鄭冠琳 亓文波 楊利波

(1.泰山醫(yī)學(xué)院，山東 泰安 271016； 2.泰山醫(yī)學(xué)院附屬泰山醫(yī)院內(nèi)分泌科，山東 泰安 271000)

大血管病變是2型糖尿病的主要慢性并發(fā)癥,也是2型糖尿病死亡的主要原因,其基本病理變化是動脈粥樣硬化。糖尿病人易患動脈粥樣硬化,其機制與動脈粥樣硬化的主要危險因素:肥胖、高胰島素血癥、脂質(zhì)異常、高血壓、高凝狀態(tài)所組成的胰島素抵抗綜合征有關(guān)。2型糖尿病的廣泛代謝異常，使作為血管壁的主要成分的細胞外基質(zhì)(extracellularmatrix, ECM)降解在動脈粥樣硬化的發(fā)生中起重要作用，基質(zhì)金屬蛋白酶是ECM代謝中的關(guān)鍵酶之一,其與AS斑塊的形成和破裂有密切聯(lián)系。其中基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP-9)作用最強。

1 MMP-9概述

1.1 基質(zhì)金屬蛋白酶家族

基質(zhì)金屬蛋白酶類(MMPS)是一類鋅離子依賴的蛋白酶家族，1962年首先發(fā)現(xiàn)MMP-1,目前已識別和定性的有23種[1]，根據(jù)其在細胞中表達的部位不同，可分為胞型和膜型兩大類，前者分布在胞質(zhì)中，后者表達在細胞膜上。胞質(zhì)型MMP根據(jù)其作用底物的特異性、敏感性和氨基酸序列的同源性分為三大類:間質(zhì)膠原酶、明膠酶、間充質(zhì)溶解素[2]。其主要功能是降解和重塑細胞外基質(zhì),在正常的胚胎發(fā)育和組織重塑等生理過程以及一些疾病的病理生理中起重要作用。

1.2 MMP-9的發(fā)現(xiàn)及結(jié)構(gòu)

MMP-9屬于明膠酶的一種，又稱明膠酶B。1974年從人的中性粒細胞中首次提純，1989年的金屬蛋白酶學(xué)會上被正式命名[3]。分子量為92000，是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的MMPs中分子量最大的酶。人MMP-9基因位于20q11.2-13.1,全長26000,包括7700的結(jié)構(gòu)基因、15000的5’端側(cè)翼及3500的3’端側(cè)翼區(qū)，含13個外顯子和12個內(nèi)含子。MMP-9共包含7個結(jié)構(gòu)域[4],其中包括所有MMPs共有的結(jié)構(gòu)域:信號肽、前肽、催化域及C-末端的凝血素樣結(jié)構(gòu)域(MMP-7除外),還包括纖連蛋白分子(fibronectin,FN)樣結(jié)構(gòu)域、α2V膠原樣結(jié)構(gòu)域(由富含脯氨酸的54個氨基酸殘基組成,借此與MMP-2/明膠酶A相區(qū)別)和鉸鏈區(qū)。前肽區(qū)含半胱氨酸殘基掩蓋Zn2+結(jié)合位點, 使酶處于失活狀態(tài)。催化區(qū)含一個Zn2+結(jié)合位點, 使酶與底物結(jié)合和一個Ca2+結(jié)合位點, 對酶起穩(wěn)定作用。

1.3 MMP-9的表達及活性調(diào)節(jié)

MMP-9在人體內(nèi)多種細胞中表達。主要表達于單核細胞、巨噬細胞、角化細胞、中性粒細胞、成纖維細胞、破骨細胞、骨骼肌衛(wèi)星細胞、軟骨細胞、內(nèi)皮細胞和各種腫瘤細胞等[5-6]。并且在巨噬細胞中表達最明顯。MMP-9的調(diào)節(jié)主要通過3個水平實現(xiàn)：①基因轉(zhuǎn)錄：可能通過轉(zhuǎn)錄因子活化蛋白-1(Ap-1)和核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)[4]途徑實現(xiàn)，體內(nèi)許多炎性細胞因子如IL-1β、IL-2、IL-6、IL-18、TNF-α、TNF-β、前列腺素抑制劑，生長因子如血小板源性生長因子(PDGF)及其他MMPs的激活均能誘導(dǎo)或刺激MMP-9在轉(zhuǎn)錄水平的表達；而白介素4則能抑制MMP-9的表達；②酶原激活：MMP-9在體內(nèi)是以前體或酶原形式分泌的, 在細胞外激活,通常在中性環(huán)境中和Ca2+參與時產(chǎn)生活性,發(fā)揮其降解細胞外基質(zhì)的作用；③MMP-9的生理性抑制物(TIMP-1)：TIMP- 1是一種28 kd 的糖蛋白, 能特異性地通過N 末端半胱氨酸殘基與MMP- 9 的Zn2+結(jié)合位點以1︰1 克分子比例結(jié)合, 從而封閉其催化活性。

1.4 MMP-9的功能

MMP-9是降解Ⅳ型膠原的最主要成員之一,其底物主要是Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅹ型膠原,明膠及彈性纖維。在正常生理情況下,能夠切斷任何細胞外基質(zhì)成分,調(diào)節(jié)細胞黏著，作用于細胞外成分或其它蛋白成分而啟動潛在生物學(xué)功能、直接或間接參與胚胎發(fā)育、組織模型再塑及創(chuàng)傷修復(fù)等正常生理功能。但在病理條件下,MMP- 9 及TIMP-1表達和活性紊亂,比例失調(diào),通過降解ECM、改變ECM微環(huán)境及裂解某些片斷, 使細胞從黏附狀態(tài)解離出來, 介導(dǎo)細胞遷徙;影響細胞增殖、凋亡、分化和機化;調(diào)節(jié)許多生物活性分子及蛋白酶的活性，因此引發(fā)或加重一些疾病的進展如腫瘤浸潤、動脈粥樣硬化、器官纖維化、關(guān)節(jié)炎等。

2 MMP-9與動脈粥樣硬化

AS形成和發(fā)展過程也是ECM重構(gòu)的過程,MMP作為強大的降解ECM的蛋白酶從中發(fā)揮了重要作用。正常動脈壁、MMP和TIMP處于平衡狀態(tài),有助于ECM合成與降解相對平衡和ECM成分相對穩(wěn)定。但在AS, MMP與TIMP失去平衡,突出表現(xiàn)為MMP表達增加,活性增強,使ECM的合成和降解也失去平衡, 通過血管中膜平滑肌細胞遷移、增殖、凋亡及細胞外基質(zhì)的重塑促發(fā)了AS及斑塊破裂。

2.1 MMP-9在VSMC遷移、增殖中的作用

正常VSMC主要位于中膜層,周圍為基底膜所包繞。血管損傷后,VSMC增殖并從中膜移至內(nèi)膜,形成新生內(nèi)膜,從而觸發(fā)AS的發(fā)生。Galis等[7]證明損傷血管局部釋放的IL-1、TNF-α可刺激VSMC使活化MMP-9的表達增高。Mason等[8]通過對鼠轉(zhuǎn)染MMP-9 cDNA,體外用膠原侵入法及博伊登室法測定SMC遷移,體內(nèi)通過測量侵犯內(nèi)膜和中膜層的SMC以確定遷移。結(jié)果體外實驗MMP-9過度表達增強SMC遷移,體內(nèi)實驗SMC遷移至動脈基質(zhì)。體外實驗證實人工合成的廣譜MMPs抑制劑可抑制VSMC增殖。Cho等[9]將實驗鼠分成兩組,一組為野生型(WT),一組敲除MMP-9基因(MMP-9-/-)，結(jié)扎頸總動脈使之發(fā)生重構(gòu)，于第4周處死實驗鼠，結(jié)果WT組內(nèi)膜明顯增厚,管腔狹窄,平滑肌數(shù)目明顯增多(P<0. 05), 證明MMP-9是平滑肌細胞遷移和增殖所必需的。

2.2 MMP-9在斑塊裂解中的作用

冠狀動脈粥樣硬化斑塊破裂并觸發(fā)血栓形成,是導(dǎo)致急性冠狀動脈綜合征的重要機制。易于破裂的動脈粥樣硬化斑塊往往具有以下特征:脂質(zhì)池大,纖維帽薄,纖維帽中的膠原纖維含量和平滑肌細胞少。斑塊纖維帽中的膠原纖維和彈性纖維含量,對斑塊穩(wěn)定起重要作用。MMP-9能降解斑塊纖維帽內(nèi)細胞外基質(zhì)的主要成分——膠原蛋白和彈性蛋白。因而MMP-9通過降解纖維帽內(nèi)ECM加速斑塊破裂。Galiis等[7]研究表明,在人類硬化動脈的斑塊肩部及巨噬泡沫細胞聚集區(qū)顯示了MMP-9的表達增高,且所有的斑塊抽提物被證實含明膠酶的活化形式。Brown等[10]觀察冠狀動脈旋切術(shù)斑塊中MMP-9的表達，發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定心絞痛患者冠狀動脈斑塊中MMP-9陽性表達占83%,穩(wěn)定性心絞痛患者斑塊中MMP-9陽性表達占25%,而正常無病變的內(nèi)乳動脈則無陽性表達。Gough等[11]通過轉(zhuǎn)染逆轉(zhuǎn)錄病毒, apoE-/-鼠巨噬細胞過度表達MMP-9,降解AS基質(zhì),導(dǎo)致斑塊急性破裂。Loftus等[12]的研究材料取自于連續(xù)75例行頸動脈內(nèi)膜切除術(shù)的患者,根據(jù)癥狀將他們分為4組:無癥狀組、術(shù)前癥狀持續(xù)6個月組、癥狀持續(xù)1～6個月組、癥狀出現(xiàn)于1個月內(nèi)組。斑塊組織學(xué)檢查并用酶標法和酶聯(lián)免疫吸附實驗對MMP-9進行定量分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn),MMP-9的水平在第4組中顯著升高(均值125.7 μg/L,其余各組均值<32 μg/L(P=0. 003)。也表明在人的不穩(wěn)定的頸動脈斑塊中,MMP-9的表達也明顯升高。Kai等[13]的研究結(jié)果顯示不穩(wěn)定型心絞痛和心肌梗死患者MMP-9水平明顯高于穩(wěn)定型心絞痛和正常對照組。

3 MMP-9與糖尿病

3.1 MMP-9與糖尿病動脈粥樣硬化

大血管病變是2型糖尿病的主要慢性并發(fā)癥,也是2型糖尿病死亡的主要原因,其基本病理變化是動脈粥樣硬化。動脈粥樣硬化過程中,血管內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞、巨噬細胞、泡沫細胞均能合成和分泌MMP-9,尤以巨噬細胞作用最強,MMP-9降解基底膜,利于單核細胞入侵,加速ox-LDL滲透。使糖尿病動脈粥樣斑塊較非糖尿病者更不穩(wěn)定。眾多研究表明2型糖尿病合并AS病變者MMP-9水平較單純2型糖尿病者或單純AS者明顯升高。在動物模型中，Uemura等[14]用明膠酶譜及Western印跡分析、電子順磁共振等檢測發(fā)現(xiàn),不管是1型還是2型嚙齒類糖尿病動物模型,其血管組織和血漿中MMP-9均明顯升高。Camp等[15]用酶譜分析方法觀察到與非糖尿病野生型鼠相比,糖尿病野生鼠血漿和左心室中MMP-9的活性升高。而對糖尿病鼠而言,不管是野生型還是MMP-9基因敲除鼠,心臟組織型TIMP的濃度均減少。而且MMP-9活性的升高與心臟內(nèi)皮功能紊亂密切相關(guān)。在人體，李佳等[16]報道, 2型糖尿病患者血清MMP-9含量明顯高于非糖尿病患者,治療4周時,MMP-9水平即明顯下降,且其降低與HbA1c的降低呈正相關(guān)。在分子水平，Death等[17]也發(fā)現(xiàn)高糖培養(yǎng)可導(dǎo)致內(nèi)皮細胞和單核細胞MMP/TIMP系統(tǒng)表達失衡,特別是可使單核巨噬細胞MMP-9表達和活性升高(P<0.05),加速糖尿病AS的形成并降低斑塊穩(wěn)定性。另外MMPs基因多態(tài)性與糖尿病大血管病變的發(fā)生有密切關(guān)系。劉寬芝等[18]發(fā)現(xiàn)與對照組和2型糖尿病組相比,大血管病變組的T等位基因和TT等位基因型頻率顯著高于健康對照組和無并發(fā)癥組。

糖尿病引起MMP-9升高的機制目前研究主要集中在氧化低密度脂蛋白(Ox-LDL)和某些細胞因子的作用。糖尿病機體中低密度脂蛋白(LDL)的糖化和氧化明顯增加，Ox-LDL可直接上調(diào)單核細胞源性的巨噬細胞中MMP-9的表達,而高密度脂蛋白(HDL-C)可阻斷Ox-LDL的上述效應(yīng)。2型糖尿病患者往往存在不同程度的IR,使高血壓的發(fā)病率顯著上升,長期的高血壓可使血管內(nèi)皮功能受損,加速糖尿病血管病變的發(fā)生、發(fā)展。陳雅靜等[19]報道, 2型糖尿病患者血清MMP-9含量明顯升高,其升高程度與血壓呈正相關(guān)。糖尿病引起MMP-9升高的具體機制的研究尚處于初步階段，有待進一步探索。

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