吴镇宇姚丽萍

MMP-9/TIMP-1与川崎病发病机制关系的研究进展

吴镇宇①姚丽萍①

川崎病（KD）是一种急性、自限性的全身性血管炎，好发于6个月～5岁的儿童，可导致严重的心血管并发症，是儿童后天获得性心脏病最常见的原因。流行病学调查表明，KD的发病率在亚裔人群中稳步的增长，严重影响未来儿童的公共健康，然而其病因和发病机制尚不完全清楚。基质金属蛋白酶-9（MMP-9）/金属蛋白酶组织抑制剂-1（TIMP-1）是调节细胞外基质（ECM）合成与降解的主要酶类，研究MMP-9/TIMP-1与KD发病机制的关系对了解KD的发病机制、预防心血管系统并发症起重要作用。

基质金属蛋白酶-9； 金属蛋白酶组织抑制剂-1； 川崎病； 发病机制

川崎病（Kawasaki Disease，KD）于1967年由日本川崎富首先报告，曾称皮肤黏膜淋巴结综合征，是一种主要累及冠状动脉的以全身性中、小血管炎为主要病变的急性发热出疹性小儿疾病。本病成一定的流行性及地方性，是一种自限性疾病，大多数患儿预后良好，由于可以发生严重的心血管并发症，未经治疗的患儿发生率达20%～25%，引起人们的重视。北京＜5岁儿童发病率由1955年18/10万升高到2009年87/10万，已成为我国儿科住院的常见病之一［1］。KD被人们认识50多年来，其病因和发病机制得到了广泛的研究，病毒和细菌的感染、自身免疫因素、遗传因素等均参与川崎病的发病［2］。在发达国家，KD已经成为儿童获得性心脏病的最常见原因［3］，报告显示其很快会取代风湿热成为发展中国家最常见的儿童获得性心脏病［4］。

基质金属蛋白酶-9（matrix metalloproteinase-9，MMP-9）是基质金属蛋白酶家族中的一员，以无活性酶原形式分泌、储存在细胞外基质（ECM），在刺激因素的作用下经一系列蛋白酶级联而激活，其活性主要被蛋白酶清除剂抑制。金属蛋白酶组织抑 制 剂 -1（tissue inhibitor of metalloproteinase-1，TIMP-1）是TIMP中活性最强的蛋白酶，可抑制MMP-9的活性。MMP-9与TIMP-1共同参与机体重要的生理功能如参与胚胎的发育、创面的愈合、血管的形成等过程［5］，亦参与多种疾病的病理过程，如炎症反应、慢性阻塞性肺疾病、肿瘤细胞转移和动脉粥样硬化等［6-9］。因MMP-9和TIMP-1的生物学功能广泛而重要，在生命学科领域里已经受到广泛的关注，同时在众多疾病的发病机制中起着重要作用，所以研究其功能及其在发病机制中的作用，对治疗肿瘤等疾病及评估疾病预后具有重要作用。研究表明，MMP-9/TIMP-1在KD及其冠状动脉病变的发病机制中扮演重要角色［10］。此外，MMP-9 和TIMP-1基因多态与对KD发病机制的研究也逐步深入。因此，研究其在KD及其并发症中的发病机制对预防及治疗KD有积极作用。

1　MMP-9/TIMP-1的概述

基质金属蛋白酶（matirx metalloproteinases，MMPs）是一类锌钙离子依赖性的中性蛋白水解酶家族，介导细胞外基质的降解和组织重塑，参与人体的许多病理和生理过程。按其作用底物的不同，主要分为以下几类：胶原酶（collagenases）：包括MMP-1、MMP-8、MMP-13；明胶酶（gelatinases）：包括MMP-2、MMP-9；基质溶素（stromelysins）：包括MMP-3、MMP-10、MMP-11；膜型金属基质蛋白酶（memberane-type MMPs，MT-MMPs）：包括MMP-14、MMP-15、MMP-16、MMP-17；其他：包括MMP-7、MMP-12、MMP-23、MMP-19。MMP-9又称明胶酶B，是已发现的MMPs中分子量最大的酶，分子量大约92 KD，其基因定位于人16号染色体，前体可由中性粒细胞、单核细胞、内皮细胞、平滑肌细胞等多种细胞分泌，几乎可以降解细胞外基质的所有蛋白成分，主要参与多种炎症反应且与血管病变有密切关系。包浆合成的MMP-9以酶原形式分泌到ECM，通过胰蛋白酶、纤维蛋白溶酶、其他MMPS等作用，水解掉前态结构域，酶原中心暴露而被激活［11］。

金属蛋白酶组织抑制剂（tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP）是一个低分子质量蛋白质家族，由MMPs细胞同时分泌，是MMPs的天然抑制剂。迄今为止发现有4种TIMP，分别是TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3、TIMP-4。TIMP不仅对维持细胞外基质的正常生理功能有重要作用，而且与细胞的生长、发育和分化及刺激血管生成等生理或病理过程关系密切［12］。TIMP-1是其中活性最强的，它主要由巨噬细胞、内皮细胞、成纤维细胞合成，并以可溶性的形式分泌到ECM中。TIMP-1在酶原活化阶段通过与MMPs形成稳定复合物来阻碍MMPs的自我激活，或者在活化阶段可以直接与活化的MMPs形成1∶1复合体来抑制其活性［13］。

2　MMP-9/TIMP-1的生物学作用

MMP-9与TIMP-1共同参与机体的多种重要生理功能和多种疾病的发病机制，因此研究其功能及作用，可以为疾病的预防和治疗提供理论依据。正常生理状态下，MMP-9和TIMP-1协同作用，保持动态平衡，在组织重建、血管生成、伤口愈合等过程中发挥着重要作用，一旦这种平衡被打破，则可导致各种疾病发生，如炎症过程中炎性细胞的浸润、肿瘤细胞的侵袭和转移、动脉粥样硬化的形成发展等。

2.1 参与炎症过程中炎性细胞的浸润 炎症反应过程中，炎性细胞如中心粒细胞、单核-巨噬细胞、淋巴细胞等的迁移和外渗到局部组织中离不开MMP-9和TIMP-1的参与，MMP-9对组织的破环和重建起着非常重要的作用。MMP-9/TIMP-1平衡失调，而过表达的MMP-9有特异的胶原酶和弹性蛋白酶活性，可降解血管内皮细胞，有助于炎性细胞向血管壁深层移动，参与炎症过程中炎症细胞的浸润［14］。MMP-9通过一系列细胞因子介导的机制调节白细胞的功能，将IL-1β和IL-8、转变为有活性的形式，IL-1β和IL-8又可促进MMP-9从中性粒细胞中脱颗粒［15］。大量的研究发现，MMP-9的过表达与炎症初期释放的某些炎性介质比如TNF-α、IL-6成正相关。目前笔者已经明确MMP-9表达的增加与许多炎性疾病的病理状态有关，如心肌梗死、类风湿性关节炎、肝脏纤维化、牙周炎。Kalela等［16］研究发现MMP-9与白细胞计数呈显著正相关，血清MMP-9可以作为有价值的炎性反应标志物。

2.2 参与肿瘤细胞的侵袭和转移 MMP-9与肿瘤的关系是近年来研究的重点，被认为是肿瘤侵袭和转移的一个重要分子标记物。肿瘤细胞在侵袭过程中必须克服ECM中的基底膜，通过与基底膜受体结合后分泌MMP-9等降解酶降解基底膜和基质。MMP-9还可能通过调节肿瘤细胞与宿主细胞之间的粘附，影响肿瘤组织内血管的生成，激活具有抑制肿瘤细胞转移的蛋白等参与肿瘤的侵袭和转移。现已证明，MMP-9与膀胱癌、肺癌、胃癌、子宫内膜癌、舌鳞状细胞癌等各种肿瘤息息相关，已经成为上述癌症的一种主要癌症生物标记。魏莉等［17］在研究MMP-9与肺癌的关系时还发现，MMP-9不仅在肺癌患者中高表达，而且临床分期越高、肿瘤侵袭性越强，其水平也越高。抑制MMP-9的表达，可能会抑制肿瘤细胞的侵袭和转移，所以研究其与肿瘤的关系对未来肿瘤的治疗、预防肿瘤的转移有非常重要的意义。TIMP-1与肿瘤也有着密切的关系，研究发现，高浓度的TIMP-1与卵巢癌发生、侵袭转移性行为有关［18］。

2.3 参与动脉粥样硬化发生及演变过程 动脉粥样硬化（AS）是血管壁的一种慢性炎症反应，免疫反应参与发病的各个阶段，炎性细胞分泌的细胞因子在斑块的发生、发展及破裂中起到关键作用。MMP-9和TIMP-1作为参与其发病的重要细胞因子已经得到了明确的证实。炎性细胞因子TNF-α激活NF-κB信号通路，通过sLZIP因子诱导MMP-9的转录，MMP-9可以促进平滑肌细胞迁移、增殖，在AS的发病中起到非常重要作用［19］。MMP-9的过度表达，还可以降解细胞外基质蛋白而导致平滑肌细胞凋亡，使斑块不稳定而易于破裂，因此，MMP-9与斑块的不稳定息息相关。内源性TIMP-1的作用是阻止MMP-9的活化，亦参与AS的形成。研究显示，TIMP-1 mRNA在AS的表达明显减低，减少对MMP-9的抑制性调控，也是AS发生发展的机制之一［20］。各种药物对AS患者的MMP-9、TIMP-1表达的影响已经受到人们的广泛研究，抑制MMP-9表达的药物可能预防AS斑块的破裂而预防急性冠脉综合症的发生。

3　MMP-9/TIMP-1与KD的关系

病理研究证实，全身性血管炎为KD的基本病理改变，免疫系统的活化状态在发病机制上起重要作用。活化的T淋巴细胞分泌TNF-α等细胞因子，与分布在单核/巨噬细胞等免疫细胞的TNF受体结合，通过PKR、IRAK及NAK途径下调IκB-α蛋白合成，活化包浆中的NF-κB，进入细胞核促进MMP-9等细胞因子的转录，MMP-9的活性过高及MMP-9/TIMP-1平衡失调，导致细胞外基质降解加速及基底膜破坏，引起炎症细胞和细胞因子向血管深层浸润，扩大炎症的损伤，参与KD血管炎的发生及进展。MMP-9/TIMP-1与KD的关系是近年来研究的热点，其在KD的血管病变中的作用被人们所共识。

3.1 MMP-9/TIMP-1在KD患儿的水平 KD全层血管炎、冠状动脉病变及动脉瘤的形成，首先是血管内膜炎性细胞的浸润，然后发生内皮细胞降解和弹性层的破坏，而血管弹性层的破环与局部MMP-9的活性有关。早在10多年前，美国学者就发现KD患儿急性期血清MMP-9和TIMP-1浓度显著升高［21］。随着对MMP-9/TIMP1的进一步研究，其与KD的关系受到学者们的重视，可能成为早期诊断KD及早期预防冠状动脉病变的客观生化指标。我国学者赵建美等［22］也研究发现，KD患儿急性期血清MMP-9和TIMP-1水平及MMP-9/TIMP-1比值较对照组明显上升，并且冠状动脉扩张组比冠状动脉未扩张组更显著，这与国内外其他学者的结论一致。相关学者研究发现丙种球蛋白可能通过抑制KD小鼠模型的MMP-9过度表达或激活从而减少血管炎的发生发展而起到治疗作用［23］。NF-κB可以与MMP-9启动子调控区特异的结合位点结合，调节MMP-9的转录，最终导致炎性病理损伤，急性期KD患儿外周血单个核细胞中NF-κB、MMP-9表达增强［24］。

3.2 MMP-9/TIMP-1 mRNA在KD患儿的表达 MMP-9 和TIMP-1在KD患儿血清的表达调节机制尚不十分清楚，检测MMP-9/TIMP-1 mRNA在细胞内的水平进一步能了解KD的发病机制。韦翊等［25］动态观察KD患儿外周血单核细胞中MMP-9和TIMP-1 的mRNA水平，发现在急性期外周血单个核细胞MMP-9 mRNA和TIMP-1 mRNA明显升高，恢复期MMP-9 mRNA与急性期比较有所上升，差异有统计学意义（P＜0.05），TIMP-1 mRNA有所下降，差异无统计学意义（P＞0.05）。更有研究表明，KD患儿急性期不仅外周血MMP-9 mRNA表达、蛋白水平及酶活性均较对照组显著升高，而且冠状动脉损伤的患儿较冠状动脉未损伤的患儿更显著，对早期预测冠状动脉损伤有一定价值［26］。机体可能通过复杂的调节机制来调节MMP-9和TIMP-1转录和翻译过程来参与KD的发病。

3.3 MMP-9/TIMP-1基因多态性与KD 因KD发病具有特定的种族和家庭易感性，基因多态性与KD易感性的相关研究成为近年来研究的热点。与KD有关的细胞因子，如白介素、肿瘤坏死因子、生长因子、粘附分子等的基因多态性与KD的易感性已经得到证实，并且某些细胞因子基因多态性与冠状动脉病变及IVIG耐药相关［27］。目前认为MMP-9在KD患儿血清水平明显升高并且与冠状动脉损伤发展的病理生理有关，研究MMP-9基因多态性对了解KD的发病非常重要。国外有关研究表明，存在于MMP-9基因启动子部位的-1562C/T与多种血管疾病有关，当C突变为T，可以从转录水平影响基因表达调控蛋白酶的合成［28］。国内学者张园海等［29］研究MMP-9基因-1562C/T多态性与KD冠脉损害及丙种球蛋白耐药的关系发现，-1562C/T等位基因是KD发生冠脉损害的危险因素，与丙种球蛋白耐药无明显关系。国内外尚没有关于TIMP-1基因多态性与KD关系的报道， MMP-9/TIMP-1基因多态性仍需要笔者继续探究。

综上所述，KD被人们认识50年来，其病因、免疫发病机理、遗传易感性、冠状动脉损害形成、丙种球蛋白耐药等诸多问题仍需要医护人员去澄清。MMP-9/TIMP-1通过调节细胞外机制的合成与降解参与KD的发病，研究其与KD的关系，可能为病情的早期诊断及判断病情轻重提供新的实验室依据，可以早期预测冠状动脉损害的发生。

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Advances in Research of the Relationship between MMP-9

/TIMP-1 and Pathogenesis of K awasaki Disease/WU Zhen-yu，YAO Li-ping.//Medical Innovation of China，2016，13（25）：083-086

Kawasaki disease （KD） is characterized with acute and self-limited systemic vasculitis，occurs predominantly in children between 6 months to 5 years of age.It can lead to devastating cardiovascular complications and become the commonest cause of acquired pediatric heart disease.Epidemiological investigation revealed steady increases in the prevalence of KD in Asian descent， seriously affect public health in children in the near future. However，the etiology and pathogenesis of KD have yet to be known.MMP-9/TIMP-1 is a main enzyme in the regulation of the extracellular matrix synthesis and degradation.To study the relationship between MMP-9/TIMP-1 and pathogenesis of KD is important in the understanding of KD pathogenesis and prevention of cardiovascular complications.

Matrix metalloproteinase-9； Tissue inhibitor of metalloproteinase-1； Kawasaki disease；Pathogenesis

10.3969/j.issn.1674-4985.2016.25.024

2016-03-24） （本文编辑：周亚杰）

①内蒙古科技大学包头医学院第一附属医院 内蒙古 包头014010

姚丽萍

First-author’s address：The First Affiliated Hospital of Baotou Medical College Baotou，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou 014010，China