MMPs和RAGE參與機(jī)械通氣肺損傷的研究進(jìn)展

陳翔 黃霞 廖品琥

【關(guān)鍵詞】?MMPs;RAGE;VILI

中圖分類號(hào)：R563.8?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2018.06.025

機(jī)械通氣（mechanical ventilation，MV）是救治危重病患者的重要手段之一，但機(jī)械通氣對(duì)肺組織的牽張作用也可導(dǎo)致機(jī)械通氣肺損傷（ventilator induced lung injury，VILI）[1]。基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）通過(guò)對(duì)肺基底膜的重塑，參與VILI的生物傷過(guò)程，同時(shí)，晚期糖基化終末產(chǎn)物受體（receptorf or advanced glycation end-products，RAGE）是介導(dǎo)MMPs活性的重要受體，參與介導(dǎo)肺損傷過(guò)程的炎性細(xì)胞因子釋放[2～3]。本文綜述MMPs、RAGE及它們?cè)赩ILI中的互相作用。

1?MMPs概況

1.1?MMPs的分類

MMPs根據(jù)作用底物不同被分為5大類。第一類為膠原酶，主要水解底物是纖維素膠原，包括MMP-1、MMP-8、MMP-13、MMP-18;第二類為明膠酶，作用底物為Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅹ型膠原，包括明膠酶A（MMP-2）和明膠酶B（MMP-9）;第三類為基質(zhì)水解酶類，其水解底物比較廣泛，主要為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅸ型膠原、蛋白聚糖、明膠等，包括MMP-3、MMP-10、MMP-11;第四類是膜型MMPs;第五類是其他MMPs[4]。

1.2?MMPs的結(jié)構(gòu)

MMPs結(jié)構(gòu)上具有高度同源性，所有MMPs基因由同源性的10個(gè)外顯子，9個(gè)內(nèi)含子組成。MMPs基因經(jīng)一系列加工處理后，形成并具有以下5個(gè)結(jié)構(gòu)域。①信號(hào)肽區(qū)域：將翻譯的產(chǎn)物引導(dǎo)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，由第1外顯子編碼;②酶原肽段區(qū)域：在催化激活時(shí)裂解使MMPs酶原被激活，由第2外顯子編碼;③催化活性區(qū)：該區(qū)域?yàn)殇\離子結(jié)合的位點(diǎn)，促使酶催化作用的發(fā)揮，由第3～5外顯子編碼;④富含脯氨酸的鉸鏈區(qū)：連接催化活性區(qū)和C-羧基末端;⑤C-羧基末端：參與識(shí)別大分子底物及與金屬蛋白酶組織抑制劑（tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMPs）結(jié)合，與酶的底物特異性相關(guān)[5]。

1.3?MMPs/TIMPs的調(diào)節(jié)

TIMPs是一組能抑制MMPs活性的多功能因子，主要由巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞合成。目前發(fā)現(xiàn)的TIMPs有4種，TIMP1～4，其中TIMP1～2能抑制所有已知MMPs活性。TIMPs主要通過(guò)對(duì)MMPs的負(fù)性調(diào)節(jié)，參與ECM重塑和機(jī)體的病理生理過(guò)程：①在MMPs酶原的活化階段，TIMPs通過(guò)與MMPs結(jié)合，形成穩(wěn)定的復(fù)合體，阻礙酶原的激活和MMPs的活化;②在活化的MMPs階段，TIMPs與活化的MMPs結(jié)合形成緊密的復(fù)合體，阻斷MMPs與底物結(jié)合而抑制其活性[6]。

2?MMPs參與VILI 進(jìn)程

生理狀態(tài)下，MMPs在肺內(nèi)極低量表達(dá)，MMPs/TIMPs處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，維持ECM的結(jié)構(gòu)完整和功能正常。VILI時(shí)，機(jī)械張力導(dǎo)致肺內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞損傷，促使中性粒細(xì)胞聚集、激活并釋放MMPs，使血漿MMPs上升，并通過(guò)MMPs/TIMPs之間的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，影響VILI的發(fā)展和轉(zhuǎn)歸;同時(shí)，VILI的進(jìn)程與MMPs的表達(dá)也相互影響[7]。

機(jī)械牽張促使肺血管內(nèi)皮細(xì)胞MMP-2表達(dá)上升，MMP-2水平隨機(jī)械牽張時(shí)間增加而上升，協(xié)同使用刀豆球蛋白A并不能升高M(jìn)MP-2的表達(dá)水平，提示機(jī)械牽張引起MMP-2水平升高[8]。而Haseneen等研究發(fā)現(xiàn)機(jī)械牽張時(shí)膜型1-MMP增加引起了MMP-2的活化，提示機(jī)械牽張可以通過(guò)膜型1-MMP激活MMP-2參與VILI。機(jī)械牽張小鼠胎肺細(xì)胞，MMP-2水平升高，MMP-9表達(dá)下降，MMP-2表達(dá)升高可造成ECM的過(guò)度降解以及肺泡上皮基底膜的斷裂，MMP-9則更多參與ECM重塑與修復(fù)，而非造成炎癥反應(yīng)，這些研究結(jié)果表明機(jī)械牽張引起MMP-2水平升高和MMP-9表達(dá)下降，最終促使肺細(xì)胞損傷加重，影響VILI的發(fā)展和轉(zhuǎn)歸[9]。在VILI進(jìn)程中，炎性因子如TNF-α、IL-1β等的釋放也能提高M(jìn)MP-2的表達(dá)水平，造成肺泡通透性上升，加重肺的損傷[10]。

在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，MV后新生兔肺組織中MMP-2表達(dá)水平顯著上升，肺組織學(xué)觀察結(jié)果顯示，MMP-2表達(dá)變化與病理?yè)p傷程度一致，提示MMP-2水平可反映肺損傷程度[11]。大潮氣量通氣促使大鼠MMP-2和MMP-9活性升高，表明MMP-2和MMP-9處于活化狀態(tài)，對(duì)ECM及氣管壁和肺泡結(jié)構(gòu)的破壞作用增強(qiáng)，且肺組織MMP-2 mRNA和MMP-9 mRNA表達(dá)水平上升，但TIMP-1 mRNA和TIMP-2 mRNA的表達(dá)無(wú)明顯變化，伴隨有肺泡壁彌漫性出血水腫及肺泡結(jié)構(gòu)的破壞，PaO2/FiO2下降，提示MMPs與其抑制劑TIMP之間的比例失衡，可能是VILI發(fā)生的因素[12]。機(jī)械通氣導(dǎo)致肺組織有不同程度的中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)，支氣管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid，BALF）中巨噬細(xì)胞計(jì)數(shù)與MMP-9表達(dá)水平呈正相關(guān)，且MMP-9表達(dá)水平與VILI病理改變程度呈正相關(guān);肺組織中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)、活性與肺組織中MMP-9的表達(dá)和活性呈正相關(guān)，應(yīng)用四環(huán)素類衍生物，抑制中性粒細(xì)胞的活性，MMP-9的表達(dá)與活性下降，肺損傷程度降低，這些研究結(jié)果提示巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞均通過(guò)分泌MMP-9參與VILI進(jìn)展，而MMP-9的表達(dá)升高引起ECM的重塑，導(dǎo)致上皮細(xì)胞受損，炎癥細(xì)胞遷移到肺泡腔，釋放炎癥因子，產(chǎn)生瀑布效應(yīng)[13]。在MMP-3和MMP-9的基因缺失后，MV的炎性反應(yīng)和肺損傷程度減輕[14～15]。因此，MV能引起MMPs活性和表達(dá)水平的改變，導(dǎo)致MMPs/TIMPs比例失調(diào)，參與VILI進(jìn)展。

3?RAGE概況

RAGE屬于免疫球蛋白超家族的膜受體[16]，是多配體受體，在肺組織中主要表達(dá)于肺泡巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等。RAGE通過(guò)與不同配體結(jié)合，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激反應(yīng)，引起細(xì)胞和組織損害[17]。

3.1?RAGE結(jié)構(gòu)

RAGE基因定位于6p21.3，共含有11個(gè)外顯子，是由胞外域、跨膜域和胞內(nèi)域共同組成的膜受體，胞外域主要能結(jié)合配體;胞內(nèi)域能結(jié)合各種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子，與RAGE信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)[18]。RAGE主要有3種異構(gòu)體，由蛋白酶水解或者mRNA的選擇性剪切產(chǎn)生。①全長(zhǎng)型RAGE：具有完整的胞內(nèi)域，跨膜域和胞內(nèi)域結(jié)構(gòu)。胞外段具有V型片段緊接2個(gè)C型片段的免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)，其V型片段含有2個(gè)N-糖基化位點(diǎn)，為配體結(jié)合部位;胞內(nèi)段較短。②N端截短型RAGE：N端缺乏V型免疫球蛋白樣區(qū)域，一般不能與配體結(jié)合。③C端截短的RAGE：又稱可溶性晚期糖基化終末產(chǎn)物受體（souble receptor for advanced glycation end-products，sRAGE），缺乏C端部分序列。sRAGE僅由胞外段構(gòu)成，保留與配體結(jié)合的能力，但由于缺失跨膜域和胞內(nèi)域而沒(méi)有激活信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路功能。sRAGE可與全長(zhǎng)RAGE競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合配體，抑制信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而保護(hù)細(xì)胞免受損傷[19]。

3.2?RAGE參與VILI進(jìn)程

生理狀態(tài)下，RAGE主要表達(dá)于肺泡Ⅰ型細(xì)胞，主要起維持肺泡穩(wěn)定的作用，在其他組織和細(xì)胞中表達(dá)較低。機(jī)械張力激活細(xì)胞表面RAGE，通過(guò)與配體相互作用，引起下游炎性因子的轉(zhuǎn)錄;同時(shí)，機(jī)械牽張促使細(xì)胞膜表面的RAGE胞外段裂解，通過(guò)毛細(xì)血管和肺泡壁滲透到血液和肺泡水腫液中，導(dǎo)致RAGE/sRAGE之間出現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，影響VILI的發(fā)展和轉(zhuǎn)歸[20]。受機(jī)械牽張的肺泡上皮細(xì)胞，通過(guò)激活MAPK的P38α信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通道，使RAGE和其mRNA表達(dá)量明顯上升，調(diào)節(jié)RAGE的表達(dá)，RAGE與配體結(jié)合激活信號(hào)通路導(dǎo)致下游炎性因子轉(zhuǎn)錄，參與了肺損傷的過(guò)程[21]。在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，通過(guò)NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通道的激活，MV后小鼠肺組織的RAGE mRNA表達(dá)明顯上升，小鼠BALF中中性粒細(xì)胞數(shù)和IL-6、IL-1β等炎癥因子水平明顯上升，但在RAGE基因敲除的小鼠，MV后RAGE mRNA的炎性細(xì)胞因子的表達(dá)水平無(wú)明顯變化，這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示是MV引起RAGE的炎性細(xì)胞因子的上升表達(dá)[22～23]。sRAGE與RAGE競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合配體，減低IL-6、MIP-2等炎性細(xì)胞因子的表達(dá)[22]。肺保護(hù)性通氣的使用，降低了患者BALF中RAGE和血漿sRAGE的表達(dá)水平，抑制RAGE胞外段裂解形成sRAGE，減少了炎癥因子的釋放，促使PaO2/FiO2下降，減輕肺損傷，改善患者的預(yù)后[20～24]。

4?MMPs與RAGE相互作用參與VILI進(jìn)程

RAGE可通過(guò)與配體結(jié)合，激活相應(yīng)的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通道促進(jìn)炎性因子和MMPs的表達(dá)，炎癥細(xì)胞激活也會(huì)釋放MMPs。而RAGE通過(guò)與AGEs的結(jié)合，促使巨噬細(xì)胞MMP-9的表達(dá)升高[25]。這些研究結(jié)果提示，RAGE可以調(diào)控MMPs的表達(dá)水平，造成ECM的重塑和基底膜的損傷，參與VILI的肺損傷進(jìn)程。大鼠肺泡上皮細(xì)胞的MMP-3、MMP-13與RAGE的表達(dá)水平相關(guān)，抑制MMP-3、MMP-13活性，RAGE表達(dá)也下降，組織學(xué)結(jié)果顯示肺病理?yè)p傷程度下降，提示RAGE表達(dá)水平與MMPs和肺損傷程度相關(guān)。MMP-3、MMP-13還可以促使RAGE胞外段裂解形成sRAGE，sRAGE通過(guò)與RAGE競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合配體，從而限制肺損傷程度[26]。MMP-9是RAGE介導(dǎo)的ECM和膠原降解的下游效應(yīng)物，RAGE轉(zhuǎn)基因小鼠的肺泡Ⅱ型細(xì)胞中RAGE過(guò)度表達(dá)，肺組織MMP-9表達(dá)升高，病理顯示肺泡基底膜破壞，膠原降解，導(dǎo)致肺泡通透性上升，肺水腫[27]。使用抑制MMP-9活性的多西環(huán)素預(yù)處理MV的小鼠，其肺組織MMP-9活性降低， 其競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合配體sRAGE表達(dá)上升，抑制RAGE信號(hào)通路的激活，減輕肺損傷[28]。因此，RAGE、MMPs共同參與了VILI的發(fā)生發(fā)展。

5?結(jié)語(yǔ)

MMPs和RAGE與VILI的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，但其在VILI中的作用機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

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