基质金属蛋白酶及其组织抑制剂与病毒性心肌炎心肌纤维化

基质金属蛋白酶及其组织抑制剂与病毒性心肌炎心肌纤维化作者：王娟 综述 程志清 审校    作者单位：浙江中医药大学,浙江 杭州 310053    【摘要】  心肌纤维化是病毒性心肌炎向扩张型心肌病转化的重要环节，由心肌胶原代谢失衡引起，近年来基质金属蛋白酶及其组织抑制因子（MMPs/TIMPs）这一胶原降解系统比例失调造成病毒性心肌炎中胶原合成降解代谢紊乱并导致心肌发生纤维化。    【关键词】  病毒性心肌炎； 心肌纤维化； 基质金属蛋白酶/组织金属蛋白酶抑制因子    Relationship of matrix metalloproteinases and their inhibitors with myocardial fibrosis in viral myocarditis   WANG Juan, CHENG Zhiqing. Zhejiang University of Traditional Chinese Medicine, Zhejiang Hangzhou 310053, China    Abstract：  Myocardial Fibrosis, caused by the imbalance of collagen metabolism, is crucial for the transformation from viral myocarditis to dilated cardiomyopathy. Recently, it is demonstrated that matrix metalloproteinases and their tissue inhibitors (MMPs/TIMP), as a collagen degeneration system, are related to the imbalance of collagen metabolism to the formation of myocardial fibrosis.    Key words：  Viral myocarditis;  Myocardial fibrosis;  Matrix metalloproteinase/tissue inhibitor of metalloproteinase    近年来,病毒性心肌炎（viral myocarditis，VMC）的发病率有上升趋势， VMC最常见的病因是柯萨奇病毒B3(CVB3)，其中约有13％病毒性心肌炎的患者转化为扩张型心肌病，心肌纤维化则是二者重要的转折点。心肌纤维化(myocardialfibrosis, MF)是指胶原浓度明显升高或胶原容积分数明显高于正常值。其主要的特征为成纤维细胞数目增多和心肌细胞外间质胶原过度沉积,各型胶原比率失调(Ⅰ/Ⅲ型胶原比率增加)和排列紊乱。基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase, MMPs）和组织金属蛋白酶抑制因子（tissue inhibitor of metalloproteinase, TIMPs）是胶原的降解系统，在病毒性心肌炎发生心肌纤维化的过程中起到了重要的作用。1  MMPs/TIMP 概述    MMPs是一组由成纤维细胞、平滑肌细胞、内皮细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等合成分泌,参与细胞外基质降解的一类锌、钙离子依赖的内源性蛋白水解酶家族,是细胞外基质降解的生理调节因子,在细胞外基质的破坏与降解过程中起重要作用。    迄今为止,已发现近20种MMPs成员,为一超家族,按MMPs底物分类,为胶原酶（MMP1、MMP8和MMP13）、明胶酶（MMP2和MMP9）、基质溶解素（MMP3）和膜型（MTMMPs）。MMP1作用底物为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅹ型胶原及明胶；MMP13的主要作用底物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原；MMP2的主要作用底物为明胶和层粘连蛋白,以及Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ型胶原和纤维连接蛋白、弹性蛋白；MMP9的主要作用底物为明胶和蛋白聚糖,以及Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ型胶原和纤维连接蛋白、弹性蛋白；MMP3的主要作用底物为蛋白聚糖、纤维连接蛋白、明胶以及Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅸ型胶原。MMPs可以基础表达，也可以由多种因素诱导表达，其生物合成及活性调节发生在以下多个水平：基因转录调节，酶原的活化；MMPs 的特异性抑制物。    组织金属蛋白酶抑制因子（TIMP）是近年来发现的抑制MMPs活性的一组多功能因子家族, 现已发现4种，分别命名为TIMP1、TIMP2、TIMP3、TIMP4。MMP与TIMP以1∶1的比例形成MMPTIMP复合体，从而阻断MMP与底物结合，抑制MMP的活性，降低胶原的降解。    正常情况下心肌间质胶原处于不断更新的过程中，既有胶原的新生，又有胶原的降解，以保持ECM的稳定。MMPs的异常参与了许多心血管疾病的发病过程，MMPs的表达和活性过度增强或MMPs/TIMPs比例失调，可导致正常的心肌胶原蛋白过度降解，被缺乏连接结构的纤维取代，使心脏组织重构，引起心腔扩大、室壁变薄，导致脑功能恶化及心肌纤维化［1,2］。2  MMPs/TIMPs与病毒性心肌炎心肌纤维化    2.1  MMPs/TIMPs与病毒性心肌炎急性期    实验和临床表明在病毒性心肌炎急性期，病毒在心肌内复制、直接溶解、损伤心肌细胞，并激活了免疫系统，以单核细胞和巨噬细胞浸润为特征，心肌大量炎症坏死可刺激产生大量细胞因子［如白细胞介素1（IL1）、白细胞介素4（IL4）、肿瘤坏死因子α（TNFα）、肿瘤生长因子β（TGFβ）等］，同时由于VMC小鼠RAS处于高浓度水平，血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）的产生明显增加及在其他一系列因素的刺激下使心肌胶原合成增加，胶原纤维大量增生[35]，增生的纤维对坏死心肌进行修复,即修复性纤维化[6]。    VMC急性期产生IL1、IL4、TNFα、TGFβ等诸多MMPS的调节因子，这些调控因子表达升高并达到高峰，不但参与VMC的心肌细胞急性炎性损伤的病理生理过程，而且诱导了MMPs基因表达，并使其活性升高，引发心肌胶原的降解[7]。    TIMP中TIMP1由巨噬细胞和结缔组织细胞产生，广泛存在于组织和体液中，能被多种细胞因子诱导产生,对各种MMPs均具有抑制作用，对心肌胶原的合成和降解具有重要意义。关于TIMP1在VMC 急性期的表达有多种说法，有些研究认为VMC急性期TIMP1的表达明显下降[810]亦有研究表明，在病毒性心肌炎的急性期由于心肌胶原的降解激活了TIMP1的表达， TIMP1的基因表达在时间上要落后于MMP1[11]。张召才等[12]则认为TIMP1的表达在VMC的各期无明显变化。    总而言之，在急性期MMPs表达并达到高峰，MMPs/TIMP的比值增高，心肌胶原降解增多，使限制心肌过度拉长的力量减弱，导致心肌细胞过度拉长、心腔扩大及心功能衰竭。尽管在此期过程中胶原的降解增加，但是总体来说胶原合成仍然多于胶原的降解，使得胶原的含量仍为净增长， 其中Ⅰ型、Ⅲ型胶原的蛋白表达均增高,以Ⅰ型改变尤为明显[12]，大量Ⅰ型胶原填补了心肌细胞缺失留下的空隙，以维持心肌壁的完整性，同时由于Ⅰ型胶原的增加，Ⅰ/Ⅲ比值升高，使心肌僵硬度明显增高[13]。    2.2  MMPs/TIMP与VMC恢复期    进入VMC恢复期后，心肌仍可见坏死灶，但炎性浸润逐渐吸收，可见散在淋巴、单核细胞，AngⅠ、AngⅡ可见升高，刺激成纤维细胞增殖分裂、胶原基因表达以及激活生长因子、降低基质金属蛋白酶活性,促进胶原合成[6]，心肌组织血管周围有大量胶原纤维增生，并从血管周围逐渐向心肌间隙发展，增生的胶原以Ⅰ型胶原为主[14]。    MMPs的活性在病毒性心肌炎急性期呈一过性增高，随后逐渐下降，但是在恢复期仍未降至正常[15], 而其抑制剂TIMP虽然在急性期时的表达增加不明显甚至降低，但是随着病程的进展MMPS逐渐下调、TIMP1逐渐上调，MMPs／TIMPs比例下降，抑制作用开始逐步显现，使得胶原降解作用减弱，胶原降解减少，而合成增加，故恢复期心肌胶原的增生更为明显[16]。此期属于修复性纤维化、反应性纤维化同时存在。    2.3  MMPs/TIMPs与VMC 慢性期    在VMC慢性期，由于细胞介导的自身免疫、心脏组织内病毒RNA的持续存在和细胞凋亡促使心肌纤维生成持续增多， 胶原降解系统中的MMP 1、MMP3 等MMPs的表达仍持续下调[9]，而TIMP的高表达从恢复期一直持续到慢性期，MMPs/TIMPs比值持续升高，心脏结构蛋白的降解也随之减弱或停止，而TIMP1还可以促进成纤维细胞、平滑肌细胞的增殖，愈加使得心肌间的胶原含量增加，发生过度沉积，胶原含量持续增高，胶原合成活动占主导地位[17]。此期的纤维化（反应性纤维化）以Ⅲ型胶原增加为主，Ⅰ/Ⅲ比值下降，使细胞外间质网架结构具有较大的伸展性，以适应早期心肌细胞的肥大[13]。    心肌纤维化，由于心肌胶原的合成和降解的代谢平衡失调所致，胶原的降解系统MMPs/TIMPs，在病毒性心肌炎发生心肌纤维化的病理过程中起着重要意义，二者保持平衡对于维持正常心脏的结构和功能具有重要作用，在感染CVB后，心肌发生一系列的损伤，在病毒、炎症及一系列因子的刺激下，MMPs表达一过性升高和TIMPs延缓的持续高表达使得MMPs/TIMPs的平衡遭到破坏，MMPs/TIMPs的比值先升高后降低，心肌胶原的合成增多，胶原的成分比例发生改变，从急性期的以Ⅰ型胶原增生为主的修复性纤维化发展到恢复期修复性纤维化、反应性纤维化并存、最后发展为慢性期的以Ⅲ型胶原增生为主的反应性纤维化这样一个动态过程[1214]。【参考文献】［1］Etoh T,Joffs C,Deschamps AI,et al. 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