SIRT1、MMPs与胎膜早破的相关性研究

Correlation Study of SIRT1, MMPs and Premature Rupture of Fetal Membrane

摘要: 胎膜早破(premature rupture of membranes, PROM)是一种常见的妊娠期疾病，可诱发母体早产、胎盘早剥和新生儿呼吸窘迫综合征、绒毛膜羊膜炎等并发症。沉默信息调节因子1 (sirtuin1, SIRT1)是首个在哺乳动物体内发现的沉默信息调节因子家族成员，可抑制子宫收缩或通过NF-κB通路介导MMPs表达下降抑制PROM的发生。基质金属蛋白酶(atrix metallo proteinases, MMPs)是一种内源性Ca2+、Zn2+依赖性蛋白酶家族，其表达升高可通过降解细胞外基质导致PROM发生，已知在PROM发生过程中起关键作用的MMPs为MMP-2、3、9等。现就SIRT1、MMPs与胎膜早破的相关性进行综述，以期对胎膜早破的发生机制有进一步认识。

Abstract: Premature rupture of fetal membrane is a common pregnancy disease, which can induce premature birth, placental abruption, neonatal respiratory distress syndrome, chorioamnitis and other com-plications. Silencing message regulator 1 is the first member of a family of silencing message regu-lators identified in mammals that inhibits uterine contraction or PROM through the NF-κB pathway that mediates a decline in MMPs expression. Matrix metalloproteinases are a family of endogenous Ca2+ and Zn2+ dependent proteinases whose increased expression can lead to PROM generation through degradation of extracellular matrix. MMP-2, 3, 9 and other MMPs are known to play a key role in PROM generation. This article reviews the correlation between SIRT1, MMPs and premature rupture of membranes in order to further understand the mechanism of premature rupture of membranes.

1. 引言

胎膜早破(premature rupture of membranes, PROM)指临产前羊膜和绒毛膜的分离破裂，根据其妊娠是否超过37周，分为足月和未足月胎膜早破，若PROM处理不当，易引发母体感染、胎盘早剥或新生儿呼吸窘迫综合征、肺炎等并发症，严重危害母儿健康。沉默信息调节因子1 (sirtuin1, SIRT1)在体内可通过直接维持胎膜稳态或间接调控MMPs表达参与PROM的发生。基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)表达升高可降解ECM引发PROM。现探讨SIRT1及MMPs与PROM发生的相关性，以期为PROM的预防和治疗提供新思路。

2. 胎膜早破的发生基础

2.1. 胎膜的结构基础

胎膜(Fetal membranes)主要由羊膜、绒毛膜及二者间的细胞外基质(ECM)组成 [1] ，大约在胚胎发生第8天开始发育，在妊娠期间为胎儿提供机械支持、区室化和免疫保护 [2] 。羊膜厚约0.08 mm，在解剖上由单层立方上皮组成，分为羊膜上皮、基底膜、致密层、成纤维细胞层和海绵层5层结构。Mauri [3] 等通过扫描羊膜电子显微镜照片观察到致密层密度最大。羊膜致密层主要是呈网格状排列的I型胶原纤维，发挥弹性限制的作用；IV型胶原蛋白主要存在于羊膜基底膜，有助于形成羊膜中胚层和上皮细胞之间的锚定区。绒毛膜厚约0.4 mm，由网状层、绒毛膜基底膜，以及由蜕膜细胞和滋养层组成的第3层共同组成，绒毛膜内含血管，可运输营养物质和代谢产物，同时对羊膜有营养作用。在亚层纤维类别上，绒毛膜网状层含纤维状胶原蛋白；滋养层中含有的IV型胶原蛋白，可为其他非胶原结构蛋白(如层粘连蛋白、内粘蛋白和蛋白聚糖)的组装提供支架 [1] 。

胎膜ECM包括I~V型胶原、氨基葡聚糖、纤维结合素等，其中Ⅳ型胶原是主要成分。胎膜的强度和完整性依赖于ECM胶原成分和含量，任何影响胶原完整性的因素均可破坏胎膜完整性 [4] 。目前认为，ECM中胶原含量受基质金属蛋白酶(MMPs)和基质金属蛋白酶组织抑制剂(TIMPs)共同调配，MMP是已知降解ECM中所有蛋白组分的内源性酶，其中MMP9降解作用最强。Mercer [5] 等认为，羊膜上皮细胞凋亡和ECM降解增多均可引起胎膜韧性减弱导致其破裂。由于膜的机械特性与结缔组织中胶原蛋白的类型和分布有关，通常认为绒毛膜的刚度和强度不如羊膜，但羊膜不含血管和神经，一旦受损较难自行愈合。

2.2. 胎膜早破的发生机制

胎膜早破(PROM)指临产前胎膜的自然破裂，未足月妊娠中发生率约2%~3.5%，足月妊娠中发生率约10% [6] 。已知PROM是炎症、氧化应激、细胞凋亡等多因素共同作用的结果，但其病因尚无确切定论。

现较推崇机制的是MMPs通过降解ECM中相应成分导致胶原纤维合成与降解失衡，从而导致ECM重建紊乱、弱化胎膜结构。刘宗花 [7] 等研究表明，MMPs/TIMPs与PROM发生相关，母体血清TIMP-1、TIMP-2水平下降致MMPs/TIMPs比值偏高，使羊膜中Ⅳ型胶原被降解导致羊膜抗张力作用下降，引发PROM。若羊膜腔压力增加使胎膜被过度牵拉，羊膜细胞可自行产生前列腺素和MMP1，导致细胞外基质微裂纹的出现，该裂纹处可能为胎膜破裂位点和羊水的流出通道 [8] 。若妊娠过程中发生胎盘早剥，则绒毛膜蜕膜界面局部出血，引发凝血级联反应，使凝血酶、纤溶酶增加，最终激活MMPs使ECM降解增加，引发PROM。在胎膜生物学特征方面，Negara [9] 等发现覆盖于宫颈周围胎膜的细胞凋亡较其它区域常见，该区域抗破裂能力仅为其它区域的60%，若受到羊膜腔重力压迫时更易破裂，该区域约占整个羊膜面积的2%~10% [9] ，被称为“宫颈旁薄弱区” [10] ，其具体作用机制目前尚未知晓。

3. SIRT1与胎膜早破相关

3.1. SIRT1的生物学结构

沉默信息调节因子1 (sirtuin 1, SIRT1)作为III类烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)依赖性蛋白质脱乙酰酶 [11] ，是第一个在哺乳动物中发现的sirtuin家族成员，与酵母Sir2基因具有最高的同源性。人SIRT1基因位于10q22.1，包含9个外显子和8个内含子，编码由747个氨基酸残基组成的蛋白质 [12] ，该基因广泛表达于肾脏、大脑和肝脏的脂肪和肌肉组织 [13] ，亚细胞定位主要于细胞核和细胞质，三维结构由一个高度保守的Rossmann折叠和一个包含锌结合模块和螺旋模块的次要结构域组成 [12] 。

SIRT1蛋白包含N端、催化中心和C端结构域，NAD+/NADH结合蛋白构成SIRT1的活性中心，催化反应主要由靶分子的乙酰化残基和NAD[+]通过这两个结构域之间的裂口结合而引发。SIRT1在体内通过介导多种组蛋白与非组蛋白去乙酰化参与糖脂代谢、细胞凋亡、衰老与自噬等生物学作用 [14] 。SIRT1与生殖细胞及胚胎、胎盘发育密切相关，Tao [15] 等发现，与正常大鼠相比，多囊卵巢综合征(PCOS)大鼠卵巢中SIRT1水平下降，通过上调PCOS患者颗粒细胞中SIRT1表达可减轻颗粒细胞中线粒体的损伤程度 [14] ，表明SIRT1表达下降可能参与PCOS发生。Long [16] 等通过观察小鼠卵母细胞SIRT1表达情况，发现卵母细胞高表达SIRT1可通过去乙酰化FOXO3，抑制雷帕霉素靶蛋白(mTOR)产生，进而保护卵巢功能 [17] 。

3.2. SIRT1与PROM相关

SIRT1在妊娠组织中表达且具有促妊娠发展的正向作用 [18] ，其表达下降可致多种妊娠期疾病的发生 [19] 。Arul [17] 等通过敲除小鼠SIRT1基因观察到，基因缺失组较正常组小鼠出现胎盘变小和胚胎发育受限等妊娠结局 [20] 。葛瀛洲 [21] 等发现sirtuin家族在胎膜中表达水平下降，不仅可以通过诱导NF-κB通路介导MMPs表达增加，还可直接促进子宫收缩参与胎膜破裂过程，其作用机制尚不清楚。Feng [18] 等实验发现，羊膜上皮细胞拉伸后，在前B细胞集落生长因子的作用下，SIRT1表达增加调控p53表达下降，使细胞凋亡减少而抑制胎膜破裂，表明SIRT1在维持胎膜完整性方面可能发挥重要作用。

在PROM患者中，感染和炎症使前列腺素内过氧化物合酶(PTGS2)、基质金属蛋白酶MMP3等激活，进而参与子宫收缩、胎膜结构弱化及胎膜破裂，在上述炎症因子激活过程中，NF-κB通路已被证实与之相关 [19] 。NF-κB通路激活可使胎膜MMPs表达增加，进而诱导胎膜ECM降解，弱化胎膜张力诱发PROM [20] 。SIRT1被证实可负向调控NF-κB，通过直接去乙酰化NF-κB的RelA/p65亚单位，使NF-κB与IKBα结合，降低NF-κB转录活性，抑制靶基因表达而发挥抗炎作用，猜测SIRT1可能通过负向调控NF-κB通路发挥抗炎作用，从而间接参与PROM的发生 [21] 。SIRT1作为一种有效的抗炎蛋白，可通过有效抑制促炎因子NF-κB和COX-2/MMP通路，减少MMPs的产生进而抑制ECM降解 [22] ，另SIRT1也参与多种MMPs表达 [20] 。综上，若能确切发现SIRT1直接或间接参与PROM发生的作用机制，则有望使其成为PROM预防及治疗新靶点。

4. MMPs与PROM相关

4.1. MMPs简介

基质金属蛋白酶(atrix metallo proteinases, MMPs)是一类内源性Ca²⁺、Zn²⁺依赖性蛋白酶家族，由内皮细胞、巨噬细胞、淋巴细胞等分泌。可降解ECM中多数蛋白成分，进而调控ECM成分和含量，改变胎膜结构，引发PROM。按照酶功能的不同分为：明胶酶(MMP-2、9)主要降解IV型胶原、胶原酶(MMP-1、8、13、18)可降解I~IV型胶原、间质降解素(MMP-3、7、10、11、12、16)、膜型金属蛋白酶(MT-MMP1、2)主要参与MMP2的激活和其他类型MMP。MMPs在正常胎膜组织中表达呈低水平，在正常分娩或胎膜早破时表达增多。通常认为MMPs在分娩前5~6 d被分泌，在分娩发生时无活性的MMPs前体形式转化为有降解作用的MMPs。体内MMPs表达受多种因素调节，TNF-α已被证明可通过激活MMPs来增强ECM的降解 [22] ，且已证实MMPs的表达受AP-1和NF-κB转录因子调节的MAP激酶信号通路(如ERK、JNK和p38)的调节 [23] 。已知存在于胎盘和胎膜中的MMP类型主要是MMP-1、2、3、7、8、9等，在PROM发生过程中起关键作用的酶为明胶酶A (MMP2)和明胶酶B (MMP9)及基质溶解酶1 (MMP3) [24] 等。

4.2. MMP-2、3、9与PROM相关

MMP2 (明胶酶A)作为一种潜在活性酶原 [25] ，可被体内炎症反应或信号通路激活 [26] ，主要降解IV型胶原 [25] ，另可降解VII、IX型等胶原 [27] 。Kwon [28] 等发现孕期均存在胎盘滋养细胞分泌MMP2，孕早期最多 [26] ，随着孕周的增加其含量逐渐减少 [27] ，孕足月时仅呈少量表达，但在分娩时其被激活至表达高峰 [28] 。Makieva [29] 等通过观察MMP2在羊水中的浓度情况发现PROM组羊水MMP2浓度较正常组升高。Yan [30] 等发现，PROM患者体内高迁移率族蛋白B1 (HMGB1)可通过刺激HMGB1受体激发炎症反应进而刺激MMP2在PROM孕妇胎盘和血清中表达增加。因此表明MMP2表达升高可介导PROM的发生。

MMP3在宫颈、胎盘和胎膜中均有表达，通常认为在生理妊娠时羊水中就存在MMP3成分 [26] ，在分娩或感染等情况刺激下MMP3表达升高，MMP3表达增加不仅可以直接介导ECM降解，另可参与MMP (1、7、9)的激活，进而间接作用使胎膜张力减弱，促进PROM发生 [27] 。宋春红 [31] 等实验发现PROM组孕妇羊水中MMP3表达较正常组显著增加。谭旭东 [32] 等通过观察血清及羊水中MMP3表达情况，发现PROM组孕妇血清及羊水中MMP3表达均显著高于正常组，且随着破膜时间的延长，MMP3的表达可逐渐升高，进一步推测MMP3表达增加在PROM的发生中发挥重要作用。

MMP9 (明胶酶B)作为一种锌金属蛋白酶，在体内可被有活性的MMP2激活且与MMP2具有同工性(即均主要降解IV型胶原)，是目前发现降解ECM作用最强的内源性酶同时也是分娩过程中主要表达的MMPs。MMP9可裂解胶原、弹性蛋白和纤维黏连蛋白等，进而使胎膜张力下降诱发PROM，其活性可被TIMP1抑制。Ferdinando [33] 等研究发现炎症因子、生长因子等可诱导胎膜分泌MMP9增加。在PROM患者体内MMP9表达升高，ECM降解较正常妊娠有所增加。Ge [34] 等发现提高孕妇体内锌含量会使MMP9表达增加从而加强胎膜破裂，导致PROM发生。刘振红 [35] 等研究发现PROM组患者血清MMP9浓度显著高于正常组。因此表明MMP9表达的增加参与胎膜破裂和PROM的发生。

5. SIRT1与MMP-2、3、9相关

5.1. SIRT1与MMP2相关

SIRT1去乙酰化活性与MMP2表达相关，即MMP2的表达可以通过SIRT1的脱乙酰作用在翻译后水平上进行调节，表明SIRT1可调节MMP2表达水平 [24] 。定位于细胞核的组蛋白去乙酰化酶SIRT1参与机体能量状态，可通过多种调节因子参与衰老与代谢，动物实验表明老龄化可增加腹主动脉瘤的发生风险，与衰老相关的能量限制增加SIRT1在下游靶基因的募集，抑制MMP2的表达，对血管具有显著保护作用，从而抑制AngII诱导的腹主动脉瘤的发生。

5.2. SIRT1与MMP3相关

MMP3启动子具有AP-1和多瘤增强子A结合蛋白3位点的共同点，这两个位点都可能是SIRT1靶点 [25] ，SIRT天然激活剂白藜芦醇(RSV)通过AMPK/SIRT1信号通路激活自噬，从而减弱TNF-α诱导的人NP细胞中的MMP3表达 [26] ；另宋春红 [31] 等研究发现PROM患者胎膜组织中SIRT1表达较正常对照组降低，且与羊水IL-1β及MMP-3表达呈负相关，可能机制为PROM胎膜组织中SIRT1表达减少，对NF-κB的转录调控作用抑制减弱，导致炎性因子、MMP3等表达升高所致。

5.3. SIRT1与MMP9相关

SIRT1抑制作用还可以增加MMP9启动子的NF-κB结合位点(−594至−604)的组蛋白4乙酰化，从而增加NF-κB与MMP9启动子的结合而减少MMP9表达 [27] ，RSV通过增强SIRT1活性抑制ROS和NF-κB以及AP-1激活，从而抑制人纤维肉瘤细胞中MMP9的表达 [23] 。另研究表明在细胞核中，SIRT1可与P53相互作用，抑制P53的活性，从而减少应激条件下细胞凋亡或衰老，且目前发现SIRT1还可与c-JUN相互作用，进而抑制转录激活蛋白因子1的活性，抑制MMP9的产生。

6. 结语与展望

综上，PROM的致病机制目前仍未明确，致使临床上对于PROM的预防措施有限。已知SIRT1作为一种抗炎因子，不仅可以直接参与胎膜完整性的维持，也可负向调控NF-κB通路介导多种MMPs表达降低抑制胎膜破裂。MMPs表达升高可以降解ECM诱发胎膜破裂，通过查阅文献发现在PROM发生过程中起关键作用的MMPs成员为MMP-2、3、9等。基于SIRT1与MMPs及胎膜早破的相关性，SIRT1表达水平或可作为PROM的预测指标进而在临床上为PROM早期预诊提供理论依据，为将来预测及治疗PROM提供一条新途径。但SIRT1调控PROM发生的具体机制暂未明确，仍需进一步的深入探究。

基金项目

SIRT1、6在胎膜早破孕妇胎膜组织中的表达及意义；项目编号：2022-wjzdx-80。

NOTES

^*通讯作者。