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、心肌病、风湿性心脏病等)发展为慢性心功能不全的主要病理机制之一。探讨心室重构的发生发展机制，对于防治心功能不全，改善心血管病患者预后具有重要的意义。心室重构包括心肌细胞和细胞外基质(extracellar matrix, ECM)量和质的变化，并最终导致心室形态和功能的异常。基质金属蛋白酶(Matrixmetalloproteinases，MMPs)是降解细胞外基质成分的最主要蛋白水解系统之一，MMPs通过直接溶解心肌中的ECM（如胶原、弹力纤维等），参与多种生理和病理过程。基质金属蛋白酶-9（Matrix metalloproteinases-9,MMP-9）是心肌中主要的MMPs，既往研究已显示，一些心血管疾病心室重构过程中存在MMP-9表达增高，同时伴有心肌ECM胶原降解增加、室壁抵抗力下降、心室扩大、心功能异常等表现。金属蛋白酶组织抑制因子-1（Tissue InhibitorMetalloproteinase-1,TIMP-1）作为MMP-9的内源性特异抑制因子，可与活性MMP-9以1:1比例共价结合形成不可逆复合物，阻断MMP-9与底物结合，从而减少基质的降解。以往的研究也显示一些治疗在改善高MMP-9心室重构的同时MMP-9/TIMP-1失衡也获得明显改善，提示MMP-9、TIMP-1平衡可能决定着心室重构走向。然而，这些结果大多数并非来自于直接针对MMP-9、TIMP-1平衡干预的研究，而是来自于疾病本身或针对疾病治疗的研究。有必要通过单纯MMP-9、TIMP-1失衡模型和直接调节两者失衡的实验阐明MMP-9、TIMP-1以及MMP-9/TIMP-1对心室重构的影响及其机制。为此，本研究拟模拟一些疾病的高MMP-9状态，通过输入重组大鼠MMP-9提高体内MMP-9水平制作高MMP-9大鼠模型观察其心室重构的表现，并通过输入重组大鼠TIMP-1拮抗高MMP-9，观察对其心室重构的影响和机制。探讨高MMP-9心室重构的治疗方法和MMP-9/TIMP-1平衡对心室重构的影响。为进一步阐明心室重构的发病机制提供依据，同时为心室重构寻求新的治疗途径。目的探讨TIMP-1对高MMP-9表达引起的心室重构是否具有改善作用及其作用机制，为进一步阐明心室重构的发病机制提供依据，同时为心室重构寻求新的治疗途径。方法1.健康8周龄雄、雌性Wistar大鼠各18只，体重160g～240g，按体重、性别分层随机化分为三组：正常对照组（简称对照组）、高MMP-9模型组（简称模型组）及TIMP-1干预组（简称干预组），每组各12只，共36只。各组大鼠的基线水平无明显差异。以上三组分别给予生理盐水(2ml)、rrMMP-9=(30ng)(2ml)、rrMMP-9（30ng）+rrTIMP-1（120ng)(2ml)腹腔注射每天1次，每组中的6只连续注射至第14天，结束实验，此为第一阶段组（n=18）；各组剩余的6只大鼠予继续注射至第28天，结束实验，此为第二阶段组（n=18）。2.两阶段组的实验前1天、实验第14天以及第二阶段组的第28天予无创尾动脉血压计测量血压。第一和第二阶段组分别在实验第15天和第29天予心脏彩超检查左室大体结构[左室舒张末期内径（LVIDd）、左室收缩末期内径（LVIDs）、舒张末期室间隔厚度（IVSd）、舒张末期左室后壁厚度（LVPWd）、左室舒张末期容积(LVEDV)、左室收缩末期容积（LVESV）]；左室功能[短轴缩短率(LVFS)、心排血量(CO)、每搏输出量(SV)、左室射血分数(LVEF)、二尖瓣血流E峰与A峰的比值(E/A)、心率(HR)]。3. B超检查后处死动物，ELISA法检测血清MMP-9、TIMP-1水平；分离左室以检测左室重量指数（LVWI=左室重量mg/体重g）；HE染色（苏木素-伊红染色）观察光镜下心肌细胞及心肌间质的变化；VG（van Gieson）染色观察心肌间质胶原分布，图像分析法测定胶原容积分数（CVF）；免疫印迹法（western blotting）检测心肌组织中MMP-9、TIMP-1水平以及Ⅰ型、Ⅲ型胶原水平；RT-PCR法检测心肌组织中MMP-9mRNA和TIMP-1mRNA的表达。结果1.模型组左室重量指数的变化及TIMP-1干预的影响第一阶段模型组左室重量指数显著性高于对照组(P<0.05)，TIMP-1干预后呈进一步增高趋势。第二阶段左室重量指数变化与第一阶段相似。2.模型组左室大体结构和功能的改变及TIMP-1干预的影响1）第一阶段模型组LVIDd和LVEDV相比对照组呈增大趋势，TIMP-1干预后有所减轻，但差异未达显著性(P>0.05).2）第二阶段模型组LVIDd和LVEDV显著大于对照组(P<0.05)，TIMP-1干预组该指标与对照组比无明显差异(P>0.05)，提示TIMP-1干预后左室增大情况有所改善。3）其余结构和功能指标与对照组比均未见明显差异。3.模型组心肌组织病理形态学的改变及TIMP-1干预的影响1）形态学改变(HE染色)：第一阶段模型组心肌细胞较对照组排列紊乱，心肌纤维断裂，胞浆溶解坏死，小血管壁增厚。TIMP-1干预后心肌细胞排列较模型组整齐，心肌纤维断裂、胞浆溶解坏死明显改善。第二阶段上述改变更为明显。2）心肌间质胶原变化(VG染色)：第一阶段模型组与对照组相比，心肌间质胶原含量减少，TIMP-1干预后，胶原含量增多。CVF值：第一阶段模型组CVF值显著性低于对照组(P<0.05)，TIMP-1干预后，CVF值明显增高，而且高于对照组(P<0.05)。第二阶段各组大鼠心肌间质胶原含量、分布以及CVF变化情况与第一阶段相似。4.模型组心肌组织中MMP-9、TIMP-1水平的改变及TIMP-1干预的影响1）第一阶段模型组心肌组织中MMP-9水平显著高于对照组(P<0.001)，TIMP-1水平显著低于对照组(P<0.001)。TIMP-1干预后，MMP-9水平降低为显著低于对照组(P<0.001)，TIMP-1水平则升高至显著高于对照组(P<0.001)。第二阶段各组大鼠心肌组织MMP-9、TIMP-1水平的改变与第一阶段类似。2）第一阶段模型组MMP-9/TIMP-1比值显著高于对照组(P<0.001)，TIMP-1干预后MMP-9/TIMP-1比值明显下降，显著低于对照组(P<0.001)。第二阶段对照组MMP-9/TIMP-1比值与第一阶段相当，模型组MMP-9/TIMP-1比值高于第一阶段，TIMP-1干预后MMP-9/TIMP-1比值与第一阶段相近似，提示随着时间的延长，TIMP-1干预的矫治作用更明显。5.心肌组织MMP-9、TIMP-1水平与LVWI、LVIDd、CVF的相关性分析1）LVWI：①第一阶段心肌组织MMP-9水平与LVWI无明显相关性(r=0.377，P>0.05)；TIMP-1水平与LVWI呈正相关(r=0.528,P<0.05)；MMP-9/TIMP-1比值与LVWI无明显相关性(r=0.396,P>0.05)。②第二阶段心肌组织MMP-9、TIMP-1水平与LVWI的相关性与第一阶段相似。即,心肌组织MMP-9水平与LVWI无明显相关性(r=0.270，P>0.05)；TIMP-1水平与LVWI呈正相关(r=0.499,P<0.05)；MMP-9/TIMP-1比值与LVWI无明显相关性(r=0.078,P>0.05)。2）LVIDd：①第一阶段心肌组织MMP-9水平与LVIDd呈正相关(r=0.550，P<0.05)；TIMP-1水平与LVIDd呈负相关(r=-0.496,P<0.05)；MMP-9/TIMP-1比值与LVIDd呈正相关(r=0.549,P<0.05)。②第二阶段心肌组织MMP-9、TIMP-1水平与LVIDd的相关性与第一阶段相似。即，心肌组织MMP-9水平与LVIDd呈正相关(r=0.515，P<0.05)；TIMP-1水平与LVIDd呈负相关(r=-0.471,P<0.05)；MMP-9/TIMP-1比值与LVIDd呈正相关(r=0.614,P<0.01)。3）CVF：①第一阶段心肌组织MMP-9水平与CVF呈负相关(r=-0.632，P<0.001)；TIMP-1水平与CVF呈正相关(r=0.610，P<0.001)。MMP-9/TIMP-1比值与CVF呈负相关(r=-0.612，P<0.001)。②第二阶段心肌组织MMP-9、TIMP-1水平与CVF的相关性与第一阶段相似，但相关程度提高。即，心肌组织MMP-9水平与CVF呈负相关(r=-0.815，P<0.001)；TIMP-1水平与CVF呈正相关(r=0.779，P<0.001)；MMP-9/TIMP-1比值与CVF呈负相关(r=-0.792,P<0.001)。6.模型组血清MMP-9、TIMP-1水平的改变及TIMP-1干预的影响1）第一阶段模型组血清MMP-9水平显著高于对照组(P<0.001)，TIMP-1干预后血清MMP-9水平有所减低，但仍高于对照组(P<0.001)；模型组血清TIMP-1水平显著高于对照组(P<0.001)，TIMP-1干预后血清TIMP-1水平进一步增高。2）第二阶段各组血清MMP-9、TIMP-1水平改变和第一阶段类似。7.心肌组织MMP-9、TIMP-1水平与血清MMP-9、TIMP-1水平的相关性1）第一阶段心肌组织MMP-9水平与血清MMP-9水平无明显相关性(r=0.326,P>0.05)；心肌组织TIMP-1水平与血清TIMP-1水平无明显相关性(r=0.415, P>0.05)；心肌组织MMP-9/TIMP-1比值与血清MMP-9/TIMP-1比值呈正相关(r=0.838，P<0.001)。2）第二阶段心肌组织和血清MMP-9、TIMP-1的相关性与第一阶段相似。即，心肌组织MMP-9水平与血清MMP-9水平无明显相关性(r=0.439,P>0.05)；心肌组织TIMP-1水平与血清TIMP-1水平无明显相关性(r=0.212,P>0.05)；心肌组织MMP-9/TIMP-1比值与血清MMP-9/TIMP-1比值呈正相关(r=0.929，P<0.001)。8.模型组心肌组织中Ⅰ型、Ⅲ型胶原水平的改变及TIMP-1干预的影响1）第一阶段模型组心肌组织中Ⅰ型胶原水平显著低于对照组(P<0.001)；TIMP-1干预后Ⅰ型胶原水平有所提高，但仍显著低于对照组(P<0.001)；第二阶段模型组Ⅰ型胶原水平降低更明显，TIMP-1干预后Ⅰ型胶原水平与第一阶段相近。2）第一阶段模型组心肌组织中Ⅲ型胶原水平显著低于对照组(P<0.05)；TIMP-1干预后Ⅲ型胶原水平显著提高并且高于对照组(P<0.01，P<0.05)。第二阶段Ⅲ型胶原水平变化情况与第一阶段类似。但由于对照组心肌组织中Ⅲ型胶原水平较第一阶段明显升高，因此，TIMP-1干预组Ⅲ型胶原水平反而比第一阶段更接近对照组。3）第一阶段模型组Ⅰ型/Ⅲ型胶原比值显著低于对照组(P<0.001)，TIMP-1干预后进一步降低(P<0.05)。第二阶段模型组Ⅰ型/Ⅲ型胶原比值仍显著低于对照组(P<0.001)，但TIMP-1干预后却高于模型组(P<0.05)，且由于对照组Ⅰ型/Ⅲ型胶原比值较第一阶段降低，TIMP-1干预组该比值虽仍低于对照组(P<0.001)，但比第一阶段更接近于对照组。9.心肌组织MMP-9mRNA和TIMP-1mRNA的表达1）第一阶段各组大鼠心肌组织未见MMP-9mRNA表达，但部分有TIMP-1mRNA表达。2）第二阶段各组大鼠心肌组织也未见MMP-9mRNA表达，但TIMP-1mRNA表达率较第一阶段高。10.模型组血压的改变及TIMP-1干预的影响1）第一阶段模型组大鼠收缩压及舒张压水平均显著高于对照组(P<0.01),TIMP-1干预后血压无明显变化(P>0.05)。2）第二阶段模型组大鼠2周时收缩压及舒张压水平均显著高于对照组(P<0.01),4周时更高，TIMP-1干预后2周时血压无明显改变(P>0.05)，4周时收缩压升高有所变缓，舒张压则有所回降，但仍显著高于对照组，且与模型组相比差异尚不明显。结论1.输入MMP-9可以引起大鼠心室重构，TIMP-1干预可改善该重构过程。重构的发生发展和干预治疗的作用与心肌组织MMP-9、TIMP-1水平，MMP-9/TIMP-1平衡有显著关系。2.心肌组织内高MMP-9表达可显著降解胶原，导致胶原容积分数降低、Ⅰ型胶原、Ⅲ型胶原水平降低、Ⅰ/Ⅲ胶原比例下降，促使左室腔不断扩大。TIMP-1通过抑制胶原降解,促使胶原容积分数及Ⅰ型、Ⅲ型胶原水平增高，恢复Ⅰ/Ⅲ胶原比例，从而减缓左室腔扩大，改善高MMP-9表达引起的左室重构。3.血清MMP-9、TIMP-1水平与心肌组织MMP-9、TIMP-1水平无明显相关性，但血清与心肌组织MMP-9/TIMP-1比值相关性良好。4.高MMP-9水平可引起大鼠血压升高，但TIMP-1对高MMP-9引起的心室重构的改善作用与血压无关。