張明杰(綜述)，李敬誠，張莉莉(審校)

(第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所神經(jīng)內(nèi)科，重慶400042)

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基質(zhì)金屬蛋白酶9與高血壓動脈重構(gòu)

張明杰△(綜述)，李敬誠，張莉莉※(審校)

(第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所神經(jīng)內(nèi)科，重慶400042)

摘要：基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP-9)是基質(zhì)金屬蛋白酶家族中的重要一員，是鋅離子依賴的細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的降解酶。ECM的重塑通過影響細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能參與多種疾病的病理過程。MMP-9作為ECM的主要降解酶，通過調(diào)控基質(zhì)膠原成分的合成和降解，直接影響血管平滑肌細(xì)胞形態(tài)和功能，并在高血壓血管重構(gòu)過程中發(fā)揮重要作用。同時(shí)，MMP-9也有望成為心腦血管疾病特別是高血壓的潛在標(biāo)志分子。

關(guān)鍵詞：基質(zhì)金屬蛋白酶9；高血壓；動脈重構(gòu)；細(xì)胞外基質(zhì)；血管平滑肌細(xì)胞

高血壓是最常見的慢性病之一，也是冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(冠心病)、腦卒中等心腦血管疾病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。動脈血管結(jié)構(gòu)的改變，特別是管壁增厚、管腔縮窄以及基質(zhì)增多是高血壓的病理學(xué)基礎(chǔ)，也是長期血壓升高造成相關(guān)組織和器官損傷的重要表現(xiàn)。細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)中多種成分的改變可以直接影響血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)的形態(tài)以及增殖、遷移、凋亡等，其是動脈重構(gòu)過程中一個(gè)重要環(huán)節(jié)[1]?；|(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)是ECM的主要降解酶，參與基質(zhì)的重構(gòu)。MMP-9作為最重要的MMPs之一，在高血壓動脈重構(gòu)過程中發(fā)揮重要作用?，F(xiàn)對MMP-9與高血壓動脈重構(gòu)的關(guān)系進(jìn)行綜述。

1MMPs概述

MMPs是由多種細(xì)胞合成和分泌的鋅離子依賴的內(nèi)肽酶家族，其通過特異性降解ECM成分，使細(xì)胞突破各種生理屏障而具有遷移特性。自1962年Gross和Lapiere[2]首次發(fā)現(xiàn)蝌蚪尾巴在退化過程中含有一種降解纖維膠原的膠原酶后，至今已發(fā)現(xiàn)多種MMPs，其中在人類中發(fā)現(xiàn)23種。白細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞等多種細(xì)胞可合成和分泌MMPs，而且大部分細(xì)胞并不儲存MMPs，當(dāng)施加MMPs激動劑或細(xì)胞受到特定刺激時(shí)，MMPs的合成將增加，并很快地分泌到ECM中去[3]。

哺乳動物中的MMPs的結(jié)構(gòu)由保守的催化域和可結(jié)合鋅離子活性中心的前肽域組成，后者可抑制鋅離子活性中心，使MMPs維持在酶原的形式。一旦前肽域被水解丟失，活性中心暴露，而后酶原被激活，MMPs就可以降解底物。部分MMPs成員肽鏈的C端具有以鉸鏈連接的血液結(jié)合素蛋白域，其能發(fā)揮識別底物和激活酶解活性的作用[4]。根據(jù)結(jié)構(gòu)和底物的差異，MMPs大體分為膠原酶、明膠酶、間質(zhì)溶解素、膜型MMPs、基質(zhì)溶解酶以及其他MMPs 6類[5](表1)。研究證實(shí)，MMPs在胚胎移植、組織重構(gòu)、器官發(fā)育、傷口愈合、腫瘤、炎癥以及血管疾病等方面發(fā)揮重要作用[6]。

表1　MMPs的分類及成員

MMPs：基質(zhì)金屬蛋白酶

2MMP-9的生物學(xué)特性

MMP-9又稱明膠酶B，位于人染色體20q11.2~q13.1上，以92 000的酶原形式在胞質(zhì)內(nèi)合成后分泌到ECM，然后水解為86 000的活性形式發(fā)揮酶解效應(yīng)，其是已發(fā)現(xiàn)的MMPs中分子質(zhì)量最大的成員[5,7]。大多數(shù)細(xì)胞包括白細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞以及心肌細(xì)胞均可合成和分泌MMP-9，其底物包括Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ及Ⅹ型膠原、明膠、彈性蛋白及巢蛋白等。MMP-9分子在典型的MMPs催化域中插入了Ⅱ型纖連蛋白重復(fù)序列，并介導(dǎo)其與底物膠原的結(jié)合，另外Ⅴ型膠原樣功能域?yàn)镸MP-9所特有[8]。

調(diào)控MMP-9水平和活性的方式有多種，包括轉(zhuǎn)錄和翻譯后修飾調(diào)控、酶原分泌和激活調(diào)控以及內(nèi)源性MMPs抑制劑(tissue inhibitors of metalloproteinase，TIMPs)或其他抑制劑如α巨球蛋白的調(diào)控[1]。MMP-9基因啟動子中除含有位于近端和遠(yuǎn)端的轉(zhuǎn)錄因子活化蛋白1結(jié)合位點(diǎn)外，還含有核因子κB 的結(jié)合位點(diǎn)，兩者均有助于對細(xì)胞因子產(chǎn)生應(yīng)答。MMP-9能以酶原的形式分泌到ECM中，也可與細(xì)胞表面的結(jié)構(gòu)域結(jié)合而存在于細(xì)胞周圍。VSMCs分泌的MMP-9的酶原形式和活化形式可分別與細(xì)胞表面的整合素α2亞基和CD44結(jié)合[1]。此外，許多細(xì)胞因子可調(diào)節(jié)MMP-9的合成與分泌：血小板源性生長因子或堿性成纖維細(xì)胞生長因子與白細(xì)胞介素1α 或腫瘤壞死因子α的協(xié)同作用可顯著增加MMP-9的合成，并與活化蛋白1和核因子κB的激活密切相關(guān)[9]。在調(diào)控方面，MMPs與TIMPs的相互作用最為重要。在酶原活化階段和已活化階段，TIMPs可分別與酶原和活化的MMPs形成穩(wěn)定的復(fù)合體，阻礙其激活或抑制酶解活性，其中與MMP-9關(guān)系最密切的是TIMP-1[7]。

MMP-9在心腦血管疾病[7,10]、自身免疫性疾病[11]、腸炎[12]、慢性阻塞性肺疾病、多發(fā)性硬化[13]、腫瘤[14]等多種疾病中發(fā)揮重要作用，特別是在介導(dǎo)組織炎癥方面。

3MMP-9與高血壓動脈重構(gòu)

高血壓通過啟動血管重構(gòu)過程，引起管壁增厚、管徑狹小以及舒張功能障礙，最終導(dǎo)致動脈粥樣硬化和小動脈硬化，成為誘發(fā)冠心病和腦卒中的危險(xiǎn)因素。MMPs與高血壓血管重構(gòu)的關(guān)系引起了研究者的關(guān)注，MMPs特別是MMP-9，通過引起ECM的重構(gòu)，誘導(dǎo)VSMCs發(fā)生結(jié)構(gòu)和功能的改變，導(dǎo)致血管構(gòu)型的改變。了解MMP-9在高血壓血管重構(gòu)方面的作用，可為闡明高血壓的發(fā)病機(jī)制以及制訂防治措施提供新思路。

3.1MMP-9與高血壓夾持一側(cè)腎動脈后誘發(fā)的高血壓大鼠主動脈中膜內(nèi)層和內(nèi)膜明顯增厚并伴有MMP-2、9和14水平的上調(diào)，而且廣譜的TIMPs——強(qiáng)力霉素可改善這種血管重構(gòu)[15]。Tan等[16]檢測到原發(fā)性高血壓患者的血清中MMP-9和TIMP-1水平明顯高于血壓正常的人群，且水平與大動脈的硬度呈正相關(guān)。MMP-9的過度生成和激活可大量降解血管壁的彈性纖維，導(dǎo)致大動脈壁的機(jī)械性質(zhì)改變、硬度增加。Marchesi等[17]的Meta分析也表明，不伴有心力衰竭的高血壓患者的血漿中MMP-9和TIMP-1水平高于血壓正常的人群。在輕度原發(fā)性高血壓患者[收縮壓140~159 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)和(或)舒張壓90~99 mmHg]中也發(fā)現(xiàn)MMP-9水平的增加，提示在高血壓早期MMP-9就已經(jīng)參與血管重構(gòu)；而TIMP-1水平的下降也有助于提高M(jìn)MP-9的活性[18]。同樣的結(jié)果也見于隱匿性高血壓患者[19]。

Flamant等[20]發(fā)現(xiàn)，飲食血管緊張素Ⅱ的小鼠頸動脈的MMP-9活性增強(qiáng)，并在高血壓早期有緩解血壓升高、降解Ⅳ型膠原以及保持血管順應(yīng)性的作用。Li-Saw-Hee等[21]研究顯示，高血壓人群血清中MMP-9和TIMP-1的水平顯著低于正常血壓的人群，經(jīng)過2個(gè)月的抗高血壓治療(依那普利或氯沙坦)后，血清中MMP-9和TIMP-1水平并未隨著血壓的降低而明顯改變。Zervoudaki等[22]研究也發(fā)現(xiàn)，原發(fā)性高血壓患者的血液中激活的MMP-9比正常血壓人群低，服用氨氯地平抗高血壓治療6個(gè)月后MMP-9水平可恢復(fù)正常。

目前，對于高血壓時(shí)血液中MMP-9水平是增加還是降低還存在爭議，同時(shí)何種類型的抗高血壓藥物可逆轉(zhuǎn)MMP-9的變化也存在不確定性，這可能與血管重構(gòu)的方式有關(guān)。當(dāng)然，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和樣本選取也是不可忽視的因素之一。因此，大樣本的臨床實(shí)驗(yàn)有助于進(jìn)一步明確MMP-9與高血壓的關(guān)系。血液中MMP-9水平也有望成為預(yù)測心血管疾病特別是高血壓的潛在生物學(xué)指標(biāo)[23]。

3.2MMP-9與動脈重構(gòu)動脈重構(gòu)是高血壓顯著的病理特點(diǎn)。動脈粥樣硬化中，VSMCs在泡沫化過程中分泌大量的MMPs以降解ECM和基膜，促使VSMCs由中膜突破屏障遷移至內(nèi)膜；同時(shí)其分泌的多種細(xì)胞因子又可調(diào)節(jié)自身和其他細(xì)胞分泌MMPs，進(jìn)一步促進(jìn)VSMCs的大量遷移和增殖，細(xì)胞、ECM以及脂質(zhì)在內(nèi)膜的大量堆積導(dǎo)致血管內(nèi)膜增厚、管腔狹窄。位于粥樣斑塊肩部的MMPs活性和水平的增加促使斑塊破裂而栓塞血管[24]。高血壓患者血液中TIMP-1信使RNA水平明顯低于血壓正常的人群，而伴有頸動脈粥樣硬化的高血壓患者的血液中MMP-9信使RNA水平會顯著增高，提示MMP-9與TIMP-1的不平衡導(dǎo)致血管彈性的降低以及粥樣斑塊的形成[25]。高速血流導(dǎo)致的大鼠阻力血管管徑增大及管壁肥厚與一氧化氮合酶和MMP-9的相繼激活有關(guān)[26]。

高血壓早期，MMP-9的激活和血管擴(kuò)張性增加被認(rèn)為是適應(yīng)血壓變化的血管重構(gòu)表現(xiàn)[27]。Tayebjee等[28]研究顯示，高血壓患者血液中MMP-9和TIMP-1水平增加，而且抗高血壓治療后TIMP-1水平仍有增長，提示TIMP-1在高血壓恢復(fù)期的血管重構(gòu)中發(fā)揮重要作用。心血管系統(tǒng)的ECM中Ⅰ/Ⅲ型膠原蛋白的水平相對較高，兩者在增加血管硬性和減少彈性方面起重要作用。MMP-9的底物主要是Ⅳ/Ⅴ型膠原蛋白，因此MMP-9的增高會引起ECM中膠原蛋白的重構(gòu)，使Ⅰ/Ⅲ型膠原蛋白的凈含量顯著增加，并由此可能帶來血管重構(gòu)[25]。TIMP-1不僅是MMP-9的內(nèi)源性抑制劑，同時(shí)對主要降解Ⅰ型膠原蛋白的MMP-1也有抑制作用。因此,TIMP-1的增高反而會促進(jìn)Ⅰ型膠原蛋白的積聚，而后期TIMP-1的增高可能主要是阻斷MMP-9的合成，改善血管重構(gòu)[28]。ECM中的成分很多，MMPs之間以及MMPs與TIMPs間的關(guān)系也很復(fù)雜，而其與高血壓血管重構(gòu)的機(jī)制方面還需要更多的研究予以闡明。

3.3MMP-9與平滑肌細(xì)胞平滑肌細(xì)胞的改變是高血壓血管重構(gòu)過程中最為重要的環(huán)節(jié)。血管損傷引起的平滑肌細(xì)胞增殖和遷移與MMP-9關(guān)系密切[29]。MMP-9通過降解作用重構(gòu)ECM以及基膜成分，VSMCs隨之發(fā)生表型轉(zhuǎn)化，形成合成型的VSMCs，后者可合成新的整合素亞基，并在ECM中形成相應(yīng)的配體蛋白或使原有蛋白產(chǎn)生新的整合素連接位點(diǎn)[1]。通過黏著斑激酶形成ECM-整合素-細(xì)胞骨架的信號通路，使細(xì)胞構(gòu)型改變并脫離鈣黏素連接而利于遷移[1]。同時(shí)，MMP-9可釋放或活化大量的生長因子和細(xì)胞因子，激活黏著斑激酶、磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B等信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進(jìn)VSMCs增殖[1]。MMP-9誘導(dǎo)的ECM重構(gòu)主要通過影響平滑肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能而發(fā)揮動脈重構(gòu)的作用。闡明高血壓時(shí)VSMCs的形態(tài)、增殖、遷移以及凋亡機(jī)制對高血壓的靶向控制和治療意義重大。

4展望

MMP-9通過調(diào)控ECM中膠原成分的合成和降解，誘導(dǎo)VSMCs形態(tài)和功能發(fā)生改變，繼而啟動動脈重構(gòu)過程，最終影響血管疾病特別是高血壓的發(fā)生、發(fā)展。高血壓與MMP-9的廣泛聯(lián)系也促使MMP-9的調(diào)控有可能成為防控高血壓的新思路。當(dāng)然，要想進(jìn)一步了解MMP-9在高血壓動脈重構(gòu)中的作用，有些問題還需要進(jìn)一步闡明，如：①M(fèi)MPs家族成員眾多且關(guān)系復(fù)雜，各成員間是如何相互影響以及又是如何通過ECM重構(gòu)影響細(xì)胞變化的；②MMP-9在高血壓中的作用目前仍存在爭議，循環(huán)血液中MMP-9水平的變化能否代表局部病變；③由于外周動脈與腦動脈的組成存在差異，后者的平滑肌細(xì)胞顯著低于前者，而且基質(zhì)成分也有所不同，那么MMP-9對不同動脈的重構(gòu)效應(yīng)存在哪些區(qū)別；④以MMP-9為靶標(biāo)的抗高血壓思路的臨床效果又如何。相信隨著MMPs研究的不斷深入，高血壓動脈重構(gòu)的機(jī)制也會越來越明朗。

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Matrix Metalloproteinase 9 and Hypertensive Vascular Remodeling

ZHANGMing-jie,LIJing-cheng,ZHANGLi-li.

(DepartmentofNeurology,InstituteofSurgeryResearch,DapingHospital,theThirdMilitaryMedicalUniversity,Chongqing400042,China)

Abstract:As one of the most important members of matrix metalloproteinases(MMPs), matrix metalloproteinase 9 (MMP-9) is a zinc-dependent endopeptidase to degrade the components of the extracellular matrix (ECM).ECM remodeling is involved in many physiological and pathological processes via altering the structures and functions of cells.MMP-9 regulates the synthesis and degradation of collagen components of ECM and changes vascular smooth muscle cells(VSMCs) morphologically and functionally,which induces the vascular remodeling in hypertension.In addition,MMP-9 is also expected to be the potential biomarker in hypertension.

Key words：Matrix metalloproteinase 9; Hypertension; Vascular remodeling; Extracellular matrix; Vascular smooth muscle cells

收稿日期：2014-05-04修回日期：2014-08-18編輯：辛欣

基金項(xiàng)目：重慶市杰出青年科學(xué)基金(CSTC2012JJJQ10003)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.07.006

中圖分類號：Q249； R543.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)07-1166-03