MMP-9、TIMP-1在肺纤维化中作用的研究进展

高娟，王添印,韩茹，李淑岷(1山东省医学科学院，济南250002；2山东省职业卫生与职业病防治研究院;山东省卫生和计划生育委员会医疗管理服务指导中心)



MMP-9、TIMP-1在肺纤维化中作用的研究进展

高娟1，2，王添印3,韩茹1，2，李淑岷1，2
(1山东省医学科学院，济南250002；2山东省职业卫生与职业病防治研究院;3山东省卫生和计划生育委员会医疗管理服务指导中心)

肺纤维化是一种慢性进行性的肺间质疾病，其特征是细胞外基质(主要是胶原纤维)在肺间质过度积聚。基质金属蛋白酶(MMPs)和其组织抑制因子(TIMPs)在肺发育、肺损伤和肺纤维化等病理生理过程中发挥重要作用，两者比例失衡是肺纤维化的发病机制之一。

肺纤维化；基质金属蛋白酶9；基质金属蛋白酶抑制因子1

肺纤维化是一种慢性进行性的肺间质疾病，是呼吸衰竭的病理基础之一，其病理特征为肺部炎症引起细胞外基质(ECM)损坏、修复、重建、沉积及肺泡持续性损伤[1]。基质金属蛋白酶(MMPs)是由结缔组织分泌、参与细胞外基质降解的Zn2+依赖性蛋白酶家族。MMP-9为MMPs家族成员之一。基质金属蛋白酶组织抑制剂(TIMPs)是一种内源性的分布广泛的MMPs天然抑制剂。TIMP-1为TIMPs按作用靶点不同分出的一种。肺纤维化的发病机制中包括有MMP-9与TIMP-1的失衡。本研究就MMP-9与TIMP-1在肺纤维化中的作用作一综述。

1 MMP-9与肺纤维化的关系

MMP-9是一种金属离子依赖的蛋白酶，通过多种途径参与肺纤维化的发病机制。大量研究显示，在肺纤维化患者的肺泡上皮细胞、中性粒细胞和肺泡上皮细胞内都可以检测到MMP-9表达。正常肺组织中仅少量表达MMP-9，但当受到不同的外界刺激时，在支气管上皮细胞、Clara细胞、肺泡Ⅱ型上皮细胞、成纤维细胞、平滑肌细胞和内皮细胞中表达MMP-9[2]。在肺纤维化的患者和动物模型中,均可以看到MMP-9基因和蛋白表达[2，3]。与正常人的成纤维细胞和肺泡巨噬细胞相比，肺纤维化患者的这些细胞中MMP-9的表达量增加[3]。在肺纤维化患者的支气管肺泡灌洗液(BALF)中，MMP-9水平和活性均显著增高[4]。特发性肺纤维化(IPF)是一种破坏性疾病，主要特征为上皮细胞活化、成纤维细胞/肌成纤维细胞在肺泡间隔和肺泡腔数量增加，进而出现ECM的异常沉积。MMP-9的作用底物主要是Ⅳ型胶原，而Ⅳ型胶原是肺泡的主要基膜成分。根据肺纤维化发生发展的特点和MMP-9的生物学特性，可以肯定它们之间存在一定的联系。MMP-9在肺纤维化中的表达及活性增加，可以降解破坏基膜，损伤肺泡上皮与毛细血管内皮细胞，导致肺泡细胞微环境的改变。这种微环境的改变，一方面可以刺激肌纤维膜母细胞与Ⅱ型上皮细胞等ECM生成细胞的活化；另一方面，纤维细胞由断裂基膜与损伤上皮间隙进入肺泡，生成胶原，引起肺泡纤维化[5]。

在肺来源的成纤维细胞中，转化生长因子β1(TGF-β1)可以通过Smad7信号抑制MMP-9表达[6]。肺内TGF-β1含量增高可抑制MMP-9表达，进而减弱MMP对ECM的降解，增加胶原、纤维蛋白和弹性蛋白等ECM的沉淀，导致肺组织结构的重建，进而形成肺纤维化[7]。TNF-α和IL-1β均能刺激多种细胞产生MMP-9，MMP-9也能降解IL-1β前体[8]。TNF-α能激活p38 MAPK从而诱导MMP-9酶原从嗜酸性粒细胞快速释放[9]。IL-8能刺激中性粒细胞释放储存的MMP-9，而MMP-9能增强IL-8活性[10]。IL-13可通过多种受体亚型诱导MMP-9表达，MMP-9可以通过活化TGF-β1促进IL-13，进而导致肺纤维化，而MMP-9基因敲除的小鼠BALF和肺组织中IL-13增加[11]，说明MMP-9可抑制IL-13表达。研究结果表明，肺纤维化患者的BALF和肺组织中MMP-9水平增高及肺纤维化动物模型的肺组织中的MMP-9含量增加，均提示MMP-9与肺纤维化相关，并且MMP-9可以通过多种途径参与肺纤维化的进展，促进肺纤维化的发生。

2 TIMP-1与肺纤维化的关系

TIMPs是一组低分子量糖蛋白，广泛分布于组织和体液中，可由成纤维细胞、上皮细胞、内皮细胞等产生和分泌。TIMPs还是多功能分子，不仅抑制MMPs活性，而且具有细胞生长因子样作用，促进成纤维细胞增生及胶原合成，使细胞外基质沉积并抑制其降解。TIMPs反映了气道的修复过程，是气道纤维化的标志[12～14]。TIMP-1由结缔组织细胞与巨噬细胞产生，广泛存在于组织、体液中，可以被多种细胞因子诱导产生。TIMP-1过量表达被认为与纤维化加速及ECM沉积有关[15]。TIMP-1在整个纤维化过程中一直呈上升趋势并维持在一个较高水平。王媛媛等[16]发现，肺纤维化模型大鼠TIMP-1阳性细胞明显增多。肺纤维化形成中一个核心环节是新生血管增多[17]。IPF患者肺内MMPs/TIMPs动态改变与该病肺组织早期微血管密度升高而后期减少是吻合的。

3 MMP-9与TIMP-1的相互作用

TIMP-1是MMP-9的天然抑制剂，能够与MMP-9以共价键的形式结合形成酶原复合物，从而特异性抑制MMP-9的活性，被认为在肺纤维化中发挥重要作用。MMPs作为参与ECM降解的主要酶家族，几乎可以降解除多糖外的全部ECM，TIMP-1抑制MMPs的活性就会造成ECM的沉积。目前认为，TIMP-1对MMPs的抑制作用主要表现为两个方面：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能够与MMPs以1∶1形式形成复合体MMPs-TIMPs，从而抑制MMPs的活性。博莱霉素致大鼠肺纤维化模型研究表明，TIMPs在纤维化的肺组织中表达明显增高。分析表明在早期肺泡炎性阶段，中性粒细胞、淋巴细胞、单核-巨嗜细胞等以释放MMPs为主；随着病情进展，炎性细胞逐渐减少，MMPs分泌减少，成纤维细胞逐渐增多，分泌TIMPs增多，肺部表现为以纤维增生样改变为主；最终导致MMPs/TIMPs比例平衡失衡，ECM代谢紊乱、胶原沉积增加，致使肺间质纤维化过程逐步加速。谭善忠等[19]也发现博莱霉素诱导的肺间质纤维化在炎症早期MMP-9蛋白的表达增加，其活性增高，导致Ⅳ型胶原的降解增加，从而参与调节肺结构的重塑。同时，也可能通过破坏基底膜的机制使纤维母细胞侵入肺泡腔促进肺间质纤维化而起作用，而在此期TIMP-1则缓慢增加。在肺纤维化期，TIMP-1表达明显增多，虽然MMP-9的表达也在增加，但其活性显著较肺泡炎症阶段降低，说明TIMP-1通过抑制MMP-9的活性，从而抑制ECM的降解，参与肺纤维化的形成。正常生理情况下MMPs与TIMPs处于相对平衡状态，如果MMPs/TIMPs比值升高，表明肺组织中以炎症反应为主，反之则表明以修复反应为主。研究[20]证明，在纤维化的病理改变中相较于MMPs，TIMPs占主要地位，也显示出TIMPs在肺间质纤维化进程中的重要作用。

4 结语

肺纤维化过程是缓慢而持续性进行的，其机制相当复杂，包括多种细胞综合作用与ECM的相互作用。MMP-9与TIMP-1作为酶类可以对ECM的平衡进行调节，总体上MMPs/TIMPs的平衡在肺纤维化过程以及与细胞因子的相互作用、促进肌成纤维细胞的生成方面起着重要作用。对MMP-9与TIMP-1更深入的研究有助于为肺纤维化的诊治提供参考。

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山东省青年基金项目(ZR2011HL062)。

王添印(E-mail: 18660106658@163.com)

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