基质金属蛋白酶12在心血管疾病中的研究进展

余 睿（综述），孟照辉（审校）

（昆明医学院第一附属医院心内科分子病学研究室，昆明 650032）

基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）是一类依赖钙离子，含锌的可降解细胞外基质及基底膜中多种成分的内肽酶家族，可来源于多种组织及细胞，如内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞及脑组织［1-3］。其不仅在正常生理情况下参与组织器官形态的发生、细胞迁移和血管生成等，也在病理性的重构过程（如类风湿性关节炎［4］、肿瘤的侵袭和转移［5］及慢性阻塞性肺疾病［6］等）中发挥重要作用。

1 MMPs与MMP-12的概述

1．1 MMPs的结构、特点及分类 MMPs是一类含锌离子的内肽酶大家族，具有以下特点:①能降解细胞外基质及基底膜的成分;②以酶原形式分泌，激活后具有生物学活性;③依赖钙离子维持其稳定性;④能被内源性组织型金属蛋白酶组织抑制剂抑制。MMPs基本结构包括三个部分:氨基末端前肽区，含锌离子及钙离子的酶活部位，以及羧基末端的类血红素结合蛋白结构域。目前已在人类中发现MMP家族的23个成员，根据其作用底物的不同，可将MMPs分为以下6类:①胶原酶（MMP-1、MMP-8、MMP13）;②明胶酶（MMP-2、MMP-9）;③间质溶解素（MMP-3、MMP-10）;④基质溶解素（MMP-7、MMP-26）;⑤膜型 MMPs（MT-MMPs）（包括 MMP-14、MMP-15、MMP-16、MMP-17、MMP-24 和 MMP-25）;⑥其他 MMPs（包括 MMP-12、MMP-19、MMP-20、MMP-21、MMP-23、MMP-27 和 MMP-28）［7，8］。

1．2 MMP-12 的特点

1．2．1 MMP-12的结构特征 MMP-12又被称为人巨噬细胞弹性蛋白酶，1975年Werb等［9］首次在小鼠腹膜巨噬细胞中发现，1993年Shapiro等［10］在吸烟者的肺泡巨噬细胞中成功克隆出MMP-12的cDNA序列。MMP-12基因定位于人染色体 11q22．2～22．3，cDNA 全长 1800 bp，并包含 1 个由 1410 bp的碱基对组成的开放读码框架，人巨噬细胞弹性蛋白酶基因含有10个外显子、9个内含子（与间质溶解素及胶原蛋白酶相似），MMP-12与其他MMPs家族成员基因的启动子类似，包括1个含29 bp的位于转录起始位点上游的TATA盒，1个与转录因子活化蛋白1结合序列以及1个PEA3单元［11］。像MMPs的其他成员一样，MMP-12也由三个主要的结构域组成:①结构域Ⅰ由氨基端的前肽及信号肽组成（相对分子质量为9×103），其中有一个高度保守的与锌离子结合的半胱氨酸，以此维持MMP-12的酶原形式。②结构域Ⅱ含三个保守的组氨酸序列（HExxHxxGxxH）与一个锌螯合形成的酶活性中心（相对分子质量为22×103），该结构域还有与结构相关的1个锌离子和3个钙离子结合位点。③结构域Ⅲ是类血红素结合蛋白结构域（相对分子质量为23×103），其决定底物的特异性。MMP-12以相对分子质量为54×103的酶原形式分泌，分泌后自剪切掉氨基末端的序列，生成相对分子质量为45×103的活性形式，再剪切掉羧基末端的序列生成成熟的相对分子质量为22×103活性形式［10，12］。

1．2．2 MMP-12的表达调控 MMP-12的调节主要通过三个水平实现:①转录水平。目前认为主要由转录因子活化蛋白1与启动子的亲和力调控，剔除MMP-12启动子中转录因子活化蛋白1结合位点，将导致MMP-12在基础及刺激情况下的表达丧失［13］，Hunninghake等［14］研究发现，MMP-12启动子区的等位基因的单核苷酸多态性（rs2276109［-82A→G］）可使转录因子活化蛋白1与启动子的亲和力下降，等位基因为G时，哮喘患儿和慢性阻塞性肺疾病患者的第一秒用力呼气量比等位基因为A时大，吸烟者罹患慢性阻塞性肺疾病的可能性比等位基因为A时小。体内许多细胞因子（如粒细胞巨噬细胞集落刺激因子、乙酰基低密度脂蛋白、白细胞介素4）均能诱导或刺激MMP-12在转录水平的表达，而干扰素γ则减少巨噬细胞中MMP-12 mRNA的表达［15］。②酶原激活。MMP-12以相对分子质量为54×103的酶原形式分泌，通过自剪切后形成相对分子质量为22×103的活性形式，但具体激活机制目前仍不清楚。③翻译后调控。激活的MMP-12可被内源性组织型金属蛋白酶组织抑制剂所抑制［6］，某些人工合成的化合物，如分子通式为 p-Br-Ph-（PO2-CH2）-Xaa'-Yaa'-Zaa'-NH2的次磷酸，在 Yaa'-Zaa'的位置辅以Glu-Glu motif的小肽，可与锌离子结合选择性抑制MMP-12 的活性［16］。

1．2．3 MMP-12的生物学作用 MMP-12的主要底物为弹性蛋白酶（富含于肺及动脉壁），同时能够降解细胞外基质的大多数成分，如Ⅳ型胶原、纤维结合蛋白、层粘连蛋白、玻璃粘连蛋白、蛋白聚糖、硫酸软骨素及髓鞘碱性蛋白。MMP-12在体内的另一个重要的生物学作用是能够激活其他的 MMPs（如MMP-2、MMP-3），使蛋白降解的作用放大、加速［17］。

2 MMP-12与心血管疾病关系的研究

2．1 MMP-12与动脉粥样硬化 动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）主要累及大中型动脉，可造成心、脑及肢体末端的缺血性改变。现在对本病的发病机制仍存在争议，多数学者支持“内皮损伤反应学说”，即认为AS病变的形成是动脉对内膜损伤作出的炎性反应的结果［18］。Matsumoto 等［19］将雄性日本兔分成两组，一组喂以高胆固醇饮食，一组予正常饮食，用Northern Blot、Western Blot、免疫组化和超微结构定位等方法研究MMP-12在主动脉中的表达情况，结果显示在高胆固醇饮食组 AS形成，泡沫细胞中MMP-12阳性，对照组MMP-12阴性，提示MMP-12与AS有关。Yamada等［20］将实验兔分为两组;一组为野生型，一组为hMMP-12转基因兔，喂以相同的高胆固醇饮食使之发生AS，通过对脂质条纹的定量分析后发现hMMP-12转基因兔的主动脉的早期病变比对照组野生型兔明显，且血管内膜的免疫组化也显示hMMP-12转基因兔的单核巨噬细胞浸润多于野生型，提示MMP-12高表达可加强单核/巨噬细胞溶解基底膜进入血管内膜。此外，hMMP-12转基因兔的血管内弹力层的破坏要比野生型严重，表明脂纹中巨噬细胞产生的MMP-12参与内弹力层的降解。Liang等［21］也将实验兔分为野生型对照组及hMMP-12转基因组，通过喂以高胆固醇饮食使之发生AS，发现hMMP-12转基因兔的主动脉与AS不仅比野生型严重，且病变部位有大量巨噬细胞聚集，中膜弹力层显著破坏伴随大量平滑肌细胞增殖。Zempo等［22］报道，弹性蛋白断裂增加是平滑肌细胞迁移及增殖的条件，因此，这可能是hMMP-12转基因兔病变部位平滑肌细胞多于野生型兔的原因。MMP-12活性增强加速弹性蛋白降解，而弹性蛋白水解过程中生成的肽类是单核/巨噬细胞有效的化学引诱物［23］，提示MMP-12介导的动脉壁细胞外基质的降解与单核/巨噬细胞的增殖之间存在一个“恶性循环”。这些研究表明MMP-12在血管重构及AS的形成和发展过程中发挥重要作用。

2．2 MMP-12与斑块破裂 AS斑块破裂并触发血栓形成是急性缺血性病变的主要病理、生理机制。典型的AS斑块由粥样核心和纤维帽组成，粥样核心的成分主要为脂质，泡沫细胞及坏死物质，纤维帽的主要成分为胶原纤维和平滑肌细胞。AS斑块的强度主要决定于:①脂质核心的成分及大小。脂质核心越大，斑块越容易破裂。②纤维帽的厚薄及胶原含量。纤维帽越厚，斑块越稳定，而破裂的斑块平滑肌细胞数目较少，合成的胶原纤维也较少。③斑块的炎性反应。易于破裂的斑块泡沫细胞浸润严重。④斑块的疲劳作用。血流对斑块反复地牵拉、压迫、剪切可降低纤维帽强度，使斑块易于破裂［24］。Johnson等［25］将载脂蛋白 E基因剔除（apoE-/-）鼠的MMP-12基因剔除，喂以高胆固醇饮食，发现与单独剔除apoE基因的小鼠相比，头臂干AS斑块体积减小，平滑肌细胞增多，巨噬细胞浸润减少，呈现出相对稳定的斑块形态。Morgan等［26］通过对不同病变程度的颈动脉斑块进行反转录聚合酶链反应分析，发现MMP-12在纤维帽较薄的斑块中的含量是纤维帽较厚的2．1倍，且在破裂的斑块中含量显著增高。这些研究提示MMP-12是促进斑块不稳定的因素之一。贾启明等［27］选取冠状动脉粥样硬化性心脏病（简称冠心病）患者70例，包括稳定型心绞痛组11例、不稳定型心绞痛组44例、急性心肌梗死组15例，13例冠状动脉造影正常者列为对照组，采用酶联免疫吸附试验测定血清中 MMP-12水平，发现血清MMP-12水平在ACS组（包括急性心肌梗死组和不稳定型心绞痛组）明显高于稳定型心绞痛组和健康对照组，而稳定型心绞痛组患者的血清MMP-12水平和健康对照组相比则无明显的变化，且按由轻到重（稳定型心绞痛、不稳定型心绞痛、急性心肌梗死）的等级分级，MMP-12水平逐渐增高，与冠心病事件的严重程度呈正相关。由此可以推断出粥样硬化斑块越不稳定，其血清中的MMP-12水平就越高，可以作为冠心病患者危险分层的一个重要生化监测指标。

2．3 MMP-12与腹主动脉瘤 腹主动脉瘤（abdominal aortic aneurysms，AAA）是一种由腹主动脉管壁局部损伤开始，继而累及整个管壁的慢性退行性病变，多发生于年龄≥65岁的男性，一些临床研究发现，AAA的发病与年龄、AS、吸烟、肺气肿、高血压及遗传因素有关。Curci等［28］选取接受主动脉重建手术的AAA、动脉粥样硬化闭塞性疾病患者的病变动脉及器官捐赠者的正常主动脉，应用原位杂交及免疫组化技术证实MMP-12定位于AAA组织的中膜，而动脉粥样硬化闭塞性疾病和AAA病变处邻近的过渡区域及正常组中都未发现。Annabi等［29］的研究也发现，MMP-12在AAA中的活性较正常动脉增高。由此推断，MMP-12可能在AAA的动脉退行性变中发挥独特的作用。

2．4 MMP-12与创伤性深静脉血栓 创伤性深静脉血栓是指继发于创伤或手术的静脉血栓性疾病，可能导致截肢甚至肺血栓栓塞症，危及患者生命。Zhang等［30］采用直接钳夹股静脉+双后肢石膏固定方式，建立大鼠创伤性深静脉血栓动物模型，利用基因芯片技术对股静脉血管组织进行MMPs基因表达检测，发现MMP-12在血栓形成的高峰期及消退期较正常对照组均高表达，它可能促进平滑肌细胞增殖，使管腔变小，在血栓形成的过程中发挥一定的作用。

3 结语

MMP-12在多种心血管疾病中发挥作用，MMP-12有可能成为防治此类疾病的一个药物靶点。但目前尚存在以下几个问题:①MMPs是个复杂的系统，MMP-12与其他MMPs作用是不同的，甚至是相反的，应进一步探索MMPs/内源性组织型金属蛋白酶组织抑制剂相互作用、动态平衡及其具体机制。②MMP-12对动脉的损伤方式不一，有的表现为AS，有的为动脉瘤，其机制不明。③MMP-12的选择性抑制剂尚需大规模的临床实验考证。

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