MMP-9/TIMP-1與川崎病發病機制關系的研究進展

吳鎮宇姚麗萍

MMP-9/TIMP-1與川崎病發病機制關系的研究進展

吳鎮宇①姚麗萍①

川崎病（KD）是一種急性、自限性的全身性血管炎，好發于6個月～5歲的兒童，可導致嚴重的心血管并發癥，是兒童后天獲得性心臟病最常見的原因。流行病學調查表明，KD的發病率在亞裔人群中穩步的增長，嚴重影響未來兒童的公共健康，然而其病因和發病機制尚不完全清楚。基質金屬蛋白酶-9（MMP-9）/金屬蛋白酶組織抑制劑-1（TIMP-1）是調節細胞外基質（ECM）合成與降解的主要酶類，研究MMP-9/TIMP-1與KD發病機制的關系對了解KD的發病機制、預防心血管系統并發癥起重要作用。

基質金屬蛋白酶-9； 金屬蛋白酶組織抑制劑-1； 川崎病； 發病機制

川崎病（Kawasaki Disease，KD）于1967年由日本川崎富首先報告，曾稱皮膚黏膜淋巴結綜合征，是一種主要累及冠狀動脈的以全身性中、小血管炎為主要病變的急性發熱出疹性小兒疾病。本病成一定的流行性及地方性，是一種自限性疾病，大多數患兒預后良好，由于可以發生嚴重的心血管并發癥，未經治療的患兒發生率達20%～25%，引起人們的重視。北京＜5歲兒童發病率由1955年18/10萬升高到2009年87/10萬，已成為我國兒科住院的常見病之一［1］。KD被人們認識50多年來，其病因和發病機制得到了廣泛的研究，病毒和細菌的感染、自身免疫因素、遺傳因素等均參與川崎病的發病［2］。在發達國家，KD已經成為兒童獲得性心臟病的最常見原因［3］，報告顯示其很快會取代風濕熱成為發展中國家最常見的兒童獲得性心臟病［4］。

基質金屬蛋白酶-9（matrix metalloproteinase-9，MMP-9）是基質金屬蛋白酶家族中的一員，以無活性酶原形式分泌、儲存在細胞外基質（ECM），在刺激因素的作用下經一系列蛋白酶級聯而激活，其活性主要被蛋白酶清除劑抑制。金屬蛋白酶組織抑 制 劑 -1（tissue inhibitor of metalloproteinase-1，TIMP-1）是TIMP中活性最強的蛋白酶，可抑制MMP-9的活性。MMP-9與TIMP-1共同參與機體重要的生理功能如參與胚胎的發育、創面的愈合、血管的形成等過程［5］，亦參與多種疾病的病理過程，如炎癥反應、慢性阻塞性肺疾病、腫瘤細胞轉移和動脈粥樣硬化等［6-9］。因MMP-9和TIMP-1的生物學功能廣泛而重要，在生命學科領域里已經受到廣泛的關注，同時在眾多疾病的發病機制中起著重要作用，所以研究其功能及其在發病機制中的作用，對治療腫瘤等疾病及評估疾病預后具有重要作用。研究表明，MMP-9/TIMP-1在KD及其冠狀動脈病變的發病機制中扮演重要角色［10］。此外，MMP-9 和TIMP-1基因多態與對KD發病機制的研究也逐步深入。因此，研究其在KD及其并發癥中的發病機制對預防及治療KD有積極作用。

1　MMP-9/TIMP-1的概述

基質金屬蛋白酶（matirx metalloproteinases，MMPs）是一類鋅鈣離子依賴性的中性蛋白水解酶家族，介導細胞外基質的降解和組織重塑，參與人體的許多病理和生理過程。按其作用底物的不同，主要分為以下幾類：膠原酶（collagenases）：包括MMP-1、MMP-8、MMP-13；明膠酶（gelatinases）：包括MMP-2、MMP-9；基質溶素（stromelysins）：包括MMP-3、MMP-10、MMP-11；膜型金屬基質蛋白酶（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又稱明膠酶B，是已發現的MMPs中分子量最大的酶，分子量大約92 KD，其基因定位于人16號染色體，前體可由中性粒細胞、單核細胞、內皮細胞、平滑肌細胞等多種細胞分泌，幾乎可以降解細胞外基質的所有蛋白成分，主要參與多種炎癥反應且與血管病變有密切關系。包漿合成的MMP-9以酶原形式分泌到ECM，通過胰蛋白酶、纖維蛋白溶酶、其他MMPS等作用，水解掉前態結構域，酶原中心暴露而被激活［11］。

金屬蛋白酶組織抑制劑（tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP）是一個低分子質量蛋白質家族，由MMPs細胞同時分泌，是MMPs的天然抑制劑。迄今為止發現有4種TIMP，分別是TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3、TIMP-4。TIMP不僅對維持細胞外基質的正常生理功能有重要作用，而且與細胞的生長、發育和分化及刺激血管生成等生理或病理過程關系密切［12］。TIMP-1是其中活性最強的，它主要由巨噬細胞、內皮細胞、成纖維細胞合成，并以可溶性的形式分泌到ECM中。TIMP-1在酶原活化階段通過與MMPs形成穩定復合物來阻礙MMPs的自我激活，或者在活化階段可以直接與活化的MMPs形成1∶1復合體來抑制其活性［13］。

2　MMP-9/TIMP-1的生物學作用

MMP-9與TIMP-1共同參與機體的多種重要生理功能和多種疾病的發病機制，因此研究其功能及作用，可以為疾病的預防和治療提供理論依據。正常生理狀態下，MMP-9和TIMP-1協同作用，保持動態平衡，在組織重建、血管生成、傷口愈合等過程中發揮著重要作用，一旦這種平衡被打破，則可導致各種疾病發生，如炎癥過程中炎性細胞的浸潤、腫瘤細胞的侵襲和轉移、動脈粥樣硬化的形成發展等。

2.1 參與炎癥過程中炎性細胞的浸潤 炎癥反應過程中，炎性細胞如中心粒細胞、單核-巨噬細胞、淋巴細胞等的遷移和外滲到局部組織中離不開MMP-9和TIMP-1的參與，MMP-9對組織的破環和重建起著非常重要的作用。MMP-9/TIMP-1平衡失調，而過表達的MMP-9有特異的膠原酶和彈性蛋白酶活性，可降解血管內皮細胞，有助于炎性細胞向血管壁深層移動，參與炎癥過程中炎癥細胞的浸潤［14］。MMP-9通過一系列細胞因子介導的機制調節白細胞的功能，將IL-1β和IL-8、轉變為有活性的形式，IL-1β和IL-8又可促進MMP-9從中性粒細胞中脫顆粒［15］。大量的研究發現，MMP-9的過表達與炎癥初期釋放的某些炎性介質比如TNF-α、IL-6成正相關。目前筆者已經明確MMP-9表達的增加與許多炎性疾病的病理狀態有關，如心肌梗死、類風濕性關節炎、肝臟纖維化、牙周炎。Kalela等［16］研究發現MMP-9與白細胞計數呈顯著正相關，血清MMP-9可以作為有價值的炎性反應標志物。

2.2 參與腫瘤細胞的侵襲和轉移 MMP-9與腫瘤的關系是近年來研究的重點，被認為是腫瘤侵襲和轉移的一個重要分子標記物。腫瘤細胞在侵襲過程中必須克服ECM中的基底膜，通過與基底膜受體結合后分泌MMP-9等降解酶降解基底膜和基質。MMP-9還可能通過調節腫瘤細胞與宿主細胞之間的粘附，影響腫瘤組織內血管的生成，激活具有抑制腫瘤細胞轉移的蛋白等參與腫瘤的侵襲和轉移。現已證明，MMP-9與膀胱癌、肺癌、胃癌、子宮內膜癌、舌鱗狀細胞癌等各種腫瘤息息相關，已經成為上述癌癥的一種主要癌癥生物標記。魏莉等［17］在研究MMP-9與肺癌的關系時還發現，MMP-9不僅在肺癌患者中高表達，而且臨床分期越高、腫瘤侵襲性越強，其水平也越高。抑制MMP-9的表達，可能會抑制腫瘤細胞的侵襲和轉移，所以研究其與腫瘤的關系對未來腫瘤的治療、預防腫瘤的轉移有非常重要的意義。TIMP-1與腫瘤也有著密切的關系，研究發現，高濃度的TIMP-1與卵巢癌發生、侵襲轉移性行為有關［18］。

2.3 參與動脈粥樣硬化發生及演變過程 動脈粥樣硬化（AS）是血管壁的一種慢性炎癥反應，免疫反應參與發病的各個階段，炎性細胞分泌的細胞因子在斑塊的發生、發展及破裂中起到關鍵作用。MMP-9和TIMP-1作為參與其發病的重要細胞因子已經得到了明確的證實。炎性細胞因子TNF-α激活NF-κB信號通路，通過sLZIP因子誘導MMP-9的轉錄，MMP-9可以促進平滑肌細胞遷移、增殖，在AS的發病中起到非常重要作用［19］。MMP-9的過度表達，還可以降解細胞外基質蛋白而導致平滑肌細胞凋亡，使斑塊不穩定而易于破裂，因此，MMP-9與斑塊的不穩定息息相關。內源性TIMP-1的作用是阻止MMP-9的活化，亦參與AS的形成。研究顯示，TIMP-1 mRNA在AS的表達明顯減低，減少對MMP-9的抑制性調控，也是AS發生發展的機制之一［20］。各種藥物對AS患者的MMP-9、TIMP-1表達的影響已經受到人們的廣泛研究，抑制MMP-9表達的藥物可能預防AS斑塊的破裂而預防急性冠脈綜合癥的發生。

3　MMP-9/TIMP-1與KD的關系

病理研究證實，全身性血管炎為KD的基本病理改變，免疫系統的活化狀態在發病機制上起重要作用。活化的T淋巴細胞分泌TNF-α等細胞因子，與分布在單核/巨噬細胞等免疫細胞的TNF受體結合，通過PKR、IRAK及NAK途徑下調IκB-α蛋白合成，活化包漿中的NF-κB，進入細胞核促進MMP-9等細胞因子的轉錄，MMP-9的活性過高及MMP-9/TIMP-1平衡失調，導致細胞外基質降解加速及基底膜破壞，引起炎癥細胞和細胞因子向血管深層浸潤，擴大炎癥的損傷，參與KD血管炎的發生及進展。MMP-9/TIMP-1與KD的關系是近年來研究的熱點，其在KD的血管病變中的作用被人們所共識。

3.1 MMP-9/TIMP-1在KD患兒的水平 KD全層血管炎、冠狀動脈病變及動脈瘤的形成，首先是血管內膜炎性細胞的浸潤，然后發生內皮細胞降解和彈性層的破壞，而血管彈性層的破環與局部MMP-9的活性有關。早在10多年前，美國學者就發現KD患兒急性期血清MMP-9和TIMP-1濃度顯著升高［21］。隨著對MMP-9/TIMP1的進一步研究，其與KD的關系受到學者們的重視，可能成為早期診斷KD及早期預防冠狀動脈病變的客觀生化指標。我國學者趙建美等［22］也研究發現，KD患兒急性期血清MMP-9和TIMP-1水平及MMP-9/TIMP-1比值較對照組明顯上升，并且冠狀動脈擴張組比冠狀動脈未擴張組更顯著，這與國內外其他學者的結論一致。相關學者研究發現丙種球蛋白可能通過抑制KD小鼠模型的MMP-9過度表達或激活從而減少血管炎的發生發展而起到治療作用［23］。NF-κB可以與MMP-9啟動子調控區特異的結合位點結合，調節MMP-9的轉錄，最終導致炎性病理損傷，急性期KD患兒外周血單個核細胞中NF-κB、MMP-9表達增強［24］。

3.2 MMP-9/TIMP-1 mRNA在KD患兒的表達 MMP-9 和TIMP-1在KD患兒血清的表達調節機制尚不十分清楚，檢測MMP-9/TIMP-1 mRNA在細胞內的水平進一步能了解KD的發病機制。韋翊等［25］動態觀察KD患兒外周血單核細胞中MMP-9和TIMP-1 的mRNA水平，發現在急性期外周血單個核細胞MMP-9 mRNA和TIMP-1 mRNA明顯升高，恢復期MMP-9 mRNA與急性期比較有所上升，差異有統計學意義（P＜0.05），TIMP-1 mRNA有所下降，差異無統計學意義（P＞0.05）。更有研究表明，KD患兒急性期不僅外周血MMP-9 mRNA表達、蛋白水平及酶活性均較對照組顯著升高，而且冠狀動脈損傷的患兒較冠狀動脈未損傷的患兒更顯著，對早期預測冠狀動脈損傷有一定價值［26］。機體可能通過復雜的調節機制來調節MMP-9和TIMP-1轉錄和翻譯過程來參與KD的發病。

3.3 MMP-9/TIMP-1基因多態性與KD 因KD發病具有特定的種族和家庭易感性，基因多態性與KD易感性的相關研究成為近年來研究的熱點。與KD有關的細胞因子，如白介素、腫瘤壞死因子、生長因子、粘附分子等的基因多態性與KD的易感性已經得到證實，并且某些細胞因子基因多態性與冠狀動脈病變及IVIG耐藥相關［27］。目前認為MMP-9在KD患兒血清水平明顯升高并且與冠狀動脈損傷發展的病理生理有關，研究MMP-9基因多態性對了解KD的發病非常重要。國外有關研究表明，存在于MMP-9基因啟動子部位的-1562C/T與多種血管疾病有關，當C突變為T，可以從轉錄水平影響基因表達調控蛋白酶的合成［28］。國內學者張園海等［29］研究MMP-9基因-1562C/T多態性與KD冠脈損害及丙種球蛋白耐藥的關系發現，-1562C/T等位基因是KD發生冠脈損害的危險因素，與丙種球蛋白耐藥無明顯關系。國內外尚沒有關于TIMP-1基因多態性與KD關系的報道， MMP-9/TIMP-1基因多態性仍需要筆者繼續探究。

綜上所述，KD被人們認識50年來，其病因、免疫發病機理、遺傳易感性、冠狀動脈損害形成、丙種球蛋白耐藥等諸多問題仍需要醫護人員去澄清。MMP-9/TIMP-1通過調節細胞外機制的合成與降解參與KD的發病，研究其與KD的關系，可能為病情的早期診斷及判斷病情輕重提供新的實驗室依據，可以早期預測冠狀動脈損害的發生。

［1］胡亞美，江載芳，申昆玲.諸福棠實用兒科學［M］.8版.北京：人民衛生出版社，2015：778-780.

［2］葉貝，趙小東.川崎病病因及發病機制的研究進展［J］.兒科藥學雜志，2012，18（4）：49-52.

［3］ Dimitriades V R，Brown A G，Gedalia A.Kawasaki disease：pathophysiology， clinical manifestations and management［J］.Curr Rheumatol Rep，2014，16（6）：423-426.

［4］ Kumar R K，Tandon R.Rheumatic fever & amp： rheumatic heart disease：the last 50 years［J］.Indian J Med Res，2013，137（4）：643-658.

［5］涂國剛，黃惠明，熊芳，等.基質金屬蛋白酶抑制劑的研究進展［J］.中國新藥與臨床雜志，2008，27（3）：219-226.

［6］王海波，俞為榮.MMP-2/MMP-9在炎癥中的研究進展［J］.醫學綜述，2014，20（17）：3120-3122.

［7］蔣輝，朱清藝，畢迎春，等.MMP-9/TIMP-1與COPD肺氣腫關系研究進展［J］.遼寧中醫藥大學學報，2013，15（6）：108-110.

［8］德樂黑巴特爾，郭立娜.MMP-9及其與惡性腫瘤關聯的研究進展［J］.內蒙古醫學雜志，2014，46（6）：696-698.

［9］張清隊，蔡力.基質金屬蛋白酶-9在動脈粥樣硬化中的研究進展［J］.心血管病學進展，2008，29（1）：161-163.

［10］ Korematsu S，Ohta Y，Tamai N，et al.Cell distribution differences of matrix metalloproteinase-9 and tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-1 in patients with Kawasaki disease［J］. Pediatr Infect Dis J，2012，31（9）：973-974.

［11］ Visse R，Hideaki N.Matrix metalloproteinases and tissue inhibitors of metalloproteinases structure，function，and biochemistry［J］.Circ Res，2003，92（8）：827-839.

［12］閆訓友，薛沖，劉志敏，等.基質金屬蛋白酶及其組織抑制劑研究進展［J］.生物技術通訊，2004，15（3）：302-305.

［13］ Brew K，Dinakarpandian D，Nagase H.Tissue inhibitors of metalloproteinases：evolution，structure and function［J］.Biochim Biophys Acta，2000，1477（1-2）：267-283.

［14］ Ravi A，Garg P，Sitaraman S V.Matrix metalloproteinases in inflammatory bowel disease： boon or a baine［J］.Inflamm Bowel Dis，2007，13（1）：97-107.

［15］ Opdenakker G，Van den Steen P E，Dubois B，et al.Gelatinase B functions as regulator and effector in leukocyte biology［J］.J Leukoc Biol，2001，69（6）：851-859.

［16］ Kalela A，Ponnio M，Koivu T A，et al.Association of serum sialic acid and MMP-9 with lipids and inflammatory markers［J］. Eur J Clin Invest，2000，30（2）：99-104.

［17］魏莉，徐盈.基質金屬蛋白酶9在老年肺癌中的表達及臨床意義［J］.中國老年醫學雜志，2014，34（1）：89-90.

［18］劉霞，張淑蘭，高紅.基質金屬蛋白酶MMP-9及其組織抑制劑TIMP-1 mRNA在卵巢上皮性腫瘤中的表達及其臨床意義［J］.中國現代醫學雜志，2009，19（8）：1121-1125.

［19］ Kim J，Ko J.Human sLZIP promotes atherosclerosis via MMP-9 transcription and vascular smooth muscle cell migration［J］.Faseb J，2014，28（11）：5010-5021.

［20］蘇偉，高楓，龔少愚，等.動脈粥樣硬化患者血液中基質金屬蛋白酶-9及其抑制物-1的基因表達［J］.蘇州大學學報（醫學版），2011，31（1）：118-120.

［21］ Chua P K，Melish M E，Yu Q，et al.Elevated levels of matrix metalloproteinase 9 and tissue inhibitor of metalloproteinase 1 during the acute phase of Kawasaki disease［J］.Clin Diagn Lab Immunol，2003，10（2）：308-314.

［22］趙建美，倪凱華.MCP-1、MMP-9、TIMP-1在川崎病中的表達及與冠狀動脈病變的關系［J］.江蘇醫藥，2014，40 （21）：2551-2554.

［23］ Shangguan W，Du Z，Yang H，et al.Effects of intravenous immunoglobulin upon the overexpression and over-activation of nuclear factor-κB and matrix metalloproteinase-9 in murine model of Kawasaki disease［J］.National Medical Journal of China，2014，94（12）：938-943.

［24］談誠，韓勍，朱純亮，等.急性期川崎病患兒外周血單個核細胞NF-κB、MMP-9表達變化及意義［J］.山東醫藥，2015，55（6）：11-13.

［25］韋翊，徐婷，趙仕勇，等.川崎病患兒外周血基質金屬蛋白酶-9及其抑制劑的表達［J］.中華急診醫學雜志，2011，20 （4）：424-425.

［26］王曉華，王倩，趙建美.MMP-9、AECA、ANCA蛋白在川崎病外周血的表達及其與冠狀動脈損害的關系［J］.山東醫藥，2016，56（5）：10-12.

［27］姜慧，黃昱，曾川.與川崎病有關的細胞因子基因多態性［J］.臨床兒科雜志，2013，31（1）：85-88.

［28］ Vijayalakshmi D，Dhandapani R，Jayaveni S，et al.In vitro anti inflammatory activity of Aloe vera by down regulation of MMP-9 in peripheral blood mononuclear cells［J］.J Ethnopharmacol，2012，141（1）：542-546.

［29］張園海，李豐，徐強，等.基質金屬蛋白酶-9基因-1562 C/T多態性與川崎病冠脈損害及丙種球蛋白耐藥的關系［J］.醫學研究雜志，2013，42（4）：136-139.

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） （本文編輯：周亞杰）

①內蒙古科技大學包頭醫學院第一附屬醫院 內蒙古 包頭014010

姚麗萍

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