基質金屬蛋白酶與動脈粥樣硬化及斑塊破裂的關系

楊瑞芳，陰彥龍，楊敏清，宋 丹

1濰坊醫學院研究生學院，山東 濰坊 261000；2解放軍89醫院心內科，山東 濰坊 261021

基質金屬蛋白酶與動脈粥樣硬化及斑塊破裂的關系

楊瑞芳1，陰彥龍1，楊敏清2，宋 丹1

1濰坊醫學院研究生學院，山東 濰坊 261000；2解放軍89醫院心內科，山東 濰坊 261021

動脈粥樣硬化是冠心病、腦梗死、外周血管病的主要原因，嚴重威脅到人類的健康和生命。尤其是冠心病，動脈粥樣硬化是其最重要因素之一，主要是由于各種原因引起血管內皮細胞損傷，破壞屏障功能，血液中各種巨噬細胞廣泛侵入內膜，形成以脂質為主的粥樣斑塊，引起血管重構，進一步發展，可引起斑塊破裂?；|金屬蛋白酶是一組幾乎能降解血管外細胞基質所有成分的一組酶，在動脈硬化斑塊的區域可過度表達，降解基質，引起斑塊破裂、出血，形成繼發血栓，引發急性冠狀動脈綜合征。本文著重從基質金屬蛋白酶與動脈粥樣硬化及斑塊破裂的關系作一綜述。

基質金屬蛋白酶；動脈粥樣硬化；斑塊破裂；血管重構；病理學 ；病理生理學

動脈粥樣硬化發生發展中的一個重要環節是血管內皮屏障功能遭到破壞，而構成血管內皮屏障的主要物質之一就是血管細胞外基質（ECM），ECM成分的合成和降解代謝失衡是引起血管重構，進一步發展為動脈粥樣硬化的主要因素之一?；|金屬蛋白酶（MMPs）是一組對細胞外基質成分有特殊降解作用的鋅依賴性蛋白水解酶，通過影響ECM的降解而在動脈粥樣硬化的發生發展中起到很大的作用。本文主要綜述MMPs在動脈粥樣硬化疾病發生發展中的相關關系。

1 MMPs的基本特征

MMPs是一類依賴于鋅和鈣離子的內肽酶，它們分子大小、底物都各不相同，在生理條件下就幾乎能降解所有的ECM成分，但在正常人生理水平下通常處于低表達狀態，在炎性細胞因子、激素、生長因子刺激下和細胞轉化過程中其表達水平明顯上升。1962年首先發現了第1種間質膠原酶（MMP-1）[1]，之后，國內外的眾多研究又相繼發現了另外的基質金屬蛋白酶，并分別命名。至今，大約有26個成員。并根據其作用底物的不同將MMPs分為4大類：膠原間質酶、明膠酶、間質溶解素和膜型基質金屬蛋白酶。其中，前3種又可統稱為“經典型”MMPs，膜型MMPs又可稱為“新型”MMPs。兩者區別在于：“經典型”MMPs是以無活性的酶原形式合成，而“新型”MMPs是以活性形式合成，并同時參與“經典型”MMPs的活化過程[2]。但是，對于所有的MMPs均有共同的特性：（1）可以降解ECM成分；（2）大都是以酶原的形式分泌到細胞外，并在一定條件下被激活而發揮作用；（3）在活化中心存在鋅離子，同時需要鈣離子來維持其活性和穩定性；（4）在酸堿呈中性的條件下進行活化；（5）可以被特異性組織型MMPs抑制因子（TIMP）所抑制[3]。TIMP不僅可以與MMPs發生特異性結合，也可以與MMPs酶原形式結合成相應的復合物而參與其激活過程的調節，同時還可促進細胞的生長和類固醇的生成。生理條件下，MMPs可促進胚胎和骨的發育以及傷口愈合，病理狀態下可以加速腫瘤轉移時間，尤其是對動脈粥樣硬化斑塊的破裂有極大的促進作用[4-5]。

2 MMPs的調控

MMPs的表達和活性受轉錄水平（酶原合成）、酶原激活和抑制劑抑制等水平的調控[6]，大多數的MMPs均需要經過活化成為有活性的MMPs時才能發揮相應的生物活性，降解細胞外基質，因此，這3個環節對維持人體的MMPs水平的穩定有至關重要的意義。

多種細胞因子（如白細胞介素1、腫瘤壞死因子α等）、細胞外基質成分、致癌物、原癌基因、一部分生長因子（如表皮生長因子）均能誘導多種細胞表達MMPs，在其轉錄水平上調節MMPs酶原合成，但是，MMPs活化的信號轉導機制仍有待進一步的研究。有研究顯示白細胞介素1（IL-1）和腫瘤壞死因子β（TNF-β）可以促進單核巨噬細胞表達MMP，同時也有研究表明這兩者還可以刺激平滑肌細胞分泌MMP[7-8]，而在動脈粥樣硬化的斑塊的聚集區也顯示了MMPs的高表達。研究還發現，糖皮質激素和轉化生長因子（TGF-β）也能在轉錄水平阻斷MMPs的表達[9]。另有研究證實，活化的T淋巴細胞表達CD40L可以與動脈粥樣內的CD40特異性結合，促進巨噬細胞和平滑肌細胞分泌MMPs，且CD40L介導MMPs表達的意義高于IL-1和TNFβ[10-12]。

酶原活化過程是MMP發揮生物學活性的重要環節，大部分的MMPs以酶原形式分泌到細胞外基質，必須經過水解去除前肽區才能被活化，一般是在已活化的MMPs作用下進一步完全水解被激活[13]，還有一部分是通過一些非MMP蛋白在細胞外進行激活，此外，還有膜型MMP（MT-MMP）可以在細胞內以活性形式表達或分泌，其中含特殊序列RXKR可以被一種稱為絲氨酸蛋白酶（furin）所識別，Strongin等[14]認為膜型MMP也可以在細胞表面激活“經典型”MMPs。

研究最多的是抑制劑抑制等水平的調控，TIMP是一種廣泛存在于體內的內源性物質，是MMPs的天然抑制物，到目前為止，大約有4種，分別命名為TIMP1-4。主要從酶原活化和活化的MMPs階段進行抑制，主要涉及到的是TIMP1和TIMP2兩種。此外，有研究也表明，TIMP不僅對MMPs有抑制作用，而且在一定條件下也可以激活MMPs[9]。

3 MMPs與動脈粥樣硬化的關系

動脈粥樣硬化是大多數心腦血管疾病的病理生理基礎，它是由于各種原因引起血管內皮功能障礙和炎癥反應相互作用而導致的不斷進展的病理過程。動脈粥樣硬化廣泛累計大中動脈，造成血管壁不同程度的硬化和管腔的狹窄，血管內皮屏障功能遭到破壞后，血液中的單核巨噬細胞、淋巴細胞和脂質等廣泛入侵到內膜下，不斷發展，形成了以脂質為主的粥樣斑塊，是一個在發生發展中涉及多因素的炎癥過程[15]。大量研究發現，基質金屬蛋白酶參與了動脈粥樣硬化發生發展時的血管重構、斑塊破裂和血栓形成等過程。下面著重從這幾方面來闡述基質金屬蛋白酶和動脈粥樣硬化的關系以及如何促進動脈粥樣硬化的發生和發展。

3.1 MMPs和血管重構

Dickhout等[16]指出廣義的血管重構是包括多種形式，血管橫截面積可以增大、縮小或不變，血管腔徑可以縮小也可以擴大，認為血管重構是一個動態過程，至少包含細胞的增殖、遷移、凋亡以及基質成分的合成、降解和重新排列等過程，血管重構又是對刺激發生的復雜的動態反應。在動脈粥樣硬化的發展中，隨著粥樣斑塊的逐漸增大，當大于40%時，管腔出現狹窄，表現為由于管腔對斑塊負荷增加引起的代償性擴張的正性重構或是由于斑塊刺激管壁引起反射性收縮造成的負性重構。細胞外基質是構成正常血管壁屏障的重要組成部分，包括不同類型的蛋白聚糖和膠原以及少部分的彈性蛋白、纖維連接蛋白和層粘連蛋白等[17]，而大部分的蛋白聚糖都是由內皮細胞和平滑肌細胞合成的。血管重構包括細胞外基質的合成和降解。當動脈出現粥樣硬化的過程中，血管發生廣泛的重構現象，在不同階段，基質合成和降解的比例不同，初級階段表現為降解大于合成，而在粥樣斑塊生長時，合成大于降解，導致基質大量沉積在管壁，影響管腔正常血流通過，隨著動脈粥樣硬化的發展，管腔出現狹窄。而在這整個發展過程中，MMPs發揮了至關重要的作用。MMPs可以有效降解血管基質膠原，降低血管致密性，間接減少血管向外擴張的阻力，另一方面，也可以加速平滑肌細胞的遷移。有研究顯示，MMP2和MMP9是降解彈性蛋白的主要因素，在動脈粥樣硬化疾病的發生發展過程中，MMP2和MMP9高表達，更加減低了血管壁彈性。Galis等[18-19]研究顯示在動脈粥樣硬化與正常的動脈有著不同的MMPs表達形式，在動脈粥樣硬化中，不僅有MMPs高表達，還有TIMP的含量也增加，這足以說明基質金屬蛋白酶參與了動脈粥樣硬化發生發展中的血管重構過程。另外，已有動物實驗證實人工合成的MMPs抑制劑可以有效地減少血管重構，減慢動脈粥樣硬化的進程[20]。

3.2 MMPs和斑塊破裂

粥樣斑塊是動脈粥樣硬化典型病理改變。大多是由纖維帽和粥樣核心構成。纖維帽主要成分是平滑肌細胞和膠原纖維，而粥樣核心主要是以脂質為主（低密度脂蛋白LDL），還包含一些壞死物質。粥樣斑塊的穩定性主要是由3種因素決定的：含有脂質核心的大小和硬度、覆蓋脂核的纖維帽的厚度和纖維帽內的炎癥和修復過程。一些纖維帽較薄和大脂質核心的斑塊對機械力的抵抗作用較弱，稱為不穩定斑塊或是易損斑塊，這類斑塊的纖維帽中的平滑肌細胞非常少，粥樣物質所含比例大多大于30%[21]，尤其是斑塊的肩周部，目前認為，粥樣斑塊的穩定性與其大小并無直接的關系[22]。

現已發現，動脈粥樣硬化的粥樣斑塊的邊緣部和泡沫細胞（吞噬了脂質的單核細胞或組織細胞，是動脈粥樣硬化斑塊內出現的特征性病理細胞，主要來源于血液單核細胞與血管中膜平滑肌細胞）有大量的巨噬細胞，而MMPs主要存在于巨噬細胞豐富的區域，而后者又可以降解動脈粥樣硬化斑塊內的大多成分，因此，許多研究者認為這些細胞及他們所釋放的MMPs可以引起斑塊的破裂，形成血栓，甚至可引起心肌梗死等急性冠脈綜合癥。近年來的大量實驗顯示巨噬細胞源性的MMPs與斑塊的破裂有一定的關系[23-26]。有研究發現，MMP3可降解膠原蛋白、彈性蛋白和蛋白聚糖等血管壁主要成分，還可以激活明膠酶、膠原酶等MMP。動脈粥樣硬化病變斑塊中常含大量的MMP3和巨噬細胞，也有研究證實MMP8分解膠原的能力是其他膠原酶的3倍多，近幾年，Henman等[27]研究發現，人動脈粥樣硬化斑塊中的內皮細胞、平滑肌細胞和巨噬細胞都能表達MMP8，可提示它在斑塊破裂的過程中也有一定的作用。MMP2和MMP9是降解彈性膠原的主要物質，是參與平滑肌細胞增殖和由中膜向內膜遷移的一種重要媒介，可以加速動脈粥樣硬化的病理過程[28-29]，在急性冠脈綜合癥和不穩定性心絞痛的患者冠狀動脈斑塊中的MMP9高表達，甚至有研究發現不穩定斑塊內的MMP9表達量為穩定斑塊的3～5倍[30]。國外學者曾將動脈粥樣硬化患者的斑塊平滑肌細胞和巨噬細胞于體外培養，發現其可分泌大量的MMP9、MMP3和MMP1。

以上大量的研究證實MMPs與動脈粥樣硬化的斑塊破裂有一定的關系，因此，早期檢測患者的MMPs對一些心血管事件，如急性冠脈綜合征等有著重要的意義。

4 MMPs關于動脈粥樣硬化的治療

MMPs是與動脈粥樣硬化的發生發展有著密切關系的蛋白水解酶，因此，隨著國內外學者對MMPs和動脈粥樣硬化發病機制分子水平研究資料的不斷累積，針對MMPs以旨在改變或減慢動脈粥樣硬化的發病進程的治療方法在不斷的探索中，其主要原理是，減少局部MMPs的產生，增加TIMP的分泌，或者是加入外源性或人工合成的TIMP，目前主要有調脂、抗氧化和基因治療?？傊?，鑒于MMPs和動脈粥樣硬化的關系，積極地盡可能控制MMPs，減少其生成對穩定粥樣斑塊、防止發生進一步的心血管事件甚至引起猝死方面有極其重要的意義。

5 展望和不足

由于MMPs在動脈粥樣硬化的發生發展的過程中有著極大的意義，而動脈粥樣硬化是大多數心血管疾病的病理生理基礎，因此，早期監測MMP對預防心血管疾病或者是用于早期診斷、預后等都有一定的臨床價值，臨床上可以將MMP和肌鈣蛋白等生物學指標共同用于急性冠脈綜合癥等的早期診斷。

關于MMPs的調控機制是一個復雜的涉及多種刺激和抑制因素的過程，本文尚未涉及全面，還需要進一步的研究和對資料的收集，但適度地調節MMP活性，改善細胞外基質和血管重構將成為動脈粥樣硬化防治研究的一個重要方向之一。

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Relationship between the serum matrix metalloproteinase levels,atherosclerosis and plaque rupture

YANG Ruifang1, YIN Yanlong1, YANG Minqing2, SONG Dan11Graduate School, Weifang Medical University, Weifang 261000, China ;2The 89th Hospital of PLA, Weifang 261021, China

Atherosclerosis is a major cause of coronary heart disease(CHD), cerebral infarction and peripheral vascular disease.It is a serious threat to human health and disease ,especially CHD. Atherosclerosis is one of the most important factor , mainly due to various reasons that cause vascular endothelial cell damage and destroy its barrier function. As a consquence, many kinds of macrophages in the blood invade lining widely to form the atheromatous plaque with a mass of lipids. Eventually it will evolve into vascular remodeling. Sometimes, it may cause plaque rupture if the situation develops further. Matrix metalloproteinase is a group of enzymes that can almost degrade all off constituents of Vascular extracellular matrix. It can be expressed excessively in the areas with plentiful atherosclerotic plaques and degrade matrix to cause plaque rupture, bleeding and form Secondary thrombosis. At last, acute coronary syndrome occurs. This article mainly make a literature review about the relationship between serum matrix metalloproteinase levels and atherosclerosis and plaque rupture emphatically.

matrix metalloproteinase; atherosclerosis; plaque rupture; vascular remodeling; pathology; pathophysiology

2017-06-28

楊瑞芳，碩士研究生，E-mail: 1083990814@qq.com

陰彥龍，碩士，主任醫師，E-mail: 150545789622126.com