基质金属蛋白酶组织抑制剂:肺动脉高压治疗的潜在靶点

唐伟良，池菊芳，彭 放，郭航远

肺动脉高压 (pulmonary arterial hypertension，PAH)是严重威胁人类健康的致命性疾病，其特点是肺血管阻力逐渐增高，最终导致右心衰竭和死亡［1］。PAH有两个典型的病理改变，即肺动脉内皮功能障碍和血管重构［2］。研究表明，在PAH的病理状态下，基质金属蛋白酶(MMPs)及其组织抑制剂 (TIMPs)的表达均出现上调，两者之间处于一种失衡状态［3－5］。MMPs/TIMPs失衡参与了细胞过度增殖和细胞外基质 (ECM)沉积［6］，在血管重构的发生发展过程中起到了十分重要的作用。

MMPs是一组包含了超过20种金属蛋白酶的蛋白酶超家族，可以降解ECM的多种成分;而TIMPs是MMPs的内源性特异性抑制剂，包括 TIMP－1、TIMP－2、TIMP－3、TIMP－4 4个成员，可以通过与MMPs进行1∶1的结合而抑制MMPs的活性［7－8］。目前认为，MMPs 在血管重构的发展中扮演了重要角色，有大量研究试图通过抑制MMPs的活性而达到减轻PAH的目的。然而，这些研究所得到的结果并不完全一致［9－11］，有些发现抑制MMPs可以改善PAH，而有些恰恰相反。显然，抑制MMPs可能并不是改善PAH的合理途径。为进一步探讨改善PAH的有效方法，本文深入分析了PAH病变血管的病理改变，发现对于血管重构来说，TIMPs的参与同样不可或缺，并提出:对于已经发生严重重构的肺血管，减弱TIMPs的表达或许可以改善血管重构和血管内皮修复功能，最终减轻甚至逆转重症PAH。

1 抑制TIMPs表达可能改善血管重构

ECM沉积和细胞增殖是血管重构的两个重要病理变化，而MMPs/TIMPs的失衡参与了这些病变过程。在生理状态下，血管壁内的MMPs和TIMPs之间保持一个动态平衡，相互维持着ECM的稳态。但是在PAH病理状态下，这一平衡被打破。MMPs通过降解ECM为平滑肌细胞及成纤维细胞等提供迁移的空间，并且释放出ECM中结合的大量生长因子，进一步促进细胞的迁移、增殖、生长等活动。同时，平滑肌细胞和成纤维细胞可以进一步分泌ECM而促进ECM沉积。细胞的过度生长和ECM过度沉积直接参与了血管重构的发生。因此，有大量研究试图通过抑制MMPs的活性而达到减轻PAH的目的。部分研究也确实发现，通过TIMPs基因转染或MMPs化学抑制剂的干预可以改善野百合碱诱导的 PAH［9－10］。然而，有些学者得到的结果却恰恰相反，Vieillard－Baron等［11］研究发现，通过TIMPs基因转染或多西环素的使用来抑制MMPs活性，反而加重了低氧诱导PAH小鼠的病情。上述矛盾的结果表明MMPs的干预或许并不是解决PAH的有效手段。

深入分析PAH肺血管病理改变及以往文献，笔者发现:虽然PAH病理状态下MMPs表达上调，但TIMPs表达同样增加，且较MMPs的增加更为显著;故认为抑制TIMPs表达或许更为合理。Lepetit等［4］通过离体培养PAH患者的平滑肌细胞后发现，该细胞过量表达TIMP－1而减少了 MMP－3的分泌。Junbao等［12］通过在体研究进一步证实PAH患者肺血管的TIMPs/MMPs的比值较生理状态下增加，提示TIMPs的上调较MMPs更显著。此外，有学者对PAH病变肺动脉研究后发现，在病变血管内活化的MMPs主要存在于新内膜、内膜下中膜和外膜部分，而在血管的中膜和其他部分，MMPs的活性却被TIMPs等内源性抑制剂明显抑制［3］。这表明在新内膜、内膜下中膜和外膜部分，活化的MMPs促进了平滑肌细胞、成纤维细胞的迁移和增殖，而在中膜部分，MMPs活性的减弱直接促成了ECM的沉积，导致了中膜肥厚。通过上述研究不难看出，TIMPs的过度表达对于肺血管重构的发生尤为重要。对于已经过度表达的TIMPs，继续增加其表达、抑制MMPs活性或许无助于改善 PAH，反而会阻止ECM的降解进而促进ECM在血管壁的过度沉积，最终加重血管重构。那么，如果能减少TIMPs的表达，情况又会如何呢?

笔者认为，抑制TIMPs的表达或许可以通过减少ECM沉积和促进细胞凋亡而改善血管重构，而当前的部分研究结果也支持这一观点。最近，Higuchi等［13］研究发现，对于TIMP－3基因敲除的小鼠长期喂养Nomeganitro－L精氨酸甲酯后，由该种药物引起的高血压和心肌微血管重构得到明显改善，尤其是血管纤维化明显减少。Junbao等［12］研究也发现，降低血管内TIMPs/MMPs的比值同样有助于改善血管重构。此外，还有不少研究也发现抑制TIMPs表达有助于改善心血管疾病。例如，通过对TIMP－1基因敲除小鼠的研究发现，其动脉中膜基质降解较对照组明显增多［14］，而其动脉粥样斑块的面积较对照组明显减小［15］。同时，TIMP－1的缺乏也有助于减少气管移植后引起的气管再狭窄［16］。上述研究所观察到的结果都表明，TIMPs的抑制有助于释放MMPs活性，增加MMPs对ECM的降解而改善一些由于ECM沉积所导致的疾病，包括血管、气道的重构和纤维化。

显然，在已经发生重构的血管中，抑制TIMPs的表达将有助于释放MMPs的活性，增加ECM的降解并促使血管壁内ECM恢复到一个正常的水平。这可以直接改善由于ECM过度沉积所导致的中膜、外膜肥厚，进而改善血管重构现象。同时，TIMPs的减少还可能通过下列途径诱导病变血管壁内过度增殖的细胞凋亡:(1)ECM是细胞赖以生存的微环境，血管壁内过度沉积的ECM开始降解，将破坏细胞－ECM以及细胞－细胞之间的连接，摧毁了细胞生存的正常环境，最终导致一部分细胞凋亡，即所谓的“失巢凋亡”［17］;(2)虽然ECM的降解可以释放一部分促进细胞生长的因子，但同样也会释放出大量促细胞凋亡因子，进一步加速细胞凋亡［18］。此外，TIMPs本身可以通过激活一些特异的抗凋亡信号通路，例如Bcl－ X 和 IκB α，来发挥抗凋亡作用［19］，而减少TIMPs的表达就可以减弱其在抗凋亡方面的作用。因此，抑制或减弱TIMPs的表达可能会通过减少ECM沉积和促进细胞凋亡而改善血管重构，尤其是对于已发生重构的血管来说，这可能是一个更为合理的选择。

2 抑制TIMPs表达可能改善内皮修复和血管再生

在PAH的发生和发展过程中，肺血管内皮功能障碍扮演了重要角色［20］，而改善内皮功能障碍对于治疗PAH十分关键。内皮功能障碍是由于内皮损伤与修复的失衡所导致的［21］。因此，对于改善内皮功能障碍来说，非常重要的一点就是改善血管的内皮修复能力。

在内皮修复的过程中，MMPs降解ECM并释放ECM和基膜中蕴含的促血管新生因子，包括血管内皮生长因子、纤维生长因子和转化生长因子［18］。上述因子可促进内皮细胞的迁移、增殖和黏附。相反，TIMPs可能会通过抑制MMPs的活性而减弱血管内皮的上述修复功能。除了TIMPs通过抑制MMPs而影响血管内皮的自我修复功能以外，不少研究也发现TIMPs还可以通过非MMPs依赖的机制而影响内皮细胞功能。TIMP－1可以不依赖MMPs而抑制内皮细胞的迁移［22］，TIMP－2可以抑制纤维生长因子和血管内皮生长因子诱导的内皮细胞生长活动［23－24］，TIMP－3可以通过抑制竞争性结合血管内皮生长因子受体－2而抑制血管生成［25］，而TIMPs的上述作用均独立于MMPs之外。总之，TIMPs似乎不利于血管内皮修复，故抑制TIMPs表达或许有利于改善内皮修复功能。

此外，抑制TIMPs表达有助于动员内皮祖细胞和骨髓间充质细胞，进而改善血管内皮的修复。内皮祖细胞和骨髓间充质细胞具有分化为内皮细胞的潜能［26］，能通过再内皮化和血管新生等途径参与血管内皮的修复［21，27］。因此，提升外周循环中上述细胞的数量及其参与血管修复的能力，对于促进血管修复来说显得十分重要。我们知道，内皮祖细胞和骨髓间充质干细胞主要从骨髓中分化和动员而来［28－29］，而研究表明 MMP －9 对于内皮祖细胞的动员十分关键［30］，而骨髓间充质干细胞的动员和释放同样需要MMP－2和 MMP－13的参与［29］。因而，减少TIMPs的表达将通过增强MMPs的活性，促进内皮祖细胞和骨髓间充质干细胞的动员和释放，进而改善血管内皮的修复。

3 小结

综上所述，TIMPs在PAH的发展过程中发挥了重要作用。当前的众多研究均试图通过上调TIMPs表达、抑制MMPs活性而改善PAH，但所得到的结果并不一致。虽然部分研究表明提升TIMPs的表达有助于改善PAH，但也有学者发现这样反而使得情况变得更糟。笔者认为，作为重建MMPs/TIMPs平衡的另一条途径，下调TIMPs的表达或许是值得尝试的手段。减弱TIMPs的表达可能会通过促进血管重构和内皮修复而改善甚至逆转PAH。然而，这方面的直接研究数据缺乏，故需要通过基因干预等手段展开深入研究，进一步阐明TIMPs在PAH中发挥的作用，并力争探索一条改善PAH的新途径。

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