余 睿（綜述），孟照輝（審校）

（昆明醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院心內(nèi)科分子病學(xué)研究室，昆明 650032）

基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）是一類依賴鈣離子，含鋅的可降解細胞外基質(zhì)及基底膜中多種成分的內(nèi)肽酶家族，可來源于多種組織及細胞，如內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞、成纖維細胞及腦組織［1-3］。其不僅在正常生理情況下參與組織器官形態(tài)的發(fā)生、細胞遷移和血管生成等，也在病理性的重構(gòu)過程（如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎［4］、腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移［5］及慢性阻塞性肺疾病［6］等）中發(fā)揮重要作用。

1 MMPs與MMP-12的概述

1．1 MMPs的結(jié)構(gòu)、特點及分類 MMPs是一類含鋅離子的內(nèi)肽酶大家族，具有以下特點:①能降解細胞外基質(zhì)及基底膜的成分;②以酶原形式分泌，激活后具有生物學(xué)活性;③依賴鈣離子維持其穩(wěn)定性;④能被內(nèi)源性組織型金屬蛋白酶組織抑制劑抑制。MMPs基本結(jié)構(gòu)包括三個部分:氨基末端前肽區(qū)，含鋅離子及鈣離子的酶活部位，以及羧基末端的類血紅素結(jié)合蛋白結(jié)構(gòu)域。目前已在人類中發(fā)現(xiàn)MMP家族的23個成員，根據(jù)其作用底物的不同，可將MMPs分為以下6類:①膠原酶（MMP-1、MMP-8、MMP13）;②明膠酶（MMP-2、MMP-9）;③間質(zhì)溶解素（MMP-3、MMP-10）;④基質(zhì)溶解素（MMP-7、MMP-26）;⑤膜型 MMPs（MT-MMPs）（包括 MMP-14、MMP-15、MMP-16、MMP-17、MMP-24 和 MMP-25）;⑥其他 MMPs（包括 MMP-12、MMP-19、MMP-20、MMP-21、MMP-23、MMP-27 和 MMP-28）［7，8］。

1．2 MMP-12 的特點

1．2．1 MMP-12的結(jié)構(gòu)特征 MMP-12又被稱為人巨噬細胞彈性蛋白酶，1975年Werb等［9］首次在小鼠腹膜巨噬細胞中發(fā)現(xiàn)，1993年Shapiro等［10］在吸煙者的肺泡巨噬細胞中成功克隆出MMP-12的cDNA序列。MMP-12基因定位于人染色體 11q22．2～22．3，cDNA 全長 1800 bp，并包含 1 個由 1410 bp的堿基對組成的開放讀碼框架，人巨噬細胞彈性蛋白酶基因含有10個外顯子、9個內(nèi)含子（與間質(zhì)溶解素及膠原蛋白酶相似），MMP-12與其他MMPs家族成員基因的啟動子類似，包括1個含29 bp的位于轉(zhuǎn)錄起始位點上游的TATA盒，1個與轉(zhuǎn)錄因子活化蛋白1結(jié)合序列以及1個PEA3單元［11］。像MMPs的其他成員一樣，MMP-12也由三個主要的結(jié)構(gòu)域組成:①結(jié)構(gòu)域Ⅰ由氨基端的前肽及信號肽組成（相對分子質(zhì)量為9×103），其中有一個高度保守的與鋅離子結(jié)合的半胱氨酸，以此維持MMP-12的酶原形式。②結(jié)構(gòu)域Ⅱ含三個保守的組氨酸序列（HExxHxxGxxH）與一個鋅螯合形成的酶活性中心（相對分子質(zhì)量為22×103），該結(jié)構(gòu)域還有與結(jié)構(gòu)相關(guān)的1個鋅離子和3個鈣離子結(jié)合位點。③結(jié)構(gòu)域Ⅲ是類血紅素結(jié)合蛋白結(jié)構(gòu)域（相對分子質(zhì)量為23×103），其決定底物的特異性。MMP-12以相對分子質(zhì)量為54×103的酶原形式分泌，分泌后自剪切掉氨基末端的序列，生成相對分子質(zhì)量為45×103的活性形式，再剪切掉羧基末端的序列生成成熟的相對分子質(zhì)量為22×103活性形式［10，12］。

1．2．2 MMP-12的表達調(diào)控 MMP-12的調(diào)節(jié)主要通過三個水平實現(xiàn):①轉(zhuǎn)錄水平。目前認為主要由轉(zhuǎn)錄因子活化蛋白1與啟動子的親和力調(diào)控，剔除MMP-12啟動子中轉(zhuǎn)錄因子活化蛋白1結(jié)合位點，將導(dǎo)致MMP-12在基礎(chǔ)及刺激情況下的表達喪失［13］，Hunninghake等［14］研究發(fā)現(xiàn)，MMP-12啟動子區(qū)的等位基因的單核苷酸多態(tài)性（rs2276109［-82A→G］）可使轉(zhuǎn)錄因子活化蛋白1與啟動子的親和力下降，等位基因為G時，哮喘患兒和慢性阻塞性肺疾病患者的第一秒用力呼氣量比等位基因為A時大，吸煙者罹患慢性阻塞性肺疾病的可能性比等位基因為A時小。體內(nèi)許多細胞因子（如粒細胞巨噬細胞集落刺激因子、乙?；兔芏戎鞍住准毎樗?）均能誘導(dǎo)或刺激MMP-12在轉(zhuǎn)錄水平的表達，而干擾素γ則減少巨噬細胞中MMP-12 mRNA的表達［15］。②酶原激活。MMP-12以相對分子質(zhì)量為54×103的酶原形式分泌，通過自剪切后形成相對分子質(zhì)量為22×103的活性形式，但具體激活機制目前仍不清楚。③翻譯后調(diào)控。激活的MMP-12可被內(nèi)源性組織型金屬蛋白酶組織抑制劑所抑制［6］，某些人工合成的化合物，如分子通式為 p-Br-Ph-（PO2-CH2）-Xaa'-Yaa'-Zaa'-NH2的次磷酸，在 Yaa'-Zaa'的位置輔以Glu-Glu motif的小肽，可與鋅離子結(jié)合選擇性抑制MMP-12 的活性［16］。

1．2．3 MMP-12的生物學(xué)作用 MMP-12的主要底物為彈性蛋白酶（富含于肺及動脈壁），同時能夠降解細胞外基質(zhì)的大多數(shù)成分，如Ⅳ型膠原、纖維結(jié)合蛋白、層粘連蛋白、玻璃粘連蛋白、蛋白聚糖、硫酸軟骨素及髓鞘堿性蛋白。MMP-12在體內(nèi)的另一個重要的生物學(xué)作用是能夠激活其他的 MMPs（如MMP-2、MMP-3），使蛋白降解的作用放大、加速［17］。

2 MMP-12與心血管疾病關(guān)系的研究

2．1 MMP-12與動脈粥樣硬化 動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）主要累及大中型動脈，可造成心、腦及肢體末端的缺血性改變?，F(xiàn)在對本病的發(fā)病機制仍存在爭議，多數(shù)學(xué)者支持“內(nèi)皮損傷反應(yīng)學(xué)說”，即認為AS病變的形成是動脈對內(nèi)膜損傷作出的炎性反應(yīng)的結(jié)果［18］。Matsumoto 等［19］將雄性日本兔分成兩組，一組喂以高膽固醇飲食，一組予正常飲食，用Northern Blot、Western Blot、免疫組化和超微結(jié)構(gòu)定位等方法研究MMP-12在主動脈中的表達情況，結(jié)果顯示在高膽固醇飲食組 AS形成，泡沫細胞中MMP-12陽性，對照組MMP-12陰性，提示MMP-12與AS有關(guān)。Yamada等［20］將實驗兔分為兩組;一組為野生型，一組為hMMP-12轉(zhuǎn)基因兔，喂以相同的高膽固醇飲食使之發(fā)生AS，通過對脂質(zhì)條紋的定量分析后發(fā)現(xiàn)hMMP-12轉(zhuǎn)基因兔的主動脈的早期病變比對照組野生型兔明顯，且血管內(nèi)膜的免疫組化也顯示hMMP-12轉(zhuǎn)基因兔的單核巨噬細胞浸潤多于野生型，提示MMP-12高表達可加強單核/巨噬細胞溶解基底膜進入血管內(nèi)膜。此外，hMMP-12轉(zhuǎn)基因兔的血管內(nèi)彈力層的破壞要比野生型嚴重，表明脂紋中巨噬細胞產(chǎn)生的MMP-12參與內(nèi)彈力層的降解。Liang等［21］也將實驗兔分為野生型對照組及hMMP-12轉(zhuǎn)基因組，通過喂以高膽固醇飲食使之發(fā)生AS，發(fā)現(xiàn)hMMP-12轉(zhuǎn)基因兔的主動脈與AS不僅比野生型嚴重，且病變部位有大量巨噬細胞聚集，中膜彈力層顯著破壞伴隨大量平滑肌細胞增殖。Zempo等［22］報道，彈性蛋白斷裂增加是平滑肌細胞遷移及增殖的條件，因此，這可能是hMMP-12轉(zhuǎn)基因兔病變部位平滑肌細胞多于野生型兔的原因。MMP-12活性增強加速彈性蛋白降解，而彈性蛋白水解過程中生成的肽類是單核/巨噬細胞有效的化學(xué)引誘物［23］，提示MMP-12介導(dǎo)的動脈壁細胞外基質(zhì)的降解與單核/巨噬細胞的增殖之間存在一個“惡性循環(huán)”。這些研究表明MMP-12在血管重構(gòu)及AS的形成和發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。

2．2 MMP-12與斑塊破裂 AS斑塊破裂并觸發(fā)血栓形成是急性缺血性病變的主要病理、生理機制。典型的AS斑塊由粥樣核心和纖維帽組成，粥樣核心的成分主要為脂質(zhì)，泡沫細胞及壞死物質(zhì)，纖維帽的主要成分為膠原纖維和平滑肌細胞。AS斑塊的強度主要決定于:①脂質(zhì)核心的成分及大小。脂質(zhì)核心越大，斑塊越容易破裂。②纖維帽的厚薄及膠原含量。纖維帽越厚，斑塊越穩(wěn)定，而破裂的斑塊平滑肌細胞數(shù)目較少，合成的膠原纖維也較少。③斑塊的炎性反應(yīng)。易于破裂的斑塊泡沫細胞浸潤嚴重。④斑塊的疲勞作用。血流對斑塊反復(fù)地牽拉、壓迫、剪切可降低纖維帽強度，使斑塊易于破裂［24］。Johnson等［25］將載脂蛋白 E基因剔除（apoE-/-）鼠的MMP-12基因剔除，喂以高膽固醇飲食，發(fā)現(xiàn)與單獨剔除apoE基因的小鼠相比，頭臂干AS斑塊體積減小，平滑肌細胞增多，巨噬細胞浸潤減少，呈現(xiàn)出相對穩(wěn)定的斑塊形態(tài)。Morgan等［26］通過對不同病變程度的頸動脈斑塊進行反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)分析，發(fā)現(xiàn)MMP-12在纖維帽較薄的斑塊中的含量是纖維帽較厚的2．1倍，且在破裂的斑塊中含量顯著增高。這些研究提示MMP-12是促進斑塊不穩(wěn)定的因素之一。賈啟明等［27］選取冠狀動脈粥樣硬化性心臟?。ê喎Q冠心?。┗颊?0例，包括穩(wěn)定型心絞痛組11例、不穩(wěn)定型心絞痛組44例、急性心肌梗死組15例，13例冠狀動脈造影正常者列為對照組，采用酶聯(lián)免疫吸附試驗測定血清中 MMP-12水平，發(fā)現(xiàn)血清MMP-12水平在ACS組（包括急性心肌梗死組和不穩(wěn)定型心絞痛組）明顯高于穩(wěn)定型心絞痛組和健康對照組，而穩(wěn)定型心絞痛組患者的血清MMP-12水平和健康對照組相比則無明顯的變化，且按由輕到重（穩(wěn)定型心絞痛、不穩(wěn)定型心絞痛、急性心肌梗死）的等級分級，MMP-12水平逐漸增高，與冠心病事件的嚴重程度呈正相關(guān)。由此可以推斷出粥樣硬化斑塊越不穩(wěn)定，其血清中的MMP-12水平就越高，可以作為冠心病患者危險分層的一個重要生化監(jiān)測指標。

2．3 MMP-12與腹主動脈瘤 腹主動脈瘤（abdominal aortic aneurysms，AAA）是一種由腹主動脈管壁局部損傷開始，繼而累及整個管壁的慢性退行性病變，多發(fā)生于年齡≥65歲的男性，一些臨床研究發(fā)現(xiàn)，AAA的發(fā)病與年齡、AS、吸煙、肺氣腫、高血壓及遺傳因素有關(guān)。Curci等［28］選取接受主動脈重建手術(shù)的AAA、動脈粥樣硬化閉塞性疾病患者的病變動脈及器官捐贈者的正常主動脈，應(yīng)用原位雜交及免疫組化技術(shù)證實MMP-12定位于AAA組織的中膜，而動脈粥樣硬化閉塞性疾病和AAA病變處鄰近的過渡區(qū)域及正常組中都未發(fā)現(xiàn)。Annabi等［29］的研究也發(fā)現(xiàn)，MMP-12在AAA中的活性較正常動脈增高。由此推斷，MMP-12可能在AAA的動脈退行性變中發(fā)揮獨特的作用。

2．4 MMP-12與創(chuàng)傷性深靜脈血栓 創(chuàng)傷性深靜脈血栓是指繼發(fā)于創(chuàng)傷或手術(shù)的靜脈血栓性疾病，可能導(dǎo)致截肢甚至肺血栓栓塞癥，危及患者生命。Zhang等［30］采用直接鉗夾股靜脈+雙后肢石膏固定方式，建立大鼠創(chuàng)傷性深靜脈血栓動物模型，利用基因芯片技術(shù)對股靜脈血管組織進行MMPs基因表達檢測，發(fā)現(xiàn)MMP-12在血栓形成的高峰期及消退期較正常對照組均高表達，它可能促進平滑肌細胞增殖，使管腔變小，在血栓形成的過程中發(fā)揮一定的作用。

3 結(jié)語

MMP-12在多種心血管疾病中發(fā)揮作用，MMP-12有可能成為防治此類疾病的一個藥物靶點。但目前尚存在以下幾個問題:①MMPs是個復(fù)雜的系統(tǒng)，MMP-12與其他MMPs作用是不同的，甚至是相反的，應(yīng)進一步探索MMPs/內(nèi)源性組織型金屬蛋白酶組織抑制劑相互作用、動態(tài)平衡及其具體機制。②MMP-12對動脈的損傷方式不一，有的表現(xiàn)為AS，有的為動脈瘤，其機制不明。③MMP-12的選擇性抑制劑尚需大規(guī)模的臨床實驗考證。

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