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基质金属蛋白酶在动脉粥样硬化中作用及丹参酮ⅡA对其影响
作者:李晓燕[1] 
单位:济南军区总医院[1]  
文章号:W097605  
2014/2/28 15:58:57    
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基质金属蛋白酶(MMP)是一组以Zn2+为辅因子,具有降解多种细胞外基质成分作用的肽链内切酶,其主要由斑块内激活的炎性细胞分泌。根据不同MMPs的作用,可将其分为胶原酶、弹性蛋白酶、明胶酶及基质溶解素等。各种MMPs联合作用,形成广泛的细胞外基质降解功能。同时,部分MMPs还能通过蛋白水解作用激活其他类型MMPs无活性前体,使其效力在蛋白级联中得到放大。研究发现,MMPs对动脉粥样硬化(AS)的作用,不仅在于其能够直接降解维持斑块稳定性的细胞外基质,同时其亦通过对细胞膜上多种蛋白的修饰,调节斑块内细胞的增生和迁移。大量研究发现,在AS斑块中,多种类型的MMPs表达增高,亦有进一步的研究提出,部分类型的MMPs可能作为预测斑块易损性的标志物。

基质金属蛋白酶(MMP)是一组以Zn2+为辅因子,具有降解多种细胞外基质成分作用的肽链内切酶,其主要由斑块内激活的炎性细胞分泌。根据不同MMPs的作用,可将其分为胶原酶、弹性蛋白酶、明胶酶及基质溶解素等。各种MMPs联合作用,形成广泛的细胞外基质降解功能。同时,部分MMPs还能通过蛋白水解作用激活其他类型MMPs无活性前体,使其效力在蛋白级联中得到放大。研究发现,MMPs对动脉粥样硬化(AS)的作用,不仅在于其能够直接降解维持斑块稳定性的细胞外基质,同时其亦通过对细胞膜上多种蛋白的修饰,调节斑块内细胞的增生和迁移。大量研究发现,在AS斑块中,多种类型的MMPs表达增高,亦有进一步的研究提出,部分类型的MMPs可能作为预测斑块易损性的标志物。

1 胶原酶类(MMP-1,8,13)

MMP-1,8,13具有能够分解胶原纤维的相同作用,其主要使胶原纤维Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水解为较小的片段,从而能够被其他类型的MMPs进一步降解。其中,MMP-1主要分解Ⅲ型胶原纤维,而MMP-8和MMP-13则分别具有分解Ⅰ型和Ⅱ型胶原纤维的作用。

1.1 胶原酶MMP-1表达及特点

MMP-1在正常血管壁中并不表达,而在AS斑块中,其表达主要集中于纤维帽及斑块肩部,由巨噬细胞、平滑肌细胞及血管内皮细胞合成。研究发现,MMP-1在具有脂核大及纤维帽薄等特点的AS斑块中表达量较脂核小、纤维帽厚的斑块上调。Lemaitre等在过表达人MMP-1的apoe-/-小鼠模型体内实验中亦证实,MMP-1可使AS斑块内的胶原纤维成分减少,从而使斑块趋于不成熟。MMP-1的表达可被多种物质,如氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)、炎性细胞因子及细胞外基质金属蛋白酶诱导剂等通过触发神经酰胺信号转导通路诱导。近年的临床研究发现,MMP-1在颈动脉狭窄的患者外周血中表达明显升高,且在支架植入后会迅速升高。这些研究均提示,MMP-1具有成为评价AS斑块稳定性及颈动脉狭窄程度的生物学指标的可能。

1.2 胶原酶MMP-8表达及特点

MMP-8是在中性粒细胞中被首次发现的,体外实验中,MMP-8在中性粒细胞内的含量约为巨噬细胞的100倍。在近期的实验研究中,发现MMP-8可使血管紧张素Ⅰ(AngⅠ)水解为AngⅡ,体外实验中,MMP-8水解的AngⅠ可导致细胞粘附分子-1(VCAM-1)表达增加,而MMP-8基因敲除的小鼠血压较对照组低,AS斑块内VCAM-1的表达亦减少。近年的研究提出,MMPs的生物学作用不仅局限于对ECM的降解,其还可通过对多种非基质蛋白,特别是一些细胞因子、趋化因子及生长因子的修饰作用参与多种疾病的发生。目前对于MMPs通过对非基质蛋白的修饰参与AS发生发展的研究尚不够充分,未来可能成为AS研究领域的新方向。

1.3 胶原酶MMP-13表达及特点

MMP-13在AS斑块内的分布与MMP-1类似,主要由巨噬细胞合成,其mRNA亦存在于上皮细胞和平滑肌细胞中。与MMP-1相似,MMP-13的表达可被IL-1、TNF-α及IL-6等一系列细胞因子调控。目前大量实验研究均表明MMP-13在炎症、新生血管形成、组织损伤修复等病理生理过程中起着重要作用。而在Deguchi等人进行的动物实验中亦发现,MMP-13通过对胶原代谢的调节参与AS的发生和发展,虽然与Mmp-13+/+/apoE-/-小鼠相比,Mmp-13-/-/apoE-/-小鼠粥样斑块负荷及斑块内的巨噬细胞和平滑肌细胞数量差异不明显。但Mmp-13-/-/apoE-/-小鼠斑块内胶原纤维的结构则发生明显改变,其纤维不仅含量丰富,且直径更粗,排列也更为有序。这一系列的胶原纤维结构的变化,亦可能成为影响AS斑块机械应力的原因之一。

2 明胶酶MMP-2,9表达及特点

MMP-2和MMP-9的作用主要是分解Ⅳ型胶原蛋白及失活的胶原即明胶。此外,其还具有分解其他多种细胞外基质成分,如胶原蛋白Ⅰ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅹ、Ⅺ;弹性蛋白、纤粘蛋白、层粘连蛋白、蛋白聚糖、神经聚糖等物质以及一系列在AS形成和发展过程中行使重要调节功能的生物活性物质如生长因子、细胞因子和趋化因子等的作用。另一方面,MMP-2和MMP-9均能够使其他多种类型的MMPs无活性前体水解为其活性形式。

MMP-2在多种正常组织,包括正常的血管壁中均有表达,但以往大量实验研究证实其在脂纹和AS斑块内的表达较正常血管壁明显增高。亦有进一步的研究发现,在有出血、钙化或完全阻塞的区域MMP-2及MMP-9的表达更高。相反,在纤维化和坏死明显的斑块中其表达较低,在斑块肩部及泡沫细胞聚集处MMP-9的表达最高。Heo等人认为,MMP-2和MMP-9与AS斑块的不稳定性有显著联系。而这一结论与Sluijter等之前提出的MMP-2可使AS斑块内平滑肌细胞增多,从而使斑块更加稳定的论断相悖。因此,对于MMP-2与AS斑块稳定性的关系,仍然存在争议,需要进一步研究证实。

3 间质溶解素MMP-3,10,11表达及特点

3.1 MMP-3的表达及特点

MMP-3在AS斑块内的表达量约为正常血管壁的3-4倍,斑块内的平滑肌细胞、巨噬细胞及淋巴细胞均可合成MMP-3。其以酶原的形式分泌,通过被其他类型的MMPs水解,或胰蛋白酶的作用被激活。MMP-3的表达可被多种生物活性因子,如IL-1β、血小板源性生长因子B-B等诱导,亦可被地塞米松、TGF-β、视黄酸等物质抑制。有研究发现,敲除MMP-3基因对主动脉瘤的形成具有抑制作用,但MMP-3−/−xApoE−/−小鼠AS斑块较ApoE−/−小鼠增大。同时亦发现,MMP-3−/−xApoE−/−小鼠AS斑块中平滑肌细胞聚集减少,提示MMP-3可通过调节平滑肌细胞迁移及新生内膜形成使AS斑块趋于稳定。最近Johnson等人研究,进一步探讨了MMP-3参与血管内膜增生及血管改建的过程。发现MMP-3基因敲除的小鼠,MMP-9的活性降低,从而导致平滑肌细胞的迁移减弱。该研究发现亦成为支持MMP-3与MMP-9协同作用可通过促进AS斑块纤维帽形成,而使斑块趋于稳定的假说的有力证据。

3.2 MMP-10与MMP-11表达及特点

MMP-10和MMP-11主要在AS斑块内的巨噬细胞及血管内皮细胞中表达,MMP-10主要以酶原的形式分泌,通过被其他MMPs水解激活,且其表达可被凝血酶诱导,而MMP-11则通过蛋白酶依赖的细胞内激活。动物体内实验表明,MMP-11基因敲除并不改变小鼠的血管表型,体外实验亦发现MMP-11具有抑制蛋白水解活性的作用。Orbe等人在近年的一项研究中探讨了MMP-1,9,10在无症状的AS患者中的表达情况,结果表明,MMP-10的水平与纤维蛋白原,hs-CRP及颈动脉内膜中层厚度(IMT)相关。而MMP-1及MMP-9与IMT并没有类似的明显相关性。该研究指出,亚临床AS患者体内MMP-10的高水平与炎性标志物,颈动脉内膜中层厚度增厚及AS斑块相关,其有望成为对亚临床AS患者诊断和初筛有提示意义的血清标志物。

4 基质溶解因子类:MMP-7与MMP-26表达及特点

MMP-7和MMP-26亦分别被称为基质溶解因子-1和基质溶解因子-2,与其他MMPs相比,其具有分子量小,缺乏血红素结构域等特点。既往大量研究均已证实,MMP-7不仅可水解MMPs共同的底物,如弹性蛋白、层粘连蛋白等,还具有水解蛋白聚糖以及基底膜蛋白组分巢蛋白等多种物质的功能。研究发现,敲除小鼠的MMP-7基因对AS斑块的形成和发展并没有显著影响,但MMP-7−/−xApoE−/−小鼠AS斑块内平滑肌细胞含量明显升高,约为ApoE−/−小鼠的2倍。在另一项动物研究中,结扎小鼠一侧颈动脉,发现小鼠心肌细胞内MMP-7的表达上调,虽然MMP-7−/−组及野生型小鼠梗死面积无明显差异,但前者存活率较后者升高,此外,MMP-7亦是判断癌症预后的有效生物标志物。在CAD的研究中,Nilsson等发现血清MMP-7水平在稳定和不稳定CAD中呈同等程度的升高,且其水平与炎性因子无明显相关性。因此,MMP-7可能是AS中不受炎症过程影响的血清标志物。

5 膜型MMPs(MMP-14, 15, 16, 17, 24, 25)

膜型MMPs(MT-MMPs)是作为细胞膜上的MMP-2酶原激活因子被发现的。研究较为深入的MMP-14是一个分子量为64kDa的跨膜蛋白,其催化基团位于细胞外表面,具有参与水解Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白、明胶、纤粘连蛋白和蛋白聚糖的作用。MT-MMP与细胞膜相连,可使基质的降解集中在细胞表面,同时,其还可通过激活下游蛋白水解酶前体使蛋白水解作用级联放大。这些特点也使其具有促进细胞迁移的作用。目前关于MT-MMPs的研究主要集中于其在肿瘤的发生发展,侵袭和转移方面,对于MT-MMPs与动脉粥样硬化的关系尚需进一步探讨。

6. 丹参酮ⅡA对基质金属蛋白酶影响

为观察丹参酮ⅡA(TanⅡA)对RAW264.7细胞中组织因子(TF)和基质金属蛋白酶-12表达的影响,从而探讨TanⅡA对急性冠脉综合征(ACS)的防治作用。王炎等体外培养RAW264.7细胞,以ox-LDL作为刺激因子,采用MTT法测定了巨噬细胞的增殖,采用ELISA法测定培养细胞上清液中TF浓度,分别采用黄嘌呤氧化酶法和硫代巴比妥法测定上清液中超氧化物歧化酶活(SOD)和丙二醛浓度(MDA),并采用Western-blot法测定细胞中MMP-12的表达,从而观察TanⅡA对ox-LDL引起的巨噬细胞增殖、脂质过氧化及其MMP-12、TF分泌的影响。结果15、30、60、120μg/ml TanⅡA可剂量依赖性抑制50μg/mlox-LDL引起的RAW264.7细胞的增殖;30、60、120μg/mlTanⅡA可明显增加细胞上清液中SOD活性、降低MDA浓度及TF浓度,并降低细胞内MMP-12的表达。提示TanⅡA可抑制ox-LDL引起的RAW264.7细胞的增殖,可抑制该细胞中TF和MMP-12的表达,并且这种作用可能与其抗氧化作用有关。

孙琤等体外细胞培养,观察丹参酮ⅡA对人腹膜间皮细胞增殖活性及MMP-2、TIMP-1表达的影响,并通过在腹膜透析液(peritoneal dial-ysis solution,PDS)中添加丹参酮ⅡA了解其对腹膜透析(peritoneal dialysis,PD)患者腹腔MMP-2和TIMP-1的影响。结果发现与对照组比较,PDS组人腹膜间皮细胞产生MMP-2明显增加,MMP-2/TIMP-1比值明显升高,表达MMP-2 mRNA明显升高;添加丹参酮ⅡA干预后,丹参酮ⅡA 1 mg/L组、5 mg/L组、10 mg/L组MMP-2产生与PDS组比较有显著下降,MMP-2/TIMP-1比值明显下降,MMP-2mRNA表达水平显著下调,TIMP-1mRNA表达水平显著上调。作者认为丹参酮ⅡA可影响人腹膜间皮细胞MMP-2、TIMP-1mRNA的表达,调节MMP-2/TIMP-1平衡,改善人腹膜间皮细胞的增殖活性,显著降低PD患者腹腔内高MMP-2状态。

商弢等观察丹参酮ⅡA对胰弹力蛋白酶灌注制作的大鼠腹主动脉瘤(AAA)模型中基质金属蛋白酶-2(MMP-2)和诱导型一氧化氮合酶(iNOS)的抑制作用。实验组全程接受腹腔内注射丹参酮ⅡA2mg/(天·只),对照组与空白组给予生理盐水注射。应用免疫组织化学、Western blot、逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)方法进行定量观察。结果术后第1周起实验组腹主动脉直径明显小于对照组,且各组血压无明显变化。实验组标本中弹力纤维含量明显高于对照组,而MMP-2和iNOS蛋白表达则明显较对照组减少。实验组MMP-2mRNA表达较对照组明显抑制。作者得出结论:丹参酮ⅡA能够通过下调MMP-2和iNOS表达而抑制大鼠AAA的扩张。

6 展  望

近年来在MMPs与AS发生和发展以及MMPs与斑块不稳定性方面的研究取得了较大进展。虽然大量实验及临床研究均已证实MMPs在AS发生和发展过程中的重要作用。但由于MMPs家族亚型众多,在AS中的角色各有不同且其间的相互作用比较复杂,从而限制了其作为评价AS发生、发展和斑块稳定性特异指标的应用。然而随着分子生物学技术的进步,对单一MMP在AS病理生理机制中的作用以及多种MMPs之间的相互作用的研究必将越来越深入,丹参酮ⅡA具有明显的抗AS作用,我院高玉琪等人研究发现丹参多酚酸盐能够降低ApoE-/-小鼠血清TC和LDL-C,推断丹参多酚酸盐可能通过降低血清TC和LDL-C水平来发挥防治动脉粥样硬化的作用。越来越多的研究提示其抗AS关系可能与 MMPs有关,研究丹参酮ⅡA的抗AS机制无疑对中医中药走向世界具有重要的推动作用。
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作者简介
李晓燕
单位:济南军区总医院
简介:  李晓燕,女,济南军区总医院心内科主任,主任医师,硕士研究生导师。   全军心血管专业委员会常务
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