涂晶晶 唐 靈 (桂林醫(yī)學院附屬醫(yī)院老年內(nèi)科，廣西 桂林 541001)

糖尿病(DM)已經(jīng)成為繼腫瘤、心血管病變之后第三大嚴重威脅人類健康的慢性疾病。糖尿病血管病變是糖尿病的主要并發(fā)癥，且是糖尿病致殘致死的主要原因之一。其大血管病變性質(zhì)為動脈粥樣硬化，主要累及主動脈、冠狀動脈等大血管;而微血管病變是糖尿病特有的慢性血管并發(fā)癥，主要表現(xiàn)為腎臟、視網(wǎng)膜等微血管病變。糖尿病血管病變機制與防治研究已成為近年來研究的熱點。2型糖尿病(T2DM)的廣泛代謝異常引起血管基底膜的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變，從而使其降解與重構(gòu)機制失常，在這些病理生理過程中，細胞外基質(zhì)(ECM)作為血管壁的主要成分發(fā)揮重要作用。而基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)是ECM代謝中的關(guān)鍵酶之一，與糖尿病血管病變的發(fā)生發(fā)展有著密切聯(lián)系。因此，現(xiàn)將MMP-2及其與糖尿病大、微血管的關(guān)系綜述如下。

1 MMP-2概述

1.1 MMP-2的結(jié)構(gòu)和特點 MMP-2是Zn2+依賴的MMPs家族的重要成員之一，屬于明膠酶類/Ⅳ型膠原酶。主要來源于巨噬細胞、所有的成纖維細胞、血管內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞、泡沫細胞、中性粒細胞、免疫細胞和腫瘤細胞等〔1〕，能特異性與ECM成分相結(jié)合并降解細胞外基質(zhì)，參與炎性反應(yīng)、缺血缺氧損傷、心血管和癌癥等生理和病理過程〔2〕。

MMP-2酶原的相對分子質(zhì)量為72×103，有活性的MMP-2的相對分子質(zhì)量為66×103，其基因位于人類染色體16q13-q21，由13個外顯子和12個內(nèi)含子組成，結(jié)構(gòu)基因總長約27 kb，分子量為72 kU，又稱72 kU 膠原酶〔3〕。MMP-2由5個結(jié)構(gòu)域組成:①信號肽域:位于氨基末端，主要是使分泌的酶進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及轉(zhuǎn)運到細胞外;②前肽域:內(nèi)含一個半胱氨酸殘基，對MMP-2酶原形式的維持起重要作用，在活化后此殘基即被水解;③催化域:包含鋅離子結(jié)合位點，含3個重復(fù)的Ⅱ型纖維素序列，這些序列使MMP-2更易于和底物結(jié)合;④“鉸鏈區(qū)”:用于連接催化域和羧基末端域;⑤血紅素結(jié)合蛋白樣或纖維結(jié)合素樣的羧基末端域:可結(jié)合其他的蛋白質(zhì)，可能與改變MMP-2的活性及底物特異性有關(guān)〔4〕。

MMP-2具有MMPs的共同特性:①能降解一種或多種細胞外基質(zhì);②以無活性的酶原形式存在，在細胞膜或細胞外被激活，激活后才能降解基質(zhì)成分;③活性中心有一個鋅離子，與依地酸鈣鈉類的螯合劑結(jié)合后活性被抑制;④與其他MMPs有相似的氨基酸序列;⑤能被特異性組織型基質(zhì)金屬蛋白酶抑制物(TIMP)所抑制，但仍保留對抗抑制劑抑制的作用〔5〕。

1.2 MMP-2的調(diào)節(jié)機制 MMP-2只有被激活之后才能發(fā)揮降解基質(zhì)及非基質(zhì)的作用。其表達和活性受到3方面嚴密調(diào)控:轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控、酶原的激活、內(nèi)源性抑制劑對其的抑制。

1.2.1 轉(zhuǎn)錄水平 MMP-2在正常人組織中低水平表達，炎性因子、激素和生長因子等因素可影響其轉(zhuǎn)錄及表達。白介素-1(IL-1)、白介素-12(IL-12)、表皮生長因子(EGF)、血小板衍生生長因子(PDGF)、轉(zhuǎn)化生長因子-α(TGF-α)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)均能上調(diào)MMP-2的表達〔6，7〕。轉(zhuǎn)化生長因子 β(TGFβ)、干擾素 γ、類固醇激素(包括糖皮質(zhì)激素)和視黃醛則下調(diào)MMP-2的表達〔8〕。蛋白激酶C(PKC)、ras和src作為MMPs生長調(diào)控因子的介質(zhì)，也能調(diào)節(jié)MMP-2的產(chǎn)生。早期有報道〔9〕，脂多糖(LPS)是最強烈的MMP-2活性誘導(dǎo)劑，其增加MMP-2的活性與另一轉(zhuǎn)錄因子核因子κB(NF-κB)有關(guān)，NF-κB抑制劑可抑制 LPS增加內(nèi)皮細胞MMP-2活性的作用。在人類某些細胞的表面還存在能誘導(dǎo)MMPs表達的糖蛋白，命名為細胞外基質(zhì)金屬蛋白酶誘導(dǎo)物，該誘導(dǎo)物可以通過p38促分裂原活化蛋白激酶通路發(fā)揮作用，增加成纖維細胞MMP-2的表達。

1.2.2 酶原的激活 MMP-2 mRNA經(jīng)翻譯、修飾后以酶原形式(pro MMP-2)分泌入細胞外基質(zhì)中，必須經(jīng)水解去除前肽區(qū)才能被活化發(fā)揮作用。普遍認為是由組織型及尿激酶型纖溶酶原激活因子啟動的瀑布式酶聯(lián)激活途徑而導(dǎo)致間質(zhì)降解。與其他MMPs不同，MMP-2的激活不依賴于纖溶酶，而是在細胞表面由MT1-MMP催化。Mclennan等〔10〕研究發(fā)現(xiàn)，高糖培養(yǎng)基中人系膜細胞MT1-MMP基因表達下降，盡管MMP-2基因表達增加2倍，但其活性卻下降35%。此外，還可通過磷酸化及過氧亞硝酸鹽陰離子氧化等方式對MMP-2進行修飾。

1.2.3 內(nèi)源性抑制劑對其的抑制 MMPs活性也可以被內(nèi)源性基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMPs)進行調(diào)節(jié)。TIMPs是一類小分子蛋白，接近23×103，目前發(fā)現(xiàn)其家族有4名成員:TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3 和 TIMP-4。它們與 MMPs以 1∶1緊密結(jié)合從而抑制MMPs的活性。一般TIMPs對MMPs沒有高度的選擇性，只是TIMP-2多隨MMP-2表達而表達。TIMP-2對MMP-2具有特異的雙重阻滯性，它既可以與激活的MMP-2結(jié)合使其失活，又可以與MMP-2共價結(jié)合，阻止其與細胞表面接觸從而抑制其活性〔11〕。

2 MMP-2與2型糖尿病大血管病變

動脈粥樣硬化(AS)是大血管病變的主要病理特征。AS的形成和斑塊的破裂與細胞外基質(zhì)的破壞和重構(gòu)有密切關(guān)系，而基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)又是降解ECM的重要酶類。

正常情況下血管壁內(nèi)皮細胞與基底膜緊密結(jié)合，形成高選擇性的血管屏障，內(nèi)皮細胞不分泌MMP-2。當AS發(fā)生后，細胞因子、局部缺氧、氧化低密度脂蛋白、血小板活化因子等可誘導(dǎo)內(nèi)皮細胞分泌MMP-2。血液循環(huán)中的單核細胞與內(nèi)皮細胞黏附，在血管壁中遷移、吞噬脂質(zhì)后，在演化為巨噬源性泡沫細胞的過程中分泌大量MMP-2。在平滑肌細胞泡沫化的過程中，也可分泌大量MMP-2。血管壁的機械牽張力可以通過還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的介導(dǎo)而增加MMP-2 mRNA表達和其酶原釋放〔12〕，血流動力學的不穩(wěn)定、血管壁側(cè)壓力和切應(yīng)力的變化，也是導(dǎo)致MMP-2分泌的重要原因〔13〕。

AS的形成與發(fā)展過程也是ECM重建的過程，在這些過程中MMP-2發(fā)揮了重要的作用。大量研究發(fā)現(xiàn)，MMP-2主要從3個方面影響AS斑塊的形成和破裂:①通過降解ECM，使血管中層平滑肌細胞(SMC)突破周圍組織屏障及由蛋白多糖和膠原構(gòu)成的致密網(wǎng)孔，從中膜移行至內(nèi)膜并進行增殖，分泌更多的ECM，形成AS斑塊;②破壞斑塊表面纖維帽成分，削弱其抵抗應(yīng)力的作用，使斑塊易于破裂，繼發(fā)血栓形成和機化，導(dǎo)致?lián)p害進展和斑塊擴大〔14〕;③破壞細胞與基質(zhì)間的相互作用，促進可溶性Fas配體和膜結(jié)合型腫瘤壞死因子-α(TNF-α)的釋放，誘導(dǎo)血管平滑肌細胞發(fā)生凋亡，從而加速AS的發(fā)展〔15〕。

Sluijter等〔16〕對取自150例頸動脈內(nèi)膜切除術(shù)患者的AS斑塊進行染色分析發(fā)現(xiàn)，MMP-2水平顯著增高。免疫組化分析顯示頸動脈內(nèi)膜復(fù)合性斑塊中MMP-2含量增多〔17，18〕。Kuzuya等〔19〕發(fā)現(xiàn)MMP-2基因缺陷小鼠AS斑塊負荷和SMCs明顯減少。這些實驗均表明MMP-2與AS的形成顯著相關(guān)。

3 MMP-2與2型糖尿病微血管病變

糖尿病腎病(DN)是糖尿病最常見的微血管并發(fā)癥之一，其主要病理學表現(xiàn)為ECM降解、合成失調(diào)和重塑導(dǎo)致的腎小球硬化和腎小管間質(zhì)纖維化，Ⅳ型膠原是腎小球基底膜(GBM)和細胞外基質(zhì)(ECM)的主要成分，為腎小球的結(jié)構(gòu)支架，而MMP-2能特異性降解IV型膠原及明膠，是降解系膜基質(zhì)最主要酶之一。

DN早期的表現(xiàn)為微量蛋白尿。MMP-2可能通過兩種機制導(dǎo)致腎小球損傷或蛋白尿:(1)誘導(dǎo)系膜細胞由靜止表型轉(zhuǎn)變?yōu)檠装Y表型，出現(xiàn)快速增殖，表達新型蛋白，合成ECM增多，導(dǎo)致系膜基質(zhì)堆積;(2)可降解基底膜，破壞細胞與基質(zhì)的正常連接，致腎小球正常結(jié)構(gòu)破壞，影響腎小球ECM的重塑。

DN時MMP-2活性和蛋白表達降低的機制尚未完全明確，可能與下列因素有關(guān):(1)高糖作用:高糖可直接抑制腎臟MMPs的表達和活化，同時還上調(diào) TIMPs的表達〔20〕;(3)細胞因子的調(diào)節(jié):DN發(fā)生發(fā)展過程中多種細胞因子參與調(diào)節(jié)MMP-2的表達及活性，如高糖使腎臟TGF-β1表達上調(diào)，TGF-β1既可下調(diào)MMP-2的轉(zhuǎn)錄，又能通過促進TIMPs的表達、抑制PA的表達和激活，從而抑制MMP-2的活化〔21〕;糖尿病時系膜細胞分泌的過多的胰島素樣生長因子-1(IGF-1)，而IGF-1通過下調(diào)MMP-2的活性而減弱它對ECM的降解能力〔22〕;(2)蛋白質(zhì)非酶促糖基化作用:持續(xù)高血糖狀態(tài)下體內(nèi)形成的糖基化終產(chǎn)物(AGEs)，不僅對蛋白水解酶的敏感性降低，同時還能抑制MMP-2的合成及活性;另外，AGEs與其受體結(jié)合后誘導(dǎo)多種細胞因子、生長因子的合成、釋放，如TGF-β、IL-1等，從而影響MMP-2的基因轉(zhuǎn)錄;(4)其他:如血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)在刺激ECM的合成的同時，還使MMP-2與TIMP-2表達比例失衡，MMP-2活性降低〔23〕;另外，DM時存在明顯的氧化應(yīng)激，而ECM的氧化使其對MMP-2的降解不敏感。

Wu等〔24〕，用Northern雜交法對糖尿病大鼠模型進行研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病大鼠早期腎臟未發(fā)生特征性的結(jié)構(gòu)改變之前，腎臟ECM成分就已發(fā)生了合成增加而降解減少，而在ECM成分改變之前腎臟組織中MMP-2表達水平已下降，TIMP-1表達水平增高。Derosa等〔25〕在T2DM患者的研究中也得出了相同的結(jié)果，并且發(fā)現(xiàn)MMP-2和TIMP-2水平也顯著增高。Del Prete等〔26〕報道DN腎小球硬化與MMP-2密切相關(guān)，在16例2型糖尿病患者的腎活檢標本中用RT-PCR的方法均未檢測到MMP-2的基因表達，而對照組10例活檢標本中均可見MMP-2表達;與對照組相比，T2DM患者Ⅳ型膠原的分泌也明顯增多。從而認為MMP-2表達下調(diào)不僅是糖尿病的分子機制現(xiàn)象，而且是DN的標志。

4 展望

綜上所述，MMP-2在糖尿病大、微血管病變的發(fā)生、發(fā)展中起到了至關(guān)重要的作用。隨著對MMP-2研究的深入，有可能將MMP-2作為糖尿病血管病變患者臨床常規(guī)非侵入性監(jiān)測指標，成為糖尿病血管并發(fā)癥的良好預(yù)測因子，從而為糖尿病血管病變的早期診斷提供新的思路，為糖尿病血管發(fā)癥的預(yù)防及治療提供新的理論依據(jù)。

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