金属蛋白酶9及其抑制因子-1在脓毒症致多器官功能障碍综合征中的作用

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中华急诊医学杂志2012年8月第21卷第8期Chin J Emerg Med,August 2012,Vol.21,No.8

P927-928

多器官功能障碍综合征（multiple organ dysfunction syndrome，MODS）是不同病因导致的以多个脏器功能障碍和内环境紊乱为特点的临床综合征，病程包括早期器官功能障碍的发生到衰竭全过程，炎症反应、凝血激活、免疫应答失调共存于MODS发病过程，其中免疫应答失调是最重要的致病因素。机体这种免疫应答失调的过程，严重时在临床上表现为全身炎症反应综合征（systemic inflammation response syndrome，SIRS），进而发展为MODS。20世纪90年代已达成了"MODS是过度的SIRS或过度代偿性全身抗炎反应综合征（compensatory antinflammatory response syndrome，CARS）引起的多器官功能障碍"的共识。而脓毒症是机体针对微生物感染的SIRS，1991年美国胸外医师协会和危重病学会在芝加哥联合召开的讨论会上即已明确指出，脓毒症是导致MODS的主要原因。而基质金属蛋白酶-9（matrix metalloproteinase-9，MMP-9）及其抑制因子-1（tissue inhibitor of metalloproteinases-1，TIMP-1）在脓毒症致MODS病程中起了重要作用。

1 脓毒症诱发MODS的分子机制

MODS的发病机制十分复杂，学者们从缺血-再灌注、胃肠道屏障受损、炎症失控、代偿性抗炎失控、二次打击以及细胞凋亡等角度对其进行诠释。实际上，脓毒症本身也是一个复杂的病理生理过程，根据国内外相关的研究进展将脓毒症诱发MODS的机制总结如下：①机体在遭受严重感染打击时，立即启动防御机制，包括激活中性粒细胞、单核-巨噬细胞等炎症细胞，释放以肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）为代表的炎症细胞因子、蛋白酶等活性物质，并且与免疫细胞之间相互促进，这种免疫应激反应不断放大，发展为全身性的炎症反应。②机体启动全身炎症反应的同时，也启动了抗炎反应，以白细胞介素-10（interleukin -10，IL-10）为代表的抗炎因子大量释放，同时反应型CD4+T淋巴细胞亚群向非反应型CD8+亚群"漂移"，TNF-α、IL-2等炎症细胞因子分泌减少，单核细胞失活，发生全身抗炎反应，导致机体的免疫抑制。③虽然机体发生全身抗炎反应，但IL-1、氧自由基等炎症细胞因子和促炎物质可以使中性粒细胞延缓凋亡，从而延长炎症反应的持续时间。因此，脓毒症时机体实际上是处于持续的炎症反应和免疫功能低下状态，SIRS和CARS共存，它们并不是彼消我长的关系，而是脓毒症的两个方面，共同促进MODS发生。④脓毒症时，TNF-α、IL-1的大量释放以及内皮的激活和损伤可激活凝血系统，造成脓毒症机体的高凝状态。随着病程的发展，各种凝血因子、抗凝物质以及血小板被消耗，严重时发生消耗性凝血病，推进了MODS进程。⑤脓毒症时，TNF-α、IL-1、NO、前列腺素等生物活性物质可以使血管扩张，血管平滑肌对儿茶酚胺的反应性降低，造成血管的舒缩调节功能障碍，血流分布异常，另外血管通透性增加、动静脉短路开放均可造成组织灌注不足，发生功能障碍。⑥此外，脓毒症时，胃肠道、胸腺、脾脏细胞极易发生凋亡，造成肠道黏膜屏障和免疫功能受损，导致机体内毒素易位和免疫力低下，最终引发MODS。

2 基质金属蛋白酶-9 和组织抑制因子-1

MMP-9与其他MMPs成员一样，是锌离子依赖的蛋白水解酶，主要以明胶和Ⅳ型胶原（collagen IV，IV-C）为底物，因此又叫明胶酶、IV-C酶。而IV-C是各种基膜特有的重要成分。MMP-9在正常组织中表达量很少，但在炎症反应时，活化的中性粒细胞、单核细胞、内皮细胞等可合成并释放大量MMP-9，破坏内皮、上皮基膜结构［4］,从而影响相应组织细胞功能。MMP-9的活性调节在基因转录、酶原活化、抑制物对酶的抑制三个环节进行，组织抑制因子-1是其内源性抑制物，常由分泌MMPs的同一细胞合成，可优先与MMP-9酶原或活化的MMP-9结合形成高亲和力的非共价键复合体，抑制MMP-9活性。TIMP-1还参与调节细胞的增殖，主要功能是促进细胞增殖和抑制细胞凋亡，是近年研究热点。

3 MMP-9和TIMP-1与MODS

3.1 MMP-9与MODS

MODS大鼠的肺、肝、脾、肾组织中均能检测到MMP-9阳性表达量明显增加。MMP-9基因启动子位置存在NF - κB、AP - 1、SP - 1等多种核因子结合位点， TNF-α、IL-1等炎症细胞因子可通过这些位点使内皮细胞、中性粒细胞、上皮细胞、肝肺巨噬细胞等组织细胞MMP-9的表达增加。而MMP-9不仅仅作为这些细胞因子的下游产物，它可将无活性的前体TNF-α转化为活性的TNF-α，将前体IL-1β转化为活性的IL-1β ，并且可在氨基末端的特异性位点裂解趋化因子IL-8，使其催化能力增强为原来的27倍，同时MMP-9的释放能力增强为原来的10倍。MMP-9与这些细胞因子形成正反馈环，进一步激活单核-巨噬细胞、中性粒细胞，增强其生物学活性。滕林和余旻等研究酵母多糖诱导MODS大鼠血清及受损组织中内皮损伤的标志物血栓调节蛋白(thrombomodulin,TM) 、MMP-9与MODS病情进展的相互关系，发现造模后6 h血清TM和MMP-9质量浓度及组织中TM和MMP-9的阳性表达量即已高于对照组，二者在12 h达到高峰，而肺、肾等受累组织在6、12 h镜下炎症改变（组织充血、水肿、炎症细胞浸润）明显，说明血管内皮在MODS早期已有损伤，提出MMP-9可能是内皮功能难以恢复的原因，而内皮的损伤最终导致MODS的发生。相关的临床研究也有类似发现：TM和MMP-9在脓毒症合并MODS患者的血浆浓度高于非MODS患者，并且脓毒症患者血浆中TM浓度的变化与MMP-9呈正相关关系。研究证明，应用促红细胞生成素、米诺环素、强力霉素等外源性MMP-9抑制剂，可减少微血管的渗出，从而减轻缺血再灌注引起的肺、肾组织水肿及损伤。可见，MMP-9与血管内皮损伤密切相关：MMP-9损伤血管内皮，损伤的内皮分泌MMP-9。而内皮的损伤将进一步启动和放大凝血过程和炎症反应。Kolaczkowska等研究了酵母多糖诱发小鼠急性腹膜炎的分子机制，发现模型组小鼠MMP-9蛋白表达及明胶酶活性高于正常组和MMP-9抑制剂处理组，并且腹腔渗出液中中性粒细胞、单核细胞、多形核细胞明显增多；该项目的学者们给正常小鼠腹腔注射了重组MMP-9蛋白，结果发现腹腔渗出液中单核细胞明显增多，中性粒细胞和多形核细胞明显高于正常小鼠，表明MMP-9参与了炎症细胞渗出过程。现已有证据 证实了MMP-9有助于炎症细胞的粘附和迁移。因此，机体在过度炎症反应的状态下，受损激活的血管内皮细胞、中性粒细胞等分泌MMP-9增加，后者破坏内皮基膜，内皮细胞脱落、凋亡，血管壁完整性受损，组织微血管通透性增加，炎症细胞在趋化因子的作用下穿过血管壁浸润于组织。这些炎症细胞在正常生理状态下杀灭病原微生物，起防御作用。然而在炎症反应过程中，组织中大量的炎症细胞可通过炎症细胞因子、超氧化物、凋亡信号、颗粒酶、蛋白酶等途径损害组织细胞，表现为相应器官功能障碍。