阮妙華(綜述)，陳 其(審校)

(溫州醫(yī)學(xué)院附屬育英兒童醫(yī)院心血管科，浙江溫州325027)

細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)是心臟和心血管壁的主要成分，基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs)對(duì)ECM有廣泛的降解作用，是調(diào)節(jié)ECM動(dòng)態(tài)平衡最重要的一大酶系。明膠酶(MMP-2和MMP-9)作為MMPs家族分布最廣的兩種亞型，因在體內(nèi)可以用多種方法被檢測(cè)到，故醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的科研工作者已對(duì)其做了大量研究。現(xiàn)就近年來明膠酶與小兒川崎病、心肌病、心肌炎及心力衰竭的研究進(jìn)展予以綜述。

1 明膠酶(MMP-2和MMP-9)的概述

1.1 MMPs家族 目前，在脊椎動(dòng)物中已發(fā)現(xiàn)26個(gè)MMP家族成員，在人類，包括重復(fù)的MMP-23基因在內(nèi)，已發(fā)現(xiàn)24種MMPs基因，因此相當(dāng)于人類有23個(gè)MMPs家族成員。根據(jù)作用底物特異性的不同，MMPs家族成員可被分為6大類［1-3］。①膠原酶:MMP-1、MMP-8、MMP-13 和 MMP-18;② 明 膠 酶:MMP-2和MMP-9;③間質(zhì)溶解素:MMP-3和MMP-10;④基質(zhì)溶解素:MMP-7和 MMP-26;⑤膜型-MMPs:MMP-14、MMP-15、MMP-16、MMP-24、MMP-17 和MMP-25;⑥其他 MMPs:MMP-11、MMP-12、MMP-19、MMP-20、MMP-22、MMP-23 和 MMP-28。

1.2 明膠酶 明膠酶包括明膠酶A(MMP-2)和明膠酶B(MMP-9)，以前酶原的形式從胞內(nèi)分泌，在生理狀態(tài)下，MMP-2和MMP-9的表達(dá)很少，幾乎可忽略不計(jì)。

MMP-9是MMPs家族中相對(duì)分子質(zhì)量最大的酶，來源于中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞及心肌細(xì)胞等。人 MMP-9基因位于20q11.2 ～13.1，全長(zhǎng)26000，包括7700的結(jié)構(gòu)基因、15000的5'端側(cè)翼及3500的 3'端側(cè)翼區(qū)，含 13個(gè)外顯子及12個(gè)內(nèi)含子。MMP-9含有7個(gè)結(jié)構(gòu)域:信號(hào)肽，前肽，催化區(qū)域，羧基末端凝血素樣結(jié)構(gòu)域，鉸鏈區(qū)，纖連蛋白樣明膠結(jié)合區(qū)以及膠原樣結(jié)構(gòu)域［4］。MMP-9的表達(dá)和分泌在基因轉(zhuǎn)錄、合成、分泌、激活、抑制和糖基化等不同水平受到嚴(yán)密調(diào)控。在細(xì)胞因子、病毒、細(xì)菌產(chǎn)物等刺激下，白細(xì)胞內(nèi)MMP-9基因轉(zhuǎn)錄激活，然后成熟的中性粒細(xì)胞以脫顆粒的方式釋放 pro-MMP-9，其他MMPs蛋白水解pro-MMP-9前肽區(qū)域的半胱氨酸巰基，發(fā)生過構(gòu)象變化，暴露出Zn2+活化區(qū)域，激活pro-MMP-9［5］。MMP-9可被特異性抑制劑基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制劑1(tissue inhibitor of metalloproteinase-1，TIMP-1)和非特異性抑制劑 α2巨球蛋白所抑制。

MMP-2主要來源于成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞。人MMP-2基因位于16q13～q21，底物主要有Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅹ型膠原以及明膠、纖維連接蛋白、彈力蛋白、pro-MMP-9等［6］。pro-MMP-2的激活主要在細(xì)胞表面進(jìn)行，可被MT-MMPs激活(除MT4-MMP外)。MT1-MMP調(diào)節(jié) pro-MMP-2激活的過程需要TIMP-2的參與，MT1-MMP N端跨膜區(qū)域與TIMP-2 N端相連，形成受體后與pro-MMP-2的連接，形成三元復(fù)合物中的pro-MMP-2可被鄰近激活的MT1-MMP降解成相對(duì)分子質(zhì)量為64×103的中間產(chǎn)物。并且，TIMP-2/MT1-MMP以0.05比率結(jié)合可最大限度地激活pro-MMP-2，說明大量游離的MT1-MMP可有效激活pro-MMP-2-TIMP-2-MT1-MMP三元復(fù)合物中的pro-MMP-2。

2 明膠酶與小兒心血管疾病的關(guān)系

2.1 川崎病 川崎病是兒童全身性血管炎的最常見原因，主要累及中小動(dòng)脈，以冠狀動(dòng)脈損害為主。其病理改變主要為透壁性炎性反應(yīng)、ECM的改變、血管中膜變薄以及彈性內(nèi)膜破壞，最終導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈擴(kuò)張及冠狀動(dòng)脈瘤形成。而動(dòng)脈血管基質(zhì)的代謝紊亂是冠狀動(dòng)脈瘤形成的重要原因之一，明膠酶通過降解ECM直接參與該病理過程。Gavin等［7］對(duì)10例死于川崎病急性期患兒尸體中提取的冠狀動(dòng)脈及心肌相關(guān)組織研究發(fā)現(xiàn)，MMP-2在川崎病冠狀動(dòng)脈瘤患者增生的血管內(nèi)膜及新生毛細(xì)血管的內(nèi)皮細(xì)胞中顯著表達(dá)。在川崎病急性期，MMP-9的免疫定位既存在于動(dòng)脈瘤內(nèi)，也存在于心肌、血管外膜的外周神經(jīng)及未受炎性侵犯的冠狀動(dòng)脈血管壁中，而非川崎病患者的MMP-9染色則為陰性，說明MMP-9在川崎病急性期全身血管中都有表達(dá)。提示MMP-2可能參與川崎病急性期動(dòng)脈壁的重塑，而MMP-9則參與冠狀動(dòng)脈瘤的形成過程，川崎病急性期炎性反應(yīng)越重，則冠狀損害率相應(yīng)升高。張園海等［8］研究也證實(shí)，MMP-2和MMP-9可能參與冠狀動(dòng)脈損害的發(fā)生、發(fā)展，靜脈輸注丙種球蛋白防治冠狀動(dòng)脈損害的機(jī)制，可能與抑制內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)MMP-2、MMP-9及相關(guān)炎性因子有關(guān)。另外，Lau等［9］對(duì)用干酪乳桿菌細(xì)胞壁成分誘導(dǎo)鼠川崎病模型研究發(fā)現(xiàn)，彈性蛋白酶MMP-9的表達(dá)水平及活性顯著升高。而在MMP-9基因剔除的鼠川崎病模型中，彈性蛋白的降解明顯降低，說明冠狀動(dòng)脈彈性蛋白的降解與MMP-9有關(guān)，提示MMP-9可通過降解ECM參與川崎病冠狀動(dòng)脈損害過程。MMP-2和MMP-9參與川崎病的冠脈損害過程，可作為川崎病冠狀動(dòng)脈損害的預(yù)測(cè)與相應(yīng)預(yù)后指標(biāo)。但Lau等［10］又報(bào)道，對(duì)46例典型川崎病患兒的研究發(fā)現(xiàn)，MMP-9和MMP-2在外周血的表達(dá)水平及活性與冠狀動(dòng)脈損害無關(guān)聯(lián)，考慮明膠酶的活性可能受到局部組織環(huán)境等多水平的調(diào)節(jié)。因此，循環(huán)血液中MMP-2和MMP-9的水平不能單獨(dú)作為川崎病冠狀動(dòng)脈損害的獨(dú)立性生物預(yù)測(cè)指標(biāo)。

2.2 先天性心臟病 先天性心臟病是小兒時(shí)期最常見的心血管疾病，其中左向右分流型心臟病最多見，占60%～70%，主要為室間隔缺損、動(dòng)脈導(dǎo)管未閉及房間隔缺損。在異常的血流動(dòng)力學(xué)血流剪切力的作用下，肺血管內(nèi)皮損傷可導(dǎo)致肺血管重構(gòu)，形成肺動(dòng)脈高壓。肺動(dòng)脈高壓是一種以持續(xù)性肺血管阻力增高和右心室增生肥厚致右心衰竭甚至死亡為特征的綜合征，是左向右分流型先天性心臟病的嚴(yán)重并發(fā)癥，可直接影響到先天性心臟病患兒的手術(shù)矯治過程及預(yù)后。肺動(dòng)脈高壓這種致命的并發(fā)癥與肺血管重構(gòu)有關(guān)，血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷與刺激性增生為最基本的病理過程，MMPs可能部分參與該過程。Sakata等［11］觀察到高血流狀態(tài)下肺組織中MMPs活性增加，明膠底物酶譜法分析證實(shí)為明膠酶MMP-2和MMP-9。另文獻(xiàn)報(bào)道［12］，在缺氧及野百合堿誘導(dǎo)的肺動(dòng)脈高壓動(dòng)物模型中，肺血管MMP-2的活性明顯升高，在血管內(nèi)膜、中膜及外膜都有散在分布，并且與肺動(dòng)脈高壓的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，以上說明MMP-2、MMP-9參與肺動(dòng)脈高壓的形成。另外，明膠酶及相關(guān)炎性因子還可作為先天性心臟病患兒術(shù)后預(yù)后的生物預(yù)測(cè)指標(biāo)，如國(guó)外一項(xiàng)對(duì)9例＜9個(gè)月患先天性心臟病室間隔缺損的患兒行外科手術(shù)，并采用體外循環(huán)病例研究報(bào)道［13］，術(shù)后早期 MMP-2降低，48 h后恢復(fù)正常，體外循環(huán)致全身炎性反應(yīng)及前炎性細(xì)胞因子釋放增多，可使MMP-9的表達(dá)顯著升高。由于肺動(dòng)脈高壓肺組織及肺血管有明膠酶表達(dá)和活性的改變，所以深入研究明膠酶及抑制劑對(duì)肺血管重構(gòu)的影響以及探討其在先天性心臟病并發(fā)肺動(dòng)脈高壓的發(fā)病機(jī)制中的作用，為肺動(dòng)脈高壓的防治以及先天性心臟病術(shù)后預(yù)后評(píng)估提供理論依據(jù)具有重要意義。

二葉式主動(dòng)脈瓣是最常見的先天性心臟或大血管的畸形，美國(guó)發(fā)病率為1%～2%，是主動(dòng)脈瓣狹窄及反流最常見的原因，可導(dǎo)致主動(dòng)脈擴(kuò)張、剝離甚至動(dòng)脈瘤破裂。LeMaire等［14］在對(duì)14例先天性二葉式主動(dòng)脈瓣致升主動(dòng)脈瘤患者的研究中發(fā)現(xiàn)，MMP-2的表達(dá)升高，而MMP-9正常表達(dá)。Boyum等［15］研究發(fā)現(xiàn)，二葉式主動(dòng)脈瓣伴微動(dòng)脈瘤的患者M(jìn)MP-2和MMP-9的表達(dá)都顯著升高，提示明膠酶可作為先天性二葉式主動(dòng)脈瓣動(dòng)脈瘤形成的預(yù)測(cè)指標(biāo)之一。

2.3 病毒性心肌炎 病毒性心肌炎是臨床上常見的兒童心血管系統(tǒng)疾病，可發(fā)展為擴(kuò)張性心肌病(dilated cardiomyopathy，DCM)，是造成心力衰竭最常見的原因。Cheung等［16］報(bào)道，在鼠病毒性心肌炎動(dòng)物模型中，柯薩奇病毒 B3(Coxsackie virus B3，CVB3)感染后9 d，反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)可檢測(cè)到MMP-2、MMP-9和MMP-12的轉(zhuǎn)錄水平升高，免疫組化法和酶譜法分析進(jìn)一步證實(shí)MMP-2和MMP-9在蛋白水平的表達(dá)以及活性都相應(yīng)升高。可推斷，CVB3感染后ECM的重塑與MMPs表達(dá)和活性增強(qiáng)有關(guān)。但同時(shí)，Cheung等［16］對(duì) MMP-9基因剔除的CVB3感染后9 d的老鼠心肌組織研究發(fā)現(xiàn)，其心肌損傷及感染灶較正常組明顯增多，并且心肌纖維化、病毒滴度升高的同時(shí)伴有心臟射血分?jǐn)?shù)和心排血量的下降。因此，CVB3感染后MMP-9可干擾病毒在心臟組織的增殖，促進(jìn)免疫浸潤(rùn)和加快心肌的重塑，從而保證心排血量，MMP-9在CVB3病毒性心肌炎的抗病毒免疫應(yīng)答中起積極保護(hù)作用。Heymans等［17］報(bào)道，CVB3感染后7 d，酶譜法檢測(cè)到尿激酶型纖溶酶原激活物和MMP-9活性顯著升高。同時(shí)，MMP-9的蛋白表達(dá)水平也升高，在對(duì)C57BL/6尿激酶型纖溶酶原激活物基因剔除的老鼠研究發(fā)現(xiàn)，靶向剔除尿激酶型纖溶酶原激活物基因，在CVB3感染7 d后，與正常組相比pro-MMP-2和pro-MMP-9的表達(dá)分別下降了24%和50%，心臟炎性反應(yīng)減輕，心肌壞死灶減少，而35 d后心肌纖維化也明顯減輕。因此，尿激酶型纖溶酶原激活物或者M(jìn)MP-9的失活可減輕CVB3感染后的心臟炎性反應(yīng)，可防止心臟損害、避免發(fā)展至心力衰竭。

2.4 心肌病 DCM可進(jìn)展至心力衰竭，病程不可逆，可致死亡。Thomas等［18］對(duì)兒童DCM研究發(fā)現(xiàn)，MMP-9活性升高，MMP-2的活性無變化，同時(shí)心室壁變薄、心腔擴(kuò)大、心功能降低，說明MMP-9在DCM的進(jìn)展中起重要作用。以往報(bào)道多認(rèn)為MMP-2可造成ECM重塑，導(dǎo)致心力衰竭。國(guó)外有文獻(xiàn)報(bào)道，肥厚型心肌病患者血漿中MMP-2和TIMP-2的表達(dá)升高，并與左心室縮短分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)，與左心室直徑呈正相關(guān)，說明MMP-2和TIMP-2的表達(dá)及活性與肥厚性心肌病患者的心肌重塑有關(guān)。但Matsusaka等［19］報(bào)道，對(duì)腫瘤壞死因子α誘導(dǎo)的心肌病雌鼠模型剔除MMP-2基因后炎性反應(yīng)加劇，但心肌肥厚及間質(zhì)纖維化無影響，加快了心肌收縮功能障礙及心力衰竭的進(jìn)程，提示MMP-2在炎性因子誘導(dǎo)的心肌病中起保護(hù)作用。Matsumoto等［20］用C蛋白誘導(dǎo)的自身免疫性心肌炎及繼發(fā)的DCM動(dòng)物模型，反轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈反應(yīng)法證實(shí)MMP-2和MMP-9的mRNA表達(dá)都升高，認(rèn)為MMP-9主要由浸潤(rùn)心肌組織的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生，故在早期炎性反應(yīng)起主要作用，而MMP-2主要在心肌細(xì)胞產(chǎn)生，對(duì)心臟慢性纖維化起作用。因此，在炎癥早期MMP-9抑制劑可改善自身免疫性心肌炎的病理發(fā)展過程，而MMP-2抑制劑則無此作用。這對(duì)自身免疫性心肌炎及繼發(fā)的DCM的治療研究進(jìn)展提供了分子生物學(xué)基礎(chǔ)，可通過采取一定措施早期干擾或抑制MMP-9的產(chǎn)生，避免DCM的發(fā)生。

2.5 心力衰竭 心力衰竭是所有心血管疾病的終末階段，可導(dǎo)致死亡。心力衰竭主要表現(xiàn)為左心室泵衰竭，泵衰竭的機(jī)制主要是由于心肌重塑引起的左心室?guī)缀谓Y(jié)構(gòu)的改變，而MMPs所致ECM的平衡失調(diào)過程可導(dǎo)致心肌重塑。目前國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)證實(shí)，在人及實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型所致心力衰竭時(shí)，伴有MMPs活性的增強(qiáng)。Vorovich等［21］發(fā)現(xiàn)，臨床表現(xiàn)為收縮性心力衰竭患者，血漿MMP-9的水平與左心室舒張末期容積指數(shù)及射血分?jǐn)?shù)無相關(guān)性，說明MMP-9在提示該患者心肌重塑及病情進(jìn)展上臨床意義不大。另外，有文獻(xiàn)報(bào)道，心力衰竭患者血漿中 MMP-2、MMP-9和TIMP-1的表達(dá)增高，但只有MMP-2的水平與紐約心臟協(xié)會(huì)分級(jí)顯著相關(guān)，MMP-2可作為心力衰竭患者病死率的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子。國(guó)內(nèi)Hua等［22］通過對(duì)605例收縮期心力衰竭患者研究發(fā)現(xiàn)，MMP-2 rs17859821A等位基因攜帶患者病死率明顯降低，提示預(yù)后良好，而 MMP-2 rs243866，rs243864等位基因則與預(yù)后無關(guān)，說明MMP-2的基因多形態(tài)性在心力衰竭心肌纖維化的過程中起重要作用，為治療心力衰竭的基因水平研究提供了一定基礎(chǔ)。

3 展望

明膠酶由于特異性底物的不同，在分子生物學(xué)水平直接參與了心血管疾病過程中的心肌及血管重塑過程，因此明膠酶在小兒心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后中起重要作用。雖然目前國(guó)內(nèi)外對(duì)明膠酶的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及相關(guān)藥物研究很多，但是對(duì)其從基礎(chǔ)研究過渡到臨床研究的復(fù)雜性的了解還不夠。因此，從基因水平或轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)節(jié)明膠酶的活性及選擇性抑制劑成為今后預(yù)防和研究小兒心血管疾病領(lǐng)域的重要方向。

［1］Cheung C，Luo H，Yanagawa B，et al.Matrix metalloproteinases and tissue inhibitors of metalloproteinases in coxsackievirus-induced myocarditis［J］.Cardiovasc Pathol，2006，15(2):63-74.

［2］Pauschinger M，Chandrasekharan K，Schultheiss HP.Myocardial remodeling in viral heart disease:possible interactions between inflammatory mediators and MMP-TIMP system［J］.Heart Fail Rev，2004，9(1):21-31.

［3］Wilson EM，Gunasinghe HR，Coker ML，et al.Plasma matrix metalloproteinase and inhibitor profiles in patients with heart failure［J］.J Card Fail，2002，8(6):390-398.

［4］Ram M，Sherer Y，Shoenfeld Y.Matrix metalloproteinase-9 and autoimmune diseases［J］.J Clin Immunol，2006，26(4):299-307.

［5］Opdenakker G，Van den Steen PE，Dubois B，et al.Gelatinase B functions as regulator and effector in leukocyte biology［J］.J Leukoc Biol，2001，69(6):851-859.

［6］Tayebjee MH，Nadar S，Blann AD，et al.Matrix metalloproteinase-9 and tissue inhibitor of metalloproteinase-1 in hypertension and their relationship to cardiovascular risk and treatment:a substudy of the Anglo-Scandinavian Cardiac Outcomes Trial(ASCOT)［J］.Am J Hypertens，2004，17(9):764-769.

［7］Gavin PJ，Crawford SE，Shulman ST，et al.Systemic arterial expression of matrix metalloproteinases 2 and 9 in acute Kawasaki disease［J］.Arterioscler Thromb Vasc Biol，2003，23(4):576-581.

［8］張園海，何躍娥，項(xiàng)如蓮，等.川崎病急性期血清對(duì)血管內(nèi)皮MMP-2、MMP-9和TNF-α分泌的影響及IVIG的干預(yù)機(jī)制探討［J］.中國(guó)臨床藥理學(xué)與治療學(xué)，2009，14(5):586-590.

［9］Lau AC，Duong TT，Ito S，et al.Inhibition of matrix metalloprotein-ase-9 activity improves coronary outcome in an animal model of Kawasaki disease［J］.Clin Exp Immunol，2009，157(2):300-309.

［10］Lau AC，Rosenberg H，Duong TT，et al.Elastolytic matrix metalloproteinases and coronary outcome in children with Kawasaki disease［J］.Pediatr Res，2007，61(6):710-715.

［11］Sakata Y，Yamamoto K，Mano T，et al.Activation of matrix metalloproteinases precedes left ventricular remodeling in hypertensive heart failure rats its inhibition as a primary effect of Angiotensinconverting enzyme inhibitor［J］.Circulation，2004，109(17):2143-2149.

［12］Frisdal E，Gest V，Vieillard-Baron A，et al.Gelatinase expression in pulmonary arteries during experimental pulmonary hypertension［J］.Eur Eur Respir J，2001，18(5):838-845.

［13］McQuinn TC，Deardorff RL，Mukherjee R，et al.Circulating matrix metalloproteinase levels after ventricular septal defect repair in infants［J］.J Thorac Cardiovasc Surg，2010，140(6):1257-1265.

［14］LeMaire SA，Wang X，Wilks JA，et al.Matrix metalloproteinases in ascending aortic aneurysms:bicuspid versus trileaflet aortic valves［J］.J Surg Res，2005，123(1):40-48.

［15］Boyum J，F(xiàn)ellinger EK，Schmoker JD，et al.Matrix metalloproteinase activity in thoracic aortic aneurysms associated with bicuspid and tricuspid aortic valves［J］.J Thorac Cardiovasc Surg，2004，127(3):686-691.

［16］Cheung C，Marchant D，Walker EK，et al.Ablation of Matrix Metalloproteinase-9 Increases Severity of Viral Myocarditis in Mice［J］.Circulation，2008，117(12):1574-1582.

［17］Heymans S，Pauschinger M，De Palma A，et al.Inhibition of urokinase-type plasminogen activator or matrix metalloproteinases prevents cardiac injury and dysfunction during viral myocarditis［J］.Circulation，2006，114(6):565-573.

［18］Thomas CV，Coker ML，Zellner JL，et al.Increased matrix metalloproteinase activity and selective upregulation in LV myocardium from patients with end-stage dilated cardiomyopathy［J］.Circulation，1998，97(17):1708-1715.

［19］Matsusaka H，Ikeuchi M，Matsushima S，et al.Selective disruption of MMP-2 gene exacerbates myocardial inflammation and dysfunction in mice with cytokine-induced cardiomyopathy［J］.Am J Physiol Heart Circ Physiol，2005，289(5):H1858-H1864.

［20］Matsumoto Y，Park IK，Kohyama K，et al.Matrix metalloproteinase(MMP)-9，but not MMP-2，is involved in the development and progression of C protein-induced myocarditis and subsequent dilated cardiomyopathy［J］.J Immunol，2009，183(7):4773-4781.

［21］Vorovich EE，Chuai S，Li M，et al.Comparison of matrix metalloproteinase 9 and brain natriuretic peptide as clinical biomarkers in chronic heart failure［J］.Am Heart J，2008，155(6):992-997.

［22］Hua Y，Song L，Wu N，et al.Polymorphisms of MMP-2 gene are associated with systolic heart failure prognosis［J］.Clin Chim Acta，2009，404(2):119-123.

［23］孟曉慧，汪冀.基質(zhì)金屬蛋白酶與小兒心血管疾病的關(guān)系［J］.國(guó)外醫(yī)學(xué)(兒科學(xué)分冊(cè))2003，30(3):144-146.