金属蛋白酶的作用机制研究论文

动脉硬化(AS)斑块不稳定性是急性冠脉综合征及缺血性脑血管病的病理基础，目前认为动脉硬化斑块不稳定性与炎症反应、免疫机制及基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)的增加密切相关。目前认为基质的降解主要是由MMP来完成的，MMP能够降解细胞外所有的基质成分。有研究发现AS斑块中MMP蛋白及活性明显升高，MMP升高可降解纤维帽中的胶原纤维，易导致纤维帽变薄，甚至破裂。现认为MMP增多与斑块的不稳定性密切相关〔1，2〕。本文主要阐述MMP与动脉硬化斑块不稳定性的关系的进展。1 MMP 的定义、分类、调控机制 MMP 的定义、分类 MMP是一类依赖Ca2+和Zn2+而起作用的酶,在体内主要降解细胞外基质(ECM),参与结缔组织的降解和重建、炎性反应和缺血缺氧损伤等。到目前为止已发现20多种MMP。MMP可由许多细胞如血管的单核细胞、平滑肌细胞(SMC)、泡沫细胞、T淋巴细胞等合成，根据底物不同可分为4类〔3〕：(1)胶原酶(collagenases)，包括间质胶原酶(MMP�1)和中性白细胞胶原酶(MMP�8)，可降解I、II、III、VII、X型胶原；(2)明胶酶，分为MMP�2(72KD)和MMP�9(95KD)，可降解IV、V、VII、X型胶原；(3)基质分解素(stromelysins)，包括MMP�3（stromelysin�1），MMP�10（stromelysin�2）、MMP�11（stromelysin�3）、MMP�7（PUMP�1）等。其作用底物广泛，包括层粘连蛋白、纤连蛋白、弹性蛋白、蛋白聚糖及III、IV、V、IX型胶原等；(4)膜型MMP(MT�MMP)，可激活明胶酶原A，可作用于IV型胶原和明胶。近年来的研究发现细胞因子、机械损伤、炎性反应、ox�LDL、氧自由基、肥大细胞及胶原本身均能调节MMP的产生〔2，3〕。MMP降解细胞外基质的作用有其共性：均在中性pH值下，需要有内在Zn2+和外在Ca2+存在的条件下才能发挥酶活性；其酶活性可被螯合剂所抑制，亦可被金属蛋白酶的组织抑制因子所抑制。它们均以无活性的前酶或酶原形成分泌，此后可被膜蛋白酶、纤溶酶或有机汞4�醋酸氨基苯汞（APMP）等激活。一旦MMP全部激活，能完全降解所有的细胞外基质。 MMP的活性调控 转录水平的调节： MMP可由许多细胞分泌，包括免疫细胞、成纤维细胞、肿瘤细胞、血管内皮细胞、泡沫细胞等。许多生长因子都可诱导和促进MMP的合成，如白介素�1（IL�1）、血小板衍生生长因子（PDGF）、肿瘤坏死因子�α（TNF�α）、表皮生长因子（EGF）、碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）等均可诱发MMP的合成增加，而转移生长因子�β（TGF�β）、α2�巨球蛋白、肝素、皮质类固醇等则可抑制MMP的合成。生长因子对MMP基因表达的作用是通过刺激原癌基因产物c�fos和c�jun的表达来实现的，c�fos和c�jun可作为转化激活因子与间质胶原酶和基质蛋白酶基因的启动区活化蛋白�1（AP�1）结合位点相结合，促进它们的基因转录。因此，许多细胞因子和生长因子被认为是动脉粥样硬化形成和血管成形术后再狭窄的重要调节因子。此外，细胞外基质金属蛋白酶诱导物（EMMPRIN）具有诱导MMP基因表达的作用。把人成纤维细胞暴露于重组的EMMPRIN中时，可诱导MMP�1、2、3的表达。目前对调控MMP表达和功能的信息通路还不太清楚，已有证据表明蛋白激酶C（PKC）参与了MMP基因转录的诱导。儿茶酚胺、血管紧张素II、内皮素�1（ET�1）、TNF�α可引起受体介导的PKC增加。 酶原激活： MMP是以无活性的酶原形式分泌，其活性的封闭是由于在Zn2+活性中心附近结合有该MMP前肽链内所含的1个半胱氨酸，后者阻断了活性中心与底物结合，MMP的激活是将前肽区劈开，使半胱氨酸与Zn2+分离，从而暴露出Zn2+活性中心。纤溶系统在MMP酶原激活系统中起着重要作用，纤溶酶原在尿激酶纤溶酶原活化剂作用下变成纤溶酶，后者可激活MMP酶原从而使其活化。肥大细胞类胰蛋白酶、中性白细胞弹性硬蛋白酶和组织蛋白酶G也可激活MMP�1、MMP�3。 金属蛋白酶组织抑制物（TIMP）： TIMP是MMP的内源性特异性抑制因子，是多基因家族编码蛋白。到目前为止，已发现4种TIMP。TIMP�1是糖基化蛋白，主要抑制MMP�1活性，还可抑制MMP�9、MMP�3活性；TIMP�2是非糖基化蛋白，抑制MMP�2及所有激活的MMP蛋白水解酶活性；TIMP�3除具有MMP抑制作用外，尚具有刺激细胞生长作用；TIMP�4抑制性较弱，但其参与调节局部MMP活性及选择性的心肌表达。TIMP的合成受多因素影响，如TNF�α、EGF、IL�1、IL�6等细胞因子可促进TIMP合成，而TGF�β抑制TIMP�2合成。2 MMP与AS斑块破裂的关系急性冠脉缺血综合征(ACS)的发生多是在不稳定斑块出现裂缝、糜烂及破裂的基础上，血管内血栓形成以至管腔闭塞所致。高危、脆弱斑块的破裂是形成冠状动脉血栓的主要原因〔4～8〕。易于破裂斑块的特点如下：（1） 活跃炎性反应（单核巨噬细胞及T�淋巴细胞浸润）；（2）脂质核大；（3）薄的纤维帽；（4）斑块内细胞凋亡增加。Bruke等研究了113个有冠状动脉疾病并突发心源性猝死的患者，证实斑块破裂与总胆固醇/高密度脂蛋白（HDL）比值升高有关，但与吸烟以及高血压无相关性。值得注意的是，破裂斑块的纤维帽厚度是(23±19)μm，95%的破裂纤维帽为64 μm或更薄；脆弱斑块定义为纤维帽厚度＜65 μm并伴有巨噬细胞浸润的斑块。目前认为斑块的生物学特征是决定其稳定性的主要因素。不稳定斑块的特征是纤维帽较薄，SMC较少，炎性细胞多，脂类核心较大。稳定性斑块为纤维帽较厚，炎性细胞少，SMC较多。外力对斑块的作用主要由纤维帽承受，纤维帽由胶原纤维、蛋白多糖、弹性蛋白等组成。纤维帽的完整性及对破裂的抵抗力主要靠细丙外基质来维持，最主要的是基质中的胶原纤维，胶原纤维靠自身合成及降解来维持稳定。胶原纤维主要由SMC合成，由蛋白酶降解。目前的研究发现MMP升高与纤维帽变薄、不稳定型心绞痛及急性心肌梗死的发生密切相关〔9～12〕。Shah 等将取自于人的主动脉与颈动脉斑块的纤维帽与单核细胞共同培养，发现巨噬细胞能分泌MMP，并能降解胶原蛋白，表明MMP具有分解纤维帽的功能，与斑块的不稳定性有关。从稳定型心绞痛到不稳定型心绞痛的各个阶段，炎性细胞明显增多，MMP的表达及活性亦明显升高，ACS患者血清及单核细胞分泌MMP的活性亦明显升高；有报道在不稳定性斑块中，巨噬细胞的密度和MMP的表达明显增多，基质降解速度加快，尤其是在摄取脂质的巨噬细胞和脂核附近，MMP的合成及降解十分活跃；在不稳定型心绞痛、稳定型心绞痛及正常内乳动脉中，MMP�9的表达分别为83%、25%及0,AS斑块组织的免疫组化发现斑块内的SMC及巨噬细胞均可表达MMP�1、MMP�2、MMP�3及MMP�9。不稳定斑块中由于炎性细胞增多，巨噬细胞、T�淋巴细胞及SMC可大量分泌MMP，促进了斑块的破裂〔11～13〕。近年来的研究发现细胞因子、机械损伤、炎性反应、ox�LDL、氧自由基、肥大细胞和CD40配基均能调节MMP的产生。CD40/CD40配基(CD40L)信号传导通路在调节非免疫细胞参与动脉粥样硬化形成中具有重要意义。CD40L为跨膜糖蛋白(分子量为45～50 kD),存在于动脉粥样硬化病变组织中巨噬细胞和内皮细胞上,活化T淋巴细胞也表达CD40L。通过CD40L能诱导内皮细胞、SMC及巨噬细胞表达MMP�1和MMP�3,能诱导内皮细胞和SMC表达MMP�9。而且,表达基础水平无活性MMP�2的这2种细胞能在CD40L介导下表达活性的MMP�2,更为重要的是CD40L介导表达基质金属蛋白酶的作用远远强于干扰素�α和白细胞介素�1β的刺激作用。3 针对MMP治疗的可能途经 他汀类药物 近年来，许多研究表明，积极降脂治疗后使急性冠脉事件明显减少，其可能的原因主要在于其非降脂作用：（1）能减缓或终止动脉硬化的病程，消退AS斑块；（2）可迅速改善血管内皮的功能，使血管内皮依赖性舒张功能得到改善；（3）减少炎性细胞浸润：抑制单核细胞对内皮的黏附及跨膜迁徙，减少巨噬细胞浸润及组织因子表达；抑制肾间质细胞单核细胞趋化因子的表达和分泌；减少炎性细胞浸润；抑制ox�LDL诱发的巨噬细胞增生，但不影响细胞内LDL胆固醇酯聚集；抑制血小板源性生长因子表达，减轻后者引起单核/巨噬细胞活化、迁移和增殖；调节免疫反应，抑制T细胞抗原受体信号传导和自然杀伤细胞的细胞毒作用；减少炎性细胞浸润；(4) 抑制MMP的活性，从而起到稳定斑块的作用，这是他汀类药物对AS斑块最重要的进展〔14〕。 基因治疗 主要方法是抑制MMP的功能及抑制促进MMPs产生的有关因素，如炎性反应因素等。基因治疗的目的是通过转基因来防止动脉粥样硬化斑块破裂、恢复受损血管内皮的功能和防止血栓形成〔15〕，包括：(1)应用基质金属蛋白酶组织抑制剂；(2)用反义原理阻断促炎分子如核因子κB；(3)抑制CD40/CD40L信号转导环节；(4)用转基因方法抑制血管过度表达炎性因子的通路；(5)转TIMP基因，抑制MMP的活性。4 展望进一步探讨MMP在ACS中的发病机制，继而通过抑制MMP活性达到稳定AS斑块作用，这是未来稳定动脉粥样硬化斑块的重要措施之一，估计未来会有更为乐观的前景。