MMP9与支气管哮喘

       【关键词】  支气管哮喘；基质金属蛋白酶9；金属蛋白酶组织抑制剂1

　　支气管哮喘是由许多细胞和细胞组分参与的气道慢性炎症性疾患，病理生理表现为可逆性的气流阻塞和气道高反应性。大量的研究证明支气管哮喘患者存在肺功能的进行性下降［1］，即使应用糖皮质激素，仍然存在气道高反应性和对β2肾上腺素能受体激动剂敏感性的降低，最近许多学者把它归因为气道结构的改变——气道重塑（airway remodeling）［2］，其病理学改变包括平滑肌增殖/肥厚与细胞外基质沉积/降解紊乱等改变。由于基质金属蛋白酶（Matrix metalloproteinases,MMPs）具有影响细胞迁移、降解结构蛋白如胶原蛋白和弹性蛋白的能力，被认为在气道重塑中起着重要的作用。MMP9是呼吸系统疾病中主要的MMP，并且在哮喘病人的痰液和肺泡灌洗液中增高最为明显。所以有关MMP9与支气管哮喘关系的研究颇多，下面就有关进展作一综述。

　　1  MMP9的基本特点

　　11  MMP9基本结构  MMP9于1974年被发现［3］，1989年由转化的人成纤维细胞克隆出CDNA序列［4］，随后发现它和所谓的Ⅳ型中性粒细胞胶原蛋白是同一基因的产物［5］，并在1989年的金属蛋白酶学会上，定义为MMP9［6］。人类的MMP9以一种分子量92 kD的酶原形式被合成，用预测氨基酸序列，表明人类的MMP9基因中还有三个内在的纤维连接蛋白样胶原结合点分别被编码成第5、6、7个外显子，第9个外显子有144个碱基编码，相对于其它家族的其它蛋白而言，MMP9有48个碱基序列是独有的。而鼠的MMP9 mRNA除了在外显子9和13处具有24组额外的碱基对，使其酶原的分子量成为105 kD外，其它部分基本和人的相似。MMP9氨基酸序列在脊椎动物的进行中得到高度保留，除了结构上的相似之外，在功能上物种之间MMP9也可以相互替代，提示它们有生物活性上的同源性。因此，学者们通常利用大鼠的动物模型来研究MMP9，由此来推测MMP9在人体中的功能效应和作用机制。

　　12  MMP9的活性调节  与许多MMPs一样，MMP9受到下面三个水平的调节：①基因转录水平的调节：MMP9的表达水平与多种细胞因子、生长因子、激素等的调控有关。其中已证实起上调作用的有白介素（IL）1、IL17、转化生长因子α（TGFα）、血小板衍化生长因子（PDGF）、血小板活化因子、内皮生长因子、佛波酯、促性腺激素释放激素等［7~9］；而IL4、IL10、干扰素β（IFNβ）、维甲酸、强力霉素和糖皮质激素等则下调MMP9的表达［9~11］。②酶原激活：MMP9最初以无活性的酶原形式分泌到基质中或结合于细胞膜上，须经活化后才能发挥作用。MMP9活化的机制尚未完全明了。“半胱氨酸开关”学说［12］认为：MMP9前肽区保守序列中半胱氨酸（Cys）与催化区活化中心Zn2+结合成配位键，使酶活性中心被覆盖，不能与底物接触。在某些条件下，激活剂可直接打断CysZn 2+间的配位键，或引起前肽区裂解掉，使酶活性中心暴露而激活。这种激活途径可有纤维蛋白溶酶依赖和非依赖两种。③MMP9的抑制：在组织中，金属蛋白酶组织抑制剂1（Tissue inhibitor of metalloproteinase1,TIMP1）是一种以可溶性形式分泌到细胞外基质中的28ku的糖蛋白，它是MMP9的活性特异性抑制剂。TIMP1主要以1∶1的比例同MMP9结合成复合物，阻断MMP9与底物结合，从而阻碍MMP9酶原的激活，抑制已活化的MMP9的酶活性。另外，丝氨酸蛋白酶也可以裂解MMP9。在循环系统中，MMP9与α2巨球蛋白的受体和低密度脂蛋白的受体结合后，优先经内吞作用从循环清除。其中，α2巨球蛋白是MMP9在循环中的主要抑制物。

　　2  MMP9在肺部的来源

　　在正常情况下，肺结构细胞并不分泌MMP9，但在各种形式的刺激下，支气管上皮细胞、clara细胞、肺泡Ⅱ型上皮细胞、成纤维细胞、平滑肌细胞和内皮细胞均可产生MMP9。肺泡Ⅰ型上皮细胞、神经内分泌细胞和杯状细胞还没有试验表明能产生MMP9。肺部的白细胞也是MMP9的重要来源，巨噬细胞、嗜酸性粒细胞、肥大细胞、淋巴细胞、NK细胞和树突状细胞都能产生MMP9，此外，肺癌细胞（不论是原发性还是继发性），均可表达MMP9，且表达能力的强弱可能与潜在的转移能力相关。MMP9组织来源的广泛性和结合底物的多样性，表明它可能在不同的微环境中参与多种作用。

　　3  MMP9与支气管哮喘

　　31  MMP9在支气管哮喘发病中的作用  正常人支气管上皮不表达MMPs，但MMP9在支气管哮喘患者的诱发痰液、支气管肺泡灌洗液、经纤支镜粘膜活检组织及体外培养的巨噬细胞中均大量表达，且MMP9的表达量与嗜酸性粒细胞的数量呈显著正相关，与Ⅲ型、Ⅴ型胶原纤维及黏胶蛋白（tenascin）的量和气道高反应性呈显著正相关，与气流受限的程度呈正相关。MMP9的表达水平与哮喘发作的程度也密切相关［13］。MMP9可分解Ⅳ型胶原、Ⅴ型胶原、层粘连蛋白、纤维结合素、蛋白多糖以及弹性蛋白，从而降解基底膜［14］，促使嗜酸性粒细胞等炎症细胞气道内浸润。MMP9还通过参与炎症细胞的跨膜迁移在气道炎症及气道重塑中发挥重要作用。人类白细胞通过基底膜的移行需要MMP9的参与［15~17］。MMP9还可以降解血管胶原成分，加快平滑肌细胞移行到血管基质，扩大血管的表面积，使血管壁变薄，参与促进新血管形成［18］。MMP9还可以使血管内皮生长因子（VEGF）释放［18］、血管抑素［19］产生参与新血管的生成。此外，MMP9结合在CD44上可使潜在的TGFβ1释放，从而促进成纤维细胞的增生并刺激其生成胶原，促进气道纤维化［20］。MMP9基因定位于人类染色体20q111131上，这个部位是与气道的高反应性相关的［21］。目前关于MMP9与气道高反应性的研究报道不多。众所周知，淋巴细胞在气道高反应性中起着重要的作用，而MMP9基因敲除的小鼠不仅BALF中淋巴细胞计数下降，而且丧失了气道高反应性［22］。此外，对卵蛋白致敏的哮喘小鼠和二异氰酸甲苯（TDI）诱导的哮喘小鼠应用广谱的MMP抑制剂能够减少炎症细胞的浸润和气道的高反应性［23，24］。上述结果，均提示MMP9参与了气道的高反应性，抑制MMP9的活性可能是治疗支气管哮喘的新策略。TIMP1在哮喘中表达也是增高的，且其摩尔浓度高于MMP9，往往与MMPs联合测定［25］，但有关MMP9/TIMP1比例变化则存在争议：有研究表明MMP9/TIMP1的比例增高［26］，另一些研究则表明MMP9/TIMP1比例降低与哮喘气流阻塞和气道壁的增厚相关，认为MMP9/TIMP1比例下降可以促纤维化，减少细胞外基质的代谢而导致气道的重构 ［27］。

　　32  MMP9在支气管哮喘治疗中的作用  Vignola等 ［28］最近发现，给轻度持续性哮喘患者雾化吸入低剂量的氟替卡松在一定程度上可以缓解气道的嗜酸性粒细胞炎症和下调气道重塑的标志MMP9/TIMP1的水平。但也有研究报道［29］轻度哮喘患者BALF中MMP9/TIMP1水平不受吸入布地奈德（800 μg,2次/天）的影响，MMP9的活性也不受激素的影响。因此，吸入激素对MMP9/TIMP1有无调节作用尚需进一步研究。有人检测到激素不敏感者血清中MMP9/TIMP1比值较激素敏感者低，提出血清中MMP9/TIMP1比值可预测患者对口服激素治疗有无反应性［30］。Cho等［31］研究证实在过敏源诱导的哮喘模型中，用DNA免疫刺激序列（immunostimulatory sequences,ISSs）可以抑制MMP9在上皮细胞的表达和气道重塑。从而提出，DNA免疫刺激序列可能是治疗支气管哮喘的新颖疗法。综上所述，MMP9参与了支气管哮喘的整个病理过程，因此对MMP9及其抑制物的研究具有重大临床意义。由于TIMPs半衰期短，不适用于药理学应用，因此许多研究针对MMP9展开。相信随着研究的不断进展，人们会完全了解MMP9在哮喘中的作用机制，也会寻找和研制出更加有效的调节MMP9及其抑制物比例平衡的药物，为支气管哮喘的治疗和预防带来希望。

　　参考文献

　　1Lange P,Parner J,Vestbo P,et al.A 15year followup study of ventilatory function in adults with asthma［J］.N Eng J Med,1998,339(17):11941200

　　2Haczku A,Moqbel R,Elwood W,et al.Effects of prolonged repeated exposure to ovalbumin in sensitised Brown Norway rats［J］.Am J Respir Crit Care Med,1994,150(1):2327

　　3Sopata Ⅰ,Dancew ICZ.Presence of a gelatin specific proteinase and its latent form in human leukocytes［J］.Biochem Biophys Acta,1974,370510

　　4Wilhelm SM,Collier IE,Marmer BL,et al.SV40transformed human lung fibroblasts secrete a 92kDa type Ⅳ collagenase which is identical to that secreted by normal human macrophages［J］.J Biol Chem，1989,264:1721317221

　　5Devarajan P,Johnston JJ,Ginsberg SS,et al.Structure and expression of neutrophil gelatinase cDNA:identity with type Ⅳ collagenase from HT1080 cells［J］.J Biol Chem,1992,267:2522825232

　　6Holla LI,Vasku A,Stejskalova A,et al.Functional polymorphism in the gelatinase B gene and asthma［J］.Allergy,2000,55:900901

　　7Xie Z,Singh M,Siwik DA,et al.Osteopontin inhibits interleukin1 betastimulated increases in matrix metalloproteinase activity in adult rat cardiac fibroblasts:role of proteinkinase Czeta［J］.J Biol Chem,2003,278:4854648552

　　8Chakraborti S,Mandal M,Das S,et al.Regulation of Matrix Metalloproteinases:a review［J］.Mol Cell Biol,2003,253:269285

　　9Prause O,Bozinovski S,Anderson GP,et al.Increased matrix metalloproteinase9 concentration and activity after stimulation with interleukin17 in mouse airways［J］.Thorax,2004,59:313317

　　10Huhtala P,Tuuttila A,Chow LT,et al.Complete structure of the human gene for 92kDa type Ⅳ collagenase:divergent regulation of expression for the 92and 72kilodalton enzyme genes in HT1080 cells［J］.J Biol Chem,1991,266:164851649

　　11Leek S,Jin SM,Kim SS,et al.Doxycycline reduces airway inflammation and hyperresponsiveness in a murine model of toluene diisocyanateinduced asthma［J］.J Allergy Clin Immunol,2004,113:902909

　　12Nagase H,Woessner JFJr.Matrix metalloproteinases［J］.J Biol Chem,1999,274:2149121492

　　13Bosse MJ.Chakir M,Rouabhia LP,et al.Serum matrix metalloproteinase9:tissue inhibitor of metalloproteinase1 ratio correlates with steroid responsiveness in moderate to severe asthma ［J］.Am J Respir Crit Care Med,1999,159:596602

　　14Merker H.Morphology of the basement membrane［J］.Microsc Res Techniq,1994,28:9

　　15Leppert DE,Waubant R,Galardy N W,et al.T Cell gelatinases mediate basement membrane transmigration in vitro［J］.J Immunol,1995,154:43794389

　　16Delclaux CC,Delacourt MP,D'Orth V,et al.Role of gelatinase B and elastase in human polymorphonuclear neutrophil migration across basement membrane［J］.Am J Respir Cell Mol Biol,1996,14:288295

　　17Okada SH,Kita TJ,George GJ,et al.Migration of eosinophils through basement membrane components in vitro:role of matrix metalloproteinase9［J］.Am J Respir Cell Mol Biol,1997,17:519528

　　18Engsig MT,Chen QJ,Vu TH,et al.Matirx metalloproteinase9 and vascular endothelial growth factor are essential for osteoclas recruitment into developing long bones［J］.J Cell Biol,2000,151:879889

　　19Patterson BC,Sang QA.Angiotensinconverting enzyme activities of human matrilysin (MMP7) and gelatinase B/type Ⅳ collagenase (MMP9)［J］.J Biol Chem，1997,272:2882328825

　　20YU Q,Stamenkovic I.Cell surfacelocalized metalloproteinase9 proteolytically activates TGFbeta and promotes tumor invasion and angiogenesis［Ｊ］.Genes Dev,2000,14:163176

　　21Daniels SE,Bhattacharrya S,James A,et al.A genomewide search for quantitative trait loci underlying asthma［Ｊ］.Nature,1996,383:247250

　　22Cataldo D,Tournoy KG,Vermaelen K,et al.Matrix metalloproteinase9 deficiency impairs cellular infiltration and bronchial hyperresponsiveness during allergeninduced airway inflammation［Ｊ］.Am J Pathol,2002,161:491198

　　23Kumagai K,Ohno I,Okada SY,et al.Inhibition of matrix metalloproteinases prevents allergeninduced airway inflammation in a murine model of asthma［Ｊ］.J Immunol,1999,162:42124219

　　24Lee YC,Song CH,Lee HB,et al.A murine model of toluene diisocyanateinduced asthma can be treated with matrix metalloproteinase inhibitor［Ｊ］.J Allergy Clin Immunol,2001,108:10211026

　　25Mautino G,Henriquet C,Jaffuel D,et al.Tissue inhibitor of metalloproteinase1 levels in bronchoalveolar lavage fluid from asthmatic subjects［Ｊ］.Am J Respir Crit Care Med,1999,160:324330

　　26Yao PM,Lemjabbar H,D'Ortho Mp.Balance between MMP9 and TIMP1 expressed by human bronchial epithelial cells:relevance to asthma［J］.Ann NY Acad Sci，1999,878:512514

　　27Matsumoto H,Niimi A,Takemura M,et al.Relationship of airway wall thickening to an imbalance between matrix metalloproteinase9 and its inhibitor in asthma［J］.Thorax,2005,60:277281

　　28Vignola AM.and R.L.Effects of low doses of inhaled fluticasone propionate on inflammation and remodelling in persistentmild asthma［J］.Allergy，2005,60(12):15111517

　　29Mattos W,Lim S,Russell R,et al.Matrix metalloproteinase9 expression in asthma:effect of asthma severity,allergen challenge and inhaled corticosteroids［J］.Chest,1999,122:15431552

　　30Bosse M,Chakir J,Rouabhia M,et al.Serum matrix metalloproteinase9:tissue inhibitor of metalloproteinase1 ratio correlates with steroid responsiveness in moderate to serve asthma［Ｊ］. Am J Respir Crit Med,1999,159:596602

　　31Cho JY,Miller M,McElwain K,et al.Remodeling associated expression of matrix metalloproteinase 9 but not tissue inhibitor of metalloproteinase1 in airway epithelium:modulation by immunostimulatory DNA［J］.J Allergy Clin Immunol，2006,117(3):618625

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