基质金属蛋白酶-9及其内源性抑制因子-1在脓毒症致多器官功能障碍综合征中的意义

易梦秋，余旻

(1.三峡大学医学院，湖北 宜昌 443000；2.三峡大学人民医院ICU，湖北 宜昌 443000)

基质金属蛋白酶-9及其内源性抑制因子-1在脓毒症致多器官功能障碍综合征中的意义

易梦秋1，余旻2

(1.三峡大学医学院，湖北 宜昌 443000；2.三峡大学人民医院ICU，湖北 宜昌 443000)

多器官功能障碍综合征(MODS)是由不同病因导致的以多个脏器功能障碍为特点的临床综合征，是临床常见急危重症，发病率逐年上升，其发病机制备受关注但至今尚未阐明。众所周知，免疫系统广泛激活是MODS发展的基础，但是基质金属蛋白酶(MMPs)在MODS中的作用仍未明了。本文就基质金属蛋白酶-9 (MMP-9)和组织金属蛋白酶抑制物-1(TIMP-1)在脓毒症致MODS中的意义展开论述。

基质金属蛋白酶-9；组织金属蛋白酶抑制物-1；脓毒症；多器官功能障碍综合征

多器官功能障碍综合征(multiple organ dysfunction syndrome，MODS)是指机体在遭受严重创伤、休克、感染、手术等打击后，两个或两个以上重要器官同时或序贯发生功能障碍的临床综合征。尽管现代重症监护和抗生素治疗水平逐步提高，但由于MODS发病机制复杂，救治难度大，死亡率高，一直是危重病医学研究的热点及难点。众所周知，MODS的发病基础是全身炎症反应。炎性介质如肿瘤坏死因子α (TNF-α)、白细胞介素1(IL-1)、白细胞介素6(IL-6)等大量释放，引起组织、器官发生不可逆损伤，造成MODS。脓毒症(sepsis)是一种由感染引起的全身炎症反应，发病急，病情进展迅速，病死率高，是MODS发生的主要原因。组织器官血管内皮包括内皮细胞和细胞外基质(ECM)，有研究表明，内皮的损害在MODS的病理生理过程中起着重要的作用。除了内皮细胞本身的激活和损伤外，其基质的损伤也不可小觑，基质金属蛋白酶-9(MMP-9)作为ECM的主要水解酶，它的水平可以反映细胞外基质的损伤程度。组织金属蛋白酶抑制物-1(TIMP-1)为MMP-9的内源性抑制剂，与MMP-9一起参与MODS的发生与发展。了解MMP-9及TIMP-1与MODS之间的关系，有助于完善MODS的发病机理并提出有针对性的治疗策略。

1 简介

1.1 MMP-9 基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)是自然界中高度保守的一类锌离子依赖性水解酶，几乎能降解细胞外基质的所有成分。现已发现26种MMPs，称为MMPs家族。它们由基质金属蛋白酶原激活，主要受基因转录、酶原活化和抑制剂抑制三个水平上的调控，参与组织损伤、炎症反应和细胞凋亡等[1]。MMP-9主要水解明胶和Ⅳ型胶原(Ⅳ-Collagen，Ⅳ-C)，而Ⅳ型胶原是ECM的主要成分，因此，MMP-9在调节细胞外基质的动态平衡中发挥极其重要的作用。MMP-9在正常组织中表达量很少，当机体遭受严重感染等打击后，活化的中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞等炎症细胞合成并分泌大量炎症介质如TNF-α、IL-1、IL-6上调MMP-9的表达[2]。大量MMP-9释放，使细胞外基质结构及功能的完整性遭到破坏，从而影响相应组织器官的功能；同时，内皮细胞失去细胞外基质的支撑和保护，加速内皮细胞的凋亡，最终导致内皮细胞发生不可逆性损伤，进而导致MODS发生。此外，MMP-9还参与炎性细胞的聚集、新生血管的形成和细胞凋亡等[1]。

1.2 TIMP-1TIMP-1是MMP-9的内源性抑制剂，常由分泌MMP-9的同一细胞合成。它是一种可溶性分泌蛋白，特异性结合MMP-9催化活性中心的锌离子，抑制MMP-9酶原活化或使已激活的MMP-9失活，进而促进ECM的沉积和抑制其降解[3]。TIMP-1还被认为是一种转录抑制剂抑制MMPs基因的转录，导致基质成分合成和降解失衡，引起组织结构重塑。研究还发现，炎性介质如TNF-α、IL-1、转化生长因子-β等上调TIMP-1的表达，后者通过抑制促凋亡因子Bax的表达和上调抗凋亡因子Bcl-2的表达而抑制多种细胞凋亡[4]。TIMP-1在各器官功能障碍中也发挥作用，但作用机制比较复杂，一方面，它抑制MMP-9的表达和抑制组织细胞凋亡，发挥保护性作用；另一方面，促进炎性细胞增殖和抑制炎症细胞凋亡，造成炎症反应持续时间延长，促进MODS的发展。

2 MMP-9 与器官功能损伤

2.1 肺损伤 目前认为，多器官功能障碍综合征的本质是机体炎症反应失控所导致的多器官功能序贯损伤，多种炎症介质的参与是其发病的关键。肺是一种产生炎症介质的重要靶器官，因此，脓毒症肺损伤是一种值得关注的现象。研究表明在MODS早期，肺组织中炎性细胞浸润和聚集，MMP-9表达上调，活化的MMP-9破坏ECM，造成内皮难以修复[5-7]。肺是MODS中最容易和最早受损的靶器官，而肺功能障碍可加速MODS的病情进展。肝细胞生长因子(HGF)主要由间充质细胞产生，作用于上皮细胞上的c-Met受体，是修复肺损伤的再生因子[8]，有研究表明活化的HGF通过调节MMP-9/TIMP-1的比例而促进肺损伤后的修复过程。

2.2 心功能障碍 脓毒症可导致多器官功能损害，心脏作为全身血供的发动机，处于中心位置，故脓毒症时心功能损伤首当其冲。有统计学数据显示，40%～50%的脓毒症患者可出现心功能不全，其中7%发生心力衰竭[9]，脓毒症一旦合并心肌损伤可加重疾病的演变过程，增加多脏器衰竭和死亡的风险[10]。脓毒症时机体在内毒素的刺激下激活单核巨噬细胞系统产生炎症因子引起全身炎症反应，使心血管系统稳态遭到破坏，从而引起心功能不全。研究表明循环和心肌局部增加的心肌抑制性介质如TNF-α、IL-6在脓毒症心肌损伤的发生和发展中起重要作用，随着对这些炎症因子研究的深入，越来越多的研究发现MMP-9也参与其中[11-12]。Tomita等[12]利用盲肠结扎穿孔法(CLP)复制脓毒症小鼠模型，心脏组织学切片显示血管周围和间质心肌纤维化以及超声心动图提示脓毒症小鼠伴严重的心功能不全；同时在受损的心肌组织中MMP-9的水平呈现高表达，并与促炎细胞因子的释放呈正相关；他们还发现MMP的广谱抑制剂ONO-4817能显著减轻心肌损伤程度。

2.3 肾损伤 脓毒症及其相关并发症是危重症患者的主要死因，约40%的患者最终发展为急性肾损伤(SAKI)，病死率高达70%。SAKI是以患者肾功能急剧下降为临床表现，肾内血流重新分布及急性肾小管坏死为主要病理改变的一组常见综合征。它具有独特的发病机制及病理生理特点。早期人们认为脓毒症导致的肾损害是肾脏缺血/再灌注造成的，随后研究者们发现，在脓毒症患者肾皮质血流还未下降之前就已经出现肾损伤[13]，感染后全身炎症反应过度激活，导致肾小管细胞损伤、凋亡才是其更重要的发病机制。机体遭受感染后，内毒素释放，各种炎症细胞和炎症因子激活、放大，活化的嗜中性粒细胞释放氧自由基、弹力蛋白酶和胶原酶，增加血管通透性，引起肾间质水肿，压迫肾小管，影响肾脏的排泄功能。Ⅳ型胶原是各种基底膜必不可少的成分，靶向血管内皮基膜主要成分Ⅳ型胶原的水解酶MMP-9的释放，导致肾小管结构的完整性遭到破坏、肾小管上皮脱落坏死加速肾功能障碍的发生。藤林等[5]和余旻等[14]对MODS大鼠肾组织形态和功能进行动态监测，发现模型组大鼠肾组织中MMP-9水平在造模后12 h明显高于对照组，48 h达高峰；且血清和肾组织中MMP-9的水平在各个时相点的增加具有同步性。可见MMP-9在脓毒症肾损伤过程中也起着非常重要的作用。

2.4 肝损伤 在前面我们已经提到，细胞外基质结构及功能的完整性对细胞的一切生理活动具有重要影响，内皮细胞一旦脱离ECM的的支撑和保护，则会发生凋亡。ECM是肝脏的重要成分之一，ECM的改变直接影响肝脏的各细胞功能。截至目前，国内外有关MMP-9在MODS肝损伤中的研究并不多，但仍有证据表明MMP-9的确参与了MODS早期肝损伤过程，而且有多项研究表明肺、心及肾损伤过程中一直存在ECM的破坏，这也为研究MMP-9在肝损伤中的意义提供了依据[14-16]。Maitra等[16]采用PCR及Western技术分别从RNA和蛋白水平上检测脓毒症大鼠肝脏中MMP-9和TIMP-1的表达，发现脓毒症模型组较假手术组肝脏中MMP-9和TIMP-1的表达都上调，且MMP-9/TIMP-1的比例显著下降。

3 疾病进展及预后

目前，国内外越来越多的证据表明，MMP-9的水平与脓毒症各器官功能损伤及预后密切相关。Martin等[17]检测ICU中90例严重脓毒症患者与91例非感染患者一周内血清中MMPs的水平，发现随时间推移，MMP-3、MMP-4、MMP-8、MMP-10的水平逐渐降低，而MMP-9、MMP-1的水平逐渐增加。Yazdan-Ashoori等[18]也做过类似的研究，发现严重脓毒症患者血浆中大多数MMPs及TIMPs都呈现较高水平，只有MMP-7和MMP-9与病情严重程度呈负相关，且MMP-9随着时间的推移呈递减趋势。后来Diána等[19]、Mashael等[20]研究发现脓毒症患者血清中MMP-9的水平在入院后前3 d逐渐降低，之后维持高水平，而TIMP-1呈现先增加后降低趋势，总的来说，MMP-9/TIMP-1的比值表现出递减趋势。因此，有人认为MMP-9/TIMP-1的比值比MMP-9更能反映疾病的演变过程。为了更进一步明确MODS早期血清和各组织中MMP-9水平的变化，藤林等[5，15]也进行研究，发现在造模后6～24 h MODS模型组血清中MMP-9水平显著高于对照组，其峰值见于造模后12 h，24 h后开始下降，48 h虽较正常对照组偏高，但差异无统计学意义；且在各个时相血清与肝、肺、肾组织中MMP-9的水平增高具有同步性。这些研究数据都表明，MMP-9高表达与MODS早期各器官损伤密切相关，尤其是在外伤和感染后6～24 h。机体遭受感染打击后24～48 h，MMP-9的水平下降可能是由于机体防御性抗炎作用的效果。

为了明确MMP-9、TIMP-1与脓毒症患者的严重程度及预后之间的关系，Wang等[21]做了大规模的临床研究，他们在28 d的随访中发现脓毒症非幸存者血清中MMP-9和TIMP-1水平显著高于幸存者。Lorente等[22-23]也发现脓毒症患者在入院后一周内非存活组TIMP-1/MMP-9的比例明显高于存活组(P＜0.01)，可见TIMP-1/MMP-9的比例也是预测患者预后较好的指标。

4 小结

脓毒症是临床常见的危重症，尽管医疗技术不断更新发展，但严重脓毒症以及感染性休克依然是困扰ICU医生们的一个重要难题。目前其治疗主要依靠抗感染、血管活性药物、液体复苏以及激素等辅助治疗。鉴于MMP-9参与脓毒症导致MODS的发生与发展，这为我们寻求新的治疗靶点提供了方向。黄嘌呤衍生物、非甾体抗炎药(NSAIDs)和3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A(HMG-CoA)还原酶抑制剂都是公认的MMPs抑制剂[24]，其作用已经在动物模型上得到验证。

基质金属蛋白酶的抑制剂作为治疗脓毒症的新型药物，其发展仍然是曲折的。以往由于缺乏特异性而无法评估其毒理作用，使其作用不明显或者产生严重的副作用，后来新的技术如RNA测序技术帮助克服这些难题，寻找出新的治疗药物，但还需要大规模的临床试验来澄清它们在脓毒症治疗方案中的角色。相信随着人们对MMPs的深入研究，其必将为人类防治MODS带来新的巨大突破。

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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)

湖北省自然科学基金（编号：2014CFA073）

余旻。E-mail：myth704@sina.com