基质金属蛋白酶-2与2型糖尿病大血管病变的研究进展

王海娇,李丽疆,宋汉君,吕少春

(1.佳木斯大学附属第一医院,黑龙江 佳木斯 154003;佳木斯大学基础医学院,黑龙江 佳木斯 154007)

糖尿病大血管病变的病变基础均为动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)。导致 AS形成和发展的因素很多,多项研究指出,MMPs在其中发挥重要的作用。本文就近年来国内外的相关研究展开综述。

1 MMP-2概述

1.1 MMPs

MMPs家族是一类活性依赖于锌离子和钙离子的蛋白水解酶家族,主要的生理作用是降解 ECM。MMPs主要由巨噬细胞、平滑肌细胞(SMCs)、中性粒细胞等产生。在生理状态下参与胚胎、新生血管的形成及伤口的愈合;在病理状态下参与组织重构、恶性肿瘤转移、AS等病理进程[1]。MMPs可有效降解血管基质胶原,一方面可使血管的致密性减少,向外扩张阻力减少;另一方面为 SMCs迁移清扫道路;同时MMPs还可能参与 SM Cs基因型转换及降解血管弹性蛋白酶作用。因此,MMPs在血管重构过程中发挥核心作用。

MMPs活性的调节主要通过转录水平的调控、酶原激活的调控及激活后内源性抑制剂对其活性的调控。现己发现的MMPs的天然抑制剂有两大类:一类是 MMPs组织抑制物(TIM Ps),在生理状态下,MMPs与 TIMPs之间保持着动态平衡,协调 ECM降解与重建,维持组织结构的完整和内环境的稳定;另一类是 MMPs的血浆抑制剂 α-2巨球蛋白。

1.2 MMP-2的作用

MMP-2又称明胶酶 A,主要参与分解Ⅳ型、Ⅴ型和Ⅵ胶原蛋白及纤连蛋白和弹性蛋白。M MP-2通过作用于血管SMCs有效降解血管基质胶原参与血管重构,对于新生血管的形成是必不可少的。MMP-2还可调节和释放血管活性因子,介导血管新生,在 AS发生、发展及斑块的不稳定性中发挥重要作用。动脉粥样斑块破裂时,MMP-2并不最先参与,当胶原已经被分解为一些片段以后,M MP-2再进一步地降解这些片段。尽管有许多种 M MPs都参与不稳定性斑块的破裂 ,但是 MMP-2以其分布及降解底物的广泛性,一直都是学者们研究的热点。

2 MMP-2与糖尿病大血管病变

正常情况下,动脉壁上 ECM的合成与分解处于相对平衡,成分也相对稳定,各种细胞并不产生活性的 M MPs。当内皮细胞受损后,氧化和炎症损伤反应可使受损部位的内皮细胞及其粘附的血小板、淋巴细胞等合成并释放多种细胞因子,进而作用于血管 SM Cs、单核 /巨噬细胞,诱导 MMP-2、MMP-3等的表达,参与多种细胞反应。MMPs的产生增加,使 ECM合成与分解间的相对平衡被打破,导致并加速 AS形成。

研究发现,从 AS患者的粥样斑块中可以检测到活性MMPs,并发现病变部位的 MMPs表达增强、基质降解活性明显增高。粥样硬化斑块内聚集的大量巨噬细胞在 ox-LDL的刺激下,过度分泌 MMPs,降解纤维帽内的胶原,导致纤维帽变薄、破损,是斑块破裂的重要机制 ,这在 AS的发生、发展中起关键作用。

就 T2DM患者而言,单纯高血糖状态即可诱导血管内皮细胞合成 MMP-2,Ho FM等[2]以 33mmol/L浓度的高糖培养人脐静脉内皮细胞,通过 Western印迹发现 MMP-2酶原蛋白表达增加,明胶酶谱法测定 MMP-2的活性形式增加,同时发现 TIM P-2的蛋白表达下降。高表达的 MMP-2过度降解 ECM,使 SMCs由中膜迁移至内膜,并使 SM Cs从收缩型向合成型转换。大量 SM Cs失去了收缩功能,不仅吞噬脂质成为泡沫细胞,在泡沫化过程中还分泌大量 MMP-2、M MP-9降解 ECM,同时其分泌的多种细胞因子通过调节自身和其他细胞也促进 MMP-2的分泌,它们相互影响,进一步促进 SMCs的迁移,致血管内膜增厚,管腔丢失。促进AS的发生。

杨晓等[3]人研究发现,MMP-2浓度升高后,大鼠颈总动脉出现血管 SM Cs增生,此时处于动脉硬化的早期阶段,如果 M MP-2浓度进一步升高,则可能会出现较严重的动脉硬化,因此认为及早对 M MPs进行干预对延缓 AS意义重大。

众多研究表明 MMPs在 T2DM高血糖状态下表达增加,但也有文献报道,T2DM状态下 MMP-2表达下降。由于体内 MMPs的调节受多因素、多层次的影响,高血糖的代谢环境,使其表达更具复杂性,因此,MMPs的变化并不一致,影响其激活因素及其具体作用机制还需进一步研究。

3 MMP-2与抵抗素

抵抗素可引起血管 SMCs的增殖及迁移,这在 AS的形成和发展中起着关键性作用。研究人员利用不同浓度的抵抗素孵育人血管 SMCs,通过细胞刮擦伤试验发现抵抗素在SMCs迁移中起到趋化因子的作用[13]。SMCs从中膜迁移至内膜,需要穿过以Ⅳ型胶原蛋白为主的内皮基底膜,作为Ⅳ型胶原蛋白的主要分解酶,MMP-2在此过程中发挥重要作用。由此推测抵抗素对 SMCs的作用及进一步导致血管壁的损伤与激活 M MP-2有关。

MMPs通过促进内皮细胞迁移、毛细血管基底膜破裂和细胞外周纤维蛋白溶解发挥血管生成作用;ERK1/2激酶抑制剂可减少内皮细胞微血管发生,丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen Activated Protein Kinase,p38 M APK)抑制剂能阻止肌动蛋白重组和细胞迁移。ERK1/2、p38 M APK信号通路在血管发生中发挥重要作用。最新研究发现,人抵抗素分子通过上调内皮细胞血管内皮生长因子(VEGF)、VEGF受体和 MMPs的表 达 ,下调 TIM P-1和 TIM P-2的 表达[4,5],激活 ERK1/2和 p38途径的磷酸化作用,促进内皮细胞增殖、迁移并刺激毛细血管形成。

抵抗素还可通过激活核转录因子 NF-κ B诱发单核-巨噬细胞和内皮细胞的炎症反应,而对氧化应激敏感的 NF-κB等多种细胞因子的激活可以启动 MMPs的基因转录。N F-κ B的活化后可与 MMP-2启动子上的κB序列结合,使其 M MP-2表达上调。抵抗素是否通过激活 NF-κB途径直接或间接影响 MMP-2的表达仍有待研究。

T2DM患者暴露于高糖环境下,机体氧化应激反应加剧,一些细胞适应能力受损,炎性因子释放,多种因素综合作用诱导 MMPs的高表达。T2DM的一系列代谢异常引起的各种病理生理状态均提示抵抗素与 MMP-2密切相关。

AS是 T2DM大血管病变的基础病变,有研究者认为AS主要风险度和 ECM生物指标浓度密切相关,临床已把ECM作为 AS的靶向治疗[6]。随着对 MMPs与 T2DM及其与 T2DM大血管病变关系的研究,抑制 MMPs的生成 ,改善ECM,重建其相对平衡已成为 T2DM大血管病变防治研究的方向之一。动物实验已证实,人工合成的 MMPs抑制剂能够减少内膜增生和血管内缩性重构,因此外源性 MMPs抑制药物也许可作为未来 AS病变潜在的治疗措施。

Haffner等[7]对 T2DM患者予以26周随机、双盲、安慰剂及罗格列酮治疗对照研究后,发现罗格列酮可明显降低血MMP-9。因此认为,应用 PPAR γ激动剂可改善 T2DM的代谢紊乱,抑制 MMPs活性。同样,也有研究证明,予 PPAR γ激动剂噻唑烷二酮类药物可以减少抵抗素的表达和分泌。抵抗素与 MMPs的关系及其相互影响机制还需进一步研究。

4 小结

T2DM大血管病变的发生涉及炎性反应、IR、高糖毒性、高脂毒性、氧化应激等诸多机制,众多因素错综复杂,其中抵抗素、MMP-2无疑在其中发挥重要作用。对它们在人体的实验研究尚需进一步深入。T2DM大血管病变发生机制复杂,严格的血糖控制明显减少了微血管病变,对大血管病变却只起到了边缘性的影响。因此,对 T2DM大血管病变实施早期干预,减少远期并发症意义深远。在此后的研究中 ,针对抵抗素、MMP-2的抑制剂将成为新的治疗靶点,也将为T2DM大血管病变的研究及防治提供新的方向。

[1]Dumont O,Loufrani L,Henrion D.Key role of the NO pathway and matrix metalloprotease- 9 in high blood flow induced remodeling of rat resistance arteries[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2007,27:317-324

[2]Ho FM,liu SH,Lin WW,et al.Opposite effects of high glucose on MMP- 2and T IM P- 2in human endothelial cells[J].J Cell Biochem,2007,101(2):422-450

[3]杨晓.高同型半胱氨酸血症大鼠 MMP-2及 MMP-3的表达[D].山西:山西医科大学第一临床学院,2010

[4]Mu H,Ohashi R,Yan S,et al.Adipokine resistin promotes invitro angiogenesis of human endothelial cells[J].Cardiovasc Res,2006,70(1):146-157

[5]Di Simone N,Di Nicuolo F,Sanguinetti M,et al.Resistin regulates human choriocarcinoma cell invasiv e behaviorand endothelial cell angiogenic processes[J].J Endocrinal,2006,189(3):691-699

[6]OIszynskik, Zimoskam. Structureand function of matrix metalloproteinases[J].Postepy Biochem,2009,55(1):76-84

[7]HaffnerSM,Greenberg AS,Weston WM,et al.Effectof rosiglitazone treatment on nontraditional markers of cardiovascular disease in patients with type2 Diabetes mellitus[J].Circulation,2002,106:679-684