门静脉高压症脾大部切除后残脾基质金属蛋白酶及其抑制剂的变化*
2017-10-11徐永波李宏贝媛媛李源唐金元李坤褚海波
徐永波,李宏,贝媛媛,李源,唐金元,李坤,褚海波
(1.解放军第八十九医院 普外中心,山东 潍坊 261021;潍坊医学院 2.医学研究中心,3.研究生部,山东 潍坊 261053)
门静脉高压症脾大部切除后残脾基质金属蛋白酶及其抑制剂的变化*
徐永波1,李宏2,贝媛媛3,李源3,唐金元1,李坤1,褚海波1
(1.解放军第八十九医院 普外中心,山东 潍坊 261021;潍坊医学院 2.医学研究中心,3.研究生部,山东 潍坊 261053)
目的检测门静脉高压症脾大部切除后残脾组织和血清基质金属蛋白酶及其抑制剂的表达和水平,探讨脾纤维化的分子机制及保脾术的临床价值。方法选取门静脉高压脾肿大患者13例。术中切取脾组织为巨脾组,术后8年穿刺获取脾组织为残脾组,设外伤性脾破裂患者13例为对照组。采用免疫组织化学法、实时荧光定量聚合酶链反应(qRT-PCR)及酶联免疫吸附测定(ELISA)检测脾脏组织和血清基质金属蛋白酶MMP-2、MMP-9、组织金属蛋白酶抑制物TIMP-1、TIMP-2的表达和水平。结果3组脾组织中,MMP-2、MMP-9、TIMP-1、TIMP-2蛋白阳性表达主要分布在巨噬细胞内。残脾组和巨脾组脾组织MMP-2、MMP-9、TIMP-1和TIMP-2蛋白阳性表达率和基因表达与对照组比较,均差异有统计学意义(P<0.05),残脾组和巨脾组升高;残脾组和巨脾组之间比较则差异无统计学意义(P>0.05)。残脾组和巨脾组血清MMP-2、MMP-9、TIMP-1和TIMP-2水平与对照组比较,均差异有统计学意义(P<0.05),残脾组和巨脾组升高;残脾组和巨脾组之间比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论门静脉高压症脾肿大患者脾大部切除术后残脾组织MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2蛋白和基因表达增加,血清蛋白水平升高,提示残脾组织基质金属蛋白酶和组织金属蛋白酶抑制物代谢失调。
残脾;门静脉高压;脾肿大;基质金属蛋白酶;组织金属蛋白酶抑制物
Abstract:ObjectiveTo measure the mRNA and protein levels of matrix metalloproteinases(MMPs)and tissue inhibitors of metalloproteinase(TIMPs)in residual splenic tissue and serum after subtotal splenectomy due to portal hypertension,and to investigate splenic fibrosis in molecular detail and the value of reserving splenic tissue during surgery.MethodsThirteen patients of splenomegaly due to portal hypertension who had subtotal splenectomy were enrolled in splenomegaly group.Those with spleen tissue puncture biopsy 8 years after splenectomy were selected into residual spleen group.Additionally,13 traumatic spleen samples were collected for control group. Immunohistochemistry,PCR and ELISA were used to detect mRNA and protein levels of MMPs and TIMPs in the residual spleen samples and serum.ResultsIn the residual spleen,splenomegaly and control groups,the positive expressions of MMP-2,MMP-9,TIMP-1 and TIMP-2 were densely distributed in macrophages.The positiveexpression rates of MMP-2,MMP-9,TIMP-1 and TIMP-2 proteins and mRNAs of the spleen tissues were significantly higher in the residual spleen and the splenomegaly groups compared with the control group(P<0.05); however,there were no significant differences between the residual spleen group and the splenomegaly group(P>0.05).Significantly higher levels of serum MMP-2,MMP-9,TIMP-1 and TIMP-2 were observed in the residual spleen and the splenomegaly groups compared with the control group(P<0.05);but there were no significant differences between the residual spleen and the splenomegaly groups(P>0.05).ConclusionsAfter subtotal splenectomy,MMP-2,MMP-9,TIMP-1 and TIMP-2 expressions are increased in the residual splenic tissue and serum of patients with portal hypertension.The results suggested that dysregulated MMPs and TIMPs expressions occur in the residual spleen after subtotal splenectomy due to portal hypertension.
Keywords:residual spleen;portal hypertension;splenomegaly;matrix metalloproteinases;tissue inhibitor of metalloproteinase
脾脏是机体重要的免疫器官。脾肿大是门静脉高压症并发症之一,其持续的高血流动力学状态,逐渐导致脾脏组织的重塑改变(血管和淋巴组织增生及纤维化)[1-2]。对门静脉高压脾肿大如何处理,外科医生面临着困惑与抉择。“保脾”与“切脾”的争议焦点归纳为门静脉血栓发生率、脾免疫功能、脾功能亢进能否纠正、门静脉压力能否降低等,学术上的分歧至今难以定论[3-4]。研究表明[5-6],脾肿大时,脾组织细胞外基质的异常代谢,基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)及组织金属蛋白酶抑制物(tissue inhibitor of metalloproteinase,TIMP)的平衡起着重要作用。门静脉高压症脾大部切除后残脾组织和血清MMP和TIMP的变化如何,文献未见报道。本文通过免疫组织化学、实时荧光定量聚合酶链反应(quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR),酶联免疫吸附测定(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA) 检测脾组织和血清MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2的变化,探讨脾纤维化的分子机制及保脾术的临床价值。
1 资料与方法
1.1 一般资料
所有病例获解放第八十九医院人类研究伦理委员会批准(No:1678)和患者的知情同意。选取本院1999~2015年286例行脾大部切除大网膜胸骨后和残脾腹膜后固定术中的患者13例。其中男性7例,女性6例;平均31岁(26~36岁)。入选标准:乙型肝炎肝硬化,乙肝DNA定量<5×102个/ml,肝功能Child分级A、B级,脾肿大伴脾功能亢进,食管下段有轻、中度静脉曲张,脾纤维化Ⅲ级。彩色B超测量脾脏大小:术前长径(48±5)cm、横径(30±4)cm、厚径(10±2)cm;术后8年长径(11±1)cm、横径(7±1)cm、厚径(4±1)cm。术中切取脾组织为巨脾组;术后8年穿刺获取脾组织为残脾组。彩色B超引导下腹膜后空心针穿刺活检获取残脾组织样本。设外伤性脾破裂患者13例为对照组,男性7例,女性6例;年龄30岁(28~37岁)。
1.2 实验方法
1.2.1 标本收集和处理 收集标本共39份,用10%中性甲醛固定标本24 h,常规脱水、包埋、切片。每1份标本切取5张薄片进行免疫组织化学染色。另取新鲜标本,立即放置EP管中,然后置液氮罐中保存待做qRT-PCR分析。
1.2.2 试剂与仪器 MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2免疫组织化学试剂盒由北京中杉金桥生物技术有限公司提供,SYBR PrimeScript RT-PCR KitⅡ及相关引物设计合成由大连宝生物工程有限公司提供,MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2血清检测试剂盒由深圳晶美生物工程有限公司提供,Trizol试剂盒(美国Invitrogen公司)。Versa Max酶标仪(美国 Molecular Devices公司),qRT-PCR仪(美国Bio-RadIQ5)。
1.2.3 免疫组织化学法检测脾组织 MMP-2、MMP-9、TIMP-1、TIMP-2蛋白表达 石蜡切片厚4μm,贴于多聚赖氨酸处理过的载玻片上,60℃烤片6 h,常规脱蜡。免疫组织化学采用UltraSensitiveTMSP kit的SP法,其中TIMP-1抗体切片进行微波修复处理。用已知阳性切片作阳性对照,PBS代替一抗作阴性对照,AEC显色。
1.2.4 ELISA检测血清MMP-2、MMP-9、TIMP-1、TIMP-2蛋白水平 空腹抽取外周静脉血3 ml,4℃离心(2 000 r/min,离心10 min),上清液肝素抗凝,取血清-80℃冰箱保存待测。采用ELISA方法检测,严格按说明书进行操作。
1.2.5 qRT-PCR检测MMP-2、MMP-9、TIMP-1、TIMP-2 mRNA表达 取各组脾组织,按照Trizol试剂盒说明书提取组织总RNA,溶于DEPC处理的去离子水中,-70℃保存备用。qRT-PCR采用SYBR Green法。相关基因引物序列见表1,实验中以管家基因GAPDH作为内参,以超纯水(PCR级,无RNase)作为阴性对照。结果分析按2-ΔΔCt来计算出各组扩增效率。
1.2.6 显微图像分析 采用Image-Pro Plus 6.0病理细胞图像分析系统,将各组MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2免疫组织化学染色切片进行图像分析,选取测量参数,测定阳性率,每间隔1个高倍视野(×400)选取1个视野进行观察,每张切片至少观察5个高倍视野,计算其阳性细胞表达率=(5个高倍视野的阳性细胞数/细胞总数×100%)并计算其平均值。
1.3 统计学方法
采用SPSS17.0统计软件进行数据分析,用均数±标准差(±s)表示,3组间比较采用单因素方差分析,在方差分析有意义的基础上,再采用SNK-q检验进行两两比较,两组间比较采用配对和独立样本t检验,P<0.05为差异有统计学意义。
表1 相关基因的引物序列及扩增产物大小
2 结果
2.1 脾脏MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2蛋白表达分布与含量
MMP-2和MMP-9蛋白阳性表达密集分布在边缘区巨噬细胞内,散在分布于红髓脾窦内皮细胞、脾索和脾小梁成纤维细胞和网状细胞内;白髓罕见蛋白阳性表达。TIMP-1和TIMP-2蛋白阳性表达密集分布于边缘区巨噬细胞内,散在分布于红髓脾窦内皮细胞和血管周围的成纤维细胞内。3组的分布部位大致相同,其中残脾组和巨脾组分布密度明显增高(见附图)。
3组脾脏MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2蛋白阳性表达率比较,差异有统计学意义(P<0.05)。残脾组MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2蛋白阳性表达率与对照组比较,差异有统计学意义(t=2.650、2.142、3.538和2.402,P=0.014、0.043、0.002和0.024),残脾组增加;巨脾组MMP-2、MMP-9、TIMP-1、TIMP-2蛋白阳性表达率与对照组比较,差异有统计学意义(t=3.462、2.523、4.254和2.317,P=0.002、0.019、0.000和0.029);残脾组和巨脾组之间比较,差异无统计学意义(t=-0.789、-0.397、-0.857和-0.187,P=0.438、0.695、0.400和0.853)。见表2。
2.2 血清MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2水平
3组血清MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2比较,经单因素方差分析,差异有统计学意义(P<0.05)。残脾组血清MMP-2、MMP-9、TIMP-1、TIMP-2水平与对照组比较,差异有统计学意义(t=11.248、7.692、19.707和6.322,均P=0.000),残脾组升高;巨脾组血清MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2水平与对照组比较,差异有统计学意义(t=10.561、9.735、19.904和7.175,均P=0.000),巨脾组升高;残脾组和巨脾组之间比较,差异无统计学意义(t=-0.862、-0.990、-1.606和 -1.901,P=0.397、0.332、0.121和0.069)。见表3。
2.3 脾脏MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2 mRNA表达
3组脾脏MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2 mRNA比较,经单因素方差分析,差异有统计学意义(P<0.05)。残脾组MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2 mRNA表达与对照组比较,差异有统计学意义(t=2.105、3.518、3.196和2.828,P=0.046、0.002、0.004和0.009),残脾组增加;巨脾组MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2 mRNA表达与对照组比较,差异有统计学意义(t=2.646、3.630、2.449和2.353,P=0.014、0.001、0.022和0.027),巨脾组增加;残脾组和巨脾组之间比较,差异无统计学意义(t= -0.519、-0.929、-0.060和 -0.329,P=0.609、0.362、0.953和0.745)。见表4。
附图 脾脏MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2蛋白表达 (×400)
表2 3组脾脏MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2蛋白阳性表达率比较 (n=13,%,±s)
表2 3组脾脏MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2蛋白阳性表达率比较 (n=13,%,±s)
注:†与对照组比较,P<0.05
组别MMP-2MMP-9TIMP-1TIMP-2残脾组 7.00±1.41†8.85±1.57†5.23±1.09†4.46±0.88†巨脾组 7.38±1.04†9.08±1.38†5.62±1.19†4.54±1.20†对照组 5.15±2.08 7.15±2.38 3.77±1.01 3.31±1.49F值 7.497 4.289 4.239 4.179P值 0.002 0.021 0.022 0.023
表3 3组血清MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2水平比较 (n=13,ng/ml,±s)
表3 3组血清MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2水平比较 (n=13,ng/ml,±s)
注:†与对照组比较,P<0.05
组别MMP-2MMP-9TIMP-1TIMP-2残脾组 1.05±0.12†312.65±98.10†502.38±70.28†211.66±25.71†巨脾组 1.09±0.15†349.30±90.60†549.29±78.45†234.32±34.43†对照组 0.62±0.07 99.83±18.13 95.64±24.47 160.59±13.68F值 66.063 38.967 207.602 27.350P值 0.000 0.000 0.000 0.000
表4 3组脾脏MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2 mRNA阳性表达率比较 (n=13,%,±s)
表4 3组脾脏MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2 mRNA阳性表达率比较 (n=13,%,±s)
注:†与对照组比较,P<0.05
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3 讨论
MMPs是1种酶类家族,可通过共同的底物作用于所有的细胞外基质[7]。TIMPs则是1种多功能蛋白酶,能调节细胞增殖、细胞凋亡、MMPs活性、血管增生[8]。在正常组织中,MMPs和TIMPs处于低表达状态。当某种因素激活组织重塑时,能迅速诱导这些酶呈高表达和活性增加[9]。研究表明[10],低浓度TIMP-2可增强和促进 MMP-2活性,高浓度TIMP-2则抑制MMP-2活性。MMP-2和MMP-9具有降解胶原Ⅳ和胶原Ⅴ及阻止纤维化的作用,而TIMPs则下调MMPs活性,促进纤维化进程。由此可见,在病理情况下,MMPs能促进细胞外基质降解,但受内源性TIMPs调控,TIMPs与MMPs之间调节失衡有利于疾病的发展[11]。
本研究发现,3组的MMP-2、MMP-9、TIMP-1、TIMP-2蛋白阳性表达主要分布于巨噬细胞内。残脾组和巨脾组MMP-2、MMP-9、TIMP-1、TIMP-2蛋白阳性表达率和基因表达均高于对照组;残脾组和巨脾组血清MMP-2、MMP-9、TIMP-1、TIMP-2蛋白水平均高于对照组。在脾脏组织中,MMPs和TIMPs蛋白的阳性表达,本研究结果与曾仲等[12]的动物实验结果一致。在血清中,MMPs和TIMPs蛋白水平与LUO等[13]和BUSK等[14]结果相似。MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2 mRNA表达与免疫组织化学蛋白阳性表达率变化趋势相同。本研究提示,残脾和巨脾组织纤维化明显,如同肝纤维化一样,可刺激多种细胞(巨噬细胞、内皮细胞、成纤维细胞)加速分泌MMP和TIMP,以降解细胞外基质的过剩和沉积。脾肿大,脾髓内高压与慢性炎症共存,可能是MMP-9 mRNA和TIMP-1mRNA表达增加的诱导因素[15]。现已证实,MMP-2、MMP-9、TIMP-1、TIMP-2与炎症细胞和炎症因子密切相关[16]。正常情况下,组织内MMP活性低下或甚微。当炎症因子表达、生长激素和氧应激增加时,可诱发MMP激活,发挥其降解细胞外基质代谢的功能。文献报道[17],在MMP和TIMP的失调过程中,同时影响着细胞凋亡。前期研究发现[18],巨脾组织内凋亡细胞阳性表达率降低,而残脾组织内凋亡细胞阳性表达率则增加。这一结果则提示,脾组织MMP和TIMP的代谢异常与细胞更新无关联性。GULINO等[19]提出,缺氧可导致MMP-9分泌减少,TIMP-1释放增加,出现严重的MMP-9/TIMP-1比例失调。GUNIA等[20]发现,脓毒血症脾MMP-1和 TIMP-1平衡失调,MMP-1的增加可能与巨噬细胞被激活有关。组织纤维化的结局反映细胞外基质合成和降解的失调,其调节与相关因子和蛋白有关,如IL-1β、TNF-α、血小板源性生长因子、MMP、TIMP[21]。MMP和TIMP平衡的分子机制涉及p38/ NF-κB、NF-κB、MAKP、PA-1、FAK等多种信号通路。MMP诱导或抑制信号来自细胞外基质通过细胞内信号传导激活或抑制MMP基因[22-25]。此外,有学者认为,MMP和TIMP的动态生理平衡还可能与免疫反应相关[26]。
本研究结果与笔者前期的脾脏组织学研究结果相符合,即脾大部切除后残脾纤维化未再发展[27]。本研究显示,残脾组织MMP-2、MMP-9蛋白和基因表达增加,仅反映在分子和基因水平脾纤维化存在的可能性。TIMP-1、TIMP-2蛋白和基因表达增加,则提示机体仍存在1种生理补偿调节功能。由此可以推测残脾MMP和TIMP代谢没有出现比例失调,或许是残脾纤维化不再加重的原因之一。本研究还提示,实时检测血清MMP-2、MMP-9、TIMP-1、TIMP-2水平可作为间接评估脾纤维化的一项敏感的生物指标。另外,笔者前期对残脾免疫细胞指标的检测、形态和功能的观察,均证实残脾无脾大脾亢复发,同时可发挥分流降低门静脉压力作用[4,28]。所获取的这些资料表明,门静脉高压症患者实施保脾术对保留脾免疫功能具有可行性和必要性,同时改变人们对门静脉高压症巨脾的一些模糊认识。
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(张蕾 编辑)
Changes of MMPs and tissue inhibitors of metalloproteinase in residual spleen after subtotal splenectomy for portal hypertension*
Yong-bo Xu1,Hong Li2,Yuan-yuan Bei3,Yuan Li3,Jin-yuan Tang1,Kun Li1,Hai-bo Chu1
(1.Department of General Surgery,the 89th Hospital of Chinese PLA,Weifang,Shandong 261021, China;2.Medical Research Center,3.Graduate Division,Weifang Medical College,Weifang, Shandong 261053,China)
R657.6
A
2017-01-02
山东省潍坊市科技发展计划资助项目(No:2014zj1058)
褚海波,Email:haibochuwf@163.com
10.3969/j.issn.1005-8982.2017.22.006
1005-8982(2017)22-0030-06