基質(zhì)金屬蛋白酶-10與動脈粥樣硬化的關(guān)系研究進展

阮姍綜述 叢樹艷審校

動脈粥樣硬化是缺血性血管疾病的共同病理生理基礎(chǔ)?；|(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)是一組鋅離子依賴性內(nèi)肽酶,在體內(nèi)主要降解細胞外基質(zhì)(ECM)，參與結(jié)締組織的降解和重建、炎性反應(yīng)和缺血缺氧損傷等。目前諸多研究發(fā)現(xiàn)，MMPs與動脈粥樣硬化的血管基質(zhì)重建和不穩(wěn)定斑塊及其破裂有著密切關(guān)系。MMP-10屬于一種基質(zhì)溶解素，其可以降解膠原蛋白、凝膠、層粘連蛋白等構(gòu)成ECM的重要成分，也可以通過激活其他基質(zhì)金屬蛋白酶發(fā)揮作用。本文對其相關(guān)研究進展進行簡單概述。

1 動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化(AS)是一種血脂異常及血管壁成分改變的動脈疾病。主要累及大中動脈，特別發(fā)生在心、腦、腎等器官，可引起缺血性改變。目前關(guān)于動脈粥樣硬化的發(fā)病機制有多種學(xué)說。包括炎性反應(yīng)學(xué)說、內(nèi)皮細胞損傷學(xué)說、同型半胱氨酸學(xué)說、免疫學(xué)說、感染學(xué)說等。關(guān)于炎性反應(yīng)學(xué)說，有研究證實腫瘤壞死因子可促進低密度脂蛋白(LDL)在血管內(nèi)皮的聚集，加速AS的生成[1]。對于同型半胱氨酸學(xué)說有研究表明，同型半胱氨酸水平與T淋巴細胞亞群存在一定的相關(guān)性。非H型高血壓患者的CD4+T細胞百分比高于H型患者，而CD4+T細胞的百分比與同型半胱氨酸呈負相關(guān)[2]。感染學(xué)說中，Evani等[3]認為感染引起的物理變化可導(dǎo)致單核細胞與內(nèi)皮細胞相互作用的改變，從而引發(fā)動脈粥樣硬化。對于內(nèi)皮損傷學(xué)說，實驗證實慢性間歇性缺氧可導(dǎo)致冠狀動脈內(nèi)皮損傷及血管舒張功能障礙，這可能與內(nèi)皮素及其受體表達增加有關(guān)[4]。典型的動脈粥樣斑塊由粥樣核心和纖維帽組成。動脈粥樣硬化的發(fā)展涉及到一系列的炎性反應(yīng)和蛋白水解活動。血管基質(zhì)的重建包括基質(zhì)成分的合成與降解。在動脈粥樣硬化形成的過程中，細胞外基質(zhì)合成與降解的比率并不相同，并且在疾病的不同階段也有所不同。在病變的初級階段，基質(zhì)降解；在斑塊形成期，基質(zhì)的合成大于分解，可引起管腔狹窄；隨著病變的發(fā)展，細胞外基質(zhì)的降解又可使斑塊對機械外力的抵抗作用減弱，發(fā)生斑塊破裂。因此動脈粥樣硬化形成及發(fā)展的過程也是細胞外基質(zhì)重建的過程，而在這些過程中MMPs發(fā)揮了重要的作用。目前認為基質(zhì)的降解主要是由MMPs來完成的，MMPs能夠降解細胞外所有基質(zhì)成分，有研究發(fā)現(xiàn)動脈硬化斑塊中MMP蛋白及活性明顯升高，MMPs升高可降解纖維帽中的膠原纖維，易導(dǎo)致纖維帽變薄，甚至破裂。研究表明，動脈粥樣硬化斑塊中，多種MMP、ADAM-9和ADAM-15、中性粒細胞彈性蛋白酶、纖溶系統(tǒng)蛋白和組織蛋白酶(K、S和V)的表達和活性增加。這些酶的主要來源是內(nèi)皮細胞(EC)、血管平滑肌細胞(VSMC)和巨噬細胞[5]。間質(zhì)膠原作為斑塊纖維帽的主要成分，其降解需要間質(zhì)膠原酶(MMP-1、-8、-13)及明膠酶(MMP-2、-9)對膠原蛋白Ⅰ和Ⅲ的水解[6]。人類動脈粥樣硬化斑塊中也觀察到MMP-3(基質(zhì)分解素1)和MMP-14(MT-MMP-1)的表達。

2 MMP-10概述

MMP-10由染色體11q22.3編碼的475個氨基酸組成，含有2個鋅離子結(jié)合區(qū)域。由具有同源性的10個外顯子和9個內(nèi)含子組成。MMP-10屬于基質(zhì)溶解素的一種，其可以降解膠原蛋白、凝膠、層粘連蛋白等構(gòu)成ECM的重要成分，也可以通過激活其他的基質(zhì)金屬蛋白酶如MMP-1、MMP-7、MMP-8和MMP-9等發(fā)揮作用，從而形成瀑布效應(yīng)[7]。當前關(guān)于MMP-10的研究在腫瘤領(lǐng)域較多。MMP-10在肺癌、前列腺癌及早期的膀胱移行細胞癌中呈現(xiàn)高表達。與其他基質(zhì)金屬蛋白酶不同，MMP-10與腫瘤的侵犯或腫瘤的臨床病理特征不相關(guān)[8-9]。MMP-10在創(chuàng)傷愈合時血管病理生理學(xué)的研究目前報道較少。以往研究表明，組蛋白脫乙酰7(HDAC7)在血管內(nèi)皮早期胚胎發(fā)育期間特異性表達，它通過抑制MMP-10的表達維持血管完整性，從而防止細胞外基質(zhì)的降解。通過破壞小鼠中的HDAC7基因，造成血管擴張和破裂從而胚胎死亡。HDAC7通過肌細胞增強因子2(MEF2)，來抑制鼠MMP-10基因的轉(zhuǎn)錄。在人臍靜脈內(nèi)皮細胞的培養(yǎng)中，通過腺病毒介導(dǎo)的MMP-10異常表達可使內(nèi)皮細胞的管腔形成能力受損；抑制TIMP1和MMP-10表達的效果與抑制HDAC7表達的效果相似，這表明MMP-10和TIMP1可能參與血管完整性調(diào)節(jié)[10]。這些結(jié)果提示，MMP-10和TIMP1基因的遺傳變異可能有助于腹主動脈瘤的發(fā)病，這類血管疾病的特點是出現(xiàn)慢性炎性反應(yīng)、細胞外基質(zhì)血管破壞性重構(gòu)和血管平滑肌細胞的損耗[11]。近年來，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)凝血酶能夠促進MMP-10表達，這一作用是通過激活蛋白酶激活受體-1(PAR-1)的機制來完成的[12]。研究者采用熒光素酶實驗證實，位于MMP-10轉(zhuǎn)錄起始位點上游500 bp的序列可介導(dǎo)凝血酶對MMP-10轉(zhuǎn)錄的促進作用。其中位于MMP-10啟動子近側(cè)區(qū)域的AP-1位點被認為是凝血酶誘導(dǎo)MMP-10轉(zhuǎn)錄的重要位點。

3 MMP-10與動脈粥樣硬化

目前有研究證明，MMP-10在動脈粥樣硬化病變的易破裂部位可由損傷或炎性反應(yīng)刺激產(chǎn)生[13-15]，其血清MMP-10水平升高與臨床和亞臨床動脈粥樣硬化相關(guān)[13,16-17]。且MMP-10缺乏可延緩動脈粥樣硬化進展和斑塊鈣化[18]。Koenig等研究證實，炎性反應(yīng)既可促進動脈粥樣硬化的發(fā)生，又可導(dǎo)致動脈血栓形成甚至閉塞。有尸檢結(jié)果證實，動脈粥樣硬化斑塊形成過程中存在炎性反應(yīng)。進一步研究證實，血管的炎性反應(yīng)在動脈粥樣硬化血栓性并發(fā)癥的發(fā)生、發(fā)展中起到重要作用[19]。炎性反應(yīng)加劇了生物標志物的表達，如C反應(yīng)蛋白(CRP)等，其對心血管疾病的發(fā)展提供重要的信息。CRP是冠心病、腦卒中、血管性疾病死亡重要的獨立預(yù)測因素[20]。近10年的研究發(fā)現(xiàn)，CRP不僅是炎性反應(yīng)標志物，還可能直接參與動脈粥樣硬化發(fā)生、發(fā)展過程；反之，CRP又可導(dǎo)致炎性反應(yīng)加劇[21-22]。有學(xué)者研究證實，CRP可以介導(dǎo)MMP-1和MMP-10在mRNA和蛋白表達水平而不影響其他MMPs(MMP-2,-3,-7,-8,-9,-11,-12,-13)的表達水平[13]。在MAPK介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中，p38MAPK和c-Jun氨基端激酶有可能是CRP對上皮細胞和其他細胞產(chǎn)生MMP-1和MMP-10調(diào)節(jié)的主要通路[13,23]。通常來說，基質(zhì)金屬蛋白酶一般在靠近纖維帽的巨噬細胞核和平滑肌細胞的共存區(qū)域大量表達。在對15例接受頸動脈內(nèi)膜切除術(shù)(狹窄程度>75%)的患者血管切片進行免疫組織化學(xué)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在動脈粥樣硬化的斑塊處有MMP-10的表達，而且在呈強染色的巨噬細胞和內(nèi)皮細胞中都發(fā)現(xiàn)了CRP。然而，這一現(xiàn)象在乳腺動脈中少見。MMP-10和CRP存在的區(qū)域含有大量巨噬細胞，這一區(qū)域以往被認為是斑塊易于破裂的部位。

4 MMP-10與動脈粥樣硬化性疾病

4.1 MMP-10與動脈粥樣硬化性腦梗死 動脈粥樣硬化性腦梗死是中老年人的常見病與多發(fā)病，占腦血管疾病的80%。具有發(fā)病率高、致殘率高和病死率高的“三高”特點，目前在世界和我國都屬于三大死亡原因之一。其病死率約占所有疾病的10%，存活者中有50%～70%遺留不同程度的后遺癥，給社會和家庭帶來了沉重的負擔(dān)[7]。目前有研究表明，MMP-10能夠顯著提高腦缺血部位神經(jīng)元的數(shù)量，而這一現(xiàn)象在正常的腦組織中沒有被發(fā)現(xiàn)[24]。與大多數(shù)金屬基質(zhì)蛋白酶不同，MMP-10可通過提高纖維蛋白的溶解作用有效降低實驗性腦卒中的腦梗死面積，其中這一機制是通過凝血酶激活的纖溶抑制劑失活介導(dǎo)完成的[25]。除此之外，MMP-10的血清蛋白水平與一些缺血性腦梗死的危險因素，如頸動脈內(nèi)膜中層厚度、頸動脈斑塊的出現(xiàn)、炎性反應(yīng)的標志物及吸煙狀況等有著緊密的聯(lián)系[16,22,26]。由于MMPs具有重要生物學(xué)作用，MMPs的基因多態(tài)性與疾病之間的關(guān)系受到普遍重視。目前關(guān)于MMP-10的基因多態(tài)性與動脈粥樣硬化性腦梗死的研究，有學(xué)者選定了2個位于編碼區(qū)的SNP位點rs1743595和rs17293607。其中rs1743595導(dǎo)致MMP-10編碼區(qū)第1外顯子的第4密碼子亮氨酸被纈氨酸所替代，而rs17293607使MMP-10編碼區(qū)第2外顯子的第65個密碼子甘氨酸被精氨酸所替代。不過通過這一實驗未發(fā)現(xiàn)其與缺血性腦梗死存在直接關(guān)聯(lián)[27]。目前有實驗研究證實，MMP-10可單獨或聯(lián)合組織纖溶酶抑制劑一起促進在腦血管病中的保護機制[28]。在血栓栓塞性缺血性卒中模型中，與單獨使用組織纖溶酶原激活劑(tPA)相比，tPA聯(lián)合10 mg/kg的MMP-10可顯著降低梗死面積。此外，在MMP-10存在的情況下，tPA劑量減少10倍對梗死面積的影響與tPA+MMP-10全劑量組相同(P>0.05)，且沒有增加出血風(fēng)險。體外數(shù)據(jù)顯示，MMP-10降低tPA內(nèi)皮通透性。此外，tPA/MMP-10聯(lián)合使用改善了tPA的神經(jīng)元興奮性毒性，因此tPA/MMP-10聯(lián)合應(yīng)用可能是缺血性腦卒中溶栓治療新策略，可通過減少炎性反應(yīng)顯著減輕缺血性腦損傷，保護腦血管免受損傷[29]。目前有研究證明，MMP-10可在小鼠糖尿病模型中有效促進溶栓[30]。這為臨床治療缺血性腦梗死提供了新的思路。

4.2 MMP-10與動脈粥樣硬化性心臟病 目前研究證實，在具有心血管危險因素的無癥狀患者中，有較高CRP水平(CRP>3 mg/L)并且有高心血管病風(fēng)險的患者具有較高的血漿MMP-1和MMP-10水平，并且伴有頸動脈內(nèi)膜中層厚度的增厚(IMT)[22，31]。血清MMP-10水平的升高與全身性炎性標志物、頸動脈IMT增加，以及與無臨床心血管疾病受試者存在的頸動脈斑塊相關(guān)聯(lián)。這種關(guān)聯(lián)與傳統(tǒng)的動脈粥樣硬化的危險因素、炎性標志物[纖維蛋白原、血清hs-CRP和血管性血友病因子(vWF)]和藥物治療無關(guān)[16]。表明持續(xù)的炎性標志物和全身蛋白水解活化與亞臨床動脈粥樣硬化之間存在密切關(guān)系，并且以往數(shù)據(jù)顯示，CRP的升高也預(yù)示著冠狀動脈疾病患者的復(fù)發(fā)不穩(wěn)定性和死亡事件[32]。

5 總結(jié)與展望

動脈粥樣硬化是全身動脈粥樣硬化的組成部分，在動脈粥樣硬化基礎(chǔ)上，斑塊破裂及血栓形成是缺血性血管病發(fā)病過程中最重要的病因之一。動脈粥樣硬化的形成機制復(fù)雜多樣，通過研究發(fā)現(xiàn)MMP-10是動脈粥樣硬化血管基質(zhì)重建新的生物標志物，可以為臨床早期發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定粥樣斑塊和預(yù)防缺血性疾病的發(fā)生創(chuàng)造條件。