基質金屬蛋白酶-2與2型糖尿病血管病變關系的研究進展

涂晶晶 唐 靈 (桂林醫學院附屬醫院老年內科，廣西 桂林 541001)

糖尿病(DM)已經成為繼腫瘤、心血管病變之后第三大嚴重威脅人類健康的慢性疾病。糖尿病血管病變是糖尿病的主要并發癥，且是糖尿病致殘致死的主要原因之一。其大血管病變性質為動脈粥樣硬化，主要累及主動脈、冠狀動脈等大血管;而微血管病變是糖尿病特有的慢性血管并發癥，主要表現為腎臟、視網膜等微血管病變。糖尿病血管病變機制與防治研究已成為近年來研究的熱點。2型糖尿病(T2DM)的廣泛代謝異常引起血管基底膜的結構和功能發生改變，從而使其降解與重構機制失常，在這些病理生理過程中，細胞外基質(ECM)作為血管壁的主要成分發揮重要作用。而基質金屬蛋白酶(MMPs)是ECM代謝中的關鍵酶之一，與糖尿病血管病變的發生發展有著密切聯系。因此，現將MMP-2及其與糖尿病大、微血管的關系綜述如下。

1 MMP-2概述

1.1 MMP-2的結構和特點 MMP-2是Zn2+依賴的MMPs家族的重要成員之一，屬于明膠酶類/Ⅳ型膠原酶。主要來源于巨噬細胞、所有的成纖維細胞、血管內皮細胞、平滑肌細胞、泡沫細胞、中性粒細胞、免疫細胞和腫瘤細胞等〔1〕，能特異性與ECM成分相結合并降解細胞外基質，參與炎性反應、缺血缺氧損傷、心血管和癌癥等生理和病理過程〔2〕。

MMP-2酶原的相對分子質量為72×103，有活性的MMP-2的相對分子質量為66×103，其基因位于人類染色體16q13-q21，由13個外顯子和12個內含子組成，結構基因總長約27 kb，分子量為72 kU，又稱72 kU 膠原酶〔3〕。MMP-2由5個結構域組成:①信號肽域:位于氨基末端，主要是使分泌的酶進入內質網及轉運到細胞外;②前肽域:內含一個半胱氨酸殘基，對MMP-2酶原形式的維持起重要作用，在活化后此殘基即被水解;③催化域:包含鋅離子結合位點，含3個重復的Ⅱ型纖維素序列，這些序列使MMP-2更易于和底物結合;④“鉸鏈區”:用于連接催化域和羧基末端域;⑤血紅素結合蛋白樣或纖維結合素樣的羧基末端域:可結合其他的蛋白質，可能與改變MMP-2的活性及底物特異性有關〔4〕。

MMP-2具有MMPs的共同特性:①能降解一種或多種細胞外基質;②以無活性的酶原形式存在，在細胞膜或細胞外被激活，激活后才能降解基質成分;③活性中心有一個鋅離子，與依地酸鈣鈉類的螯合劑結合后活性被抑制;④與其他MMPs有相似的氨基酸序列;⑤能被特異性組織型基質金屬蛋白酶抑制物(TIMP)所抑制，但仍保留對抗抑制劑抑制的作用〔5〕。

1.2 MMP-2的調節機制 MMP-2只有被激活之后才能發揮降解基質及非基質的作用。其表達和活性受到3方面嚴密調控:轉錄水平的調控、酶原的激活、內源性抑制劑對其的抑制。

1.2.1 轉錄水平 MMP-2在正常人組織中低水平表達，炎性因子、激素和生長因子等因素可影響其轉錄及表達。白介素-1(IL-1)、白介素-12(IL-12)、表皮生長因子(EGF)、血小板衍生生長因子(PDGF)、轉化生長因子-α(TGF-α)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)均能上調MMP-2的表達〔6，7〕。轉化生長因子 β(TGFβ)、干擾素 γ、類固醇激素(包括糖皮質激素)和視黃醛則下調MMP-2的表達〔8〕。蛋白激酶C(PKC)、ras和src作為MMPs生長調控因子的介質，也能調節MMP-2的產生。早期有報道〔9〕，脂多糖(LPS)是最強烈的MMP-2活性誘導劑，其增加MMP-2的活性與另一轉錄因子核因子κB(NF-κB)有關，NF-κB抑制劑可抑制 LPS增加內皮細胞MMP-2活性的作用。在人類某些細胞的表面還存在能誘導MMPs表達的糖蛋白，命名為細胞外基質金屬蛋白酶誘導物，該誘導物可以通過p38促分裂原活化蛋白激酶通路發揮作用，增加成纖維細胞MMP-2的表達。

1.2.2 酶原的激活 MMP-2 mRNA經翻譯、修飾后以酶原形式(pro MMP-2)分泌入細胞外基質中，必須經水解去除前肽區才能被活化發揮作用。普遍認為是由組織型及尿激酶型纖溶酶原激活因子啟動的瀑布式酶聯激活途徑而導致間質降解。與其他MMPs不同，MMP-2的激活不依賴于纖溶酶，而是在細胞表面由MT1-MMP催化。Mclennan等〔10〕研究發現，高糖培養基中人系膜細胞MT1-MMP基因表達下降，盡管MMP-2基因表達增加2倍，但其活性卻下降35%。此外，還可通過磷酸化及過氧亞硝酸鹽陰離子氧化等方式對MMP-2進行修飾。

1.2.3 內源性抑制劑對其的抑制 MMPs活性也可以被內源性基質金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMPs)進行調節。TIMPs是一類小分子蛋白，接近23×103，目前發現其家族有4名成員:TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3 和 TIMP-4。它們與 MMPs以 1∶1緊密結合從而抑制MMPs的活性。一般TIMPs對MMPs沒有高度的選擇性，只是TIMP-2多隨MMP-2表達而表達。TIMP-2對MMP-2具有特異的雙重阻滯性，它既可以與激活的MMP-2結合使其失活，又可以與MMP-2共價結合，阻止其與細胞表面接觸從而抑制其活性〔11〕。

2 MMP-2與2型糖尿病大血管病變

動脈粥樣硬化(AS)是大血管病變的主要病理特征。AS的形成和斑塊的破裂與細胞外基質的破壞和重構有密切關系，而基質金屬蛋白酶(MMPs)又是降解ECM的重要酶類。

正常情況下血管壁內皮細胞與基底膜緊密結合，形成高選擇性的血管屏障，內皮細胞不分泌MMP-2。當AS發生后，細胞因子、局部缺氧、氧化低密度脂蛋白、血小板活化因子等可誘導內皮細胞分泌MMP-2。血液循環中的單核細胞與內皮細胞黏附，在血管壁中遷移、吞噬脂質后，在演化為巨噬源性泡沫細胞的過程中分泌大量MMP-2。在平滑肌細胞泡沫化的過程中，也可分泌大量MMP-2。血管壁的機械牽張力可以通過還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的介導而增加MMP-2 mRNA表達和其酶原釋放〔12〕，血流動力學的不穩定、血管壁側壓力和切應力的變化，也是導致MMP-2分泌的重要原因〔13〕。

AS的形成與發展過程也是ECM重建的過程，在這些過程中MMP-2發揮了重要的作用。大量研究發現，MMP-2主要從3個方面影響AS斑塊的形成和破裂:①通過降解ECM，使血管中層平滑肌細胞(SMC)突破周圍組織屏障及由蛋白多糖和膠原構成的致密網孔，從中膜移行至內膜并進行增殖，分泌更多的ECM，形成AS斑塊;②破壞斑塊表面纖維帽成分，削弱其抵抗應力的作用，使斑塊易于破裂，繼發血栓形成和機化，導致損害進展和斑塊擴大〔14〕;③破壞細胞與基質間的相互作用，促進可溶性Fas配體和膜結合型腫瘤壞死因子-α(TNF-α)的釋放，誘導血管平滑肌細胞發生凋亡，從而加速AS的發展〔15〕。

Sluijter等〔16〕對取自150例頸動脈內膜切除術患者的AS斑塊進行染色分析發現，MMP-2水平顯著增高。免疫組化分析顯示頸動脈內膜復合性斑塊中MMP-2含量增多〔17，18〕。Kuzuya等〔19〕發現MMP-2基因缺陷小鼠AS斑塊負荷和SMCs明顯減少。這些實驗均表明MMP-2與AS的形成顯著相關。

3 MMP-2與2型糖尿病微血管病變

糖尿病腎病(DN)是糖尿病最常見的微血管并發癥之一，其主要病理學表現為ECM降解、合成失調和重塑導致的腎小球硬化和腎小管間質纖維化，Ⅳ型膠原是腎小球基底膜(GBM)和細胞外基質(ECM)的主要成分，為腎小球的結構支架，而MMP-2能特異性降解IV型膠原及明膠，是降解系膜基質最主要酶之一。

DN早期的表現為微量蛋白尿。MMP-2可能通過兩種機制導致腎小球損傷或蛋白尿:(1)誘導系膜細胞由靜止表型轉變為炎癥表型，出現快速增殖，表達新型蛋白，合成ECM增多，導致系膜基質堆積;(2)可降解基底膜，破壞細胞與基質的正常連接，致腎小球正常結構破壞，影響腎小球ECM的重塑。

DN時MMP-2活性和蛋白表達降低的機制尚未完全明確，可能與下列因素有關:(1)高糖作用:高糖可直接抑制腎臟MMPs的表達和活化，同時還上調 TIMPs的表達〔20〕;(3)細胞因子的調節:DN發生發展過程中多種細胞因子參與調節MMP-2的表達及活性，如高糖使腎臟TGF-β1表達上調，TGF-β1既可下調MMP-2的轉錄，又能通過促進TIMPs的表達、抑制PA的表達和激活，從而抑制MMP-2的活化〔21〕;糖尿病時系膜細胞分泌的過多的胰島素樣生長因子-1(IGF-1)，而IGF-1通過下調MMP-2的活性而減弱它對ECM的降解能力〔22〕;(2)蛋白質非酶促糖基化作用:持續高血糖狀態下體內形成的糖基化終產物(AGEs)，不僅對蛋白水解酶的敏感性降低，同時還能抑制MMP-2的合成及活性;另外，AGEs與其受體結合后誘導多種細胞因子、生長因子的合成、釋放，如TGF-β、IL-1等，從而影響MMP-2的基因轉錄;(4)其他:如血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)在刺激ECM的合成的同時，還使MMP-2與TIMP-2表達比例失衡，MMP-2活性降低〔23〕;另外，DM時存在明顯的氧化應激，而ECM的氧化使其對MMP-2的降解不敏感。

Wu等〔24〕，用Northern雜交法對糖尿病大鼠模型進行研究發現，糖尿病大鼠早期腎臟未發生特征性的結構改變之前，腎臟ECM成分就已發生了合成增加而降解減少，而在ECM成分改變之前腎臟組織中MMP-2表達水平已下降，TIMP-1表達水平增高。Derosa等〔25〕在T2DM患者的研究中也得出了相同的結果，并且發現MMP-2和TIMP-2水平也顯著增高。Del Prete等〔26〕報道DN腎小球硬化與MMP-2密切相關，在16例2型糖尿病患者的腎活檢標本中用RT-PCR的方法均未檢測到MMP-2的基因表達，而對照組10例活檢標本中均可見MMP-2表達;與對照組相比，T2DM患者Ⅳ型膠原的分泌也明顯增多。從而認為MMP-2表達下調不僅是糖尿病的分子機制現象，而且是DN的標志。

4 展望

綜上所述，MMP-2在糖尿病大、微血管病變的發生、發展中起到了至關重要的作用。隨著對MMP-2研究的深入，有可能將MMP-2作為糖尿病血管病變患者臨床常規非侵入性監測指標，成為糖尿病血管并發癥的良好預測因子，從而為糖尿病血管病變的早期診斷提供新的思路，為糖尿病血管發癥的預防及治療提供新的理論依據。

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