李雯，常颖，李星，徐亚玲，陈叙



基质金属蛋白酶降解胞外基质致未足月胎膜早破研究进展

李雯，常颖，李星，徐亚玲，陈叙△

【摘要】早产是威胁围生儿生命健康的首要病因。据统计，2012年中国早产发生率为8.1%。未足月胎膜早破（preterm premature rupture of membranes，PPROM）占早产的25%～30%，重要诱因为宫内感染。近年研究发现，PPROM的分子机制为胎膜组织中胞外基质过早降解，主要由基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）在胎膜组织中的激活引起。MMPs的激活原因有炎症因子的表达增高，如白细胞介素1（IL-1），IL-6以及肿瘤坏死因子α（TNF-α），但具体机制尚有待研究。MMPs在正常分娩与PPROM发生过程中的激活、分泌及其影响因素仍需探索，其可能作为预测妊娠结局的标记物，为PPROM的预防与治疗提供突破点。

【关键词】基质金属蛋白酶类；感染；细胞因子类；早产；胎膜早破

作者单位：300100天津市中心妇产科医院（李雯，常颖，陈叙）；天津医科大学（李星，徐亚玲）

△审校者

（J Int Obstet Gynecol，2016,43：8-10）

发生在孕28～37周内的分娩称为早产。早产是新生儿患病与死亡的首要病因，围生儿死亡中有75%由早产造成[1]。据统计，2012年中国早产发生率为8.1%，而2014年为10%；2015年，美国早产发生率为12.7%，欧洲及其他发达国家发生率为5%～9%[2-3]。引起早产的原因主要包括：①母亲或胎儿有需要结束妊娠的剖宫产指征，约占早产的30%～35%；②胎膜完整的自发性早产，占40%～45%；③未足月胎膜早破（preterm premature rupture of membranes，PPROM）占25%～30%[4]。胎膜完整的自发性早产与PPROM统称自发性早产，但其引发原因却不相同，胎膜完整的自发性早产多发于白种女性，PPROM多见于黑种女性[5]。PPROM定义为孕37周前的胎膜自发性破裂，发生在宫缩发动前至少1 h。PPROM的危险因素与胎膜完整的自发性早产相似，与感染和吸烟有密切关联[6]。宫内感染已被证实是引发早产最常见的原因[7]。其引发早产的机制与固有免疫系统被激活有关[8]。微生物被抗原识别受体（如Toll样受体）识别，而Toll样受体又引起炎症性趋化因子和细胞因子的释放，如白细胞介素1β（IL-1β）、IL-8和肿瘤坏死因子α（TNF-α）等。细菌内毒素及促炎因子刺激前列腺素、炎症介质和基质降解蛋白酶的合成。前列腺素促进子宫收缩，基质降解蛋白酶则降解胎膜的细胞外基质而引起PPROM。基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）是一类最常见的基质降解蛋白酶，现就其与PPROM的关系进行综述。

1　MMPs分型

MMPs是一种透明质酸蛋白酶家族，参与降解细胞外基质与结缔组织，通常称为基质蛋白酶。MMPs几乎能降解细胞外基质中的各种蛋白成分，破坏肿瘤细胞侵袭的组织学屏障，在肿瘤侵袭转移中起关键性作用。目前MMPs家族已分离鉴别出26个成员，分别为MMP-1～26。根据作用底物以及片段同源性，将MMPs分为6类，即胶原酶、明胶酶、基质降解素、基质溶解素、成对碱性氨基酸蛋白酶活化的MMP和其他分泌型MMP。Ⅳ型胶原酶为其中重要的一类，其主要有2种形式，糖化形式为MMP-9，非糖化形式为MMP-2。其中结构与间质胶原蛋白酶相近的一种是MMP-1。此外，MMP-3和MMP-10能作用于结缔组织Ⅲ型和Ⅳ型胶原及明胶。MMP-7能作用于明胶和结缔组织。MMPs的活性受到3个水平的调节，即基因转录水平、无活性酶前体经蛋白水解作用以及金属蛋白酶类组织抑制剂（tissue inhibitors of metalloproteinases，TIMPs）的作用[9]。

2　MMPs与PPROM

2.1MMPs在正常分娩过程中的作用胎膜由几层不同的细胞及细胞外基质组成。人类孕18～20周时，羊膜与绒毛膜黏附，与子宫内膜融合；孕36～38周时，为分娩做准备，膜结构分离[10]。作为胎膜的首层屏障，羊膜是非常重要的结构[11]。在无血管上皮细胞层下分布的间质细胞为羊膜提供胶原和细胞外基质，细胞间质胶原（Ⅰ、Ⅲ和Ⅴ）主要承担羊膜的机械张力，而胶原的降解与MMPs有关[12]。分娩的起始阶段，在组织学上，承受机械应力的细胞外基质被绒毛膜羊膜来源激活的MMPs分泌细胞夹在其中，形成“三明治”结构，在包括人类在内的灵长类动物中，MMPs的分泌早于分娩5～6 d，而在大鼠中只早几个小时。这一过程使得细胞外基质中沉积足量未激活的MMPs，在分娩过程中这些MMPs前体转化为活性形式。

虽然MMP在降解绒毛膜羊膜细胞外基质中的作用并无详细研究，在绒毛膜羊膜破裂时，明胶酶、胶原酶和基质溶解酶均高表达。而其中起关键作用的酶为明胶酶A（MMP-2）和明胶酶B（MMP-9），胶原蛋白酶2（MMP-8）和胶原蛋白酶3（MMP-13），以及其他的MMPs，如基质溶解酶1（MMP-3），在整个分娩过程中都有表达。

2.2MMPs在胎膜早破过程中的表达虽然MMPs降解细胞外基质的发生过程还未明确，但鉴于上述各种酶的底物亲和性，MMPs提早激活后最终导致胎膜早破。MMP-1在发生PPROM的孕妇羊水中含量升高[13]，胶原纤维蛋白的三级结构首先被MMP-1分解，随后碎片被MMP-2和MMP-9降解。MMP-2在人类整个孕期的羊膜中都有高表达，其激活在分娩时达高峰。MMP-9在孕晚期羊膜滋养层细胞和蜕膜细胞中选择性地升高，也是在分娩过程中主要表达的MMPs。MMP-9在PPROM和正常分娩的孕妇体内都有升高[14]，与胎膜张力减退有关，MMP-9表达的时间特异性使其成为预测分娩发动的分子标记物。MMP-13在分娩过程中由羊膜分泌，而MMP-8由多形核细胞分泌。表达MMP-9的CD3+T细胞亚群可以被招募至绒毛膜蜕膜间质，并定植于胎膜附近的细胞亚群与之建立“对话”，最终导致细胞外基质降解。

2.3MMPs由炎症因子诱导激活，导致PPROM

研究证实，孕妇宫颈黏液中的IL-6水平可以预测有宫内感染孕妇早产的发生[15]。体外及动物模型实验证实了感染与早产的因果关系：利用微生物产物刺激人蜕膜细胞，IL-1、IL-6以及TNF-α增高[15]。同样，在细胞因子及内毒素存在下培养羊膜及蜕膜组织，前列腺素反应性升高[16]。Gravett等[17-18]通过向猴子羊膜腔内注射B型链球菌构建羊水感染模型，证实了IL-6、TNF-α、IL-1β、IL-1受体拮抗剂、前列腺素E2（PGE2）和前列腺素F2α（PGF2α）的持续性升高，且发现羊水中IL-1、PGE2和PGF2α持续升高10 h后，子宫收缩最终导致早产，并通过实验证实TNF-α、PGE2和PGF2α在IL-1β存在且无微生物的情况下继续升高，TNF-α和IL-1β在48 h内被清除，而前列腺素则继续升高。这些细胞因子可能通过诱导MMPs的产生来促进早产。

在体外试验中，利用IL-1β或TNF-α刺激人绒毛膜羊膜细胞，引起MMP-9的分泌而非激活[19]。利用脂多糖（LPS）刺激绒毛膜羊膜，发现IL-1β是诱导MMP-9表达的主要细胞因子。在病原相关分子模式（PAMPs）被识别后，绒毛膜受到巨噬细胞、蜕膜细胞、羊膜细胞以及滋养层细胞的刺激后分泌IL-1β，且Toll样受体也参与其中[20]。IL-1β及其他几种细胞因子可能具有穿膜能力，因为在羊水中可以检测到其蛋白分子，但只有在绒毛膜细胞中才可以检出IL-1β的mRNA。这种现象可以解释为一种尚未明确的膜间通路，以保障细胞因子及MMPs分泌[21]。

3　结语

虽然目前已明确MMPs与PPROM关系密切，但具体机制尚未系统阐明，MMPs在正常分娩与PPROM发生过程中的激活与分泌及其影响因素仍需探索，且可以作为预测妊娠结局的标记物，IL-1β、TNF-α和IL-6在MMPs参与PPROM过程中的研究还有许多空白，TIMPs的作用还有待研究。同时，近年有研究发现，血小板反应蛋白的解聚素和金属蛋白酶（a disintegrin and metalloproteinases withthrombospondin motifs，ADAMTS）与MMPs具有相同的高分子结构，同样可以降解细胞外基质，在PPROM患者中差异性表达[22]。因此，MMPs在PPROM中的作用还有许多值得深入探索的方面。另外，MMPs在妊娠的不同时期激活对妊娠结局的影响仍需进一步研究。作为一种羊膜细胞正常状态也有表达的蛋白酶，MMPs承担着不可替代的生理功能，但不恰当的激活造成了病理性妊娠结局，这一蛋白家族在孕期的双刃剑作用为PPROM的预防提出了挑战，也为今后的研究提供新的思路和参考。

参考文献

[1]Goldenberg RL，Culhane JF，Iams JD，et al.Epidemiology and causes of preterm birth[J].Lancet，2008，371（9606）：75-84.

[2]McDonaldCR，TranV，KainKC.ComplementActivationin Placental Malaria[J].Front Microbiol，2015，6：1460.

[3]Hamilton BE，Martin JA，Ventura SJ.Births：preliminary data for 2005[J].Natl Vital Stat Rep，2006，55（11）：1-18.

[4]Gimenez LG，Krupitzki HB，Momany AM，et al.Maternal and neonatal epidemiological features in clinical subtypes of preterm birth[J].J Matern Fetal Neonatal Med，2015，Dec 23：1-9.[Epub ahead of print].

[5]Peltier MR，Drobek CO，Bhat G，et al.Amniotic fluid and maternal race influence responsiveness of fetal membranes to bacteria[J].J Reprod Immunol，2012，96（1/2)）：68-78.

[6]Lam-Rachlin J，Romero R，Korzeniewski SJ，et al.Infection and smoking are associated with decreased plasma concentration of the anti-aging protein,α-klotho[J].J Perinat Med，2013，41（5）：581-594.

[7]Drassinower D，Friedman AM，Obicˇan SG，et al.Prolonged Latency of Preterm Premature Rupture of Membranes and Risk of Neonatal Sepsis[J].Am J Obstet Gynecol，2015，Dec 23.[Epub ahead of print].

[8]Kurokawa CS，Hashimoto M，de Souza Rugolo LM，et al.Cord blood cytokine levels in focal early-onset neonatal infection after preterm premature rupture of membranes[J].Turk J Pediatr，2013，55（6）：598-605.

[9]余睿，孟照辉.基质金属蛋白酶12在心血管疾病中的研究进展[J].医学综述，2011，17（11）：1604-1607.

[10]Vincent ZL，Mitchell MD，Ponnampalam AP.Regulation of TIMP-1 in Human Placenta and Fetal Membranes by lipopolysaccharide and demethylating agent 5-aza-2′-deoxycytidine[J].Reprod Biol Endocrinol，2015，13（1）：136.

[11]Jiang LW，Chen H，Lu H.Using human epithelial amnion cells in human de-epidermized dermis for skin regeneration[J].J Dermatol Sci，2016，81（1）：26-34.

[12]Wailes EM，Levi-Polyachenko NH.Multi-walled nanotubes for cellular reprogramming of cancer[J].Nanomedicine，2015，Dec 27. pii:S1549-9634(15)00608-5.doi:10.1016/j.nano.2015.12.363. [Epub ahead of print].

[13]Kumar D，Moore RM，Nash A，et al.Decidual GM-CSF is a critical common intermediate necessary for thrombin and TNF induced invitro fetal membrane weakening[J].Placenta，2014，35（12）：1049-1056.

[14]AllenTK，FengL，GrotegutCA，etal.Progesteronereceptor membrane component 1 as the mediator of the inhibitory effect of progestins on cytokine-induced matrix metalloproteinase 9 activity in vitro[J].Reprod Sci，2014，21（2）：260-268.

[15]Gómez-Chávez F，Castro-Leyva V，Espejel-Núñez A，et al. Galectin-1 reduced the effect of LPS on the IL-6 production in decidual cells by inhibiting LPS on the stimulation of IκBζ[J].J Reprod Immunol，2015，112：46-52.

[16]Shoji T，Yoshida S，Mitsunari M，et al.Involvement of p38 MAP kinase in lipopolysaccharide-induced production of pro-and antiinflammatory cytokines and prostaglandin E(2)in human choriodecidua [J].J Reprod Immunol，2007，75（2）：82-90.

[17]Gravett MG，Witkin SS，Haluska GJ，et al.An experimental model for intraamniotic infection and preterm labor in rhesus monkeys[J].Am J Obstet Gynecol，1994，171（6）：1660-1667.

[18]Gravett MG，Adams KM，Novy MJ，et al.Immunomodulators plus antibiotics delay preterm delivery after experimental intraamniotic infection in a nonhuman primate model[J].Am J Obstet Gynecol，2007，197（5）：518.e1-518.e8.

[19]Flores-Pliego A，Espejel-Nuñez A，Castillo-Castrejon M，et al. Matrix Metalloproteinase-3(MMP-3)Is an Endogenous Activator of the MMP-9 Secreted by Placental Leukocytes:Implication in Human Labor[J].PLoS One，2015，10（12）：e0145366.

[20]Kumazaki K，Nakayama M，Yanagihara I，et al.Immunohistochemical distribution of toll-like receptor-4 in term andpreterm human placenta from normal and complicated pregnancy including chorioamnionitis[J].Hum Pathol，2004，35（1）：47-54.

[21]Zaga V，Estrada-Gutierrez G，Beltran-Montoya J，et al.Secretions of interleukin-1 beta and tumor necrosis factor alpha by whole fetal membranes depend oninitial interactions of amnion or choriodecidua with lipopolysaccha-rides or group B streptococci[J].Biol Reprod，2004，71（4）：1296-1302.

[22]Luo X，Shi Q，Gu Y，et al.LncRNA pathway involved in premature preterm rupture of membrane（PPROM）：an epigenomic approach to study the pathogenesis of reproductive disorders[J].PLoS One，2013，8（11）：e79897.

[本文编辑秦娟]

Research Progress of Matrix Metalloproteinases in Preterm Premature Rupture of Membranes through Degrading Extracellular Matrix

LI Wen,CHANG Ying,LI Xing,XU Ya-ling,CHEN Xu.Tianjin Central Hospital of Gynecology Obstetrics,Tianjin 300100,China（LI Wen，CHANG Ying，CHEN Xu）；Tianjin Medical University，Tianjin 300070，China（LI Xing，XU Ya-ling）

【Abstract】Preterm birth is the first critical factor of life,threatening diseases for the perinatal.According to the statistics, the preterm birth rate in China reached 8.1%in 2012.And the frequency of preterm premature rupture of membranes（PPROM）is about 25%-30%,and intrauterine infection is the principal element.The recent research shows that a molecular mechanism of PPROM is advanced degradation of extracellular matrix,which due to the activation of matrix metalloproteinases（MMPs）in fetal membrane.The high expression of cytokines,such as IL-1,IL-6 and TNF-α,maybe the reason of MMPs′activation.The process of activation and secretion of MMPs in term labor and preterm birth still need to be explored,which may be considered as a marker of pregnancy outcome.MMPs can provide a breakpoint of prevention and therapy for PPROM.

【Keywords】Matrix metalloproteinases；Infection；Cytokines；Premature birth；Fetal membranes，premature rupture

收稿日期：（2016-01-11）