腹主动脉瘤发病的新祸首——溶酶体组织蛋白酶*

秦彦文，唐朝枢

腹主动脉瘤(Abdominal aortic aneurysm，AAA)为肾下腹主动脉直径≥3 cm，主动脉直径＞正常直径50%以上的一种主动脉致死性疾病［1］。一旦发生其结果是进行性增大并最终破裂，导致无法控制的大出血，这类瘤体破裂的患者病死率可达80%以上，故腹主动脉瘤被称为机体“定时炸弹”。临床针对腹主动脉瘤以外科开放性治疗和血管内介入治疗为主，迄今为止临床上尚无特异针对腹主动脉瘤的治疗药物以阻止或逆转其进展，因此加强对腹主动脉瘤发病机制研究，探寻腹主动脉瘤发病的关键环节作为防治靶点至关重要。

1 腹主动脉瘤——常见的高危血管疾病

随着我国人口老龄化、饮食结构改变及检测手段的更新，腹主动脉瘤在我国患病率呈明显上升趋势，中国尚缺乏有关腹主动脉瘤的流行病学资料。在美国65岁以上人群腹主动脉瘤的患病率为8%，每年大约行25 000例腹主动脉瘤修复术(包括血管内介入治疗和开放性治疗)，位居美国第13号疾病杀手［2］。

目前临床治疗腹主动脉瘤以外科开放性治疗和血管内介入治疗为主，主要针对的是直径＞5.5 cm、或者短期内增长较快有破裂危险的腹主动脉瘤。然而腹主动脉瘤筛查研究表明，超过90%的动脉瘤为较小的动脉瘤(＜5.5 cm)。因此，限制小腹主动脉瘤直径扩张已成为治疗策略的当务之急［3］。动物实验和临床试验报道强力霉素和罗红霉素、他汀类药物、噻唑啉二酮类药、β受体阻滞剂和血管紧张素转换酶抑制剂等似可限制腹主动脉瘤进展，但尚有争议［3］，需进一步研究其作用机理和进行长期、大型的随机对照试验。

腹主动脉瘤是多因素发病的复杂性疾病。多见于老年男性，男女之比为10∶3左右。老龄化可以通过主动脉生理进展性扩张和动脉硬化的原因来影响腹主动脉瘤的发展。吸烟是腹主动脉瘤主要风险因子，血浆尼古丁增加可诱发腹主动脉瘤的发生。肺炎衣原体及巨细胞病毒感染都可能参与腹主动脉瘤的发病过程。虽然腹主动脉瘤和动脉粥样硬化共享部分共同的环境因素和基因背景，但是近年认为腹主动脉瘤是独立于动脉粥样硬化之外的独立疾病过程。高血压通过促进动脉壁的硬化促进腹主动脉瘤的形成。证据表明腹主动脉瘤发病具有明显的遗传易感性。

2 血管重塑是腹主动脉瘤发病的病理学基础

腹主动脉瘤是腹主动脉管壁局部损伤，继而累及整个管壁的慢性退行性病变。腹主动脉瘤的组织病理学改变主要为主动脉全层慢性炎症细胞侵润，瘤壁中膜变薄、外膜增厚;弹性蛋白由正常腹主动脉的15% ～33%下降至5% ～8%，弹力蛋白与胶原比例失衡及主动脉弹性下降，使血管壁扩张;中膜血管平滑肌细胞(VSMC)凋亡致数量减少、修复能力减弱;主动脉外膜及其管周组织呈现明显的炎症反应，同时伴有血管新生，最终导致腹主动脉壁重塑，管腔进行性扩张，终使管壁可能发生破裂。

导致腹主动脉瘤血管重塑发生机制尚未完全阐明。目前研究认为腹主动脉瘤的发病是炎症反应过程。任何破坏内膜及外膜的因子均可启动炎症和免疫反应。参与腹主动脉瘤发生的免疫和基质细胞，包括巨噬细胞，中性粒细胞，肥大细胞，B、T淋巴细胞以及VSMC和成纤维细胞。在腹主动脉瘤形成早期腹主动脉壁侵润的炎性细胞释放细胞因子、趋化因子和各种蛋白酶，引起VSMC凋亡，降解细胞外基质(ECM)蛋白如弹力蛋白和胶原蛋白，促进血管细胞迁移和血管新生。

中膜VSMC凋亡是腹主动脉瘤发生发展的关键环节之一。腹主动脉瘤组织内VSMC排列紊乱、凋亡指数明显增加。VSMC发挥着双重作用，它既可以通过分泌金属蛋白酶组织抑制因子(Tissue inhibitor of metalloproteinases，TIMP)、弹性蛋白原和胶原蛋白原来促进细胞外基质的合成;同时又可以通过分泌细胞因子促进炎症细胞的招募，增加基质金属蛋白酶(MMPs)的合成与分泌，促进细胞外基质的降解。

目前普遍认为MMPs激活降解弹力蛋白和胶原蛋白是腹主动脉瘤血管重塑的直接因素。MMPs能降解细胞外基质中主要成分弹性蛋白，其降解产物可趋化炎性细胞浸润，进而正反馈地增加MMPs的生成，加重弹性蛋白的降解，引起主动脉壁张力和弹力变化，最终使动脉逐渐扩张可导致动脉瘤的形成。MMP-2及MMP-9在腹主动脉瘤形成中占主要地位。

尽管对腹主动脉瘤发病机制进行了大量研究，但是应用抗炎和(或)MMPs抑制剂试图减轻腹主动脉瘤进展的实验治疗和临床试验结果并不理想［4］。因而另一类组织基质降解酶——组织蛋白酶(Cathepsins)在腹主动脉瘤发病中的作用近年受到高度关注［5］。

3 组织蛋白酶——导致腹主动脉瘤血管基质重塑的关键因子

Cathepsins是在酸性环境中被活化的溶酶体蛋白酶，属木瓜蛋白酶。人 Cathepsins分为 B、C、D、F、H、K、L、O、S、V、W 和 X 十二种亚型，大部分是半胱氨酸蛋白酶，其余是天冬氨酸或丝氨酸蛋白酶。Cathepsins都是由无活性的前体酶原水解而成，在溶酶体的酸性条件下自动水解成为有活性的成熟的Cathepsins。腹主动脉瘤危险因素如吸烟、高血压、动脉粥样硬化等均可损伤血管内皮细胞，溶酶体膜通透性增加释放大量活化的Cathepisns。Cathepsins的活性除可以通过改变环境pH值来调控，体内还存在Cathepsins内源性抑制剂如胱抑素C(Cystatin C)，可以通过可逆结合其靶蛋白而抑制Cathepsins活性。研究发现炎症因子如肿瘤坏死因子α(TNF-α)和干扰素γ(IFNγ)等可以促进血管内皮细胞、巨噬细胞和VSMC分泌Cathepsins;尼古丁可以刺激嗜铬细胞Cathepsin L的分泌;游离胆固醇通过活化巨噬细胞膜上的Toll样受体和P38分裂原活化蛋白激酶促进Cathepsin K的释放;氧化低密度脂蛋白可以刺激人巨噬细胞Cathepisn S的表达和分泌;以血管紧张素Ⅱ(AngiotensinⅡ，AngⅡ)刺激培养的人巨噬细胞，发现溶酶体膜通透性增加、溶酶体膜破裂，Cathepsin F大量表达、分泌和激活。

Cathepsins家族在心血管疾病中的作用近年来引起广泛关注［6］，在腹主动脉瘤的发病过程中Cathepisns的表达和活性显著增加。采用免疫组化和免疫印迹方法发现正常血管基本不表达的Cathepsin L在腹主动脉瘤病变组织呈强阳性表达;腹主动脉瘤病变Cathepsin L的信使核糖核酸(mRNA)表达比正常主动脉显著增加了22%;腹主动脉瘤病变组织的Cathepsin H蛋白水平比动脉闭塞患者主动脉高出330%，免疫荧光探针结果发现Cathepsins B、H、L和S的活性比动脉闭塞患者主动脉分别增加了376%、191%、223%和近20%。研究发现与正常血管相比较，各种Cathepsins在腹主动脉瘤病变中表达显著增加，腹主动脉瘤管腔的内皮细胞主要表达Cathepsin D，也可以表达Cathepsin B、K、S，新生血管的内皮细胞、巨噬细胞和VSMC可以表达所有的Cathepsins。研究发现Cathepsin S在腹主动脉瘤患者血清中表达显著增加了近30%，并且与腹主动脉瘤的大小呈显著正相关;另有报道发现腹主动脉瘤患者血清和血浆的Cathepsin D表达和活性较健康对照组显著增加。在多种腹主动脉瘤的动物模型上同样观察到Cathepsins过表达和激活。以AngⅡ灌注载脂蛋白(Apo)E－/－小鼠28天建立腹主动脉瘤模型，免疫组化和免疫印迹的方法发现正常血管基本不表达Cathepsin S，而在腹主动脉瘤病变组织中Cathepisn S呈强阳性表达，增加了90%以上，Cathepsin K、S、C的mRNA表达显著高于正常血管组织最多达5倍;在弹力蛋白酶灌注小鼠14天建立的腹主动脉瘤模型早期即有Cathepsin C的mRNA表达增加。

Cathepsins基因敲除及转基因小鼠的研究结果证实Cathepsins在腹主动脉瘤发病中起重要作用［5］。Qin等［7］以AngⅡ灌注ApoE和Cathepsin S基因双敲除小鼠建立腹主动脉瘤模型，发现Cathepsin S敲除后小鼠的腹主动脉瘤发生率显著降低，是ApoE－/－小鼠腹主动脉瘤发病率的1/8，腹主动脉直径显著减小了0.86 mm，减轻了47%。以弹力蛋白酶灌注Cathepsin K［8］或 Cathepsin L［9］敲除的小鼠，发现腹主动脉瘤发生率俱降低，腹主动脉瘤直径显著减小，同时显著减少了巨噬细胞和T淋巴细胞迁移、新生血管形成，降低了蛋白水解酶MMPs和其他Cathepsins的表达和活性，而弹力蛋白酶灌注Cathepsin C敲除小鼠发现根本不能形成腹主动脉瘤。反之，以AngⅡ灌注Cystatin C和ApoE双敲除小鼠发现腹主动脉瘤病变面积和管腔直径较ApoE单敲除小鼠分别增加55%和50%;以Cathepsin G的非特异性抑制剂——丝氨酸蛋白酶抑制剂A3干预氯化钙灌注的腹主动脉瘤小鼠模型，采用原位酶谱法结果发现主动脉弹力蛋白酶活性降低，主动脉稳定性增强，腹主动脉瘤血管病理损伤减轻。

Cathepsins参与腹主动脉瘤病的作用机制尚未完全阐明，可能具有多种效应。研究发现Cathepsin S敲除后小鼠主动脉壁的弹力蛋白完整性和胶原聚集被损害，给予Cathepsin S小分子抑制剂阻断了80%的弹力蛋白降解活性，认为有活性的Cathepsin S可以降解细胞外可溶性弹力蛋白。Shi等［7，9］研究发现 Cathepsin S、L敲除后通过减少单核细胞趋化因子-1(MCP-1)含量和巨噬细胞迁移而减少巨噬细胞含量，减轻腹主动脉瘤发病的炎性过程。以AngⅡ刺激Cathepsin S敲除小鼠的巨噬细胞［10］，发现Cathepsin S通过增加受损的线粒体、升高活性氧的水平和核转录因子(NF-kB)活性来调节组织炎性纤维化。以Cathepsin S选择性抑制剂Compound A干预暴露于臭氧环境下的支气管肺泡灌洗液中性粒细胞，发现抑制Cathepsin S降低白细胞介素-6和肿瘤坏死因子α水平，减轻炎症反应。Qin等［7］以Cathepsin S的选择性抑制剂Z-FL-COCHO干预AngⅡ诱发的VSMC凋亡，发现其通过下调Bax/Bcl-2比例以及减少半胱天冬酶-3的表达来抑制凋亡。Cathepsin G可以通过增强转化生长因子(TGF-β)信号通路、上调血管内皮生长因子(VEGF)和细胞趋化蛋白(MCP-1)的表达促进肿瘤的血管新生。Cathepsin G通过促进基质金属蛋白酶酶原转化为活性的基质金属蛋白酶而增加MMPs的表达。综上所述，不同亚型的Cathepsins可能分别通过影响弹力蛋白酶降解、细胞炎症反应、VSMC凋亡、血管新生和诱导其它蛋白酶的表达或活性等多环节参与腹主动脉瘤发病。

研究表明腹主动脉瘤患者的血清Cathepsin S水平显著升高并与腹主动脉瘤大小正相关［11］，但是其是否可以作为腹主动脉瘤的诊断标志物还需要大规模临床研究证实。研究证明Cathepsins直接参与腹主动脉瘤的发病，但是参与腹主动脉瘤的Cathepsins各成员之间的相互关系、Cathepsins与影响腹主动脉瘤形成的众多因素间的相互作用以及Cathepsins对腹主动脉瘤不同发展阶段的作用等尚不完全清楚，尚需进一步研究。虽然Cathepsins抑制剂对腹主动脉瘤的治疗目前还仅限于临床前研究［5］，以溶酶体Cathepsins作为干预腹主动脉瘤发生发展的新策略可能具有深远的临床意义，值得临床工作者高度关注。

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