基質金屬蛋白酶—2與冠狀動脈粥樣硬化性疾病的研究進展

郭俊林 張立

摘 要：基質金屬蛋白酶-2是基質金屬蛋白家族中的一個重要成員，在生理情況下參與人體的正常發育，病理狀態下潛在基質金屬蛋白酶-2被激活，通過削減斑塊纖維帽參與心室重構在多種心血管疾病的發生、發展中起重要作，并且有望成為反映心血管疾病的一種生物標志物，而對基質金屬蛋白酶-2的調節將是一個可能的治療靶點。現就基質金屬蛋白酶-2的基因、蛋白、活性調節、信號轉導及其在冠狀動脈粥樣硬化性心臟病中的研究進展予以綜述。

關鍵詞：基質金屬蛋白酶-2;心血管疾病;冠狀動脈粥樣硬化

中圖分類號：R541.4 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2018.04.010

文章編號：1006-1959（2018）04-0027-04

Abstract：Matrix metalloproteinase -2 is an important member of matrix metalloprotein family，it is involved in the normal development of human body under physiological conditions.And activated in pathological state，by reducing plaque fibrous cap and ventricular remodeling plays an important role in the development of various cardiovascular diseases，and is expected to become a biomarker reflecting cardiovascular disease.The regulation of matrix metalloproteinase-2 may be a possible therapeutic target.Now the gene，protein，regulation of its activity and signal transduction of matrix metalloproteinase-2 and its application in coronary atherosclerotic heart disease are reviewed.

Key words：Matrix metalloproteinase-2;Cardiovascular disease;Coronary atherosclerosis

炎癥反應是引發心血管疾病的重要因素之一，炎癥反應可能參與了冠狀動脈粥樣硬化性心臟病（coronary atherosclerotic heart disease，CHD）的發生發展過程。基質金屬蛋白酶-2（matrix metalloproteinase-2 ， MMP-2）是一種具有多種生物效應的細胞因子，在一系列炎癥反應中都扮演了重要角色，在動脈粥樣斑塊由穩定向不穩定過程轉變以及斑塊破裂過程中扮演了重要角色。因此，本文將對MMP-2與CHD的研究現狀作一綜述。

1 MMP-2的結構與功能

研究發現，能夠在細胞外的基質中具有降解作用的酶類主要包括3大類：分別是半胱氨酸蛋白酶類、絲氨酸蛋白酶類以及基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases ， MMPs）類，其中MMPs在降解細胞外基質（extracellular matrixe， ECM）過程中發揮了重要作用，其降解功能超過ECM降解酶活性70%，MMPs是ECM降解過程的重要限速酶[1]。MMP -2也稱作明膠酶A，是當前MMPs家庭成員中研究的較多之一，在ECM合成及降解代謝的整個過程中扮演了重要角色。MMP-2可由體內多種細胞合成和分泌，包括成纖維細胞、內皮細胞、漿細胞、星形細胞、小膠質細胞、神經細胞、巨噬細胞、嗜酸粒細胞和中性粒細胞等[2]。MMP-2分布于人體或動物的多種組織或器官中，發揮著不同的生理功能。

人類MMP-2基因編碼分子量大小約為72 ku酶原，通過活化后能夠水解成65 ku的活性形，MMP-2酶原的組成包含信號肽區、前肽區、催化區、鉸鏈區和羧基末端區這5個部分：①信號肽區，是N-末端的信號序列，引導此酶經細胞分泌后的準確定位;②前肽區，包含高度保守的PRCGVPDV序列，其序列包含半胱氨酸殘基，其主要功能是維持酶原的穩定作用，此殘基在酶活化后將被進行水解;③催化區，在這區域大都包括類似HEXGHXXGXXH的氨基酸序列，其中的3個組氨酸殘基組成了3個鋅離子的配基，除此之外還包含了1個谷氨酸殘基，酶的活性中心由此構成。催化區含有3個纖連蛋白重復區，此區域能夠加強兩個明膠酶跟底物明膠的組合[3]。其空間結構主導MMP-2與底物的連接方式。MMP-2首先必須與底物進行連接，其后才能夠發揮酶的重要活性作用;④含有大量脯氨酸的鉸鏈區;⑤羧基末端區，其能夠介導MMPs與ECM成分或與MMP抑制劑的有機結合，并且與酶的特異性有重要關系。

MMP-2能夠切割變性的Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ膠原，也具有降解天然Ⅳ，Ⅴ，Ⅶ，Ⅺ型膠原的能力，對層黏連蛋白，彈性蛋白和纖連蛋白都具有一定的降解能力[4]。除此之外，MMP-2還能分別作用于單核細胞化學吸引蛋白（monocyte chemoattractant protein ， MCP ）-3、白介素（interleukin ，IL ）-1β、基質細胞衍生因子（stromal cell-derived factor， SDF ）-1等[5]。

正常狀態下，成人的機體中MMP-2的表達水平并不很高，通常在在機體接受刺激后或在病理狀態下，才會促使其表達水平上調。MMP-2在調節ECM的合成及降解過程中發揮了重要作用，進而影響細胞之間、細胞跟細胞基質之間的有效信息表達，從而對細胞的生長、分化、黏附、遷移、損傷修復及組織重塑產生了重要影響。除此之外，MMP-2參與排卵、新生血管的形成、組織重建和損傷修復，惡性腫瘤轉移、急性冠狀動脈綜合征（acute coronary syndrome ， ACS）、類風濕關節炎等多種病理及生理過程。

2 MMP-2與動脈粥樣硬化的關系

動脈粥樣硬化是在多因素影響下的長期慢性的病變過程，在其發生發展的過程中，脂質物質在內膜的沉積、血管內膜的損傷、單核細胞被激活并釋放大量的生長因子及細胞活性因子，細胞外基質（ECM）代謝失調等一系列的變化，導致動脈管壁中膜血管平滑肌細胞（vascular smooth muscle cell， VSMC）大量增殖，并向內膜下遷移，形成了動脈粥樣斑塊。

MMPs與斑塊不穩定性有著密切聯系。其機制可能是MMP降解大量的細胞外基質，同時使其它的MMP從沒有活性的酶原轉變成具有活性MMP。當單核細胞和血管內皮的功能發生改變時，MMPs活性表達會產生異常，促使基底膜發生降解，進而導致脂質和單核細胞逐步向內皮下進行浸潤，單核細胞通過在內皮下轉化為巨噬細胞吞噬脂質，進而形成泡沫細胞。激活后的內皮細胞、單核-巨噬細胞都可產生許多生長因子，這些產物可激發VSMC并導致其逐漸增殖。泡沫細胞與VSMC及其分泌的產物不停的參與斑塊的形成過程，周而復始，其后逐步累積成動脈粥樣硬化斑塊。ECM降解與重建過程最關鍵的酶是MMP-2 ，其在AS形成及發展過程中起著重要作用[6]。正常情況下，動脈組織中只有少量的表達[7]，而其在發生動脈粥樣硬化的斑塊中、脂質條紋中的表達量卻增高[8]。通過研究發現動脈粥樣硬化斑塊分泌的組織浸出物在在沒有添加任何激活劑的條件下都具有較高的降解W型膠原酶和明膠的功效，當把MMPs的特異性抑制劑例如EDTA（ethylene diamine tetraacetic acid）加入到浸出物當中時，浸出物能夠降解W型膠原酶及明膠的作用則喪失，然而在正常動脈壁組織分泌的浸出物則不具備這種功效，其進一步表明了動脈粥樣硬化斑塊內的MMP-2和MMP-9均具有酶的活性狀態[9]。研究認為動脈粥樣硬化發生發展及不穩定斑塊形成導致破裂與基質金屬蛋白酶MMPs和組織型基質金屬蛋白酶抑制物（matrixmetalloproteinase tissue inhibitor， TIMPs）平衡失調有關[10]。ECM成分的變化也與AS的形成過程密不可分，而降解ECM的酶主要是MMPs[11]。

ECM的合成與降解的平衡被打破進而引起VSMC增殖并從動脈中膜向內膜逐步遷移，因此，如何保持ECM合成及降解的動態平衡將會是對脈粥樣硬化進行防治的關鍵環節。在正常生理狀態下，血管的內皮細胞僅分泌微量的MMPs，因此在血管組織中很難檢測出其生物活性，然而在動脈粥樣硬化形成的整個進程中，在各種病理進程中，例如脂質沉積，巨噬細胞的聚集與活化、局部組織在缺血缺氧等各種病理因素的引導下，受損的內皮細胞和浸潤的炎細胞均可產生豐富的MMPs，這其中與動脈粥樣硬化發生相關性最高的是MMP-2，能夠對基底膜、明膠及各種膠原成分進行有效降解，顯著提升平滑肌細胞的增殖，平滑肌細胞向泡沫細胞轉化的整個過程中又大量分泌MMP-2，有效的降解ECM，促進動脈粥樣硬化的形成。

MMP-2通過過度降解細胞外基質進而打破了ECM的動態平衡，組織型基質金屬蛋白酶抑制-2（ TIMP -2）具有抑制MMP-2的過度降解效能;在動脈粥樣硬化逐步形成的過程中，動脈粥樣硬化斑塊的肩部區域對MMP-2表達明顯增強，MMP-2/ TIMP-2均與調節了ECM的合成及降解過程，因而，MMP-2對動脈粥樣硬化斑塊的穩定性有著非常重要的影響[12]。除此之外，MMP-2還可對血管平滑肌細胞的遷移及內膜的增殖也具有重要的作用[13]。

3 MMP-2在冠狀動脈粥樣硬化性心臟病中的表達

MMPs是能夠對細胞的外基質進行有效降解的一組蛋白酶，在對細胞外基質進行調節的動態平衡的過程中占據關鍵性位置。研究發現在易損斑塊中MMPs表達和分泌增加，通過直接降解基質成分而削弱纖維帽的強度和破壞纖維帽結構，在動脈粥樣硬化斑塊不穩定的發生過程中發揮重要的作用MMP-2是該家族中的重要成員之一，主要由單核/巨噬細胞分泌合成。正常動脈壁組織中只存在少量明膠酶（MMP-2的表達，而在動脈粥硬化斑塊內則可檢出大量MM P-2表達[14]。不穩定斑塊，其實質是指易損斑塊（軟斑及混合斑）含脂質較高，易破裂、出血及形成血栓，成為栓塞過程中栓子的重要來源。動脈粥樣硬化也是慢性炎癥逐步導致的結果，粥樣硬化斑塊中含有大量的炎性細胞及其表達產物。人的動脈斑塊損傷部位均有MMPs（MMP-1， 2， 3， 7， 8，9， 12，14）的表達，活化狀態下的MMPs促進纖維帽的降解，其結構基質成分含有膠原纖維跟彈力纖維，纖維帽的削弱，最終導致斑塊的穩定性發生破壞。當受到外在觸發條件下，斑塊破裂，釋放大量組織因子、激活血小板和凝血系統，形成血栓，導致心血管疾病[15]。

4 MMP-2與冠狀動脈粥樣硬化性心臟病的基礎研究

研究表明，在動物模型中，大鼠心肌梗死發生之后其心肌間質之中MMP-2含量顯著提升，這是導致發生心室肌細胞重構及心功能不全的重要機制之一[16]。當動脈粥樣硬化發生的時候，其MMP-2表達顯著上調，并且原發性高血壓也可導致血漿中MMP-2表達的提高[17]。通常MMP-2是通過酶原的形式位于動脈內-中膜之間，并且表達水平較低，血壓高于正常時，有可能引起某個靶點激活，導致了MMP-2表達上調，從而導致部分攜帶某一種特定基因序列的原發性高血壓患者出現AS。董超[18]等通過大鼠模型的研究顯示，血府逐瘀方能抑制動脈粥樣硬化的形成，其機制可能與其能下調動脈粥樣硬化大鼠動脈粥樣硬化組織內的MMP-2 的表達及升高TIMP-2 表達有關。

5 MMP-2與冠狀動脈粥樣硬化性心臟病的臨床研究

唐其東[19]等以ELISA法分析了ACS患者動脈血漿中MMP-2的濃度水平。最終提示ACS患者血漿MMP-2水平較正常對照組明顯升高，并且MMP-2與TIMP-2比值較正常對照組也明顯升高。研究提示在ACS患者機體中，動脈粥樣硬化斑塊的演變進程跟血漿中MMP-2 ， TIMP-2的水平及MMP-2/TIMP-2比值高低程度及失衡程度有著密切關系;當MMP-2表達水平提高時，它對動脈ECM的降解有促進作用，進而致使動脈粥樣硬化斑塊當中的纖維帽逐漸變薄，引起斑塊的穩定性降低而隨之發生破裂;MMP-2水平，MMP-2/TIMP-2比值有可能將作為潛在的ACS患者早期進行有效診斷的生物學指標。

王淑華[20]等通過研究指出，幽門螺桿菌感染可能通過炎性細胞的浸潤分泌多種炎性因子和脂質過氧化物，誘導內皮細胞大量分泌MMP-2 和MMP-9，從而加速動脈粥樣硬化斑塊的形成和發展，幽門螺桿菌 感染陽性患者發生冠狀動脈粥樣硬化性心臟病的幾率可能增高。白圖雅[21]等對123例患者研究顯示，穩定斑塊患者和不穩定斑塊患者血清MMP-2水平較無斑塊患者顯著升高，并且血清MMP-2水平與斑塊易損程度呈正相關。他汀可改善動脈粥樣硬化患者的動脈內粥樣斑塊的穩定性，促進斑塊由穩定性斑塊向不穩定斑塊的發展，研究顯示，通過使用他汀類藥物治療之后，血中MMP-2的表達水平明顯下調[22]。

6展望

近年來，MMP-2的結構和功能得到了廣泛、深入的研究。很多研究結果表明MMP-2在諸多的疾病的發展過程中扮演了重要的角色[23-25]。部分研究顯示，通過對血漿中MMP-2的檢測可以初步評估某些疾病的發展階段，作為其預后的評估參考指標之一。但縱觀大量研究結果，MMP-2表達水平的影響因子不只是某一種疾病，在以血漿MMP-2含量作為這些疾病的預后指標時，對同時患有多種疾病的患者進行預后評估將會更加困難。這就需要我們不僅僅從分子水平上證明MMP-2表達水平與跟某種疾病的相關性，而且也需要使用統計學方法去分析整體水平上MMP-2表示高低跟某種疾病的相關性，進而能夠準確反應被監測到的MMP-2表達水平與該疾病的病理進程。但在正常生理狀態下MMP-2也發揮著重要的作用，在以MMP-2為治療靶標時，既要考慮通過調節MMP-2來改善疾病癥狀，又要考慮不能影響正常部位MMP-2的正常生理功能。因此，靶向調節MMP-2就尤為重要，這還需要進一步研究。

參考文獻：

[1]Alfakry H，Malle E，Koyani CN，et al.Neutrophil proteolytic activation cascades：a possible mechanistic link between chronic periodontitis and coronary heart disease[J].Innate Immun，2016，22（1）：85-99.

[2]Ali S，Driscoll HE，Newton VL，et al.Matrix metalloproteinase-2 is downregulated in sciatic nerve by streptozotocin induced diabetes and/or treatment with minocycline：Implications for nerve regeneration[J].Exp Neurol，2014，11（261）：654-665.

[3]Mahecha AM，Wang H.The influence of vascular endothelial growth factor-A and matrix metalloproteinase-2 and -9 in angiogenesis，metastasis，and prognosis of endometrial cancer[J].Onco Targets Ther，2017（10）：4617-4624.

[4]AdhikariN，Mukherjee A，Saha A，et al.Arylsulfonamides and selectivity of matrix metalloproteinase-2：An overview[J].Eur J Med Chem，2017，3（129）：72-109.

[5]Fukai F.New Type of Antitumor Agent Targeting the Cell Adhesion Molecule，Integrin[J].Yakugaku Zasshi，2017，137（2）：137-139.

[6]Shon SM，Jang HJ，Schellingerhout D，et al.Cytokine Response to Diet and Exercise Affects AtheromatousMatrix Metalloproteinase-2/9 Activity in Mice[J].Circ J.2017，81（10）：1528-1536.

[7]Dong M，Zhou C，Ji L，et al.AG1296 enhances plaque stability via inhibiting inflammatory responses and decreasing MMP-2 and MMP-9 expression in ApoE mice[J].Biochem Biophys Res Commun，2017，489（4）：426-431.

[8]Lekic A，Brekalo Z，Kvesic A，et al.Crosstalk Between Enzyme Matrix Metalloproteinases 2 and 9 and Regulatory T Cell Immunity in the Global Burden of Atherosclerosis[J].Scand J Immunol，2017，86（1）：65-71.

[9]Moura MF，Navarro TP，Silva TA，et al.Periodontitis and Endothelial Dysfunction：Periodontal Clinical Parameters and Levels of Salivary Markers Interleukin-1β，Tumor Necrosis Factor-α， Matrix Metalloproteinase-2，Tissue Inhibitor of Metalloproteinases-2 Complex，and Nitric Oxide[J].J Periodontol，2017，88（8）：778-787.

[10]Liu N，Cao Y，Zhu G.Expression of matrix metalloproteinases-2，-9 and reversion-inducing cysteine-rich protein with Kazal motifs in gingiva in periodontal health and disease[J].ArchOral Biol，2017，75：62-67.

[11]Wu H，Shou X，Liang L，et al.Correlation between plasma angiopoietin-1，angiopoietin-2 and matrix metalloproteinase-2 in coronary heart disease[J].Arch Med Sci，2016，12（6）：1214-1219.

[12]Chen X，Qian S，Hoggatt A，et al.Endothelial Cell-Specific Deletion of P2Y2 Receptor Promotes Plaque Stability in Atherosclerosis-Susceptible ApoE-Null Mice[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol，2017，37（1）：75-83.

[13]Kang H，Ahn DH，Pak JH，et al.Magnobovatol inhibits smooth muscle cell migration by suppressing PDGF-Rβ phosphorylation and inhibiting matrix metalloproteinase-2 expression[J].Int J Mol Med，2016，37（5）：1239-1246.

[14]Fernandez Machulsky N，Gagliardi J，Fabre B，et al.Matrix metalloproteinases and psychosocial factors in acute coronary syndrome patients[J].Psychoneuroendocrinology，2016，1（63）：102-108.

[15]Kusnierova P，Vsiansky F，Pleva L，et al.Reference intervals of plasma matrix metalloproteinases 2，3，and 9 and serum asymmetric dimethylarginine levels[J].Scand J Clin Lab Invest，2015，75（6）：508-513.

[16]Moustardas P，Kadoglou NP，Katsimpoulas M，et al.The complementary effects of atorvastatin and exercise treatment on the composition and stability of the atherosclerotic plaques in ApoE knockout mice[J].PLoS One.2014，9（9）：e108240.

[17]Zhai X，Chi J，Tang W，et al.Yellow wine polyphenolic compounds inhibit matrix metalloproteinase-2，-9 expression and improve atherosclerotic plaque in LDL-receptor-knockout mice[J].J Pharmacol Sci，2014，125（2）：132-141.

[18]董超，馬新喬，高軍秒，等.血府逐瘀方對動脈粥樣硬化大鼠MMP-2 及TIMP-2 的影響[J].醫學研究與教育，2014，31（3）：1-5.

[19]唐其東，吳平生，侯玉清，等.血漿基質金屬蛋白酶2和組織型基質金屬蛋白酶抑制劑2水平變化與急性冠狀動脈綜合征的關系[J].中國動脈硬化雜志，2009，17（5）：391-394.

[20]王淑華.幽門螺桿菌感染對冠心病患者血清MMP-2 和MMP-9 的影響[J].醫學檢驗與臨床，2013，24（5）：29-31.

[21]白圖雅.血清MMP-2和IL-6及TNF-α在動脈粥樣硬化患者中的表達水平及其與疾病相關性研究[J].內蒙古醫學雜志，2013，45（7）：776-778.

[22]胡曉雁，肖志杰，申亞巍，等.辛伐他汀對腦動脈粥樣硬化患者MMP-2、MMP-9和血脂影響的多中心研究[J].中國生化藥物雜，2014，34（8）159-161.

[23]Buraczynska M，Dragan M，Buraczynska K，et al.Matrix metalloproteinase-2（MMP-2）gene polymorphism and cardiovascular comorbidity in type 2 diabetes patients[J].J Diabetes Complications，2015，29（6）：829-833.

[24]Bakar F.Cucurbitacin B Enhances the Anticancer Effect of Imatinib Mesylate Through Inhibition of MMP-2 Expression in MCF-7 and SW480 Tumor Cell Lines[J].Anticancer Agents Med Chem，2016，16（6）：747-754.

[25]Li Z，Takino T，Endo Y，et al.Activation of MMP-9 by membrane type-1 MMP/MMP-2 axis stimulates tumor metastasis[J].Cancer Sci，2017，108（3）：347-353.

收稿日期：2017-10-11;修回日期：2017-10-23

編輯/李樺