馮強(qiáng) 任壽安

20世紀(jì)60年代初,Gross和Lapiere首次在觀察蝌蚪尾巴退化過程中分離出一種具有膠原蛋白水解活性的物質(zhì),并描述其為基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)[1]。按照發(fā)現(xiàn)順序MMPs家族已命名至MMP-28,其中有23種在人體組織中表達(dá)[2]。

MMP-9也稱明膠酶-B,基因位點位于人類20號染色體q11.2-q13.1區(qū)[3],是其中分子量最大且結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的成員,從N端到C端包含五個結(jié)構(gòu)域:信號肽區(qū)、氨基端前肽區(qū)、鋅結(jié)合催化區(qū)、鉸鏈區(qū)和羧基端類血紅素蛋白結(jié)合區(qū),其中催化結(jié)構(gòu)域又包括纖維連接蛋白Ⅱ結(jié)構(gòu)域、活性部位和鋅結(jié)合區(qū)。它在免疫炎癥、增殖、凋亡、遷移、侵襲、血管生成等諸多過程中發(fā)揮重要作用。

MMP-9在健康肺組織中的表達(dá)極低或檢測不到。然而,在炎癥或其他各類刺激因素(包括香煙煙霧)下,其表達(dá)水平顯著增加,并且在慢性阻塞性肺疾病、特發(fā)性肺纖維化在內(nèi)的各種肺部疾病中易于檢測到[4]。

一、MMP-9與肺部疾病的關(guān)系

1. MMP-9與慢性阻塞性肺疾病

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary diseases,COPD)是一種可以預(yù)防和治療的,以持續(xù)性呼吸道癥狀和不可逆氣流受限為特征的慢性炎癥性肺部疾病,發(fā)病率、死亡率逐年上升,炎癥、氧化應(yīng)激及蛋白酶-蛋白酶抑制劑失衡是COPD的主要病理生理機(jī)制已得到廣泛認(rèn)可[5]。MMP-9、TIMP-1(基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑-1)作為生物體內(nèi)重要的一組蛋白酶-蛋白酶抑制劑,其在氣道慢性炎癥疾病中的基礎(chǔ)作用已被充分證明[6, 7],研究發(fā)現(xiàn)在慢阻肺大鼠模型血清及肺泡灌洗液(BALF)中MMP-9水平升高,并且其升高程度與支氣管壁壁厚成正相關(guān),該機(jī)制可能是通過降解氣道上皮下細(xì)胞外基質(zhì),促進(jìn)上皮及炎癥細(xì)胞遷移、成纖維細(xì)胞增生進(jìn)而刺激膠原生成,致使氣道重塑[8]。MMP-9作為參與COPD發(fā)病機(jī)制的眾多炎癥介質(zhì)之一,與COPD發(fā)病及病情嚴(yán)重程度密切相關(guān)。有研究[9, 10]發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比,COPD組患者血清MMP-9水平顯著升高,并且與GOLD分級、CAT分?jǐn)?shù)及臨床病史時間成正相關(guān),與FEV1成負(fù)相關(guān);此外,Hao[11]等通過測定呼氣凝聚物樣本中MMP-9濃度也得到了同樣的結(jié)論,并且發(fā)現(xiàn)吸煙者中其水平更高。以上研究通過在不同樣本中探討MMP-9與COPD 的關(guān)系最終得出一致的結(jié)論,更加有力地證實了MMP-9在COPD發(fā)病及病情評估方面存在重要價值。

慢阻肺急性加重是慢阻肺病程中的重要組成部分,早期預(yù)防、早期發(fā)現(xiàn)和及時治療急性加重對于減輕疾病負(fù)擔(dān)至關(guān)重要。Wells[12]等通過一項多中心前瞻性觀察性研究發(fā)現(xiàn)COPD組中MMP-9升高組與明顯的臨床特征相關(guān)(更多是當(dāng)前吸煙者、患慢性支氣管炎的比例更高、白細(xì)胞計數(shù)及中性粒細(xì)胞百分比更高,嗜酸性粒細(xì)胞百分比更低),并且在隨訪34個月后,發(fā)現(xiàn)MMP-9升高組出現(xiàn)≥1次 AECOPD的絕對風(fēng)險較MMP-9未升高組增加16%。有研究[13]發(fā)現(xiàn)牙周病原體包括F.nucleatum也與COPD惡化有關(guān),其機(jī)制可能是通過細(xì)胞內(nèi)ERK 和NF-κB激活來誘導(dǎo)MMP-9過表達(dá)實現(xiàn)的。此外,一項納入1542名受試者的隊列研究[14],通過測定血清MMP-9濃度,研究MMP-9與COPD患者預(yù)后的關(guān)系,該研究觀察隨訪超過9年,結(jié)果顯示COPD患者死亡率明顯高于健康對照組,且COPD死亡組中血清MMP-9水平高于存活組,這表明血清MMP-9水平可能與患者死亡風(fēng)險增加有關(guān)。

雖然包括吸煙在內(nèi)的環(huán)境因素是COPD的主要危險因素,但遺傳因素也與其發(fā)病率密切相關(guān)。在過去的十年中,已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究來分析MMP的單核苷酸多態(tài)性與人群COPD患病風(fēng)險之間的關(guān)系,但結(jié)果卻并不一致。一項關(guān)于MMP-9 rs3918242多態(tài)性與COPD的薈萃分析表明[15]攜帶MMP-9 rs3918242 C等位基因的人群COPD患病風(fēng)險高于T等位基因的人群,特別是在高加索人中,在中國人中沒有發(fā)現(xiàn)這種差異。然而, Yang[16]等研究發(fā)現(xiàn)攜帶MMP-9 rs3918242 C等位基因的中國人群對COPD的易感性較高?？傊?這些研究表明MMP-9可用于初診COPD患者危險分層、評估病情嚴(yán)重程度、預(yù)測急性加重及死亡風(fēng)險。

2. MMP-9與肺纖維化

肺纖維化(pulmonary fibrosis,PF)是一種慢行進(jìn)行性炎癥性肺間質(zhì)疾病,其發(fā)生、發(fā)展與長期肺部炎癥及持續(xù)性肺泡損傷、細(xì)胞外基質(zhì)的損傷、修復(fù)和膠原纖維沉積密切相關(guān)。MMPs 是一類鋅離子依賴的蛋白酶,通過多種途徑參與肺纖維化的發(fā)病機(jī)制,由于其降解細(xì)胞外基質(zhì)的潛力,MMPs在肺纖維化發(fā)病機(jī)制的背景下獲得了極大的關(guān)注[17-19]。有研究證實MMP-9在特發(fā)性肺纖維化中表達(dá)水平增加,并且可能通過TGF-β1信號傳導(dǎo)等途徑促纖維化作用[20]。Bormann[21]等人通過構(gòu)建小鼠肺纖維化模型,觀察到小鼠肺組織裂解液和BALF中MMP-9、MMP-2水平顯著升高,表明其在肺纖維化中發(fā)揮重要作用。為了進(jìn)一步研究二者在肺纖維化過程中的作用,通過基因敲除技術(shù)分別敲除MMP-2或MMP-9將實驗小鼠分為野生型小鼠、基因敲除MMP-2或MMP-9以及MMP-2和MMP-9組,觀察各組間肺組織重塑沒有顯著差異,提示MMP-2和MMP-9在誘導(dǎo)肺纖維化過程中起從屬作用。以上研究證實MMP-9在促進(jìn)肺纖維化中起到一定的作用,雖然目前肺纖維化的發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明,但MMP-9被認(rèn)為是肺纖維化形成的下游通路是可以確定的。

鑒于MMP-9在肺纖維化中的作用,有研究提出或許可以將MMP-9作為肺纖維化疾病治療的靶點,Espindola[22]等研究發(fā)現(xiàn)在肺纖維化小鼠模型中使用MMP-9抑制劑,顯著降低了小鼠肺重塑。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)其靶向治療反應(yīng)性與Ⅰ型干擾素的表達(dá)相關(guān),在富含該因子的環(huán)境中應(yīng)用MMP-9抑制劑通過降低TGF-β1信號傳導(dǎo)和 MMP-9 基因表達(dá),最終起到抗纖維化的作用;相反缺乏該因子,靶向阻斷MMP-9并不會阻斷纖維化過程。此外,研究發(fā)現(xiàn)艾拉莫德(IGU)可以減輕博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化,并且這種抗纖維化作用部分是通過抑制MMP-9實現(xiàn)[23]。這些發(fā)現(xiàn)提升了我們對MMP-9在肺纖維化中的認(rèn)識,進(jìn)一步證實阻斷MMP-9通路可能成為肺纖維化治療的新方向,但應(yīng)考慮患者群體中細(xì)胞反應(yīng)性的異質(zhì)性。另有研究發(fā)現(xiàn)MMP-9基因多態(tài)性與肺纖維化存在密切關(guān)聯(lián), Zhang[24]等在一項納入1571名受試者的病例對照研究中發(fā)現(xiàn),與健康對照組相比,MMP-9 1562C> T基因多態(tài)性的TT基因和T等位基因頻率在IPF組中顯著升高,提示T等位基因可能是IPF發(fā)生的一個危險因素。糖皮質(zhì)激素治療后,TT、T/C、CC三組中MMP-9水平均較治療前明顯下降,但CC組下降更明顯,表明MMP-9 1562C> T基因多態(tài)性可能影響糖皮質(zhì)激素治療IPF的療效并可能預(yù)測IPF治療結(jié)果。

3. MMP-9與非小細(xì)胞肺癌

肺癌是臨床中最常見的惡性腫瘤,因其高發(fā)病率和低生存率而成為全球所有癌癥死亡的主要原因,其中約85%為非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)[25]。大多數(shù)患者在診斷時即表現(xiàn)為晚期NSCLC,因此臨床工作中迫切需要一些監(jiān)測腫瘤發(fā)生發(fā)展的生物標(biāo)志物來更好的管理肺癌患者,MMP-9通過降解基底膜和細(xì)胞外基質(zhì)破壞癌細(xì)胞侵襲屏障,在癌癥遷移和侵襲中具有重要作用。

Zhang[26]等在一項納入240例受試者的病例對照研究中發(fā)現(xiàn)NSCLC組血清MMP-9表達(dá)水平顯著高于健康對照組,且其表達(dá)水平與肺癌TNM分期、分化程度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、吸煙史及組織方式密切相關(guān),表明MMP-9在肺癌病情評估方面起著重要作用,Xu等[27]的研究結(jié)果也證明了這一觀點,同時還發(fā)現(xiàn)可以通過沉默TRIM66逆轉(zhuǎn)過表達(dá)的MMP-9對NSCLC細(xì)胞遷移、侵襲和上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的影響。此外,MMP-9被認(rèn)為是預(yù)測腫瘤發(fā)生轉(zhuǎn)移的有潛力的生物標(biāo)志物,Balla[28]等通過一項納入25例非轉(zhuǎn)移性非小細(xì)胞肺癌患者的研究隨訪發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移組血清MMP-9水平顯著高于非轉(zhuǎn)移組,且單因素分析發(fā)現(xiàn)MMP-9 AUC值為0.72(95%CI:0.46～0.99)。Rossano[29]等的研究也證實了65 kDa MMP-9在監(jiān)測腫瘤進(jìn)展并及早發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移中發(fā)揮著重要作用,并且猜測未來可以通過靶向治療抑制其水平延緩腫瘤進(jìn)展。

現(xiàn)多項研究認(rèn)為MMP-9在對預(yù)測腫瘤患者治療預(yù)后存在一定價值,一項回顧性研究[30]表明監(jiān)測血清MMP-9水平變化可能預(yù)測NSCLC患者化療結(jié)局,并且發(fā)現(xiàn)血清CD147和血清MMP-9組合顯著提高了NSCLC對患者化療反應(yīng)的預(yù)測能力。Ding[31]等在一項納入96名受試者的病例對照研究中發(fā)現(xiàn)中晚期NSCLC組經(jīng)放療后,有效治療組血清VEGF和MMP-9水平及活性均顯著低于治療前。表明監(jiān)測血清VEGF和MMP-9水平可作為評估放療治療中晚期NSCLC療效的新指標(biāo)。

肺癌是環(huán)境因素(如吸煙、空氣污染等)與遺傳因素相互作用的結(jié)果。近年來有部分研究發(fā)現(xiàn)MMP-9相關(guān)基因與NSCLC可能存在一定關(guān)聯(lián)。Huang[32]等通過一項薈萃分析發(fā)現(xiàn)MMP-9 rs3918242在所有人群的隱性或等位基因模型中與NSCLC發(fā)病率顯著相關(guān)。Li[33]等人的研究得出了同樣的結(jié)論,并且進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)MMP-9 CC基因型、MMP-13 GG基因型是可能得致癌基因型,未來聯(lián)合檢測MMP-9和MMP-13的基因多態(tài)性和酶活性有望成為NSCLC的潛在診斷方法。另有研究[34]通過分析肺癌樣本和健康肺組織之間的差異表達(dá)基因,發(fā)現(xiàn)PTTG1和MMP-9基因是與腫瘤發(fā)生相關(guān)的關(guān)鍵特征基因,增加PTTG1或MMP-9基因表達(dá)可以促進(jìn)細(xì)胞遷移和增殖,誘導(dǎo)集落形成并抑制細(xì)胞凋亡,表明這二者可能是治療肺癌的重要靶基因。

二、小結(jié)

目前,部分肺部疾病患者仍面臨著病情重、治療效果欠佳、疾病負(fù)擔(dān)較重等情況, 因此對相關(guān)疾病的診斷、治療反應(yīng)及預(yù)后評估等方面的研究非常重要。MMP-9作為一種重要的蛋白水解酶,與慢性阻塞性肺疾病、肺纖維化、非小細(xì)胞肺癌等肺部疾病的發(fā)病、進(jìn)展及預(yù)后方面均存在一定聯(lián)系,隨著對其研究進(jìn)一步深入,將有可能為肺部疾病診治提供新思路。未來可能通過靶向干預(yù)MMP-9為肺部疾患的治療提供一種新方法。