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研究背景心室重构(ventricular remodeling)是多种心血管疾病(如:高血压病、心肌梗死、风湿性心脏病、心肌病等)发展为慢性心功能不全的主要病理机制之一。心室重构包括心肌实质的重构和心肌间质重构。细胞外基质(extracellar matrix,ECM)组成成分的质和量变化是心肌间质重构的重要组成部分。心肌间质可影响心肌细胞的增生、排列和心室壁的顺应性,最终影响心脏的功能。基质金属蛋白酶(Matrix metalloproteinases,MMPs)是降解细胞外基质成分的主要蛋白水解系统之一,可能对ECM胶原的积聚和降解起重要作用而影响心肌间质重构。基质金属蛋白酶-9(Matrix metalloproteinases-9,MMP-9)属于内源性锌—依赖性酶家族MMPs中的一员,是心肌中主要的MMPs。研究发现,MMP-9及其内源性生物抑制因子—金属蛋白酶组织抑制因子-1 ( Tissue Inhibitor Metalloproteinase-1,TIMP-1)可能通过改变ECM中胶原和弹性纤维含量、心肌纤维形态和排列而参与心室重构。由于两者共存体内,TIMP-1又是MMP-9的抑制因子,因此推导两者“净效应”可能是真正调控ECM重构的关键。但是既往的研究结果很不一致,同一种疾病的情况下,有显示增高的也有显示降低的。这种结果不排除由于疾病本身的影响所导致。MMP-9、TIMP-1改变与心室重构之间既可能是一种因果关系也可能是一种伴随现象。因此,为明确它们在心室重构中的作用,有必要在完全排除疾病影响的情况下,直接观察MMP-9、TIMP-1和MMP-9/TIMP-1对心室重构的影响。为此,我们设计通过预设不同比例的外源性重组MMP-9/TIMP-1给健康大鼠在体应用和离体心肌培养,观察心室结构和功能的改变,进一步探讨MMP-9、TIMP-1、MMP-9/TIMP-1对心室重构的影响。目的探讨MMP-9、TIMP-1及MMP-9/TIMP-1在心室重构中的作用,为进一步阐明心室重构的机理,寻找新的防治心室重构的靶点打下基础。方法1.在体实验:健康8周龄雄、雌性Wistar大鼠各30只,体重120g～200g,按性别、体重配对随机分为:对照组和干预组(其中又分为5组:TIMP-1组,MMP-9组, 1:0.5组,1:1组,1:2组),每组各10只,共60只。对以上6组大鼠分别给予生理盐水、TIMP-1=30ng、MMP-9=30ng、MMP-9/TIMP-1=30ng/15ng、MMP-9/TIMP-1=30ng/30ng、MMP-9/TIMP-1=30ng/60ng腹腔注射每天1次,连续注射14天;并在实验前1天、实验后第7天、第14天以无创尾动脉血压计测血压,实验第21天心脏彩超检查大鼠的左心室结构【左室舒张末期内径(LVIDd)、舒张末期室间隔厚度(IVSd)、舒张末期左室后壁厚度(LVPWd)】和功能【短轴缩短率(LVFS)、舒张末期容积(LVEDV)、左室收缩末期容积(LVESV)、左室射血分数(LVEF)、心排血量(CO)、每搏输出量(SV)、二尖瓣血流E峰与A峰的比值(E/A)】;B超检查后开胸穿刺心脏采血以测大鼠血清MMP-9、TIMP-1水平;并取左心室称重,以检测左室重量指数(LVWI=左室重量mg/体重g);左室切片组织学检查,光镜下观察心肌组织结构和用图像分析系统检测心脏胶原容积分数(CVF)。2.离体实验:健康8周龄雄、雌性Wistar大鼠各1只(雄性体重146g,雌性体重125g),处死大鼠后,取其左心室游离壁组织,将心组织剪碎后按性别各分为6组,分别设立对照组和干预组(TIMP-1组;MMP-9组;1:0.5组; 1:1组;1:2组),对干预组对应加入与在体实验同样比例浓度的MMP-9/TIMP-1液,对照组加同样剂量的生理盐水,进行培养孵育,96小时后取组织作病理组织学检查,光镜下观察心肌组织结构和用图像分析系统检测心脏胶原容积分数(CVF)。结果1.在体实验结果:1)血压的变化:各干预组大鼠收缩压水平显著性高于正常对照组(p <0.01),但各干预组之间无显著性差异;各组舒张压也未见明显差异。2)LVIDd:与对照组比较,各干预组都明显增大(p <0.01),MMP-9/TIMP-1混用组间LVIDd随着TIMP-1剂量的增加而逐渐增大(p均<0.01)。3)左室重量指数:在各干预组显著高于正常对照组,在MMP-9/TIMP-1混用组间LVWI随着TIMP-1剂量的增加而逐渐增大(p均<0.01)。4)组织学检查:①形态学:在各干预组心肌细胞较之正常心肌细胞明显肥大、排列紊乱,间质增生,血管周围纤维组织增生。②CVF:与正常对照组大鼠比较,干预组增大,MMP-9/TIMP-1混用组间随着TIMP-1剂量的增加而逐渐增大(p均<0.01)。5)单纯注射外源性MMP-9能使血清TIMP-1增高,反之亦然。6)血清MMP-9、TIMP-1的水平与心室重构指标的关系:①血清MMP-9的水平与LVIDd、LVWI、CVF成正相关,相关系数分别为0.911,0.729,0.87(p <0.001)。②血清TIMP-1的水平与LVIDd、LVWI、CVF成正相关,相关系数分别为0.527,0.695,0.392(p <0.001)。③血清MMP-9/TIMP-1与LVWI成负相关,相关系数为:-0.287 (p <0.001);与LVIDd、CVF没有显著相关。2.离体实验结果: MMP-9组、1:0.5组、1:1组到1:2组CVF值依次逐渐增大;TIMP-1组与1:2组CVF值相似。与正常组比,MMP-9组、1:0.5组CVF值降低,1:1组与之相似,TIMP-1组与1:2组均增大。结论1.MMP-9、TIMP-l参与了心室重构的发生、发展过程。可能通过以下途径起作用: 1)MMP-9主要是通过解离胶原改变细胞外基质的结构,促进心肌细胞肥大的作用。2)TIMP-1主要是通过抑制MMP-9作用使胶原堆积。3)两者能相互促进对方的体内分泌。4)两者均能使血压升高。2.离体实验的结果表明MMP-9、TIMP-1的净效应对心室重构有明显影响,当比值为1时,对心室重构的影响最小,提示适当的调整两者比例可减轻心室重构。