MMPs和RAGE參與機械通氣肺損傷的研究進展

陳翔 黃霞 廖品琥

【關鍵詞】?MMPs;RAGE;VILI

中圖分類號：R563.8?文獻標識碼：A?DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2018.06.025

機械通氣（mechanical ventilation，MV）是救治危重病患者的重要手段之一，但機械通氣對肺組織的牽張作用也可導致機械通氣肺損傷（ventilator induced lung injury，VILI）[1]。基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）通過對肺基底膜的重塑，參與VILI的生物傷過程，同時，晚期糖基化終末產物受體（receptorf or advanced glycation end-products，RAGE）是介導MMPs活性的重要受體，參與介導肺損傷過程的炎性細胞因子釋放[2～3]。本文綜述MMPs、RAGE及它們在VILI中的互相作用。

1?MMPs概況

1.1?MMPs的分類

MMPs根據作用底物不同被分為5大類。第一類為膠原酶，主要水解底物是纖維素膠原，包括MMP-1、MMP-8、MMP-13、MMP-18;第二類為明膠酶，作用底物為Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅹ型膠原，包括明膠酶A（MMP-2）和明膠酶B（MMP-9）;第三類為基質水解酶類，其水解底物比較廣泛，主要為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅸ型膠原、蛋白聚糖、明膠等，包括MMP-3、MMP-10、MMP-11;第四類是膜型MMPs;第五類是其他MMPs[4]。

1.2?MMPs的結構

MMPs結構上具有高度同源性，所有MMPs基因由同源性的10個外顯子，9個內含子組成。MMPs基因經一系列加工處理后，形成并具有以下5個結構域。①信號肽區域：將翻譯的產物引導進入內質網，由第1外顯子編碼;②酶原肽段區域：在催化激活時裂解使MMPs酶原被激活，由第2外顯子編碼;③催化活性區：該區域為鋅離子結合的位點，促使酶催化作用的發揮，由第3～5外顯子編碼;④富含脯氨酸的鉸鏈區：連接催化活性區和C-羧基末端;⑤C-羧基末端：參與識別大分子底物及與金屬蛋白酶組織抑制劑（tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMPs）結合，與酶的底物特異性相關[5]。

1.3?MMPs/TIMPs的調節

TIMPs是一組能抑制MMPs活性的多功能因子，主要由巨噬細胞、成纖維細胞和內皮細胞合成。目前發現的TIMPs有4種，TIMP1～4，其中TIMP1～2能抑制所有已知MMPs活性。TIMPs主要通過對MMPs的負性調節，參與ECM重塑和機體的病理生理過程：①在MMPs酶原的活化階段，TIMPs通過與MMPs結合，形成穩定的復合體，阻礙酶原的激活和MMPs的活化;②在活化的MMPs階段，TIMPs與活化的MMPs結合形成緊密的復合體，阻斷MMPs與底物結合而抑制其活性[6]。

2?MMPs參與VILI 進程

生理狀態下，MMPs在肺內極低量表達，MMPs/TIMPs處于動態平衡狀態，維持ECM的結構完整和功能正常。VILI時，機械張力導致肺內皮細胞和上皮細胞損傷，促使中性粒細胞聚集、激活并釋放MMPs，使血漿MMPs上升，并通過MMPs/TIMPs之間的動態調節，影響VILI的發展和轉歸;同時，VILI的進程與MMPs的表達也相互影響[7]。

機械牽張促使肺血管內皮細胞MMP-2表達上升，MMP-2水平隨機械牽張時間增加而上升，協同使用刀豆球蛋白A并不能升高MMP-2的表達水平，提示機械牽張引起MMP-2水平升高[8]。而Haseneen等研究發現機械牽張時膜型1-MMP增加引起了MMP-2的活化，提示機械牽張可以通過膜型1-MMP激活MMP-2參與VILI。機械牽張小鼠胎肺細胞，MMP-2水平升高，MMP-9表達下降，MMP-2表達升高可造成ECM的過度降解以及肺泡上皮基底膜的斷裂，MMP-9則更多參與ECM重塑與修復，而非造成炎癥反應，這些研究結果表明機械牽張引起MMP-2水平升高和MMP-9表達下降，最終促使肺細胞損傷加重，影響VILI的發展和轉歸[9]。在VILI進程中，炎性因子如TNF-α、IL-1β等的釋放也能提高MMP-2的表達水平，造成肺泡通透性上升，加重肺的損傷[10]。

在實驗動物，MV后新生兔肺組織中MMP-2表達水平顯著上升，肺組織學觀察結果顯示，MMP-2表達變化與病理損傷程度一致，提示MMP-2水平可反映肺損傷程度[11]。大潮氣量通氣促使大鼠MMP-2和MMP-9活性升高，表明MMP-2和MMP-9處于活化狀態，對ECM及氣管壁和肺泡結構的破壞作用增強，且肺組織MMP-2 mRNA和MMP-9 mRNA表達水平上升，但TIMP-1 mRNA和TIMP-2 mRNA的表達無明顯變化，伴隨有肺泡壁彌漫性出血水腫及肺泡結構的破壞，PaO2/FiO2下降，提示MMPs與其抑制劑TIMP之間的比例失衡，可能是VILI發生的因素[12]。機械通氣導致肺組織有不同程度的中性粒細胞和巨噬細胞浸潤，支氣管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid，BALF）中巨噬細胞計數與MMP-9表達水平呈正相關，且MMP-9表達水平與VILI病理改變程度呈正相關;肺組織中性粒細胞計數、活性與肺組織中MMP-9的表達和活性呈正相關，應用四環素類衍生物，抑制中性粒細胞的活性，MMP-9的表達與活性下降，肺損傷程度降低，這些研究結果提示巨噬細胞和中性粒細胞均通過分泌MMP-9參與VILI進展，而MMP-9的表達升高引起ECM的重塑，導致上皮細胞受損，炎癥細胞遷移到肺泡腔，釋放炎癥因子，產生瀑布效應[13]。在MMP-3和MMP-9的基因缺失后，MV的炎性反應和肺損傷程度減輕[14～15]。因此，MV能引起MMPs活性和表達水平的改變，導致MMPs/TIMPs比例失調，參與VILI進展。

3?RAGE概況

RAGE屬于免疫球蛋白超家族的膜受體[16]，是多配體受體，在肺組織中主要表達于肺泡巨噬細胞、內皮細胞等。RAGE通過與不同配體結合，促進細胞內氧化應激反應，引起細胞和組織損害[17]。

3.1?RAGE結構

RAGE基因定位于6p21.3，共含有11個外顯子，是由胞外域、跨膜域和胞內域共同組成的膜受體，胞外域主要能結合配體;胞內域能結合各種細胞內信號分子，與RAGE信號轉導有關[18]。RAGE主要有3種異構體，由蛋白酶水解或者mRNA的選擇性剪切產生。①全長型RAGE：具有完整的胞內域，跨膜域和胞內域結構。胞外段具有V型片段緊接2個C型片段的免疫球蛋白樣結構，其V型片段含有2個N-糖基化位點，為配體結合部位;胞內段較短。②N端截短型RAGE：N端缺乏V型免疫球蛋白樣區域，一般不能與配體結合。③C端截短的RAGE：又稱可溶性晚期糖基化終末產物受體（souble receptor for advanced glycation end-products，sRAGE），缺乏C端部分序列。sRAGE僅由胞外段構成，保留與配體結合的能力，但由于缺失跨膜域和胞內域而沒有激活信號轉導通路功能。sRAGE可與全長RAGE競爭結合配體，抑制信號轉導，從而保護細胞免受損傷[19]。

3.2?RAGE參與VILI進程

生理狀態下，RAGE主要表達于肺泡Ⅰ型細胞，主要起維持肺泡穩定的作用，在其他組織和細胞中表達較低。機械張力激活細胞表面RAGE，通過與配體相互作用，引起下游炎性因子的轉錄;同時，機械牽張促使細胞膜表面的RAGE胞外段裂解，通過毛細血管和肺泡壁滲透到血液和肺泡水腫液中，導致RAGE/sRAGE之間出現動態調節，影響VILI的發展和轉歸[20]。受機械牽張的肺泡上皮細胞，通過激活MAPK的P38α信號轉導通道，使RAGE和其mRNA表達量明顯上升，調節RAGE的表達，RAGE與配體結合激活信號通路導致下游炎性因子轉錄，參與了肺損傷的過程[21]。在實驗動物，通過NF-κB信號轉導通道的激活，MV后小鼠肺組織的RAGE mRNA表達明顯上升，小鼠BALF中中性粒細胞數和IL-6、IL-1β等炎癥因子水平明顯上升，但在RAGE基因敲除的小鼠，MV后RAGE mRNA的炎性細胞因子的表達水平無明顯變化，這些實驗結果提示是MV引起RAGE的炎性細胞因子的上升表達[22～23]。sRAGE與RAGE競爭結合配體，減低IL-6、MIP-2等炎性細胞因子的表達[22]。肺保護性通氣的使用，降低了患者BALF中RAGE和血漿sRAGE的表達水平，抑制RAGE胞外段裂解形成sRAGE，減少了炎癥因子的釋放，促使PaO2/FiO2下降，減輕肺損傷，改善患者的預后[20～24]。

4?MMPs與RAGE相互作用參與VILI進程

RAGE可通過與配體結合，激活相應的細胞信號轉導通道促進炎性因子和MMPs的表達，炎癥細胞激活也會釋放MMPs。而RAGE通過與AGEs的結合，促使巨噬細胞MMP-9的表達升高[25]。這些研究結果提示，RAGE可以調控MMPs的表達水平，造成ECM的重塑和基底膜的損傷，參與VILI的肺損傷進程。大鼠肺泡上皮細胞的MMP-3、MMP-13與RAGE的表達水平相關，抑制MMP-3、MMP-13活性，RAGE表達也下降，組織學結果顯示肺病理損傷程度下降，提示RAGE表達水平與MMPs和肺損傷程度相關。MMP-3、MMP-13還可以促使RAGE胞外段裂解形成sRAGE，sRAGE通過與RAGE競爭結合配體，從而限制肺損傷程度[26]。MMP-9是RAGE介導的ECM和膠原降解的下游效應物，RAGE轉基因小鼠的肺泡Ⅱ型細胞中RAGE過度表達，肺組織MMP-9表達升高，病理顯示肺泡基底膜破壞，膠原降解，導致肺泡通透性上升，肺水腫[27]。使用抑制MMP-9活性的多西環素預處理MV的小鼠，其肺組織MMP-9活性降低， 其競爭結合配體sRAGE表達上升，抑制RAGE信號通路的激活，減輕肺損傷[28]。因此，RAGE、MMPs共同參與了VILI的發生發展。

5?結語

MMPs和RAGE與VILI的發生發展密切相關，但其在VILI中的作用機制仍需進一步研究。

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