組織蛋白酶S在動脈粥樣硬化斑塊穩定中的研究進展

趙理英　劉亞民　王毓婧　吳　翔

1)西安交通大學醫學部　西安　710061　2)西安交通大學第一附屬醫院腦血管病區　西安　710061

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組織蛋白酶S在動脈粥樣硬化斑塊穩定中的研究進展

趙理英1)劉亞民2)△王毓婧2)吳翔1)

1)西安交通大學醫學部西安7100612)西安交通大學第一附屬醫院腦血管病區西安710061

【摘要】動脈粥樣硬化AS(atherosclerosis，AS)斑塊是指脂質沉積于動脈壁形成局部斑塊的過程，其形成受諸多因素的影響，是多重因素共同導致的結果。多項基礎及臨床報道顯示([1-2])，組織蛋白酶參與了AS的進程，對AS斑塊穩定性發揮突出作用。近期研究發現，組織蛋白酶S(cathepsinS，Cat S)與頸動脈及主AS斑塊的穩定性有密切關系。在此筆者就Cat S與AS的關系及作用機制予以綜述如下。

【關鍵詞】組織蛋白酶S；動脈粥樣硬化；斑塊穩定；作用機制

組織蛋白酶(cathepsin，Cat)是屬于肽酶CA系木瓜蛋白酶家族的一種半胱氨酸蛋白酶，是溶酶體內的蛋白水解酶。人體中組織蛋白酶主要包含12種亞型，分別為Cat B、Cat C、Cat D、Cat F、Cat H、Cat K、Cat O、Cat L、Cat S、Cat V、Cat W和Cat X。Izbela等[3]研究表明，Cat在人體內的主要功能為降解細胞內或吞噬而來的機體不需要的蛋白質，Cat S是用于AS形成過程中對細胞外基質的降解發揮重要作用的蛋白酶之一，可促使單核細胞通過動脈內膜層的細胞外基質成分，遷移至動脈內膜下，并促進其動脈中膜平滑肌細胞向動脈內膜下遷移，導致內膜、中膜厚度增加，形成纖維斑塊，并最終導致動脈粥樣斑塊的開成。同時Cat S可降解動脈壁的彈性蛋白層，利于中膜平滑肌細胞的遷移，通過降解膠原和纖維帽而增加AS斑塊的不穩定性[4]，因而，Cat S是動脈樣硬化形成過程中的主要影響因素之一。

1組織蛋白酶S(Cat S)的概述

1.1Cat S的發現與來源Cat S是人類在研究AS發生、發展進程中最早被發現的組織蛋白酶，是半胱氨酸蛋白酶家庭的主要成員之一。其是由Kirschkes于1975年從牛淋巴組織及脾臟中分離純化出來的組織蛋白酶S。隨著研究的不斷進步，1992年，人類Cat S被發現，因Cat S cDNA堿基序列與牛Cathepsin S相似度極高，故將其命名為Cat S。

1.2Cat S的生物學特性Cat S主要分布在人體淋巴組織如脾、淋巴結等組織中，在中性、弱堿性的環境中具有很高的穩定性，故致使Cat S在人體組織中的分布受到了制約。研究顯示[5]，其具有降解細胞內外正常蛋白質的作用，因而該蛋白酶在體內免疫炎癥、抗原提呈、血管生成、細胞增殖、細胞外基質重塑、創傷修復等多種生理、病理進程中具有重要調節效用。此外，Kim等[6]研究顯示，Cat S還可作為轉錄活化因子對某些基因的表達過程發揮調節作用，從而間接對組織、細胞的病理和生理過程起調節作用。

2Cat S與AS斑塊穩定的關系及作用機制

2.1Cat S與AS的發生及作用機制免疫介導的炎癥反應是導致AS發生的主要機制，Cat S在人體正常動脈中含量很少或不含有，但動脈發生粥樣硬化病變后，其巨噬細胞內含有大量的免疫活性的Cat S。且譚慶玲[7]在研究組織蛋白酶S與糖尿病病人頸動脈內膜中膜厚度關系中發現，在人類AS動脈血管中層的平滑肌細胞及管腔的內皮細胞內也發現有免疫活性Cat S表達。而此外，在再狹窄相關的病理性重塑中也發現有Cat S的高表達。這表明Cat S可能參與了機體免疫炎癥反應過程中的抗原的加工與呈遞，在AS發生的過程中發揮突出作用。

目前基礎研究及臨床研究均已證實AS的發病機制主要與炎性反應相關，其中，細胞的遷移是炎癥反應的主要特點，在血管炎癥反應與粥樣硬化形成的過程中都可見有明顯的細胞遷移，而單核細胞遷移到動脈壁是導致泡沫細胞發生粥樣硬化的早期表現。Stern等[8]研究證明，Cat S具有誘導血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle)的遷移和增殖的能力。除此之外，有研究在人粥樣硬化的動脈組織中檢測出了Cat S mRNA及蛋白的表達，而且Cat S只表達在受損部位，正常的動脈組織中無表達或表達很少?；A研究顯示[9]，任意時間點對Cat S敲除的鼠進行檢測都沒有任何病變發生，檢測Cat S和低密度脂蛋白受體(LDLR)雙敲除的鼠與LDLR敲除的鼠相比，AS減少；但是Cat S缺陷對血清脂質水平及內皮細胞表達其他組織蛋白酶或基質金屬蛋白酶均不產生影響。上述試驗報道表明，組織蛋白酶S可能在動脈粥樣硬化形成及發展過程中發揮一定的作用。

2.2Cat S與AS斑塊穩定性的關系及作用機制依據AS斑塊生理學特征可以將其分為穩定性斑塊和不穩定性斑塊。在纖維帽形成的初期，富有大量的血管平滑肌細胞，使膠原成分增多，纖維帽增厚，這種情況被稱為穩定性斑塊；相反，隨著病灶的發展，血管平滑肌細胞減少，膠原成分下降，纖維帽變薄弱，這種情況被稱為不穩定性斑塊。

Cat S能夠阻斷高密度脂蛋白3(HDL3)誘導的膽固醇流出，其更傾向于促進AS病變中泡沫細胞的形成與維持。大量報道顯示[10-11]，是斑塊生物學特點而不是管腔狹窄的程度決定冠狀動脈閉塞的危險。基礎研究顯示，Cat S缺陷能夠使斑塊組成發生改變，從而有利于促進斑塊穩定。Cat S和載脂蛋白(ApoE)敲除的鼠相比，急性斑塊破裂降低，斑塊體積縮小、穩定性增強，組成成分發生改變；同時免疫組化研究表明，Cat S在斑塊肩部區域的巨噬細胞中表達尤為突出。DE Nooijer等[12]研究顯示，白細胞Cat S缺陷顯著地改變了斑塊的形態學，致使壞死脂核面積下降幅度達77%，同時也導致大泡沫細胞大量形成。明確了白細胞Cat S在AS斑塊組成中的重要作用。檢測不穩定型心絞痛患者血漿中Cat S表達情況的研究結果顯示，在不穩定型心絞痛患者血漿中Cat S表達明顯增加。Li等[13]報道顯示，在人動脈粥樣硬化病變中組織蛋白酶S的蛋白及基因表達水平均升高，而非AS病變則未見組織蛋白酶S的表達。另有報道顯示，在人AS斑塊中Cat S呈高表達，而在正常血管中Cat S表達很少或幾乎不表達；Lutegens等進一步證實，Cat S存在于多種細胞如巨噬細胞、平滑肌細胞和內皮細胞中；其mRNA和蛋白表達水平在進展的動脈粥樣性斑塊中表達最高，而在含有血栓的動脈粥樣斑塊中表達位于第二位，早期AS患者組織中Cat S表達雖呈低水平，但與正常血管相比，仍較高(P<0.05)。吳建芳等[14]報道顯示，組織蛋白酶K、S在動脈硬化不穩定斑塊中的表達水平高于穩定斑塊(P<0.05)。綜合上述研究可得出結論：在AS斑塊的不穩定區域中，Cat S的表達顯著升高，這可能是Cat S增加AS斑塊不穩定性的一個因素或途徑。

3結論

在實驗動物和人類的AS進程中，Cat S能在體內巨噬細胞中特異性的表達以及體外誘導單核細胞和內皮細胞的趨化，表明Cat S可能在AS過程中發揮著非常重要的作用。Cat S通過參與基質降解，從而加速巨噬細胞浸潤[15]。因而，Cat S參與AS形成的整個過程，這可能與兩方面作用相關，一是中膜平滑肌細胞釋放Cat S，通過彈性膜，聚集于新生內膜內，產生膠原，使纖維帽增厚；二是纖維帽平滑肌細胞也促進了Cat S的生成，加速溶膠原解，促進纖維帽降解，使纖維帽變薄，從而致使斑塊破裂的發生，進一步增加AS斑塊的不穩定性。Cat S表達的改變是啟動或促進頸AS病變組織內炎性反應的一個重要環節，可能是導致頸AS病變發生、發展的一個重要因素。因而，深入揭示Cat S在頸AS病變發生、發展過程中的病理生理學意義，探討其對臨床診療價值，是今后開展針對Cat S與AS斑塊穩定關系以及作用機制的研究的重要內容。

4參考文獻

[1]周娜，楊景，周碧蓉.組織蛋白酶在AS中作用的研究進展[J].國際心血管病雜志，2012，39(5)：263-265.

[2]Samokhin AO，Lythgo PA，Gauthier JY， et al.Pharmacological Inhibition of Cathepsin S Decreases Atherosclerotic Lesions in Apoe-/-Mice[J].J Cardiovasc Pharmacol，2010，56(1)：12-28.

[3]Berdowska I. Cysteine proteases as disease markers [J] . Clinic Chim Acta，2004，342 (1/2)： 41-69.

[4]Mirzaii-Dizgah I，Riahi E.Serum and saliva levels of cathepsin L inpatients with acute coronary syndrome[J].J Contemp Dent Pract，2011，58(6)：972-975.

[5]周芳，朱光旭，潘興華，等.組織蛋白酶S與疾病相關性研究進展[J].國際檢驗醫學雜志，2014，35(21)：2 914-2 916.

[6]Kim H， Mazumdar B，Bose SK， et al. Hepatitis C virus-mediatedinhibition of cathepsin S increases invariant-chain expression onhepatocyte surface [J]. J Virol， 2012，86 (18)： 9 919-9 928.

[7]譚慶玲.組織蛋白酶S與糖尿病患者頸動脈內膜中膜厚度的關系[J].中國動脈硬化雜志，2010，18(7)：574-576.

[8]Stern I， Marc J， Kranjec I， et al. Increased plasma levels of CATSmRNA but not CATB mRNA in patients with coronary atherosclerosis[J]. Clin Biochem， 2010，43(18)：1 427-1 430.

[9]Samokhin AO， Lythgo PA， Gauthier JY， et al.Pharmacolo-gical inhibition of cathepsin S decreases atherosclerotic lesions in Apoe-/-mice[J].J Cardiovasc Pharmacol，2010，56(1)：98-105.

[10]趙瑩，陳瑤.AS斑塊不穩定性相關分子機制探討[J].醫學綜述，2010，16(2)：189-191.

[11]Mattock KL，Gough PJ，Humphries J，et al.Legumain and cathepsin-L expression in human unstable carotid plaque[J].Atherosclerosis，2010，208(1)：83-89.

[12]DE Nooijer R，Bot I，von der Thusen JH，et al.Leukocyte cathepsin S is a potent regulator of both cell and matrix turnover in advanced atherosclerosis[J].Arterioscler Thromb Vasc Bilo，2009，29(2)：188-194.

[13]Li Z， Yasuda Y， Li W， et al.Regulation of collagenase activities of humancathepsins by glycosaminoglycans[J].J Biol Chem， 2004，279 (7)： 470-479.

[14]吳建芳，金沂，李國元. 組織蛋白酶K、S與AS及其斑塊不穩定性的關系[J].臨床心血管病雜志，2008，24(11)：867-869.

[15]Qin Y， Cao X， Zhang Y， et al. Deficiency of cathepsin S attenuatesangiotensin II-induced abdominal aortic aneurysm formation inapolipoprotein E-deficient mice [J]. Cardiovasc Res，2012，96 (3)：401-410.

(收稿2015-05-12)

【中圖分類號】R743

【文獻標識碼】A

【文章編號】1673-5110(2016)06-0125-02

通訊作者：△劉亞民，男，1956年11月，博士，主任醫師，E-mail:doctor_lym@163.com