等[16]發(fā)現，肺纖維化模型大鼠TIMP-1陽性細胞明顯增多。肺纖維化形成中一個核心環(huán)節(jié)是新生血管增多[17]。IPF患者肺內MMPs/TIMPs動態(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以共價鍵的形式結合形成酶原復合物，從而特異性抑制MMP-9的活性，被認為在肺纖維化中發(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的活性就會造成ECM的沉積。目前認為，TIMP-1對MMPs的抑制作用主要表現為兩個方面：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明顯增高。分析表明在早期肺泡炎性階段，中性粒細胞、淋巴細胞、單核-巨嗜細胞等以釋放MMPs為主；隨著病情進展，炎性細胞逐漸減少，MMPs分泌減少，成纖維細胞逐漸增多，分泌TIMPs增多，肺部表現為以纖維增生樣改變?yōu)橹鳎蛔罱K導致MMPs/TIMPs比例平衡失衡，ECM代謝紊亂、膠原沉積增加，致使肺間質纖維化過程逐步加速。譚善忠等[19]也發(fā)現博萊霉素誘導的肺間質纖維化在炎癥早期MMP-9蛋白的表達增加，其活性增高，導致Ⅳ型膠原的降解增加，從而參與調節(jié)肺結構的重塑。同時，也可能通過破壞基底膜的機制使纖維母細胞侵入肺泡腔促進肺間質纖維化而起作用，而在此期TIMP-1則緩慢增加。在肺纖維化期，TIMP-1表達明顯增多，雖然MMP-9的表達也在增加，但其活性顯著較肺泡炎癥階段降低，說明TIMP-1通過抑制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處于相對平衡狀態(tài)，如果MMPs/TIMPs比值升高，表明肺組織中以炎癥反應為主，反之則表明以修復反應為主。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在肺間質纖維化進程中的重要作用。

4 結語

肺纖維化過程是緩慢而持續(xù)性進行的，其機制相當復雜，包括多種細胞綜合作用與ECM的相互作用。MMP-9與TIMP-1作為酶類可以對ECM的平衡進行調節(jié)，總體上MMPs/TIMPs的平衡在肺纖維化過程以及與細胞因子的相互作用、促進肌成纖維細胞的生成方面起著重要作用。對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。

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山東省青年基金項目(ZR2011HL062)。

王添印(E-mail: 18660106658@163.com)

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

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2017-03-01)