ADAMTS7與動脈粥樣硬化關系的研究進展

陳林發，李友，胡偉東，王夢旭，陳杏蘭，陳少鳳，趙斌

(廣東醫科大學附屬醫院，廣東湛江 524000)

動脈粥樣硬化是一種慢性炎癥性疾病，主要累及全身大中動脈，是冠狀動脈粥樣硬化性心臟病及動脈粥樣硬化型腦梗死的主要病理基礎。隨著我國人民生活水平的提高，動脈粥樣硬化性疾病已成為中老年人死亡的主要原因之一，因此積極從病因及發病機制上尋找新的突破，對于研究可行的干預措施，提升動脈粥樣硬化性疾病的整體防治水平具有重要意義。然而，目前對動脈粥樣硬化病因學方面的認識仍顯不足，在基因分子水平上的研究仍將是未來科研探索的熱點。近年來的研究發現，ADAMTS7能分解細胞外基質，促進平滑肌細胞的遷移，增加炎癥反應，減少內膜修復，促進內膜增生重塑，加速不穩定斑塊的形成，在動脈粥樣硬化性疾病的發生發展中起重要作用。現就ADAMTS7與動脈粥樣硬化關系的研究進展進行綜述。

1 ADAMTS7

ADAMTS7是含Ⅰ型血小板結合蛋白基序去整合素金屬蛋白酶7，定位于人15號染色體上，含1 686個氨基酸，相對分子質量約為181 kD。ADAMTS7蛋白結構從N端至C端依次為信號肽序列、前體區、金屬蛋白酶結構域、類去整合素結構域、8個TSP-1序列、半胱氨酸富含區、間隔區1和間隔區2[1,2]。

ADAMTS7前體區存在保守的原酶切割位點，前體區對于鋅離子依賴的金屬蛋白酶的正確折疊是必要的，而且與保持蛋白水解酶活性的基因沉默有關。前體區的加工修飾是有序進行的，開始于高爾基體，結束于細胞膜表面[3]。如前體區存在弗林蛋白酶切割位點，ADAMTS7在分泌過程中最先以無活性酶原形式存在，可經過多次有序的弗林蛋白酶依賴的剪切，最終釋放出有活性的功能蛋白酶。其他蛋白酶的剪切，如PACE4、PC6B和PC7在ADAMTS7的加工修飾過程是低效率的，說明弗林剪切才是ADAMTS7前體區最重要的加工方式[4]。此外，在弗林蛋白酶基因敲除的小鼠中，蛋白酶前體區的切除被完全阻斷或者嚴重抑制，進一步說明了ADAMTS7前體區弗林剪切位點的重要性[5]。ADAMTS7的金屬蛋白酶催化結構域序列含有保守的Zn2+依賴的HEXXHXXGXXHD(X代表任意氨基酸殘基)結合位點，該結構域與該蛋白酶水解活性相關，如α2-MG的水解必須依賴ADAMTS7的金屬蛋白酶催化結構域[6]。類去整合素類結構域可能為底物提供結合的表面，與調節ADAMTS7金屬蛋白酶的活性有關[7]。ADAMTS7的羧基端有8個TSP-1序列，其中一個緊跟在類去整合素類結構域后，另外7個TSP-1序列分別聚集成為3個和4個類TSP-1重復序列，并由半胱氨酸富含區及2個間隔區分隔開來。ADAMTS7 C-末端聚集的4個類TSP-1重復序列能與COMP底物的EGF結構域充分結合和相互作用。間隔區存在黏蛋白結構域，和其他ADMATS家族成員不同的是，ADAMTS7間隔區不能和其底物相互作用，但能使ADAMTS7錨定在細胞外基質中，具有底物特異識別的功能[3,6]。

2 ADAMTS7表達與動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化是由于多種致病因素對血管內皮的損傷，而血管內皮的內膜增生重塑是動脈粥樣硬化和再狹窄的重要病理標志，主要由增生并遷移至內膜的平滑肌細胞、炎性細胞和細胞外基質等組成。Bauer等[5]通過給ADAMTS7基因敲除的小鼠進行高膽固醇飲食飼養后，與野生型小鼠相比發現，ADAMTS7基因缺失的小鼠新生內膜顯著變薄，動脈粥樣硬化顯著降低。動脈受機械力損傷后，ADAMTS7最先在內膜部位表達和積累，誘導血管平滑肌細胞從動脈血管中膜遷移到內膜,并在內膜部位增生，并產生胞外蛋白,所產生的胞外蛋白是動脈粥樣硬化斑塊的主要成分，這說明在動脈粥樣硬化病理過程中ADAMTS7參與血管平滑肌細胞的增殖和遷移過程[8]。軟骨寡聚基質蛋白(COMP)又稱為血小板反應蛋白-5(TSP-5)，是由5個多功能域糖蛋白亞基組成的524 kD大小的五聚體，為正常人血管細胞外基質的重要組成成分，高表達在血管平滑肌細胞中。COMP與平滑肌細胞的黏附和趨附性相關，其通過和整合素蛋白α7β1相互作用，保持血管平滑肌細胞的完整性和收縮性[9]。有研究者[9,10]通過蛋白質體外結合實驗證實，ADAMTS7 C-末端的TSP重復序列與COMP N-末端的表皮生長因子(EGF)樣結構域相互作用，使COMP降解，進而促進血管平滑肌細胞的增殖、遷移。進一步的研究發現，由si-RNA介導的ADAMTS7拮抗能夠阻斷這種體內降解作用，明顯地減少100 kD大小的COMP降解片段的產生，進而降低了血管平滑肌的遷移和動脈斑塊的形成[11]。還有研究[12]表明，COMP通過與BMP-2相互作用，阻止了血管平滑肌的鈣化，而ADAMTS7通過降解COMP，促進了平滑肌細胞的鈣化。此外，還發現了ADAMTS7兩個潛在底物——PGRN、α2-MG。PGRN及α2-MG通過COMP能與ADAMTS7結合形成復合物，降低了ADAMTS7對COMP的水解活性，從而減少動脈粥樣硬化的形成[3,13]。最近的研究還表明，ADAMTS7可阻止內皮修復，從而導致新生內膜的形成和動脈粥樣硬化。血管內皮細胞在調節血管穩態中發揮重要的作用，但隨著年齡的增長，內皮細胞持續暴露在多種損傷因素中，因此也容易損傷，迅速的內皮修復和再內皮化能減少斑塊的形成。Kessler等[14]通過建立ADAMTS7基因敲除小鼠的頸動脈線性損傷及伊文思藍染色模型發現，ADAMTS7基因缺陷的小鼠在損傷3、5、7 d后明顯促進了再內皮化，在損傷后的14、28 d，明顯改善了新生內膜的形成，減少了內膜的重塑。Zhang等[15]的研究也表明ADAMTS7在體內外均能促進平滑肌細胞的遷移和增生。Wang等[16]通過構建小鼠頸動脈損傷模型發現，ADAMTS7通過降解COMP促進平滑肌細胞的遷移增生及血管內膜重塑，從而促進了動脈粥樣硬化的形成。Bengtsson等[17]進一步的研究表明，相比于穩定性斑塊的患者，ADAMTS7在頸動脈不穩定斑塊患者中的表達水平顯著升高。目前認為斑塊的生物學特征是決定其穩定性的主要因素，外力對斑塊的作用主要由纖維帽承受，纖維帽變薄是不穩定動脈粥樣硬化斑塊的主要特征之一。纖維帽的完整性及對斑塊破裂的抵抗力主要靠細胞外基質來維持，膠原纖維是最主要的細胞外基質，炎性細胞在纖維帽斑塊壞死核心的浸潤可以進一步引發斑塊破裂、血栓形成和管腔閉塞。

最近研究還表明，動脈粥樣硬化各個階段都存在促炎和抗炎因子的調節。其中促炎因子TNF-α、IL-1β、miR-29a/b、PDGF-BB和H2O2促進ADAMTS7高表達，從而誘導COMP蛋白降解，進而促進動脈粥樣硬化的形成[3,10,18]。Du等[19]通過生物信息技術和聚合酶鏈式反應分析發現，ADAMTS7的3′端非編碼區包含miR-29a/b潛在靶點，miR-29a/b抑制了ADAMTS7 mRNA和蛋白在平滑肌細胞中的作用；而miR-29a/b抑制劑卻增強了ADAMTS7的表達，減少了COMP的降解及平滑肌細胞的遷移。此外，NF-κB能下調miR-29a/b表達，增加ADAMTS7 mRNA的表達。由此說明，我們可以通過miR-29a/b抑制劑下調ADAMTS7表達，減少平滑肌的遷移增生。相反，抗炎因子則降低ADAMTS7的表達。Wang等[20]通過染色質免疫沉淀反應化驗分析證實，ADAMTS7基因啟動子區存在炎性轉錄因子NF-κB和AP-1的結合位點，NF-κB和AP-1對平滑肌細胞的遷移至關重要，能降低ADAMTS7的表達。Lai等[21]還發現，TNF-α能夠通過NF-κB信號激活ADAMTS7表達，同時ADAMTS7又可以上調TNF-α水平，二者能構成正反饋調節通路。

3 ADAMTS7基因多態性與動脈粥樣硬化

最近的一些全基因組關聯研究結果表明，ADAMTS7基因染色體上的15q24.2位點與冠狀動脈粥樣硬化的發生發展相關聯。ADAMTS7(rs3825807)是全基因組關聯研究最多的一個多態位點，該位點與其他動脈粥樣硬化性疾病相關的SNP(如rs4380028、rs1994016)存在連鎖不平衡(數據來自HapMap和1000個基因工程)[8]。在2011年的歐洲人群全基因組關聯研究中，Reilly等[22]首次發現ADAMTS7(rs3825807)與動脈粥樣硬化相關聯。隨后的兩項全基因組關聯研究[23,24]也報道了ADAMTS7基因及其鄰近區域的基因多態與冠心病的發病風險相關聯。2013年的歐洲人群全基因組關聯研究再次指出了ADAMTS7(rs3825807)與冠狀動脈鈣化具有密切關系，增加了動脈粥樣硬化及急性心肌梗死的風險[25]。然而，2016年的多種族研究[26]發現，ADAMTS7(rs3825807)與歐洲人群的亞臨床動脈粥樣硬化(通過測量冠狀動脈鈣化及頸動脈中膜厚度)具有相關性，而與亞洲中國、非裔美國人等人群無相關性。2016年，You等[27]在中國人群中再次發現了ADAMTS7(rs3825807)在冠狀動脈疾病發生中具有重要作用，并首次指出ADAMTS7(rs3825807)與冠狀動脈疾病中動脈粥樣硬化嚴重程度相關。在2016年關于ADAMTS7(rs3825807)基因多態性與冠狀動脈疾病生存率的研究中表明：攜帶G等位基因的患者比攜帶A等位基因的患者生存時間更長。ADAMTS7(rs3825807)作為一個重要的功能性多態位點，位于ADAMTS7前體區，由絲氨酸突變成脯氨酸，減少了ADAMTS7前體區的加工。生化分析的研究發現，該突變削弱了弗林剪切的ADAMTS7前體的蛋白酶活性。因此攜帶脯氨酸突變的人群比攜帶絲氨酸多態位點的人群，ADAMTS蛋白酶的活性更低[28]。功能性研究表明，rs3825807多態性存在于ADAMTS7編碼區，影響ADAMTS7的成熟和平滑肌細胞的遷移[8,29]。近期也發現，ADMATS7的其他多態位點與動脈粥樣硬化密切相關，ADAMTS7(rs1994016)在動脈粥樣硬化發病風險中增加了19%，但ADAMTS7與急性心肌梗死卻無相關關系，表明ASAMTS7可能參與動脈粥樣硬化發生的早期過程，而未參與血栓形成導致的心肌梗死[3]。Bayoglu等[30]研究表明，在外周動脈疾病中，患者ADAMTS7 mRNA的表達明顯高于健康對照組，其中rs1994016的CC基因型與rs3825807的TT基因型的mRNA表達增加明顯。

綜上所述，ADAMTS7在不同階段通過不同機制參與了動脈粥樣硬化性疾病的慢性炎癥性病理過程，是研究動脈粥樣硬化性疾病易感性的重要侯選基因。目前，如何對其表達進行調控也將成為下一個防治動脈粥樣硬化性疾病研究的熱點，而且ADAMTS7與動脈粥樣硬化性疾病易感性關聯機制及針對其靶點的藥物仍有待進一步研究。ADAMTS7有望為動脈粥樣硬化性疾病易感人群的預防、診斷、個體化治療提供重要的分子依據和治療靶標。

[1] Wang L, Wang X, Kong W. ADAMTS-7, a novel proteolytic culprit in vascular remodeling[J]. Sheng Li Xue Bao, 2010,62(4):285-294.

[2] Nicholson AC, Malik SB, Logsdon JM, et al. Functional evolution of ADAMTS genes: evidence from analyses of phylogeny and gene organization[J]. Bmc Evol Biol, 2005,5(1):11.

[3] Hanby HA, Zheng XL. Biochemistry and physiological functions of ADAMTS7 metalloprotease[J]. Adv Biochem, 2013,1(3):e783-e789.

[4] Somerville RP， Longpré JM, Apel ED, et al. ADAMTS7B, the full-length product of the ADAMTS7 gene, is a chondroitin sulfate proteoglycan containing a mucin domain[J]. J Biol Chem, 2004,279(34):35159-35175.

[5] Bauer RC, Tohyama J, Cui J, et al. Knockout of Adamts7, a novel coronary artery disease locus in humans, reduces atherosclerosis in mice[J]. Circulation, 2015, 131(13):1202-1213.

[6] Zhang Y, Lin J, Wei F. The function and roles of ADAMTS-7 in inflammatory diseases[J]. Mediators Inflamm, 2015,2015:801546.

[7] Stanton H, Melrose J, Little CB, et al. Proteoglycan degradation by the ADAMTS family of proteinases[J]. Biochim Biophys Atca, 2011,1812(12):1616-1629.

[8] Pu X, Xiao Q, Kiechl S, et al. ADAMTS7 cleavage and vascular smooth muscle cell migration is affected by a coronary-artery-disease-associated variant[J]. Am J Hum Genet, 2013,92(3):366-374.

[9] Wang L, Zheng J, Du Y, et al. Cartilage oligomeric matrix protein maintains the contractile phenotype of vascular smooth muscle cells by interacting with alpha(7)beta(1) integrin[J]. Circ Res, 2010,106(3):514-525.

[10] 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.

[11] Liu CJ. The role of ADAMTS-7 and ADAMTS-12 in the pathogenesis of arthritis.[J]. Nat Clin Pract Rheumatol, 2009,5(1):38-45.

[12] Du Y, Wang Y, Wang L, et al. Cartilage oligomeric matrix protein inhibits vascular smooth muscle calcification by interacting with bone morphogenetic protein-2[J]. Circ Res, 2011,108(8):917-928.

[13] Luan Y, Kong L, Howell DR, et al. Inhibition of ADAMTS-7 and ADAMTS-12 degradation of cartilage oligomeric matrix protein by alpha-2-macroglobulin[J]. Osteoarthritis Cartilage, 2008,16(11):1413-1420.

[14] Kessler T, Zhang L, Liu Z, et al. ADAMTS-7 inhibits re-endothelialization of injured arteries and promotes vascular remodeling through cleavage of thrombospondin-1[J]. Circulation, 2015,131(13):1191-1201.

[15] 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.

[16] 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.

[17] Bengtsson E, Hultman K, Dunér P, et al. ADAMTS-7 is associated with a high-risk plaque phenotype in human atherosclerosis[J]. Sci Rep, 2017, 7(1):3753.

[18] Johnson ZI, Schoepflin ZR, Choi H, et al. Disc in flames: Roles of TNF-α and IL-1β in intervertebral disc degeneration [J]. Eur Cell Mater, 2015,30:104-116.

[19] Du Y, Gao C, Liu Z, et al. Upregulation of a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs-7 by miR-29 repression mediates vascular smooth muscle calcification[J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2012,32(11):2580-2588.

[20] Wang X, Li C, Liang A, et al. Regulation of a disintegrins and metalloproteinase with thrombospondin motifs 7 during inflammation in nucleus pulposus (NP) cells: role of AP-1, Sp1 and NF-κB signaling[J]. Inflamm Res, 2016,65(12):951-962.

[21] Lai Y, Bai X, Zhao Y, et al. ADAMTS-7 forms a positive feedback loop with TNF-α in the pathogenesis of osteoarthritis[J]. Ann Rheum Dis, 2014,73(8):1575-1584.

[22] 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.

[23] Wang F, Xu CQ, He Q, et al. Genome-wide association identifies a susceptibility locus for coronary artery disease in the Chinese Han population[J]. Nature Genetics, 2011,43(4):345-349.

[24] Lu X, Wang L, Chen S, et al. Genome-wide association study in Han Chinese identifies four newsusceptibility loci for coronary artery disease[J]. Nat Genet, 2012,44(8):890-894.

[25] 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.

[26] Vargas JD, Manichaikul A, Wang XQ, et al. Common genetic variants and subclinical atherosclerosis: The Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis (MESA)[J]. Atherosclerosis, 2015,245:230-236.

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

[28] Pereira A, Palma Dos Reis R, Rodrigues R, et al. Association of ADAMTS7 gene polymorphism with cardiovascular survival in coronary artery disease[J]. Physiol Genomics, 2016,48(11):810-815.

[29] Patel RS, Ye S. ADAMTS7: a promising new therapeutic target in coronary heart disease[J]. Expert Opin Ther Targets, 2013, 17(8):863-867.

[30] 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, 2018 Jan; 32(1). doi: 10.1002/jcla.22174. Epub 2017 Feb 15.