基质金属蛋白酶9与动脉粥样硬化及斑块稳定性

　　作者：李骊华,雷寒　　作者单位：重庆医科大学附属第一医院心内科，重庆 400016

　　【关键词】 基质金属蛋白酶9,动脉粥样硬化,斑块稳定性

　　冠心病是严重危害人类健康的常见病和多发病，其病理基础是动脉粥样硬化(AS)。AS不稳定斑块的破裂是急性冠状动脉综合征(ACS)包括不稳定型心绞痛、急性心肌梗死、心源性猝死的主要原因。基质金属蛋白酶(MMPs) 是一种Zn2+和Ca2+依赖性的酶家族，能特异性地与细胞外基质(ECM)成分相结合并降解，从而削弱AS斑块纤维帽的结构,促进斑块破裂和血栓形成。根据其底物特异性主要分为四大类：胶原酶、明胶酶、基质溶酶及膜蛋白酶类〔1〕。MMP9，又称明胶酶B，是MMP 家族中的一个重要成员,其作用底物包括Ⅳ胶原(粥样斑块基底膜和纤维帽的重要组成部分)、Ⅴ型胶原、明胶及弹性蛋白等。因此深入研究MMP9 与AS斑块稳定性的关系，寻找稳定斑块及预防斑块破裂的策略和方法对降低AS病的致残致死率有至关重要的意义。

　　1 MMP9概述

　　MMP9以92 kD的酶原形式分泌。MMP9前体可由单核细胞、巨噬细胞、血管平滑肌细胞、内皮细胞、泡沫细胞、成纤维细胞及肿瘤细胞等分泌,在87位氨基酸残基或附近被酶解激活，参与炎症反应、组织构型、创伤修复、基质结合的生长因子的动员及细胞因子的表达。近年的研究表明，MMP能持续降解间质的纤维类胶原,在ECM重塑中具有重要作用,参与多种生理及病理损伤过程。

　　1.1 MMP9基因组成、结构和功能

　　是已发现的MMPs中分子量最大的酶,人MMP9基因全长26 000位于20q11.2q13.1,含有13个外显子和12个内含子,编码92 kD蛋白。MMP9的蛋白组成从N端到C端主要包括信号肽序列、前肽序列、催化域、锌离子结合位点、纤维黏连蛋白样功能域(可结合明胶)和Ⅴ型胶原样功能域(提供多种低聚糖结合位点)。与其他MMPs家族成员相比,Ⅴ型胶原样功能域为MMP9所特有。前导肽序列内含有保守的PRCGVPD,其中保守的半胱氨酸残基在MMP9的酶原活化中有重要作用。催化区含有两个锌离子结合区及至少一个钙离子结合区。催化区有一与锌离子结合的HEFGHALGLDH序列和保守的蛋氨酸与MMP9活化有关。

　　1.2 MMP9活性的调节

　　MMP9以酶原形式分泌到细胞外,通过纤维蛋白溶酶依赖及非依赖性两种途径介导水解去除前肽区激活,选择性地与ECM成分结合。MMP9的调节主要通过基因转录、酶原激活及MMP9的生理性抑制物(TIMP)3个水平实现。许多细胞因子如:白介素1(IL1)、血小板衍化生长因子(PDGF)、肿瘤坏死因子(TNFα)可刺激MMP9基因的表达。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。通过上述环节间的相互作用,对维持人体MMP9的稳态具有重要的作用。

　　2 AS进程及不稳定斑块

　　Ross的“炎症假说”是AS的主要发病机制〔1〕。该假说的要点:①AS是脂质沉积于动脉壁形成局部斑块的过程，此过程由炎症反应介导。②此炎症反应的特点:出现单核或巨噬细胞、活化T细胞和纤维化，尤多见于血管分支及流出口;体液及细胞免疫应答二者都能调控炎症反应及AS的发生发展。③AS不稳定斑块的破裂造成血栓，形成ACS，其过程也有大量炎性细胞和炎性介质的参与。Ross认为，炎症反应在AS斑块向不稳定进展时起重要作用。病理学研究证实，不稳定斑块的特点是:大的脂核，薄的纤维帽中胶原与血管平滑肌细胞较少，而有较多炎性细胞浸润(主要是巨噬细胞与T淋巴细胞)。不稳定AS斑块破裂可导致急性冠脉事件和脑卒中。

　　3 MMP9与ACS

　　MMP是导致AS斑块不稳定的重要因素〔2〕。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(AMI)的发生密切相关〔3～5〕。Zouridakis等〔6〕对124例稳定心绞痛患者的研究显示MMP9是AS 病变进展的独立预测因子。Manginas等〔7〕发现102例ACS患者其外周静脉血MMP9水平明显升高。 Funayama等〔8〕发现36例AMI患者梗死相关动脉及升主动脉血浆MMP9水平明显升高。Inokabo等〔9〕发现ACS患者血浆MMP9水平于发病后12 h较正常人和稳定性心绞痛病人明显升高。Kai等研究发现ACS患者周围静脉血MMP9水平明显增高,经治疗症状稳定后其水平下降,说明MMP9的激活可能导致斑块的不稳定性。利用大鼠 MI 模型观察到,MMP2，9，13 水平在冠脉闭塞后1 w内升高。也有报道 MI 24 h 内(甚至心肌缺血数分钟内)MMP9 水平即有升高，同时伴随TIMP1水平降低。

　　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。研究发现泡沫细胞及平滑肌细胞(SMC)产生的MMP与AS斑块不稳性有关〔10〕。国外学者将AS斑块的SMC和巨噬细胞体外培养,发现可大量分泌MMP9、MMP3和MMP1;AS斑块组织的免疫组化发现SMC及巨噬细胞均可表达MMP9、MMP3、MMP1及MMP2。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，促进了斑块破裂〔5〕。

　　4 MMP9与AS斑块稳定性

　　MMP9在人类AS斑块肩部被发现,在ACS 及稳定心绞痛患者冠状AS斑块中频繁表达。研究发现,不稳定斑块尤其是斑块的肩区MMP9蛋白及酶活性明显增加,较稳定斑块高3～5倍〔11〕。MMP2和MMP9在AS斑块破裂处表达〔12，13〕。Higo等〔14〕发现23例AMI患者冠状循环及体循环血中MMP9水平均明显升高,行冠状动脉介入术(PCI)后冠状动脉血MMP9水平较术前进一步升高。运用经皮腔内斑块旋切术获取冠脉斑块,显示MMP9蛋白在斑块内表达。Brown发现不稳定性心绞痛较稳定性心绞痛患者的冠脉斑块处巨噬细胞和SMC 的MMP 9 合成更为活跃。ACS患者外周静脉、冠状窦甚至罪犯斑块远端MMP9 水平的升高，提示MMP9 的释放源于冠脉循环斑块的急性破裂，也启示开展检测易损斑块的无创性技术的可能性〔14～16〕。

　　5 MMP9基因突变与冠心病

　　尽管冠心病在老年人中有较高的发病率,但冠脉造影显示,许多高龄人群中冠脉却无明显的AS病存在,提示除了后天性因素的作用外,个体遗传因素可能亦起重要的作用。MMP9易损斑块中高表达到MMPs之一,其启动1562区的C被T取代可能使启动子具有更高的启动活性。Pollanen等〔17〕通过276例尸检冠状动脉标本的研究显示冠状动脉复杂病变区域的面积与MMP9启动子基因型有关。Cho等〔18〕研究63例行PCI的冠脉病人MMP9启动子C1562T多态性,发现C/C基因型与非C/C基因型(如C/T)相比,冠心病风险较正常人相对较高(危险指数为0.203,P=0.005)。Blankenberg等〔19〕的研究显示MMP9/R279Q基因多态现象与稳定型心绞痛患者心血管事件的发生相关。此外,有动物实验发现〔20，21〕，MMP2和MMP9基因缺失可抑制SMC中膜到内膜的迁移及内膜增生,亦间接证明了MMPs基因突变在冠心病发病机制中的重要作用。

　　6 MMP9与环氧合酶2(COX2)

　　MMP9已经表明在人AS病变处表达，且关键出现在斑块破裂时。这些巨噬细胞MMP产生通过一个前列腺素E2(PGE2)/ 环磷酸腺苷依赖通路，通过这一通路的信号转导包括COX2和前列腺素合酶 ( Prostaglandin E synthase，PGES )的调节。Cipollone等报道COX2 / PGEs过度表达是AS斑块增强释放MMPs的通路，由辛伐他汀疗法诱导的斑块稳定性过程中涉及COX2/PGES〔10〕。COX2 / PGES和MMPs主要来源于巨噬细胞。在斑块最常破裂处一斑块肩部表达了大量COX2/PGES蛋白。PGE2可以诱导人AS斑块MMP2和MMP9表达。在不稳定斑块中，巨噬细胞MMP2和MMP9产生增多是由于COX2诱导的PGE2合成增强〔10〕。

　　7 展 望

　　MMPs在AS发病中的重要作用,已被大量的研究证实。MMPs已成为心血管病治疗的一个靶点〔22〕。目前临床应用方面仅发现HMG CoA还原酶抑制剂及ACEI可影响MMPs活性。他汀类药物可抑制MMP的活性,从而起到稳定斑块的作用〔23〕。Tziakas等〔24〕的研究亦显示短期阿托伐他汀治疗可降低ACS患者MMP9水平。基因治疗方面主要方法是抑制MMP的功能及抑制促进MMPs产生的有关因素。包括:①应用TIMP;②用反义原理阻断促炎分子如核因子κB;③转TIMP基因,抑制MMP的活性;④MMPs基因剔除等方法降低机体局部MMPs的表达,稳定AS斑块,从而防治心血管事件的发生,估计未来会有更为乐观的前景。

　　【参考文献】

　　1 杨永宗.动脉粥样硬化性心血管病基础与临床〔M〕.北京:科学出版社，2004：50，90104，57885.

　　2 Newby AC.Dual role of matrix metalloproteinases (matrixins) in intimal thickening and atherosclerotic plaque rupture〔J〕.Physiol Rev，2005;85(1)：131.

　　3 董波，李惠丽，黄定九，等.基质金属蛋白酶3在动脉硬化血管表达意义的研究〔J〕.临床心血管病学杂志，2004;135(9):179.

　　4 Chow AK,Cena J,Schulz R.Acute actions and novel targets of matrix metalloproteinases in the heart and vasculature〔J〕.Br J Pharmacol，2007;152(2):189205.

　　5 Kuge Y,Takai N,Ishino S,et al.Distribution profiles of membrane type1 matrix metalloproteinase (MT1MMP)，matrix metalloproteinase(MMP2) and cyclooxygenase2 (COX2) in rabbit atherosclerosis:comparison with plaque instability analysis〔J〕.Biol Pharm Bull，2007;30(9):163440.

　　6 Zouridakis E，Avanzas P，ArroyoEspliguero R,et al.Markers of inflammation and rapid coronary artery disease progression in patients with stable angina pectoris〔J〕.Circulation，2004;110(13)：174753.

　　7 Manginas A，Bei E，Chaidaroglou A,et al.Peripheral levels of matrix metalloproteinase9，interleukin6，and Creactive protein are elevated in patients with acute coronary syndromes：Correlations with serum troponinI〔J〕.Clin Cardiol，2005;28(4):1826.

　　8 Funayama H，Ishikawa SE，Kubo N,et al.Increases in interleukin6 and matrix metalloproteinase9 in the infarctrelated coronary artery of acutemyocardial in farction〔J〕.Circ J，2004;68(5)：4514.

　　9 Inokubo Y,Hanada H，Ishizaka H,et al.Plasma levels of matrix metalloproteinase9 and tissue inhibitor of metalloproteinase1 are increased in the coronary circulation in patients with acute coronary syndrome〔J〕.Am Heart J，2001;141(2)：2117.

　　10 Uzui H，Harpf A，Liu M,et al.Increased expression of membrane type 3matrix metalloproteinase in human atherosclerotic plaque:role of activated macrophages and inflammatory cytokines〔J〕.Circulation，2002;106：302430.

　　11 Loftus IM，Naylor AR，Goodall S.Increased matrix metalloproeinase9 activity in unstable carotid plaque.A potential role on acute plaque disruption〔J〕.Stroke，2003;31(1):407.

　　12 Cipollone F，Prontera C，Pini B,et al.Overexpression of functionally coupled cyclooxygenase2 and prostaglandin E synthase in symptomatic atherosclerotic plaques as a basis of prostaglandin E (2)dependent plaque instability〔J〕.Circulation，2001;104(8):9217.

　　13 Cipollone F,Fazia M,Iezzi A,et al.Suppression of the functionally coupled cyclooxygenase2/prostaglandin E synthase as a basis of simvastatindependent plaque stabilization in humans〔J〕.Circulation，2003;107(11):147985.

　　14 Higo S，Uematsu M,Yamagishi M,et al.Elevation of plasma matrix metalloproteinase9 in the culprit coronary artery in patients with acute myocardial infarction：clinical evidence from distal protection〔J〕.Circ J，2005;69(10)：11805.

　　15 Zeng B，Prasan A，Fung KC,et al.Elevated circulating levels of matrix metalloproteinase9 and2 in patients with symptomatic coronary artery disease〔J〕.Intern Med J，2005;35(6)：331 5.

　　16 Funayama H，Ishikawa S，Kubo N,et al.Increases in interleukin 6 and matrix metalloproteinase9 in the infarctrelated coronary artery of acute myocardial infarction〔J〕.Circ J，2004;68(5):4514.

　　17 Pollanen PJ，Karhunen PJ，Mikkelsson J,et al.Coronary artery complicated lesion area is related to functional polymorphism of matrix metalloproteinase 9 gene:an autopsy study〔J〕.Arterioscler Thromb Vasc Biol，2001;21(9)：144650.

　　18 Cho HJ,Chae IH,Park KW,et al.Functional polymorphism in the promoter region of the gelatinase B gene in relation to coronary artery disease and restenosis after percutaneous coronary intervention〔J〕.J Hum Genet，2002;47(2)：8891.

　　19 Blankenberg S，Rupprecht HJ,Poirier O,et al.Plasma concentrations and genetic variation of matrix metalloproteinase 9 and prognosis of patients with cardiovascular disease〔J〕.Circulation，2003;7(12)：157985.

　　20 Kuzuya M，Kanda S，TamayaMore N,et al.Deficiency of gelatinase A suppresses smooth muscle cell invasion and development of experimental entinal hyperplasia〔J〕.Circulation，2003;8(11)：137581.

　　21 Galis ZS，Johnson C,Godin D,et al.Targeted disruption of the matrix metalloproteinase9 gene impairs muscle cell migration and geometrical arterial remodelling〔J〕.Circ Res，2002;91(9)：8529.

　　22 Sierevogel MJ，Pasterkamp G，DeKleijn DP,et al.Matrix metalloproteinase：a therapeutic target in cardiovascular disease〔J〕.Curr Pharm Des，2003;9(12):103340.

　　23 Rival Y，Benéteau N,Chapuis V,et al.Cardiovascular drugs inhibit MMP9 activity from human THP1 macrophages〔J〕.DNA Cell Biol,2004;23(5):28392.

　　24 Tziakas DN，Chalikias GK，Parissis JT,et al.Serum profiles of matrixmetalloproteinases and their tissue inhibitor in patients with acute coronary syndromes.The effects of shortterm atorvastatin administration〔J〕. Int J Cardiol，2004;94(23)：26977