基质金属蛋白酶-10与动脉粥样硬化的关系研究进展

阮姗综述 丛树艳审校

动脉粥样硬化是缺血性血管疾病的共同病理生理基础。基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)是一组锌离子依赖性内肽酶,在体内主要降解细胞外基质(ECM)，参与结缔组织的降解和重建、炎性反应和缺血缺氧损伤等。目前诸多研究发现，MMPs与动脉粥样硬化的血管基质重建和不稳定斑块及其破裂有着密切关系。MMP-10属于一种基质溶解素，其可以降解胶原蛋白、凝胶、层粘连蛋白等构成ECM的重要成分，也可以通过激活其他基质金属蛋白酶发挥作用。本文对其相关研究进展进行简单概述。

1 动脉粥样硬化

动脉粥样硬化(AS)是一种血脂异常及血管壁成分改变的动脉疾病。主要累及大中动脉，特别发生在心、脑、肾等器官，可引起缺血性改变。目前关于动脉粥样硬化的发病机制有多种学说。包括炎性反应学说、内皮细胞损伤学说、同型半胱氨酸学说、免疫学说、感染学说等。关于炎性反应学说，有研究证实肿瘤坏死因子可促进低密度脂蛋白(LDL)在血管内皮的聚集，加速AS的生成[1]。对于同型半胱氨酸学说有研究表明，同型半胱氨酸水平与T淋巴细胞亚群存在一定的相关性。非H型高血压患者的CD4+T细胞百分比高于H型患者，而CD4+T细胞的百分比与同型半胱氨酸呈负相关[2]。感染学说中，Evani等[3]认为感染引起的物理变化可导致单核细胞与内皮细胞相互作用的改变，从而引发动脉粥样硬化。对于内皮损伤学说，实验证实慢性间歇性缺氧可导致冠状动脉内皮损伤及血管舒张功能障碍，这可能与内皮素及其受体表达增加有关[4]。典型的动脉粥样斑块由粥样核心和纤维帽组成。动脉粥样硬化的发展涉及到一系列的炎性反应和蛋白水解活动。血管基质的重建包括基质成分的合成与降解。在动脉粥样硬化形成的过程中，细胞外基质合成与降解的比率并不相同，并且在疾病的不同阶段也有所不同。在病变的初级阶段，基质降解；在斑块形成期，基质的合成大于分解，可引起管腔狭窄；随着病变的发展，细胞外基质的降解又可使斑块对机械外力的抵抗作用减弱，发生斑块破裂。因此动脉粥样硬化形成及发展的过程也是细胞外基质重建的过程，而在这些过程中MMPs发挥了重要的作用。目前认为基质的降解主要是由MMPs来完成的，MMPs能够降解细胞外所有基质成分，有研究发现动脉硬化斑块中MMP蛋白及活性明显升高，MMPs升高可降解纤维帽中的胶原纤维，易导致纤维帽变薄，甚至破裂。研究表明，动脉粥样硬化斑块中，多种MMP、ADAM-9和ADAM-15、中性粒细胞弹性蛋白酶、纤溶系统蛋白和组织蛋白酶(K、S和V)的表达和活性增加。这些酶的主要来源是内皮细胞(EC)、血管平滑肌细胞(VSMC)和巨噬细胞[5]。间质胶原作为斑块纤维帽的主要成分，其降解需要间质胶原酶(MMP-1、-8、-13)及明胶酶(MMP-2、-9)对胶原蛋白Ⅰ和Ⅲ的水解[6]。人类动脉粥样硬化斑块中也观察到MMP-3(基质分解素1)和MMP-14(MT-MMP-1)的表达。

2 MMP-10概述

MMP-10由染色体11q22.3编码的475个氨基酸组成，含有2个锌离子结合区域。由具有同源性的10个外显子和9个内含子组成。MMP-10属于基质溶解素的一种，其可以降解胶原蛋白、凝胶、层粘连蛋白等构成ECM的重要成分，也可以通过激活其他的基质金属蛋白酶如MMP-1、MMP-7、MMP-8和MMP-9等发挥作用，从而形成瀑布效应[7]。当前关于MMP-10的研究在肿瘤领域较多。MMP-10在肺癌、前列腺癌及早期的膀胱移行细胞癌中呈现高表达。与其他基质金属蛋白酶不同，MMP-10与肿瘤的侵犯或肿瘤的临床病理特征不相关[8-9]。MMP-10在创伤愈合时血管病理生理学的研究目前报道较少。以往研究表明，组蛋白脱乙酰7(HDAC7)在血管内皮早期胚胎发育期间特异性表达，它通过抑制MMP-10的表达维持血管完整性，从而防止细胞外基质的降解。通过破坏小鼠中的HDAC7基因，造成血管扩张和破裂从而胚胎死亡。HDAC7通过肌细胞增强因子2(MEF2)，来抑制鼠MMP-10基因的转录。在人脐静脉内皮细胞的培养中，通过腺病毒介导的MMP-10异常表达可使内皮细胞的管腔形成能力受损；抑制TIMP1和MMP-10表达的效果与抑制HDAC7表达的效果相似，这表明MMP-10和TIMP1可能参与血管完整性调节[10]。这些结果提示，MMP-10和TIMP1基因的遗传变异可能有助于腹主动脉瘤的发病，这类血管疾病的特点是出现慢性炎性反应、细胞外基质血管破坏性重构和血管平滑肌细胞的损耗[11]。近年来，有学者研究发现凝血酶能够促进MMP-10表达，这一作用是通过激活蛋白酶激活受体-1(PAR-1)的机制来完成的[12]。研究者采用荧光素酶实验证实，位于MMP-10转录起始位点上游500 bp的序列可介导凝血酶对MMP-10转录的促进作用。其中位于MMP-10启动子近侧区域的AP-1位点被认为是凝血酶诱导MMP-10转录的重要位点。

3 MMP-10与动脉粥样硬化

目前有研究证明，MMP-10在动脉粥样硬化病变的易破裂部位可由损伤或炎性反应刺激产生[13-15]，其血清MMP-10水平升高与临床和亚临床动脉粥样硬化相关[13,16-17]。且MMP-10缺乏可延缓动脉粥样硬化进展和斑块钙化[18]。Koenig等研究证实，炎性反应既可促进动脉粥样硬化的发生，又可导致动脉血栓形成甚至闭塞。有尸检结果证实，动脉粥样硬化斑块形成过程中存在炎性反应。进一步研究证实，血管的炎性反应在动脉粥样硬化血栓性并发症的发生、发展中起到重要作用[19]。炎性反应加剧了生物标志物的表达，如C反应蛋白(CRP)等，其对心血管疾病的发展提供重要的信息。CRP是冠心病、脑卒中、血管性疾病死亡重要的独立预测因素[20]。近10年的研究发现，CRP不仅是炎性反应标志物，还可能直接参与动脉粥样硬化发生、发展过程；反之，CRP又可导致炎性反应加剧[21-22]。有学者研究证实，CRP可以介导MMP-1和MMP-10在mRNA和蛋白表达水平而不影响其他MMPs(MMP-2,-3,-7,-8,-9,-11,-12,-13)的表达水平[13]。在MAPK介导的信号转导通路中，p38MAPK和c-Jun氨基端激酶有可能是CRP对上皮细胞和其他细胞产生MMP-1和MMP-10调节的主要通路[13,23]。通常来说，基质金属蛋白酶一般在靠近纤维帽的巨噬细胞核和平滑肌细胞的共存区域大量表达。在对15例接受颈动脉内膜切除术(狭窄程度>75%)的患者血管切片进行免疫组织化学分析，结果发现在动脉粥样硬化的斑块处有MMP-10的表达，而且在呈强染色的巨噬细胞和内皮细胞中都发现了CRP。然而，这一现象在乳腺动脉中少见。MMP-10和CRP存在的区域含有大量巨噬细胞，这一区域以往被认为是斑块易于破裂的部位。

4 MMP-10与动脉粥样硬化性疾病

4.1 MMP-10与动脉粥样硬化性脑梗死 动脉粥样硬化性脑梗死是中老年人的常见病与多发病，占脑血管疾病的80%。具有发病率高、致残率高和病死率高的“三高”特点，目前在世界和我国都属于三大死亡原因之一。其病死率约占所有疾病的10%，存活者中有50%～70%遗留不同程度的后遗症，给社会和家庭带来了沉重的负担[7]。目前有研究表明，MMP-10能够显著提高脑缺血部位神经元的数量，而这一现象在正常的脑组织中没有被发现[24]。与大多数金属基质蛋白酶不同，MMP-10可通过提高纤维蛋白的溶解作用有效降低实验性脑卒中的脑梗死面积，其中这一机制是通过凝血酶激活的纤溶抑制剂失活介导完成的[25]。除此之外，MMP-10的血清蛋白水平与一些缺血性脑梗死的危险因素，如颈动脉内膜中层厚度、颈动脉斑块的出现、炎性反应的标志物及吸烟状况等有着紧密的联系[16,22,26]。由于MMPs具有重要生物学作用，MMPs的基因多态性与疾病之间的关系受到普遍重视。目前关于MMP-10的基因多态性与动脉粥样硬化性脑梗死的研究，有学者选定了2个位于编码区的SNP位点rs1743595和rs17293607。其中rs1743595导致MMP-10编码区第1外显子的第4密码子亮氨酸被缬氨酸所替代，而rs17293607使MMP-10编码区第2外显子的第65个密码子甘氨酸被精氨酸所替代。不过通过这一实验未发现其与缺血性脑梗死存在直接关联[27]。目前有实验研究证实，MMP-10可单独或联合组织纤溶酶抑制剂一起促进在脑血管病中的保护机制[28]。在血栓栓塞性缺血性卒中模型中，与单独使用组织纤溶酶原激活剂(tPA)相比，tPA联合10 mg/kg的MMP-10可显著降低梗死面积。此外，在MMP-10存在的情况下，tPA剂量减少10倍对梗死面积的影响与tPA+MMP-10全剂量组相同(P>0.05)，且没有增加出血风险。体外数据显示，MMP-10降低tPA内皮通透性。此外，tPA/MMP-10联合使用改善了tPA的神经元兴奋性毒性，因此tPA/MMP-10联合应用可能是缺血性脑卒中溶栓治疗新策略，可通过减少炎性反应显著减轻缺血性脑损伤，保护脑血管免受损伤[29]。目前有研究证明，MMP-10可在小鼠糖尿病模型中有效促进溶栓[30]。这为临床治疗缺血性脑梗死提供了新的思路。

4.2 MMP-10与动脉粥样硬化性心脏病 目前研究证实，在具有心血管危险因素的无症状患者中，有较高CRP水平(CRP>3 mg/L)并且有高心血管病风险的患者具有较高的血浆MMP-1和MMP-10水平，并且伴有颈动脉内膜中层厚度的增厚(IMT)[22，31]。血清MMP-10水平的升高与全身性炎性标志物、颈动脉IMT增加，以及与无临床心血管疾病受试者存在的颈动脉斑块相关联。这种关联与传统的动脉粥样硬化的危险因素、炎性标志物[纤维蛋白原、血清hs-CRP和血管性血友病因子(vWF)]和药物治疗无关[16]。表明持续的炎性标志物和全身蛋白水解活化与亚临床动脉粥样硬化之间存在密切关系，并且以往数据显示，CRP的升高也预示着冠状动脉疾病患者的复发不稳定性和死亡事件[32]。

5 总结与展望

动脉粥样硬化是全身动脉粥样硬化的组成部分，在动脉粥样硬化基础上，斑块破裂及血栓形成是缺血性血管病发病过程中最重要的病因之一。动脉粥样硬化的形成机制复杂多样，通过研究发现MMP-10是动脉粥样硬化血管基质重建新的生物标志物，可以为临床早期发现不稳定粥样斑块和预防缺血性疾病的发生创造条件。