ADAMTS家族在動脈粥樣硬化性疾病中的研究進展

李亞玲

動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)性疾病是人類死亡的第一殺手，其中的心腦血管病已經成為一個全球性的健康問題。動脈粥樣硬化( AS)的發病機制非常復雜，是多基因與環境因素相互作用的結果，各種原因導致的內皮細胞損傷,內皮屏障功能被破壞,血液中的單核巨噬細胞、脂質、淋巴細胞及中性多形核白細胞廣泛入侵到被剝脫的內皮下組織,發展為粥樣斑塊,引起血管重構,進一步導致斑塊破裂、出血、繼發血栓形成等。本綜述回顧含Ⅰ型血小板結合蛋白基序的解聚蛋白樣金屬蛋白酶(ADAMTS)在動脈粥樣硬化疾病的發生、發展中所起的不同作用。

含Ⅰ型血小板結合蛋白基序的解聚蛋白樣金屬蛋白酶(ADAMTS)是一類整合于細胞外基質或游離于血漿中的基質金屬蛋白酶亞家族，廣泛表達于人體的多種組織和器官,從1997年發現第1個ADAMTS家族成員以來,迄今共有19個成員被發現。在保持凝血系統的穩態、器官生成、炎癥、生育等方面有重要作用[2]。在動脈粥樣硬化進展中巨噬細胞和單核細胞分泌ADAMTS蛋白酶影響斑塊的穩定性[1]。研究發現ADAMTS成員在人類頸動脈病變和晚期冠狀動脈粥樣硬化斑塊中高度表達[3]。ADAMTS蛋白酶在動脈粥樣硬化中的潛在作用可能與血管ECM的加速降解有關。

1　ADAMTS的結構

ADAMTS蛋白酶的催化(金屬蛋白酶)結構域由3組氨基酸殘基配位的催化鋅構成，此活性位點之后是高度保守的甲硫氨酸殘基，也存在于在ADAM和MMP家族中。催化結構域后面是一個較小的、類似整合素的結構域，該區域與蛇毒解毒素具有25%～45%的同源性，之后是血小板反應蛋白1型重復序列(TSR)，這些序列對于基質蛋白酶家族中的ADAMTS蛋白酶是獨特的，并且與在血小板反應蛋白1和2中發現的1型重復序列同源[4]。本綜述將重點回顧ADANTS-1,4，7,12,13等成員與動脈硬化之間的相關研究進展。

2　ADAMTS-1在AS中的研究

ADAMTS-1為最早發現的成員，主要通過C末端3個血小板反應蛋白1型重復序列(thrombospondin, TSP)錨定在細胞外基質中。正常情況下ADAMTS-1在許多組織如心臟、肺、肝臟、骨骼肌和腎臟中高度表達。ADAMTS-1可以通過降解細胞外基質蛋白參與多種生理和病理過程,對正常生長、受精、維持泌尿生殖系統的器官形態和功能至關重要[5]。使用小鼠頸動脈結扎模型研究發現，與ADAMTS-1轉基因/apoE缺陷小鼠相比，ADAMTS-1在內皮增生過表達(頸動脈結扎模型雖然不是動脈粥樣硬化的模型，但許多變化類似于動脈粥樣硬化早期的變化如VSMC遷移和增殖)，這表明ADAMTS-1具有促進動脈粥樣硬化和血管血栓形成的作用。Jonsson等的研究還顯示，ADAMTS-1可以切割蛋白聚糖多肽，其通過調節主動脈VSMC遷移和斑塊穩定性來影響纖維的強度，在病變的發展中發揮重要作用[6]。一項關于ADAMTS-1的單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphisms,SNPs)基因分型顯示ADAMTS-1基因的rs416905和rs402007多態性可能與LAA引起的缺血性腦卒中有關， rs402007位點的C等位基因可能是LAA卒中亞型的易感因子[7]。

3　ADAMTS-4在AS中的研究

ADAMTS-4是存在于大腦中的能夠結合并降解硫酸軟骨素蛋白聚糖(CSPG)的核心蛋白質的生理酶[8-10，16]。據報道它能夠從核心蛋白中去除硫酸軟骨素鏈，促進腦卒中后的軸突再生、促進側支發生和功能恢復[11-13]。ADAMTS-4存在于CNS中的許多組織中包括皮質、海馬、紋狀體和脊髓的多種結構[8,14]。Lemarchant等的研究證明永久性中腦動脈閉塞的小鼠其缺血核心中ADAMTS-4的蛋白表達增加[16-17]。Cross、 Zammanian等人也報道了在腦卒中后6～24 h和5 d ADAMTS-4的mRNA和蛋白水平在梗死半球的星形膠質細胞中表達增加；ADAMTS-4通過降低LPS誘導的趨化因子配體2(CCL2)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細胞介素-6(IL-6)、一氧化氮( NO)和MMP-9在小鼠的膠質細胞培養物中的表達，以減少小鼠缺血性腦卒中后的神經炎癥反應[9,15]。使用siRNA方法敲除內源性ADAMTS-4的表達將導致小鼠膠質細胞培養物中LPS誘導的CCL2，TNF-α，NO和MMP-9的釋放增加。Lemarchant等人證明雖然經ADAMTS-4治療后的腦缺血性小鼠3 d后梗死體積并沒有減少，但與未治療的小鼠相比，治療小鼠的缺血周圍區域觀察到星形膠質細胞減少和巨噬細胞浸潤減少[17]。此外，經ADAMTS-4治療后的缺血區域中觀察到IL-10和IL-6蛋白水平的增加。總而言之，這些研究表明內源性ADAMTS-4在腦卒中期間的表達增加可能是適應性改變，以保護大腦免受神經炎癥和/或促進腦卒中后神經的可塑性[17]。

4　ADAMTS-7，-12在AS中的研究

軟骨寡聚基質蛋白(cartilage oligomeric matrix protein，COMP)是血管ECM的1個組成部分，在動脈粥樣硬化病變中參與血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)的遷移[18]。Liu等研究發現ADAMTS-7,-12可直接結合并COMP[19]。COMP作為ADAMTS-7和ADAMTS-12的特異性底物，近來被發現也可以由 VSMC細胞分泌，存在于人的動脈壁中[20]。ADAMTS-7能通過降解COMP使內膜增生，在體內外促進血管平滑肌細胞(VSMC)遷移及血管內膜增厚[21-22]。全基因組關聯研究表明，ADAMTS7是冠狀動脈粥樣硬化的新的基因座[23-26]。ADAMTS-7具有致動脈粥樣硬化的作用[27]。又有研究發現ADAMTS-12亦能通過降解COMP，促進血管平滑肌細胞(VSMC)遷移，進而促進血管內膜增厚，最后導致斑塊形成及大動脈粥樣硬化(large artery atherosclerotic, LAA)型腦梗死[28]。ADAMTS-12基因多態性是腦梗死的1個新的遺傳危險因素[28]。

5　ADAMTS-13在AS中的研究

ADAMTS-13首先在1998年的兩項專題報告中被闡述與血栓性血小板減少性紫癜(thrombotic thrombocytopenic purpura,TTP)的發病機制有密切關聯[29-30]。ADAMTS-13具有抗血栓性質，通過將VWF多聚體切割成小的非活性片段來調節循環中凝血的關鍵生理過程[31-32]。Sonneveld等的前瞻性隊列研究表明ADAMTS-13與缺血性腦卒中相關[31]。miR-525-5p是ADAMTS-13的內源性調節因子，缺血條件下作為ADAMTS13的負調節因子，使ADAMTS-13 mRNA和蛋白表達水平顯著降低，在缺血性損傷中發揮關鍵作用[33]。來自鹿特丹的一項基于人群的隊列研究顯示，ADAMTS-13活性及VWF：Ag水平與心血管病的病死率風險增加有關，在低ADAMTS-13活性和高VWF：Ag水平的個體中心血管病的病死率的風險增高(風險比為1.73，95%置信區間為1.28～2.35)[34]。Xu-H等人的研究表明腦卒中后7 d用重組ADAMTS-13處理野生型小鼠，新生血管形成和血管修復顯著增加，并在14 d時神經功能得到恢復，這說明ADAMTS-13是控制缺血性血管重塑的關鍵步驟，ADAMTS-13是促進腦卒中恢復的推薦治療途徑[35]。

6　結束語

動脈粥樣硬化是由許多危險因素如遺傳傾向、高血壓病和2型糖尿病引起的血管內皮損傷繼而引發的進行性炎性疾病。ADAMTs蛋白酶與ECM相互作用的能力已經涉及血管疾病過程。這些疾病過程的特征在于血管平滑肌細胞(VSMC)向內膜遷移，導致血管內膜層增厚。新型基質金屬蛋白酶家族ADAMTs介導的ECM的降解和重塑在這些疾病過程中起著至關重要的作用，并形成VSMC遷移。幾個ADAMTs成員在人類頸動脈病變和晚期冠狀動脈粥樣硬化斑塊中高度表達包括ADAMTS-1，-7，-12等，而ADAMTS-13通過切割血管性血友病因子(von Willebrand：VWF)介導缺血后新生血管形成，影響心腦血管疾病的發展。ADAMTs家族與動脈粥樣硬化性疾病的密切關系值得進一步研究。

[1]Worley OR,Baugh MD,Hughes DA,et al.Metalloproteinase expression in PMA-stimulated THP-1 cells. Effects of peroxisome proliferator-activated receptor-γ(PPAR-γ) agonists and 9-cis-retinoic acid[J].J Biol Chem,2003,278(51):51340-51346.

[2]王利,王憲,孔煒.新型金屬蛋白酶ADAMTS家族的研究進展[J].生理科學進展,2008,39(1):49-52.

[3]W?gs?ter D,Bj?rk H,Zhu C,et al.ADAMTS-4 and -8 are inflammatory regulated enzymes expressed in macrophage-rich areas of human atherosclerotic plaques[J].Atherosclerosis,2008,196(2):514-522.

[4]Salter RC,Ashlin TG,Kwan AP,et al.ADAMTS proteases: key roles in atherosclerosis?[J].J Mol Med (Berl),2010,88(12):1203-1211.

[5]王勇.ADAMTS-1在老年大鼠心肌缺血預適應中的作用[D].武漢:武漢大學,2011.

[6]Jonnsson-Rylander AC,Nilsson T,Fritsche-Danielson RA,et al.Role of ADAMTS-1 in atherosclerosis - Remodeling of carotid artery, immunohistochemistry, and proteolysis of versican[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2005,25(1):180-185.

[7]Lyu C,Chen Y,Zhu M,et al. Association of ADAMTS-1 gene polymorphisms with ischemic stroke caused by large artery atherosclerosis [J].Zhonghua Yi Xue Yi Chuan Xue Za Zhi,2015,32(6):844-848.

[8]Liu CJ,Kong W,Ilalov K,et al.ADAMTS-7: a metalloproteinase that directly binds to and degrades cartilage oligomeric matrix protein[J].FASEB J,2006,20(7):988-990.

[9]Riessen R,Fenchel M,Chen H,et al.Cartilage oligomeric matrix protein (thrombospondin-5) is expressed by human vascular smooth muscle cells[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2001,21(1):47-54.

[10] Wang L,Zheng J,Bai X,et al.ADAMTS-7 mediates vascular smooth muscle cell migration and neointima formation in balloon-injured rat arteries[J].Circ Res,2009,104(5):688-698.

[11] Zhang L,Yu F,Wang L,et al.ADAMTS-7 promotes vascular smooth muscle cells proliferation in vitro and in vivo[J].Sci China Life Sci,2015,58(7):674-681.

[12] Reilly MP,Li M,He J,et al.Identification of ADAMTS7 as a novel locus for coronary atherosclerosis and association of ABO with myocardial infarction in the presence of coronary atherosclerosis: two genome-wide association studies[J].Lancet,2011,377(9763):383-392.

[13] Van Setten J,Isgum I,Smolonska J,et al.Genome-wide association study of coronary and aortic calcification implicates risk loci for coronary artery disease and myocardial infarction[J].Atherosclerosis,2013,228(2):400-405.

[14] Newby AC.Proteinases and plaque rupture: unblocking the road to translation[J].Curr Opin Lipidol,2014,25(5):358-366.

[15] You L,Tan L,Liu L,et al.ADAMTS7 locus confers high cross-race risk for development of coronary atheromatous plaque[J].Mol Genet Genomics,2016,291(1):121-128.

[16] Bayoglu B,Arslan C,Tel C,et al.Genetic variants rs1994016 and rs3825807 in ADAMTS7 affect its mRNA expression in atherosclerotic occlusive peripheral arterial disease[J].J Clin Lab Anal,2017,31(5):366-369.

[17] 劉鵬,何欣威,朱敏,等.含Ⅰ型血小板反應蛋白的解聚素和金屬蛋白酶-12基因多態性與大動脈粥樣硬化型腦梗死的關系[J].中華神經科雜志,2015,48(10):855-860.

[18] Furlan M,Robles R,Galbusera M,et al.Von willebrand factor-cleaving protease in thrombotic thrombocytopenic purpura and the hemolytic-uremic syndrome[J].N Engl J Med,1998,339(22):1578-1584.

[19] Tsai HM,Lian EC.Antibodies to von willebrand factor-cleaving protease in acute thrombotic thrombocytopenic purpura[J].N Engl J Med,1998,339(22):1585-1594.

[20] Sonneveld MA,De Maat MP,Portegies ML,et al.Low ADAMTS13 activity is associated with an increased risk of ischemic stroke[J].Blood,2015,126(25):2739-2746.

[21] Akyol O,Akyol S,Chen CH.Update on ADAMTS13 and VWF in cardiovascular and hematological disorders[J].Clin Chim Acta,2016,463(12):109-118.

[22] Sonneveld MA,Franco OH,Ikram MA,et al.Von willebrand factor, ADAMTS13, and the risk of mortality: the Rotterdam study[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2016,36(12):2446-2451.

[23] Zhao L,Hua C,Li Y,et al.miR-525-5p inhibits ADAMTS13 and is correlated with ischemia/reperfusion injury-induced neuronal cell death[J].Int J Clin Exp Med,2015,8(10):18115-18122.

[24] Xu H,Cao Y,Yang X,et al.ADAMTS13 controls vascular remodeling by modifying VWF reactivity during stroke recovery[J].Blood,2017,130(1):11-22.

[25] Apte SS.A disintegrin-like and metalloprotease (reprolysin type) with thrombospondin type 1 motifs: the ADAMTS family[J].Int J Biochem Cell Biol,2004,36(6):981-985.

[26] Cross AK,Haddock G,Stock CJ,et al.ADAMTS-1 and -4 are up-regulated following transient middle cerebral artery occlusion in the rat and their expression is modulated by TNF in cultured astrocytes[J].Brain Res,2006,1088(1):19-30.

[27] Bradbury EJ,Carter LM.Manipulating the glial scar: chondroitinase ABC as a therapy for spinal cord injury[J].Brain Res Bull,2011,84(4/5):306-316.

[28] Hill JJ,Jin KL,Mao XO,et al.Intracerebral chondroitinase ABC and heparan sulfate proteoglycan glypican improve outcome from chronic stroke in rats[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2012,109(23):9155-9160.

[29] Soleman S,Yip PK,Duricki DA,et al.Delayed treatment with chondroitinase ABC promotes sensorimotor recovery and plasticity after stroke in aged rats[J].Brain,2012,135(Pt 4):1210-1223.[14].Krstic D, Rodriguez M, Knuesel I. Regulated Proteolytic Processing of Reelin through Interplay of Tissue Plasminogen Activator (tPA), ADAMTS-4, ADAMTS-5, and Their Modulators[J]. Plos One, 2012, 7(7):e47793.

[30] Krstic D,Rodriguez M,Knuesel I.Regulated proteolytic processing of Reelin through interplay of tissue plasminogen activator (tPA), ADAMTS-4, ADAMTS-5, and their modulators[J].PLoS One,2012,7(10):e47793.

[31] Zamanian JL,Xu L,Foo LC,et al.Genomic analysis of reactive astrogliosis[J].J Neurosci,2012,32(18):6391-6410.[16].Lemarchant S, Pomeshchik Y, Kidin I, et al. ADAMTS-4 promotes neurodegeneration in a mouse model of amyotrophic lateral sclerosis[J]. Molecular Neurodegeneration, 2016, 11(1):10.

[32] Lemarchant S,Pomeshchik Y,Kidin I,et al.ADAMTS-4 promotes neurodegeneration in a mouse model of amyotrophic lateral sclerosis[J].Mol Neurodegener,2016,11(1):10.

[33] Lemarchant S,Wojciechowski S,Vivien D,et al.ADAMTS-4 in central nervous system pathologies[J].J Neurosci Res,2017,95(9):1703-1711.