阮妙华(综述)，陈 其(审校)

(温州医学院附属育英儿童医院心血管科，浙江温州325027)

细胞外基质(extracellular matrix，ECM)是心脏和心血管壁的主要成分，基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs)对ECM有广泛的降解作用，是调节ECM动态平衡最重要的一大酶系。明胶酶(MMP-2和MMP-9)作为MMPs家族分布最广的两种亚型，因在体内可以用多种方法被检测到，故医学领域的科研工作者已对其做了大量研究。现就近年来明胶酶与小儿川崎病、心肌病、心肌炎及心力衰竭的研究进展予以综述。

1 明胶酶(MMP-2和MMP-9)的概述

1.1 MMPs家族 目前，在脊椎动物中已发现26个MMP家族成员，在人类，包括重复的MMP-23基因在内，已发现24种MMPs基因，因此相当于人类有23个MMPs家族成员。根据作用底物特异性的不同，MMPs家族成员可被分为6大类［1-3］。①胶原酶:MMP-1、MMP-8、MMP-13 和 MMP-18;② 明 胶 酶:MMP-2和MMP-9;③间质溶解素:MMP-3和MMP-10;④基质溶解素: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 明胶酶 明胶酶包括明胶酶A(MMP-2)和明胶酶B(MMP-9)，以前酶原的形式从胞内分泌，在生理状态下，MMP-2和MMP-9的表达很少，几乎可忽略不计。

MMP-9是MMPs家族中相对分子质量最大的酶，来源于中性粒细胞、巨噬细胞、T淋巴细胞、B淋巴细胞、成纤维细胞、血管平滑肌细胞及心肌细胞等。人 MMP-9基因位于20q11.2 ～13.1，全长26000，包括7700的结构基因、15000的5'端侧翼及3500的 3'端侧翼区，含 13个外显子及12个内含子。MMP-9含有7个结构域:信号肽，前肽，催化区域，羧基末端凝血素样结构域，铰链区，纤连蛋白样明胶结合区以及胶原样结构域［4］。MMP-9的表达和分泌在基因转录、合成、分泌、激活、抑制和糖基化等不同水平受到严密调控。在细胞因子、病毒、细菌产物等刺激下，白细胞内MMP-9基因转录激活，然后成熟的中性粒细胞以脱颗粒的方式释放 pro-MMP-9，其他MMPs蛋白水解pro-MMP-9前肽区域的半胱氨酸巯基，发生过构象变化，暴露出Zn2+活化区域，激活pro-MMP-9［5］。MMP-9可被特异性抑制剂基质金属蛋白酶组织抑制剂1(tissue inhibitor of metalloproteinase-1，TIMP-1)和非特异性抑制剂 α2巨球蛋白所抑制。

MMP-2主要来源于成纤维细胞、内皮细胞和肿瘤细胞。人MMP-2基因位于16q13～q21，底物主要有Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅹ型胶原以及明胶、纤维连接蛋白、弹力蛋白、pro-MMP-9等［6］。pro-MMP-2的激活主要在细胞表面进行，可被MT-MMPs激活(除MT4-MMP外)。MT1-MMP调节 pro-MMP-2激活的过程需要TIMP-2的参与，MT1-MMP N端跨膜区域与TIMP-2 N端相连，形成受体后与pro-MMP-2的连接，形成三元复合物中的pro-MMP-2可被邻近激活的MT1-MMP降解成相对分子质量为64×103的中间产物。并且，TIMP-2/MT1-MMP以0.05比率结合可最大限度地激活pro-MMP-2，说明大量游离的MT1-MMP可有效激活pro-MMP-2-TIMP-2-MT1-MMP三元复合物中的pro-MMP-2。

2 明胶酶与小儿心血管疾病的关系

2.1 川崎病 川崎病是儿童全身性血管炎的最常见原因，主要累及中小动脉，以冠状动脉损害为主。其病理改变主要为透壁性炎性反应、ECM的改变、血管中膜变薄以及弹性内膜破坏，最终导致冠状动脉扩张及冠状动脉瘤形成。而动脉血管基质的代谢紊乱是冠状动脉瘤形成的重要原因之一，明胶酶通过降解ECM直接参与该病理过程。Gavin等［7］对10例死于川崎病急性期患儿尸体中提取的冠状动脉及心肌相关组织研究发现，MMP-2在川崎病冠状动脉瘤患者增生的血管内膜及新生毛细血管的内皮细胞中显著表达。在川崎病急性期，MMP-9的免疫定位既存在于动脉瘤内，也存在于心肌、血管外膜的外周神经及未受炎性侵犯的冠状动脉血管壁中，而非川崎病患者的MMP-9染色则为阴性，说明MMP-9在川崎病急性期全身血管中都有表达。提示MMP-2可能参与川崎病急性期动脉壁的重塑，而MMP-9则参与冠状动脉瘤的形成过程，川崎病急性期炎性反应越重，则冠状损害率相应升高。张园海等［8］研究也证实，MMP-2和MMP-9可能参与冠状动脉损害的发生、发展，静脉输注丙种球蛋白防治冠状动脉损害的机制，可能与抑制内皮细胞表达MMP-2、MMP-9及相关炎性因子有关。另外，Lau等［9］对用干酪乳杆菌细胞壁成分诱导鼠川崎病模型研究发现，弹性蛋白酶MMP-9的表达水平及活性显著升高。而在MMP-9基因剔除的鼠川崎病模型中，弹性蛋白的降解明显降低，说明冠状动脉弹性蛋白的降解与MMP-9有关，提示MMP-9可通过降解ECM参与川崎病冠状动脉损害过程。MMP-2和MMP-9参与川崎病的冠脉损害过程，可作为川崎病冠状动脉损害的预测与相应预后指标。但Lau等［10］又报道，对46例典型川崎病患儿的研究发现，MMP-9和MMP-2在外周血的表达水平及活性与冠状动脉损害无关联，考虑明胶酶的活性可能受到局部组织环境等多水平的调节。因此，循环血液中MMP-2和MMP-9的水平不能单独作为川崎病冠状动脉损害的独立性生物预测指标。

2.2 先天性心脏病 先天性心脏病是小儿时期最常见的心血管疾病，其中左向右分流型心脏病最多见，占60%～70%，主要为室间隔缺损、动脉导管未闭及房间隔缺损。在异常的血流动力学血流剪切力的作用下，肺血管内皮损伤可导致肺血管重构，形成肺动脉高压。肺动脉高压是一种以持续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为特征的综合征，是左向右分流型先天性心脏病的严重并发症，可直接影响到先天性心脏病患儿的手术矫治过程及预后。肺动脉高压这种致命的并发症与肺血管重构有关，血管内皮细胞的损伤与刺激性增生为最基本的病理过程，MMPs可能部分参与该过程。Sakata等［11］观察到高血流状态下肺组织中MMPs活性增加，明胶底物酶谱法分析证实为明胶酶MMP-2和MMP-9。另文献报道［12］，在缺氧及野百合碱诱导的肺动脉高压动物模型中，肺血管MMP-2的活性明显升高，在血管内膜、中膜及外膜都有散在分布，并且与肺动脉高压的严重程度呈正相关，以上说明MMP-2、MMP-9参与肺动脉高压的形成。另外，明胶酶及相关炎性因子还可作为先天性心脏病患儿术后预后的生物预测指标，如国外一项对9例＜9个月患先天性心脏病室间隔缺损的患儿行外科手术，并采用体外循环病例研究报道［13］，术后早期 MMP-2降低，48 h后恢复正常，体外循环致全身炎性反应及前炎性细胞因子释放增多，可使MMP-9的表达显著升高。由于肺动脉高压肺组织及肺血管有明胶酶表达和活性的改变，所以深入研究明胶酶及抑制剂对肺血管重构的影响以及探讨其在先天性心脏病并发肺动脉高压的发病机制中的作用，为肺动脉高压的防治以及先天性心脏病术后预后评估提供理论依据具有重要意义。

二叶式主动脉瓣是最常见的先天性心脏或大血管的畸形，美国发病率为1%～2%，是主动脉瓣狭窄及反流最常见的原因，可导致主动脉扩张、剥离甚至动脉瘤破裂。LeMaire等［14］在对14例先天性二叶式主动脉瓣致升主动脉瘤患者的研究中发现，MMP-2的表达升高，而MMP-9正常表达。Boyum等［15］研究发现，二叶式主动脉瓣伴微动脉瘤的患者MMP-2和MMP-9的表达都显著升高，提示明胶酶可作为先天性二叶式主动脉瓣动脉瘤形成的预测指标之一。

2.3 病毒性心肌炎 病毒性心肌炎是临床上常见的儿童心血管系统疾病，可发展为扩张性心肌病(dilated cardiomyopathy，DCM)，是造成心力衰竭最常见的原因。Cheung等［16］报道，在鼠病毒性心肌炎动物模型中，柯萨奇病毒 B3(Coxsackie virus B3，CVB3)感染后9 d，反转录聚合酶链反应可检测到MMP-2、MMP-9和MMP-12的转录水平升高，免疫组化法和酶谱法分析进一步证实MMP-2和MMP-9在蛋白水平的表达以及活性都相应升高。可推断，CVB3感染后ECM的重塑与MMPs表达和活性增强有关。但同时，Cheung等［16］对 MMP-9基因剔除的CVB3感染后9 d的老鼠心肌组织研究发现，其心肌损伤及感染灶较正常组明显增多，并且心肌纤维化、病毒滴度升高的同时伴有心脏射血分数和心排血量的下降。因此，CVB3感染后MMP-9可干扰病毒在心脏组织的增殖，促进免疫浸润和加快心肌的重塑，从而保证心排血量，MMP-9在CVB3病毒性心肌炎的抗病毒免疫应答中起积极保护作用。Heymans等［17］报道，CVB3感染后7 d，酶谱法检测到尿激酶型纤溶酶原激活物和MMP-9活性显著升高。同时，MMP-9的蛋白表达水平也升高，在对C57BL/6尿激酶型纤溶酶原激活物基因剔除的老鼠研究发现，靶向剔除尿激酶型纤溶酶原激活物基因，在CVB3感染7 d后，与正常组相比pro-MMP-2和pro-MMP-9的表达分别下降了24%和50%，心脏炎性反应减轻，心肌坏死灶减少，而35 d后心肌纤维化也明显减轻。因此，尿激酶型纤溶酶原激活物或者MMP-9的失活可减轻CVB3感染后的心脏炎性反应，可防止心脏损害、避免发展至心力衰竭。

2.4 心肌病 DCM可进展至心力衰竭，病程不可逆，可致死亡。Thomas等［18］对儿童DCM研究发现，MMP-9活性升高，MMP-2的活性无变化，同时心室壁变薄、心腔扩大、心功能降低，说明MMP-9在DCM的进展中起重要作用。以往报道多认为MMP-2可造成ECM重塑，导致心力衰竭。国外有文献报道，肥厚型心肌病患者血浆中MMP-2和TIMP-2的表达升高，并与左心室缩短分数呈负相关，与左心室直径呈正相关，说明MMP-2和TIMP-2的表达及活性与肥厚性心肌病患者的心肌重塑有关。但Matsusaka等［19］报道，对肿瘤坏死因子α诱导的心肌病雌鼠模型剔除MMP-2基因后炎性反应加剧，但心肌肥厚及间质纤维化无影响，加快了心肌收缩功能障碍及心力衰竭的进程，提示MMP-2在炎性因子诱导的心肌病中起保护作用。Matsumoto等［20］用C蛋白诱导的自身免疫性心肌炎及继发的DCM动物模型，反转录-聚合酶链反应法证实MMP-2和MMP-9的mRNA表达都升高，认为MMP-9主要由浸润心肌组织的巨噬细胞产生，故在早期炎性反应起主要作用，而MMP-2主要在心肌细胞产生，对心脏慢性纤维化起作用。因此，在炎症早期MMP-9抑制剂可改善自身免疫性心肌炎的病理发展过程，而MMP-2抑制剂则无此作用。这对自身免疫性心肌炎及继发的DCM的治疗研究进展提供了分子生物学基础，可通过采取一定措施早期干扰或抑制MMP-9的产生，避免DCM的发生。

2.5 心力衰竭 心力衰竭是所有心血管疾病的终末阶段，可导致死亡。心力衰竭主要表现为左心室泵衰竭，泵衰竭的机制主要是由于心肌重塑引起的左心室几何结构的改变，而MMPs所致ECM的平衡失调过程可导致心肌重塑。目前国内外文献证实，在人及实验动物模型所致心力衰竭时，伴有MMPs活性的增强。Vorovich等［21］发现，临床表现为收缩性心力衰竭患者，血浆MMP-9的水平与左心室舒张末期容积指数及射血分数无相关性，说明MMP-9在提示该患者心肌重塑及病情进展上临床意义不大。另外，有文献报道，心力衰竭患者血浆中 MMP-2、MMP-9和TIMP-1的表达增高，但只有MMP-2的水平与纽约心脏协会分级显著相关，MMP-2可作为心力衰竭患者病死率的独立预测因子。国内Hua等［22］通过对605例收缩期心力衰竭患者研究发现，MMP-2 rs17859821A等位基因携带患者病死率明显降低，提示预后良好，而 MMP-2 rs243866，rs243864等位基因则与预后无关，说明MMP-2的基因多形态性在心力衰竭心肌纤维化的过程中起重要作用，为治疗心力衰竭的基因水平研究提供了一定基础。

3 展望

明胶酶由于特异性底物的不同，在分子生物学水平直接参与了心血管疾病过程中的心肌及血管重塑过程，因此明胶酶在小儿心血管疾病的发生、发展及预后中起重要作用。虽然目前国内外对明胶酶的动物实验及相关药物研究很多，但是对其从基础研究过渡到临床研究的复杂性的了解还不够。因此，从基因水平或转录后水平调节明胶酶的活性及选择性抑制剂成为今后预防和研究小儿心血管疾病领域的重要方向。

［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］张园海，何跃娥，项如莲，等.川崎病急性期血清对血管内皮MMP-2、MMP-9和TNF-α分泌的影响及IVIG的干预机制探讨［J］.中国临床药理学与治疗学，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，Fellinger 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］孟晓慧，汪冀.基质金属蛋白酶与小儿心血管疾病的关系［J］.国外医学(儿科学分册)2003，30(3):144-146.