吳偉東，劉清峰，姜鋒

(暨南大學附屬廣州市紅十字會醫(yī)院, 廣州 510220)

胸腔積液是以各種病因引起的液體過量積聚在胸膜腔為特點的一種常見臨床癥候。目前，多種疾病發(fā)展至晚期可有胸腔積液形成，如腫瘤、結核、肝硬化、心力衰竭、感染等，而這些疾病通過各種作用機制導致胸腔內液體的過量積聚，包括增加肺毛細血管壓力、增加胸膜通透性、降低血漿膠體滲透壓及淋巴管阻塞等，從而引起患者胸悶、呼吸困難、喘憋等臨床癥狀。目前引起滲出性胸腔積液的病因主要以惡性腫瘤和肺結核最為常見[1]。但有部分胸腔積液患者通過詳細的體格檢查、影像學檢查、胸腔積液細胞學及組織活檢培養(yǎng)等檢查后仍不能明確病因，影響疾病的診斷、治療和預后[2]。因此，在腫瘤性(惡性)胸腔積液的診斷中，為胸腔積液疾病患者尋找快速、準確的診斷方法和有效的治療措施成為近年來研究熱點。研究[3, 4]表明，基質金屬蛋白酶(MMPs)與惡性腫瘤的侵襲轉移、血管生成及胸腔積液形成密切相關，并且在多種原因所致的胸腔積液中能檢測到MMPs和基質金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMPs)存在，提示MMPs和TIMPs可能在各種病因所致胸腔積液的形成中發(fā)揮重要作用。現就MMPs在不同病因引起的胸腔積液形成中作用研究進展綜述如下。

1 MMPs概述

1.1 MMPs的結構、分類 MMPs是鋅離子依賴性內肽酶的大家族，是細胞外基質、細胞凋亡及基底膜降解過程中必不可少的酶，對細胞外基質各種成分具有蛋白水解活性，通過降解各種細胞黏附分子，從而調節(jié)細胞-細胞和細胞-細胞外基質相互作用，在腫瘤侵襲、轉移和胸腔積液形成中起重要作用，在侵襲、炎癥、血管生成等各種病理生理過程中發(fā)揮作用[5]。其家族成員具有類似的結構，一般由功能不同的5個結構域組成，分別為疏水信號肽序列、前肽區(qū)、催化區(qū)、鉸鏈區(qū)及跨膜區(qū)[6]。MMPs家族至少有28種。根據識別其內源性底物偏好將MMPs分成6類，分別為膠原酶、明膠酶、間質溶解素、基質溶解酶、膜型基質金屬蛋白酶(MT-MMPs)及其他未分類的MMPs[7, 8]。

1.2 MMPs的調節(jié) MMPs有3種形式的調節(jié)機制：①基因轉錄水平：多種因素導致MMPs轉錄水平變化，如生長因子、細胞因子和癌基因等；②酶原激活：多數MMPs從細胞中以非活性酶原(前酶)的形式表達，通過前肽結構域的半胱氨酸-巰基與催化結構域結合的鋅離子間相互作用而保持活性，從而阻斷酶原的激活。多數MMPs是由組織和血漿蛋白酶、細菌蛋白酶或其他MMPs的參與去除前肽結構域而激活；③酶活性抑制：TIMPs是低相對分子質量分泌型蛋白質家族，由血管內皮細胞、單核巨噬細胞、角質細胞、成纖維細胞等分泌，廣泛存在于人體不同組織和體液內。TIMPs的N端功能區(qū)的半胱氨酸殘基與MMP催化區(qū)鋅離子活性中心結合，C端功能區(qū)與MMP的其他部位結合，形成1∶1的MMP-TIMP復合體，從而阻斷MMP與底物的結合，抑制MMP活性[9]。目前已確定有4種亞型：TIMP-1是一種28.5 kD的糖蛋白，抑制所有激活的膠原酶；TIMP-2是一種21 kD的非糖基化蛋白，是MMP-2的抑制劑，可與原MMP-2形成復合物或以非結合形式分泌；TIMP-3和TIMP-4則是從cDNA文庫中克隆出來[10]。MMPs在轉錄、翻譯和蛋白質水平上受到嚴格調控，且與TIMPs水平保持動態(tài)平衡。同時MMPs/TIMPs值在調節(jié)相關組織的蛋白水解和控制組織損傷方面起關鍵作用[11]。

1.3 MMPs的功能 MMPs的功能包括降解細胞外基質、促進新生血管形成、調節(jié)細胞-細胞間的黏附、組織重塑及創(chuàng)傷修復等。同時MMPs在腫瘤、結核、心力衰竭、纖維化等病理生理過程發(fā)揮作用。如腫瘤的侵襲轉移過程中，在MMPs的協(xié)助下腫瘤細胞從原發(fā)灶脫離、突破細胞外基質和基底膜、隨血流或淋巴到達新的部位、促進新生血管生成、形成新的轉移灶等。另外MMPs負責細胞外基質和基底膜的降解，在胸腔滲出液形成過程中起關鍵作用。在正常機體環(huán)境下，MMPs和TIMPs維持動態(tài)平衡，一旦平衡被打破，則會出現細胞外基質的降解或聚集，在細胞遷移、血管生成、組織重建等過程中發(fā)揮重要作用。而MMPs和TIMPs的不平衡存在于疾病各種病理生理過程中。MMPs和TIMPs在不同病因引起的胸腔積液中高表達，使得MMPs可能成為靶向治療胸腔積液的有力手段，如巴馬司他(BB-94)是最先合成并用于臨床實驗的MMPs抑制劑(MMPIs)，可減輕惡性胸腔積液和腹水，但目前在惡性胸腔積液的治療上尚無滿意結果。此外，還有其他的MMPIs處于臨床試驗階段，應用效果并不是很好，不良反應難以解決[9,12]。

2 MMPs在腫瘤性惡性胸腔積液中的作用

胸膜腔內MMPs能通過降解細胞外基質及基底膜，同時可能通過改變間皮和內皮細胞層的完整性和增加血管壁通透性而在胸腔積液形成中發(fā)揮作用，促使積液流入胸膜間隙[13]。

惡性腫瘤是導致胸腔積液的主要原因之一，研究表明，42%～77%的胸腔滲出液繼發(fā)于各種惡性腫瘤，包括肺癌、乳腺癌、胃癌、食管癌、肝癌、結直腸癌等[14]。關于MMPs和TIMPs與腫瘤侵襲、轉移關系的研究多見，兩者的動態(tài)平衡決定細胞外基質的降解程度，繼而決定腫瘤的侵襲與轉移，同時促進胸腔積液的形成。研究[15]發(fā)現，除成纖維細胞、內皮細胞、粒細胞和巨噬細胞外，腫瘤細胞亦可能參與MMP-9的產生，因此MMP-9對基底膜明膠/Ⅳ型膠原的降解被認為是腫瘤侵襲和轉移的重要組成部分。不管腫瘤來源于哪種組織類型，過表達的MMPs均指向腫瘤的晚期和侵襲性階段，而此階段一般伴有胸腔積液的產生。研究證明，內皮細胞中高水平的MMP-2可促進細胞外基質降解，同時增加內皮細胞的遷移和血管內皮生長因子(VEGF)的釋放，刺激新生血管形成，促進腫瘤細胞的侵襲與轉移[16]。邱志雄等[17]研究認為，在細胞外基質的降解過程中，MMP-2能使與細胞外基質結合的生長因子如TGFG、bFGF等釋放出來，而這些生長因子不僅能促進MMP酶原的大量合成，而且能使VEGF的表達上調，有利于腫瘤的轉移和浸潤。錢凌等[18]采用酶聯(lián)免疫吸附試驗法檢測38例惡性胸腔積液和50例良性胸腔積液發(fā)現，惡性胸腔積液中MMP-7、MMP-10表達及各項MMPs/TIMPs值均高于良性胸腔積液，提示胸膜腔在受到惡性腫瘤侵襲轉移過程中存在MMPs/TIMPs動態(tài)平衡破壞，促進了細胞外基質和基底膜的降解速率，同時導致血管壁通透性升高，引起胸腔積液的產生。其中MMP-7不但能使細胞外基質降解，還能通過降解E-鈣黏素的方式來減弱細胞-細胞間的黏附作用，從而降低腫瘤細胞的接觸性抑制，從而促進腫瘤細胞的轉移和擴散。Fiorelli等[19]研究顯示，MMP-9和TIMP-1在惡性胸腔積液中的表達明顯高于良性胸腔積液，提示MMP-9主要來源于腫瘤中淋巴細胞，其表達既不受組織學和腫瘤起源的影響，亦不受胸腔積液中腫瘤細胞的影響。腫瘤細胞降解細胞外基質是腫瘤轉移的關鍵步驟，而基底膜和間質基質是腫瘤擴散的第一道屏障。雖然有幾種蛋白水解酶參與了這一過程，但MMP-9發(fā)揮了關鍵作用。

3 MMPs在結核性胸腔積液中的作用

結核性胸腔積液是由于胸膜下實質性病變破裂，少量的結核桿菌及其代謝產物進入胸膜腔，進而引發(fā)局部免疫反應，大量的炎性細胞、細胞因子和纖維素性蛋白進入胸膜腔內，導致胸膜通透性升高，促使胸腔積液形成[20]。

MMPs是結核病炎癥反應和組織破壞的重要介導因子，通過對細胞外基質和基底膜的降解，參與胸腔積液的形成，且結核分枝桿菌已被證明能刺激受感染生物肺組織中MMP-9表達，同時炎癥細胞可產生MMP-9，有助于細胞外基質降解和吸收[15]。El等[21]研究發(fā)現，胸膜結核組織中MMP-9活性呈較高水平，且在功能上與結核性肉芽腫存在緊密聯(lián)系，并認為MMP-9活性在結核性胸膜疾病炎癥發(fā)生發(fā)展中有特殊作用。Hsieh等[22]對125例胸腔積液患者研究發(fā)現，胸腔積液中ACE和MMP-9活性升高和ACE2活性降低是胸膜結核患者胸膜腔感染的特征，從而得出ACE與ACE2相互作用及MMP-9異常調節(jié)可能在結核性胸腔積液發(fā)生發(fā)展中起重要作用,同時表明血管緊張素1-7通過阻斷PI3K/Akt、p38和JNK信號通路降低MMP-2和MMP-9表達和活性，發(fā)揮抗遷移和抗侵襲作用。Teixeira等[23]研究發(fā)現，MMP-8主要由炎癥部位的中性粒細胞分泌，當受到結核或腫瘤病因影響時，可致MMP-8在胸腔積液中釋放。研究[24]發(fā)現，當MMP-9分泌過多時，可致病情加重，從而有助于結核分枝桿菌的傳播，促使胸腔積液形成。

4 MMPs在其他胸腔積液中的作用

肺炎、肝硬化、心力衰竭等均是胸腔積液形成的常見原因，而這些疾病和MMPs/TIMPs動態(tài)平衡有關。Iglesias等[25]研究發(fā)現，在膿胸或并發(fā)肺炎旁積液中MMP-1、MMP-9水平較高，尤其是MMP-8的濃度較高，且與PMN-E、IL-8、TNF-α、u-PA和PAI-1間有密切聯(lián)系，感染性胸腔積液中TIMP-1異常增高可能是由于炎癥介質刺激所致，胸膜腔對細菌損傷的反應，觸發(fā)炎癥級聯(lián)和抑制纖溶，引起MMPs/TIMPs動態(tài)平衡失調，導致細胞外基質的崩解、炎癥細胞和成纖維細胞向胸膜腔浸潤，使得胸膜腔出現持續(xù)的局部炎癥和胸膜肥厚。另外，Prystupa等[26]研究表明，MMP-2、MMP-8和MMP-9在酒精性肝病患者中的表達明顯升高，提示酒精性肝炎已發(fā)展為肝硬化，隨著肝組織MMPs含量增加，肝硬化患者血清MMP-2濃度明顯升高，并與肝纖維化程度呈正相關。由MMPs調節(jié)的細胞外基質循環(huán)在心室重構中扮演重要角色。Morishita等[27]研究顯示，在慢性心力衰竭患者中，MMP-9、TIMP-1和MMP-9/TIMP-1值與心力衰竭嚴重程度相關，即使低BNP水平的患者，在中位數109個月的長期隨訪中，高MMP-9水平亦是心力衰竭事件的強有力預測因素。在這些疾病所致的胸腔積液中均能檢測到MMPs和TIMPs，但濃度遠低于由腫瘤、結核所引起的胸腔積液者，說明MMPs和TIMPs與多種病因所致胸腔積液有關。

綜上所述，MMPs在胸腔積液形成過程中有獨特作用。早期針對相應MMPs給予藥物干預可減少相關疾病的發(fā)生率。