基质金属蛋白酶9在正常及病理妊娠中的作用

张晶晶，侯海燕，陈亚琼，于芳



基质金属蛋白酶9在正常及病理妊娠中的作用

张晶晶，侯海燕，陈亚琼△，于芳△

【摘要】基质金属蛋白酶（MMPs）是一种分解细胞外基质（ECM）组分的锌依赖性蛋白酶，其活性受金属蛋白酶组织抑制剂（TIMPs）的抑制。MMPs通过降解ECM参与众多组织重塑过程。妊娠过程的顺利进行有赖于滋养细胞侵入子宫内膜并将胚胎植入宫腔内，通过侵入血管内皮使血管重塑，满足胎盘血流供应。MMP-9通过发挥蛋白酶的功能降解ECM，在滋养细胞侵入、胎盘血管重塑以及分娩过程中发挥重要作用。MMP-9与其抑制剂TIMP-1调节失衡与早期自然流产、早产、妊娠期高血压疾病、妊娠期糖尿病等病理妊娠过程有关。综述MMP-9在正常及病理妊娠中的研究进展，明确ECM蛋白酶领域的最新知识将有利于为干预病理妊娠过程提供创新性思路。

【关键词】基质金属蛋白酶9；胚胎植入；妊娠；妊娠并发症；血管重塑

作者单位：300193天津中医药大学（张晶晶）；中国人民武装警察部队后勤学院附属医院妇产科（侯海燕，陈亚琼，于芳）

△审校者

（J Int Obstet Gynecol，2016,43：21-24）

自1962年Gross和Lapiere在研究蝌蚪尾巴消化时首先发现基质金属蛋白酶1（matrix metalloproteinase-1，MMP-1）以来，目前在脊椎动物中共发现26种MMPs，其中在人类定性的有23种。作为MMPs家族中重要成员之一，MMP-9于1974年首次发现于人类的中性粒细胞中，MMP-9通过对细胞外基质（extracellular matrix，ECM）进行降解及重建，参与胚胎植入、血管形成、伤口愈合、组织形成等生理过程以及组织纤维化、肿瘤浸润和转移等病理过程。MMP-9属于MMPs家族中明胶酶类，作用底物主要包括纤维蛋白，层黏连蛋白，Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅹ、Ⅺ型胶原，尤其是对Ⅳ型胶原的作用尤为突出。

1　MMP-9的表达与活性的调节

MMP-9的表达与活性的调节发生在三个水平[1]。①基因转录：MMP-9在转录水平的调节受到许多生长因子和细胞因子的诱导，如白细胞介素10（IL-10）是滋养细胞MMP-9活性和侵袭力的抑制因子，体外培养的滋养细胞加入IL-10后，MMP-9在mRNA及蛋白质表达水平都下降，细胞侵袭力降低。②MMP-9表达后以无活性的酶原形式分泌，通过外源性酶裂解或自身的催化而活化。③抑制剂调节：活化后的MMP-9可以被金属蛋白酶1组织抑制剂（tissue inhibitors of metalloproteinase-1，TIMP-1）抑制，TIMP-1是MMP-9的特异性抑制剂，通常TIMP-1 与MMP-9以1∶1的比例结合而抑制其活性，在生理状态下，MMP-9与TIMP-1保持平衡协调关系，这种平衡状态被打破与许多病理过程的发展有关。

2　MMP-9与正常妊娠

2.1MMP-9与胚胎植入胚胎植入是妊娠的关键环节，胚胎侵入母体需要黏附、降解、穿越细胞外基质间隙而完成，滋养细胞的这种侵袭行为在时间和空间上受到严格限制，在时间上限制在妊娠早期，空间上限制在子宫基层的内1/3。其原因有二，一方面，随着妊娠进展，MMP-9产生减少，滋养细胞侵袭能力下降。另一方面MMP-9的特异性抑制剂TIMP-1降低了滋养细胞的侵袭能力，MMP-9和TIMP-1之间的动态平衡是维持正常妊娠的必要条件[2]。妊娠7～9周胚胎蜕膜组织MMP-2及MMP-9 mRNA水平显著上升，推测MMP-2及MMP-9参与胚胎种植。MMP-9表达水平降低将导致自然流产等疾病的发生。

2.2MMP-9与胎盘血管形成1967年，Robertson提出胎盘血管床发育学说，在胎盘发育过程中，滋养细胞侵入子宫螺旋小动脉管腔，取代血管内皮细胞，使管壁对血管活性物质失去反应性，降低血管阻力，从而使胎盘的血流灌注维持稳定，这一过程称为“血管重铸”。MMP-9和TIMP-1调控失衡引起细胞侵袭力异常，从而导致早期自然流产及子痫前期等疾病发生[3]。MMP-9在妊娠12d时表达较强，提示MMP-9参与早孕时对子宫腺体和螺旋动脉的组织重建过程中的调控，以促进胚胎植入，而在妊娠18 d及26 d时表达下降，这个时期有利于妊娠早期维持血管的完整性。众多研究表明，MMP-9在一些疾病如高血压、糖尿病肾病、腹主动脉瘤的血管重塑过程中发挥重要作用[4-6]。现研究已证实MMP-9表达异常与螺旋动脉重塑不良及胎盘形成障碍有关[7]。

2.3MMP-9与分娩发动分娩是一个复杂的生理过程，规律宫缩以及宫颈成熟和扩张是正常分娩的必要条件，此过程与胶原降解密不可分，对胶原起降解作用的主要是MMPs。Athayde等[8]测定不同孕周孕妇羊水中MMP-9的浓度发现，MMP-9的浓度随孕周增加而升高，故认为MMP-9在妊娠进展、宫颈成熟过程中起重要作用。Sahlin等[9]研究发现MMP-9分布于宫颈组织的白细胞内，与非孕组相比MMP-2、MMP-9表达增加；MMP-2、MMP-9减少时宫颈成熟不够，均提示MMP-2、MMP-9与宫颈成熟扩张有关。Choi等[10]研究发现，妊娠晚期宫颈黏液中MMP-9水平增加，自然分娩后恢复正常；孕周≥37周组宫颈组织MMP-9 mRNA水平明显高于孕周＜37周组，推测宫颈黏液MMP-9是晚期妊娠中宫颈成熟的分子标记物。

3　MMP-9与病理妊娠

3.1MMP-9与早期自然流产早期自然流产是人类生殖过程中最常见的不良妊娠结局，其病因复杂，涉及遗传、免疫和内分泌等诸多因素，子宫内微环境平衡紊乱是一个重要特点。胚胎植入要求滋养层细胞成功侵袭子宫内膜，滋养层细胞的侵袭浸润能力受多种激素、酶、细胞因子调节，如MMPs、胰岛素样生长因子、孕激素等，其中MMP-2和MMP-9起关键作用。Nissi等[11]比较129例正常妊娠以及89例早期自然流产患者血清中MMP-9、MMP-2等的表达发现，早期自然流产患者血清中MMP-9的表达明显升高。Konac等[12]采用实时聚合酶链反应（real-time PCR）法分析不明原因不孕症组、体外受精（IVF）术后种植失败组以及正常妊娠组妇女子宫内膜中MMP-2、MMP-9等基因的表达，发现不明原因不孕症组及种植失败组MMP-2、MMP-9水平低于正常妊娠组，MMP-2、MMP-9在子宫内膜中低表达导致ECM降解紊乱，而ECM参与子宫内膜容受和正常种植，进而促进了流产的发生。MMP-9的表达降低使滋养层细胞对ECM的降解与重塑能力下降，从而影响子宫内膜血管和胎盘血管的生成，使母胎循环的建立受阻而导致妊娠失败。

3.2MMP-9与妊娠期高血压疾病妊娠期高血压疾病是妊娠与血压升高并存的一组疾病，包括妊娠期高血压、子痫前期、子痫，以及慢性高血压并发子痫前期和慢性高血压合并妊娠，妊娠期高血压疾病严重威胁母婴健康，是孕产妇和围生儿发病率及死亡率升高的主要原因之一。与普通高血压不同，多数妊娠期高血压疾病的病理变化在分娩后都可以逆转，这表明，胎盘这一妊娠期临时器官在该病的发生过程中至关重要。有关妊娠期高血压疾病的发病机制，目前许多学者都支持“胎盘浅着床”理论。妊娠期高血压疾病患者的胎盘表现为绒毛血管减少、绒毛发育不良，妊娠期高血压疾病患者滋养细胞浸润不足，不能有效接近母体血管，对子宫和螺旋小动脉壁浸润过浅，从而导致胎盘形成异常。“胎盘浅着床”降低了胎盘的血液灌注和氧含量，局部产生氧化应激等病理变化，进一步加剧了血管内皮受损和胎盘的缺血缺氧。研究表明，MMP-9表达降低与滋养细胞侵袭不足、螺旋动脉重铸障碍以及“胎盘浅着床”密切相关。Li等[13]的研究表明，可溶性血管内皮生长因子受体1（sFlt-1）降低了子宫、胎盘、血管中MMP-9的表达，从而导致了子宫、胎盘、血管中胶原沉积和生长受限。Lim等[14]对子痫前期患者胎盘滋养细胞分离后进行体外培养，证实滋养细胞分泌MMP-9蛋白的水平下降，细胞的侵袭能力明显降低。Plaks等[15]建立MMP-9缺乏的小鼠模型，小鼠出现高血压、蛋白尿等子痫前期表现，表明MMP-9在妊娠期高血压疾病的发展中具有重要作用。此外有研究表明携带MMP-9-1562 CT+TT基因型者发生重度子痫前期的风险较未携带者增加了2.37倍，并提出MMP-9 （-1562 C∶T）基因多态性可作为预测重度子痫前期发生的生物学标记物[16]。

3.3MMP-9与早产在早产发病因素中病理因素（如子痫前期、羊水过少或产前出血引起胎儿窘迫等情况）约占20%，其余为原因不明性早产和胎膜早破。目前对于胎膜早破的病因研究主要集中于MMPs与TIMPs调节失衡对胎膜结构的影响，母胎界面间隔（羊膜、绒毛膜、蜕膜等）富含Ⅳ型胶原，可以被MMP-2和MMP-9特异性降解。Narahara等[17]研究发现胎膜早破组MMP-2、MMP-7、MMP-9表达明显增加，推测MMP-2和MMP-9引起的胶原降解是胎膜早破发病的重要原因。此外，众多研究发现早产发生与炎症密切相关。研究表明，促炎细胞因子[包括IL-6、肿瘤坏死因子（TNF）、转化生长因子（TGF）等]具有多种作用，其括活化和转运免疫细胞，通过激活下游MMPs增强组织重塑，增加前列腺素产生，进而促进宫颈成熟、刺激子宫肌层收缩和引起MMP-9的产生和活化[18]。而且，MMP-9又不只是被动地作为炎症反应的下游产物出现，其还对许多促炎细胞因子发挥正反馈作用，是炎症反应的重要调节剂。Tency[19]采用酶联免疫吸附试验（ELISA）分析发现早产组母体血浆中MMP-9明显高于正常对照组，提示MMP-9参与早产过程。Pereza等[20]研究表明，MMP-1和MMP-9基因多态性与早产发生有关。

3.4MMP-9与妊娠期糖尿病糖尿病血管并发症是主要的慢性糖尿病并发症，血管生成是糖尿病微血管并发症的主要病理特征[21]。多项研究证实在糖尿病视网膜组织及肾组织中MMP-9表达增加伴随着血管内皮生长因子（VEGF）的增加[22-23]。妊娠期糖尿病与2型糖尿病存在相似的病理变化，其胎盘的特点表现为血管过度生成和血管功能障碍[24]。通过链脲佐菌素诱导的新生大鼠糖尿病动物模型证明，在妊娠早期胚胎器官中MMP-2和MMP-9过度表达并伴随TIMP-1和TIMP-2活性增加[25]。妊娠中期糖尿病大鼠胎盘中MMP-2和MMP-9也增加[26]。但也有不同的研究结果，Pustovrh等[27]测定妊娠期糖尿病、孕前糖尿病以及正常妊娠胎盘中MMP-9的活性发现，与正常妊娠相比，妊娠期糖尿病产妇胎盘中MMP-9的活性下降，而孕前糖尿病产妇胎盘中MMP-9的活性增强，当在正常胎盘组织中加入一氧化氮合酶（NOS）抑制因子时，MMP-9的活性降低，补充一氧化氮（NO）后，MMP-9活性增加，加入超氧化物歧化酶后，MMP-9的活性再次降低，提出胎盘中MMP-9的活性受到NO和活性氧簇物质的调节。总之，MMP-9参与妊娠期糖尿病胎盘的病理改变，但其具体机制还需进一步研究。

4　结语

MMP-9与正常妊娠及病理妊娠的关系越来越受到重视。探讨MMP-9在妊娠中的变化和调节机制有助于进一步认识妊娠过程，也有助于病理妊娠的诊断、预测及治疗。有关具体机制还有待于进一步研究与阐明。

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[本文编辑王琳]

The Role of Matrix Metalloproteinase-9 in Normal and Pathologic Pregnancies

ZHANG Jing-jing，HOU Hai-yan，CHEN Ya-qiong，YU Fang.Tianjin University of Traditional Chinese Medicine，Tianjin 300193，China（ZHANG Jing-jing）；Department of Obstetrics and Gynecology，Affiliated Hospital，Logistics University of Chinese People′s Armed Police Forces，Tianjin 300162，China （HOU Hai-yan，CHEN Ya-qiong，YU Fang）
Corresponding author：CHEN Ya-qiong，E-mail：chenyq82@hotmail.com

【Abstract】Matrix metalloproteinases(MMPs)are zinc proteinases that degrade compounds of the extracellular matrix (ECM),which are inhibited by their natural inhibitors,tissue inhibitors of matrix metalloproteinases(TIMPs).MMPs involve in many processes of tissue remolding through degrade ECM.A successful pregnancy depends on trophoblastic invasion of endometrial and implant embryo into uterus,through invasive vascular endothelial to make the vascular remodeling and meet the placental blood supply.MMP-9 plays an important role in trophoblast invasion,placental vascular remodeling and delivery through playing protease function and degrading ECM.The imbalance between MMP-9 and its inhibitor TIMP-1 relates to many pathological pregnancy processes,such as spontaneous abortion,preterm labour,hypertensive disorder complicating pregnancy and gestational diabetes mellitus.This article summarizes the role of MMP-9 in normal pregnancy and pathologic pregnancy. The current knowledge in the field of identified ECM proteases will be contributive to the innovative therapeutic intervention in pathological pregnancy processes.

【Keywords】Matrix metalloproteinase 9；Embryo implantation；Pregnancy；Pregnancy complications；Vascular remodeling

基金项目：国家自然科学基金（81402691）；中国博士后科学基金（2013M542479）；天津市自然科学基金（15JCZDJC36000）；武警后勤学院附属医院种子基金（FYM201415）

通信作者：陈亚琼，E-mail：chenyq82@hotmail.com

收稿日期：（2015-07-20）