基质金属蛋白酶与动脉粥样硬化及斑块破裂的关系

杨瑞芳，阴彦龙，杨敏清，宋 丹

1潍坊医学院研究生学院，山东 潍坊 261000；2解放军89医院心内科，山东 潍坊 261021

基质金属蛋白酶与动脉粥样硬化及斑块破裂的关系

杨瑞芳1，阴彦龙1，杨敏清2，宋 丹1

1潍坊医学院研究生学院，山东 潍坊 261000；2解放军89医院心内科，山东 潍坊 261021

动脉粥样硬化是冠心病、脑梗死、外周血管病的主要原因，严重威胁到人类的健康和生命。尤其是冠心病，动脉粥样硬化是其最重要因素之一，主要是由于各种原因引起血管内皮细胞损伤，破坏屏障功能，血液中各种巨噬细胞广泛侵入内膜，形成以脂质为主的粥样斑块，引起血管重构，进一步发展，可引起斑块破裂。基质金属蛋白酶是一组几乎能降解血管外细胞基质所有成分的一组酶，在动脉硬化斑块的区域可过度表达，降解基质，引起斑块破裂、出血，形成继发血栓，引发急性冠状动脉综合征。本文着重从基质金属蛋白酶与动脉粥样硬化及斑块破裂的关系作一综述。

基质金属蛋白酶；动脉粥样硬化；斑块破裂；血管重构；病理学 ；病理生理学

动脉粥样硬化发生发展中的一个重要环节是血管内皮屏障功能遭到破坏，而构成血管内皮屏障的主要物质之一就是血管细胞外基质（ECM），ECM成分的合成和降解代谢失衡是引起血管重构，进一步发展为动脉粥样硬化的主要因素之一。基质金属蛋白酶（MMPs）是一组对细胞外基质成分有特殊降解作用的锌依赖性蛋白水解酶，通过影响ECM的降解而在动脉粥样硬化的发生发展中起到很大的作用。本文主要综述MMPs在动脉粥样硬化疾病发生发展中的相关关系。

1 MMPs的基本特征

MMPs是一类依赖于锌和钙离子的内肽酶，它们分子大小、底物都各不相同，在生理条件下就几乎能降解所有的ECM成分，但在正常人生理水平下通常处于低表达状态，在炎性细胞因子、激素、生长因子刺激下和细胞转化过程中其表达水平明显上升。1962年首先发现了第1种间质胶原酶（MMP-1）[1]，之后，国内外的众多研究又相继发现了另外的基质金属蛋白酶，并分别命名。至今，大约有26个成员。并根据其作用底物的不同将MMPs分为4大类：胶原间质酶、明胶酶、间质溶解素和膜型基质金属蛋白酶。其中，前3种又可统称为“经典型”MMPs，膜型MMPs又可称为“新型”MMPs。两者区别在于：“经典型”MMPs是以无活性的酶原形式合成，而“新型”MMPs是以活性形式合成，并同时参与“经典型”MMPs的活化过程[2]。但是，对于所有的MMPs均有共同的特性：（1）可以降解ECM成分；（2）大都是以酶原的形式分泌到细胞外，并在一定条件下被激活而发挥作用；（3）在活化中心存在锌离子，同时需要钙离子来维持其活性和稳定性；（4）在酸碱呈中性的条件下进行活化；（5）可以被特异性组织型MMPs抑制因子（TIMP）所抑制[3]。TIMP不仅可以与MMPs发生特异性结合，也可以与MMPs酶原形式结合成相应的复合物而参与其激活过程的调节，同时还可促进细胞的生长和类固醇的生成。生理条件下，MMPs可促进胚胎和骨的发育以及伤口愈合，病理状态下可以加速肿瘤转移时间，尤其是对动脉粥样硬化斑块的破裂有极大的促进作用[4-5]。

2 MMPs的调控

MMPs的表达和活性受转录水平（酶原合成）、酶原激活和抑制剂抑制等水平的调控[6]，大多数的MMPs均需要经过活化成为有活性的MMPs时才能发挥相应的生物活性，降解细胞外基质，因此，这3个环节对维持人体的MMPs水平的稳定有至关重要的意义。

多种细胞因子（如白细胞介素1、肿瘤坏死因子α等）、细胞外基质成分、致癌物、原癌基因、一部分生长因子（如表皮生长因子）均能诱导多种细胞表达MMPs，在其转录水平上调节MMPs酶原合成，但是，MMPs活化的信号转导机制仍有待进一步的研究。有研究显示白细胞介素1（IL-1）和肿瘤坏死因子β（TNF-β）可以促进单核巨噬细胞表达MMP，同时也有研究表明这两者还可以刺激平滑肌细胞分泌MMP[7-8]，而在动脉粥样硬化的斑块的聚集区也显示了MMPs的高表达。研究还发现，糖皮质激素和转化生长因子（TGF-β）也能在转录水平阻断MMPs的表达[9]。另有研究证实，活化的T淋巴细胞表达CD40L可以与动脉粥样内的CD40特异性结合，促进巨噬细胞和平滑肌细胞分泌MMPs，且CD40L介导MMPs表达的意义高于IL-1和TNFβ[10-12]。

酶原活化过程是MMP发挥生物学活性的重要环节，大部分的MMPs以酶原形式分泌到细胞外基质，必须经过水解去除前肽区才能被活化，一般是在已活化的MMPs作用下进一步完全水解被激活[13]，还有一部分是通过一些非MMP蛋白在细胞外进行激活，此外，还有膜型MMP（MT-MMP）可以在细胞内以活性形式表达或分泌，其中含特殊序列RXKR可以被一种称为丝氨酸蛋白酶（furin）所识别，Strongin等[14]认为膜型MMP也可以在细胞表面激活“经典型”MMPs。

研究最多的是抑制剂抑制等水平的调控，TIMP是一种广泛存在于体内的内源性物质，是MMPs的天然抑制物，到目前为止，大约有4种，分别命名为TIMP1-4。主要从酶原活化和活化的MMPs阶段进行抑制，主要涉及到的是TIMP1和TIMP2两种。此外，有研究也表明，TIMP不仅对MMPs有抑制作用，而且在一定条件下也可以激活MMPs[9]。

3 MMPs与动脉粥样硬化的关系

动脉粥样硬化是大多数心脑血管疾病的病理生理基础，它是由于各种原因引起血管内皮功能障碍和炎症反应相互作用而导致的不断进展的病理过程。动脉粥样硬化广泛累计大中动脉，造成血管壁不同程度的硬化和管腔的狭窄，血管内皮屏障功能遭到破坏后，血液中的单核巨噬细胞、淋巴细胞和脂质等广泛入侵到内膜下，不断发展，形成了以脂质为主的粥样斑块，是一个在发生发展中涉及多因素的炎症过程[15]。大量研究发现，基质金属蛋白酶参与了动脉粥样硬化发生发展时的血管重构、斑块破裂和血栓形成等过程。下面着重从这几方面来阐述基质金属蛋白酶和动脉粥样硬化的关系以及如何促进动脉粥样硬化的发生和发展。

3.1 MMPs和血管重构

Dickhout等[16]指出广义的血管重构是包括多种形式，血管横截面积可以增大、缩小或不变，血管腔径可以缩小也可以扩大，认为血管重构是一个动态过程，至少包含细胞的增殖、迁移、凋亡以及基质成分的合成、降解和重新排列等过程，血管重构又是对刺激发生的复杂的动态反应。在动脉粥样硬化的发展中，随着粥样斑块的逐渐增大，当大于40%时，管腔出现狭窄，表现为由于管腔对斑块负荷增加引起的代偿性扩张的正性重构或是由于斑块刺激管壁引起反射性收缩造成的负性重构。细胞外基质是构成正常血管壁屏障的重要组成部分，包括不同类型的蛋白聚糖和胶原以及少部分的弹性蛋白、纤维连接蛋白和层粘连蛋白等[17]，而大部分的蛋白聚糖都是由内皮细胞和平滑肌细胞合成的。血管重构包括细胞外基质的合成和降解。当动脉出现粥样硬化的过程中，血管发生广泛的重构现象，在不同阶段，基质合成和降解的比例不同，初级阶段表现为降解大于合成，而在粥样斑块生长时，合成大于降解，导致基质大量沉积在管壁，影响管腔正常血流通过，随着动脉粥样硬化的发展，管腔出现狭窄。而在这整个发展过程中，MMPs发挥了至关重要的作用。MMPs可以有效降解血管基质胶原，降低血管致密性，间接减少血管向外扩张的阻力，另一方面，也可以加速平滑肌细胞的迁移。有研究显示，MMP2和MMP9是降解弹性蛋白的主要因素，在动脉粥样硬化疾病的发生发展过程中，MMP2和MMP9高表达，更加减低了血管壁弹性。Galis等[18-19]研究显示在动脉粥样硬化与正常的动脉有着不同的MMPs表达形式，在动脉粥样硬化中，不仅有MMPs高表达，还有TIMP的含量也增加，这足以说明基质金属蛋白酶参与了动脉粥样硬化发生发展中的血管重构过程。另外，已有动物实验证实人工合成的MMPs抑制剂可以有效地减少血管重构，减慢动脉粥样硬化的进程[20]。

3.2 MMPs和斑块破裂

粥样斑块是动脉粥样硬化典型病理改变。大多是由纤维帽和粥样核心构成。纤维帽主要成分是平滑肌细胞和胶原纤维，而粥样核心主要是以脂质为主（低密度脂蛋白LDL），还包含一些坏死物质。粥样斑块的稳定性主要是由3种因素决定的：含有脂质核心的大小和硬度、覆盖脂核的纤维帽的厚度和纤维帽内的炎症和修复过程。一些纤维帽较薄和大脂质核心的斑块对机械力的抵抗作用较弱，称为不稳定斑块或是易损斑块，这类斑块的纤维帽中的平滑肌细胞非常少，粥样物质所含比例大多大于30%[21]，尤其是斑块的肩周部，目前认为，粥样斑块的稳定性与其大小并无直接的关系[22]。

现已发现，动脉粥样硬化的粥样斑块的边缘部和泡沫细胞（吞噬了脂质的单核细胞或组织细胞，是动脉粥样硬化斑块内出现的特征性病理细胞，主要来源于血液单核细胞与血管中膜平滑肌细胞）有大量的巨噬细胞，而MMPs主要存在于巨噬细胞丰富的区域，而后者又可以降解动脉粥样硬化斑块内的大多成分，因此，许多研究者认为这些细胞及他们所释放的MMPs可以引起斑块的破裂，形成血栓，甚至可引起心肌梗死等急性冠脉综合症。近年来的大量实验显示巨噬细胞源性的MMPs与斑块的破裂有一定的关系[23-26]。有研究发现，MMP3可降解胶原蛋白、弹性蛋白和蛋白聚糖等血管壁主要成分，还可以激活明胶酶、胶原酶等MMP。动脉粥样硬化病变斑块中常含大量的MMP3和巨噬细胞，也有研究证实MMP8分解胶原的能力是其他胶原酶的3倍多，近几年，Henman等[27]研究发现，人动脉粥样硬化斑块中的内皮细胞、平滑肌细胞和巨噬细胞都能表达MMP8，可提示它在斑块破裂的过程中也有一定的作用。MMP2和MMP9是降解弹性胶原的主要物质，是参与平滑肌细胞增殖和由中膜向内膜迁移的一种重要媒介，可以加速动脉粥样硬化的病理过程[28-29]，在急性冠脉综合症和不稳定性心绞痛的患者冠状动脉斑块中的MMP9高表达，甚至有研究发现不稳定斑块内的MMP9表达量为稳定斑块的3～5倍[30]。国外学者曾将动脉粥样硬化患者的斑块平滑肌细胞和巨噬细胞于体外培养，发现其可分泌大量的MMP9、MMP3和MMP1。

以上大量的研究证实MMPs与动脉粥样硬化的斑块破裂有一定的关系，因此，早期检测患者的MMPs对一些心血管事件，如急性冠脉综合征等有着重要的意义。

4 MMPs关于动脉粥样硬化的治疗

MMPs是与动脉粥样硬化的发生发展有着密切关系的蛋白水解酶，因此，随着国内外学者对MMPs和动脉粥样硬化发病机制分子水平研究资料的不断累积，针对MMPs以旨在改变或减慢动脉粥样硬化的发病进程的治疗方法在不断的探索中，其主要原理是，减少局部MMPs的产生，增加TIMP的分泌，或者是加入外源性或人工合成的TIMP，目前主要有调脂、抗氧化和基因治疗。总之，鉴于MMPs和动脉粥样硬化的关系，积极地尽可能控制MMPs，减少其生成对稳定粥样斑块、防止发生进一步的心血管事件甚至引起猝死方面有极其重要的意义。

5 展望和不足

由于MMPs在动脉粥样硬化的发生发展的过程中有着极大的意义，而动脉粥样硬化是大多数心血管疾病的病理生理基础，因此，早期监测MMP对预防心血管疾病或者是用于早期诊断、预后等都有一定的临床价值，临床上可以将MMP和肌钙蛋白等生物学指标共同用于急性冠脉综合症等的早期诊断。

关于MMPs的调控机制是一个复杂的涉及多种刺激和抑制因素的过程，本文尚未涉及全面，还需要进一步的研究和对资料的收集，但适度地调节MMP活性，改善细胞外基质和血管重构将成为动脉粥样硬化防治研究的一个重要方向之一。

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Relationship between the serum matrix metalloproteinase levels,atherosclerosis and plaque rupture

YANG Ruifang1, YIN Yanlong1, YANG Minqing2, SONG Dan11Graduate School, Weifang Medical University, Weifang 261000, China ;2The 89th Hospital of PLA, Weifang 261021, China

Atherosclerosis is a major cause of coronary heart disease(CHD), cerebral infarction and peripheral vascular disease.It is a serious threat to human health and disease ,especially CHD. Atherosclerosis is one of the most important factor , mainly due to various reasons that cause vascular endothelial cell damage and destroy its barrier function. As a consquence, many kinds of macrophages in the blood invade lining widely to form the atheromatous plaque with a mass of lipids. Eventually it will evolve into vascular remodeling. Sometimes, it may cause plaque rupture if the situation develops further. Matrix metalloproteinase is a group of enzymes that can almost degrade all off constituents of Vascular extracellular matrix. It can be expressed excessively in the areas with plentiful atherosclerotic plaques and degrade matrix to cause plaque rupture, bleeding and form Secondary thrombosis. At last, acute coronary syndrome occurs. This article mainly make a literature review about the relationship between serum matrix metalloproteinase levels and atherosclerosis and plaque rupture emphatically.

matrix metalloproteinase; atherosclerosis; plaque rupture; vascular remodeling; pathology; pathophysiology

2017-06-28

杨瑞芳，硕士研究生，E-mail: 1083990814@qq.com

阴彦龙，硕士，主任医师，E-mail: 150545789622126.com