基质金属蛋白酶及抑制剂在先天性心脏病围术期的表达及干预研究

摘要

概述：随着体外循环手术的低龄化和复杂化，术后心力衰竭的发生率明显增加，因此早期诊断和及时治疗至关重要。心力衰竭的发生机制主要是神经内分泌系统的激活和心室重构。心室重构包括心肌细胞和细胞外基质的变化，后者是心室重构的重要原因，又称为心肌基质重构。基质金属蛋白酶是一组能特异地降解细胞外基质成分的Zn2+依赖的酶家族，在组织重构中起重要作用。基质金属蛋白酶(Matrix Metalloproteinase，MMPs)与基质金属蛋白酶抑制剂(Tissue Inhibitor ofMetalloproteinase，TIMPs)是胶原代谢的主要调节物质，两者相互作用共同维持着心血管基质的分解与重构。在冠心病、高血压的病人中存在MMPs活性增高，TIMPs表达减少，MMPs与TIMPs平衡失调，导致细胞外基质合成和降解失衡，心室扩大，心功能下降。本研究为了了解先天性心脏病MMPs与TIMPs在血浆和心肌组织中的表达水平，比较充血类和缺血类先心围术期MMPs与TIMPs表达的差异，并进一步应用血管紧张素转换酶抑制剂(Angiotension Converting EnzymeInhibitors，ACEI)治疗肺充血性先心，了解用药前后MMPs与TIMPs表达的变化。
　　 第一部分、基质金属蛋白酶及其抑制剂在先天性心脏病中表达的研究
　　 目的：了解先天性心脏病患儿血浆MMP-3、MMP-9、TIMP-1的浓度，比较肺充血性先心与缺血类先心的差异，并探讨其可能的机制。
　　 方法：选择2009年1月～2009年8月心胸外科手术患儿55例，分为三组，漏斗胸10例为正常对照组，室间隔缺损患儿25例为肺充血组，法洛四联症患儿20例为肺缺血组。所有患儿术前行超声心动图检查，测左室射血分数(LVEF)、左心室收缩及舒张末直径和容积(LVDs、LVDd、LVESV、LVEDV)。术前抽血，应用ELISA法检测血浆MMP-3，-9及TIMP-1浓度。
　　 结果：
　　 超声心动图检查：
　　 1.肺充血组较正常组LVEDV、LVESV、LVDd、LVDs均增大，p<0.01。
　　 2.肺缺血组较正常组比较各参数均减小，但是p>0.05，仅LVEDV减小有统计学意义。
　　 3.肺充血组和缺血组比较除LVEF无差异外，LVEDV、LVESV、LVDd、LVDs均增大，p<0.01，有显著统计学意义。
　　 实验室检测：
　　 ELISA
　　 1.MMP-3：肺充血组较缺血组及对照组升高，p<0.01，有显著统计学意义；缺血组与对照组比较无差异。
　　 2.MMP-9：肺充血组与肺缺血组均高于正常组，p<0.05，有统计学意义，且以肺充血组升高更为显著。
　　 3.TIMP-1：肺充血组与肺缺血组均低于正常组，p<0.05，有统计学意义，而以肺缺血组降低更为显著。
　　 结论：
　　 1.根据超声心动图检查结果与正常对照组比较，说明先天性心脏病患儿存在不同程度的心功能不全。
　　 2.先天性心脏病的患儿存在血浆MMP-3，-9及TIMP-1浓度的改变，与对照组比较MMP-3、-9均升高，而TIMP-1降低。
　　 3.充血性先心和缺血类先心相比，血浆MMP-3、-9、TIMP-1浓度均升高，提示肺充血性先心的心功能改变可能较缺血类先心更为显著。
　　 第二部分、肌钙蛋白与基质金属蛋白酶及抑制剂在先天性心脏病围术期的表达及机制
　　 目的：了解肺充血性先心与缺血类先心心肌组织中MMP-3、-9、TIMP-1 mRNA的表达及心肌组织胶原含量和分布的差异，比较肺充血性先心和缺血类先心在体外循环手术前后血浆MMP-3、-9、TIMP-1浓度，并探讨其可能的机制。同时测定肌钙蛋白(cTnI)在体外循环前后的变化，比较cTnI与MMPs/TIMPs及心功能的相关性。
　　 方法：选取2009年1月～2009年8月在我院行体外循环手术治疗的先天性心脏病患儿共45例，室间隔缺损25例为肺充血组，法洛四联症20例为肺缺血组。所有患儿于术前、术后一周行超声心动图检查，测LVEF、LVDs、LVDd、LVESV、LVEDV。
　　 分别于术前、体外循环术后即刻、术后6h、24h、3d抽血测血浆MMP-3，-9及TIMP-1浓度以及测cTnI的变化。术中取右室异常肌束应用RT-PCR方法检测MMP-3，-9及TIMP-1 mRNA表达，应用羟脯氨酸消化法测心肌羟脯氨酸的含量，并进一步计算心肌胶原含量。取右室异常肌束应用免疫组化的方法，了解Ⅰ、Ⅲ型胶原的分布。
　　 结果：
　　 超声心动图检查：
　　 1.肺充血组术前、术后比较除LVEF无变化外，LVEDV、LVESV、LVDd、LVDs均较术前减小，p<0.01，有显著统计学意义。
　　 2.肺缺血组术前、术后比较LVEF、LVEDV、LVESV、LVDd、LVDs均有所增加，但除LVDs外(p<0.05)，其余测值均无统计学意义。
　　 3.术后肺充血组与缺血组之间比较各参数均无统计学差异，p>0.05。
　　 实验室检测：
　　 ELISA：
　　 1.术前及术后各时点肺充血组血浆MMP-3、-9、TIMP-1浓度均高于肺缺血组，p<0.05，且有统计学意义。肺充血组cTnI浓度在术前高于缺血组，但术后各时点均低于缺血组，p<0.05，有统计学意义。
　　 2.同一组内CPB前后不同时点比较：
　　 1)MMP-3：于CPB术后升高，术后6h达最高，然后逐渐降低，至术后3天降至低于术前水平。
　　 2)MMP-9：于CPB术后即刻显著升高，术后6h达最高，以后逐渐下降，至术后3天时降至低于术前水平。
　　 3)TIMP-1：两组均表现为逐渐升高，肺充血组于术后3天达到最高，而肺缺血组在术后3天时呈逐渐下降的趋势。
　　 4)cTnI：两组均表现为术后即刻显著升高，以后逐渐降低，至术后3天肺缺血组仍高于术前。
　　 RT-PCR：
　　 1.肺充血组心肌组织中MMP-3、-9、TIMP-1 mRNA表达均高于肺缺血组，p<0.05，有统计学意义。
　　 2.肺充血组中MMP-3 mRNA的含量最低，MMP-9与TIMP-1的含量相仿。
　　 3.肺缺血组中MMP-3 mRNA的含量最低，TIMP-1 mRNA的含量最高。
　　 羟脯氨酸消化法：肺充血组心肌组织羟脯氨酸含量及心肌胶原含量较缺血组低，p<0.05，有统计学意义。
　　 免疫组化：
　　 1.肺充血组患儿Ⅰ、Ⅲ型胶原较缺血组减少。
　　 2.肺缺血组患儿心肌Ⅰ、Ⅲ型胶原表现为阳性染色。
　　 结论：
　　 1.两组先心于CPB术后不同时点MMP-3、-9先升高后降低，于术后3天降至低于术前的水平，但仍高于正常基础值。TIMP-1在肺充血组逐渐升高，于术后3天达最高，而肺缺血组在术后3天降低，两组TIMP-1均低于正常基础值。与cTnI在术后显著升高，以后逐渐下降的趋势相符，说明CPB手术对心功能有一定的损害作用，但是术后心功能得到迅速恢复，并较术前明显改善，而MMPs/TIMPs的表达与cTnI的浓度及心功能的变化存在着密切的相关关系。
　　 2.肺充血性先心心肌组织MMP-3、-9、TIMP-1 mRNA表达均高于肺缺血组，说明肺充血性先心的心功能降低较缺血类先心更为明显。
　　 3.肺充血性先心心肌胶原含量低于缺血组，可能与MMP-3、MMP-9活性增高有关。
　　 4.肺充血性先心心肌胶原Ⅰ、Ⅲ型染色均较缺血类先心弱，提示其胶原含量低于缺血类先心。说明由于MMPs升高，导致胶原降解增加，也可能与缺血类先心血氧降低有关。
　　 第三部分、血管紧张素转换酶抑制剂对先天性心脏病围术期基质金属蛋白酶及抑制剂表达的影响及机制
　　 目的：于术前三天和术后应用ACEI治疗肺充血性先天性心脏病，并与仅常规治疗的肺充血性先心比较，了解术前和术后MMP-3、-9、TIMP-1的浓度及cTnI的变化，并同时随访超声心动图，了解心功能的改变，为治疗充血性先心心力衰竭提供新的有效的治疗手段。
　　 方法：选取2009年1月～2009年8月在我院行体外循环手术治疗的室间隔缺损患儿共50例，分为两组，室间隔缺损常规治疗25例为对照组，室间隔缺损应用常规加ACEI治疗患儿25例为干预组。所有患儿于术前、术后一周行超声心动图检查，测LVEF、LVDs、LVDd、LVESV、LVEDV。干预组于术前三天给予依那普利(ACEI)0.2mg/kg/d，顿服，并于术后当天起继续应用依那普利(ACEI)0.2mg/g/d，顿服。
　　 分别于术前、体外循环术后即刻、术后6h、24h、3d抽血测血浆MMP-3，-9、TIMP-1及cTnI浓度及其变化。
　　 结果：
　　 超声心动图检查：
　　 1.术前两组之间LVEF、LVEDV、LVESV、LVDd、LVDs均无差异，p>0.05。
　　 2.术后两组之间LVEF、INEDV、LVESV均无差异，但干预组LVDd、LVDs较对照组缩小，p<0.05，有统计学差异。
　　 3.术前与术后两组之间比较，除LVEF无变化外，LVEDV、LVESV、LVDd、LVDs均较术前减小，p<0.01，有显著统计学差异。
　　 实验室检测：
　　 ELISA：
　　 1.术前及术后各时点除干预组术后3天TIMP-1较高外，其余各参数干预组均低于对照组。术前、术后即刻两组cTnI相比较无差异，但是术后6h、24h、3d，干预组cTnI较对照组显著降低，p<0.01，有统计学意义。
　　 2.同一组内CPB前后不同时点比较：
　　 1)MMP-3：于CPB术后6-24小时达最高，以后逐渐下降，术后3天降至低于术前。
　　 2)MMP-9：于术后即刻显著升高，术后6小时达最高，以后逐渐下降，术后3天降至低于术前水平。
　　 3)TIMP-1：均表现为逐渐升高，于术后3天达到最高。
　　 4)cTnI：两组均于术后即刻明显升高，以后逐渐降低，并最终降至术前的水平，但是干预组较对照组降低的程度更为显著，p<0.05。
　　 结论：应用ACEI能有效调节MMPs/TIMPs的表达，术后MMPs的表达与cTnI的降低相符，而TIMPs的表达则相反，说明通过MMPs/TIMPs的调节机制能进一步调节胶原代谢，抑制心室腔扩大，对于改善心功能具有一定的临床意义。