腹主動(dòng)脈瘤發(fā)病的新禍?zhǔn)住苊阁w組織蛋白酶*

秦彥文，唐朝樞

腹主動(dòng)脈瘤(Abdominal aortic aneurysm，AAA)為腎下腹主動(dòng)脈直徑≥3 cm，主動(dòng)脈直徑＞正常直徑50%以上的一種主動(dòng)脈致死性疾?。?］。一旦發(fā)生其結(jié)果是進(jìn)行性增大并最終破裂，導(dǎo)致無法控制的大出血，這類瘤體破裂的患者病死率可達(dá)80%以上，故腹主動(dòng)脈瘤被稱為機(jī)體“定時(shí)炸彈”。臨床針對(duì)腹主動(dòng)脈瘤以外科開放性治療和血管內(nèi)介入治療為主，迄今為止臨床上尚無特異針對(duì)腹主動(dòng)脈瘤的治療藥物以阻止或逆轉(zhuǎn)其進(jìn)展，因此加強(qiáng)對(duì)腹主動(dòng)脈瘤發(fā)病機(jī)制研究，探尋腹主動(dòng)脈瘤發(fā)病的關(guān)鍵環(huán)節(jié)作為防治靶點(diǎn)至關(guān)重要。

1 腹主動(dòng)脈瘤——常見的高危血管疾病

隨著我國(guó)人口老齡化、飲食結(jié)構(gòu)改變及檢測(cè)手段的更新，腹主動(dòng)脈瘤在我國(guó)患病率呈明顯上升趨勢(shì)，中國(guó)尚缺乏有關(guān)腹主動(dòng)脈瘤的流行病學(xué)資料。在美國(guó)65歲以上人群腹主動(dòng)脈瘤的患病率為8%，每年大約行25 000例腹主動(dòng)脈瘤修復(fù)術(shù)(包括血管內(nèi)介入治療和開放性治療)，位居美國(guó)第13號(hào)疾病殺手［2］。

目前臨床治療腹主動(dòng)脈瘤以外科開放性治療和血管內(nèi)介入治療為主，主要針對(duì)的是直徑＞5.5 cm、或者短期內(nèi)增長(zhǎng)較快有破裂危險(xiǎn)的腹主動(dòng)脈瘤。然而腹主動(dòng)脈瘤篩查研究表明，超過90%的動(dòng)脈瘤為較小的動(dòng)脈瘤(＜5.5 cm)。因此，限制小腹主動(dòng)脈瘤直徑擴(kuò)張已成為治療策略的當(dāng)務(wù)之急［3］。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)報(bào)道強(qiáng)力霉素和羅紅霉素、他汀類藥物、噻唑啉二酮類藥、β受體阻滯劑和血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑等似可限制腹主動(dòng)脈瘤進(jìn)展，但尚有爭(zhēng)議［3］，需進(jìn)一步研究其作用機(jī)理和進(jìn)行長(zhǎng)期、大型的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)。

腹主動(dòng)脈瘤是多因素發(fā)病的復(fù)雜性疾病。多見于老年男性，男女之比為10∶3左右。老齡化可以通過主動(dòng)脈生理進(jìn)展性擴(kuò)張和動(dòng)脈硬化的原因來影響腹主動(dòng)脈瘤的發(fā)展。吸煙是腹主動(dòng)脈瘤主要風(fēng)險(xiǎn)因子，血漿尼古丁增加可誘發(fā)腹主動(dòng)脈瘤的發(fā)生。肺炎衣原體及巨細(xì)胞病毒感染都可能參與腹主動(dòng)脈瘤的發(fā)病過程。雖然腹主動(dòng)脈瘤和動(dòng)脈粥樣硬化共享部分共同的環(huán)境因素和基因背景，但是近年認(rèn)為腹主動(dòng)脈瘤是獨(dú)立于動(dòng)脈粥樣硬化之外的獨(dú)立疾病過程。高血壓通過促進(jìn)動(dòng)脈壁的硬化促進(jìn)腹主動(dòng)脈瘤的形成。證據(jù)表明腹主動(dòng)脈瘤發(fā)病具有明顯的遺傳易感性。

2 血管重塑是腹主動(dòng)脈瘤發(fā)病的病理學(xué)基礎(chǔ)

腹主動(dòng)脈瘤是腹主動(dòng)脈管壁局部損傷，繼而累及整個(gè)管壁的慢性退行性病變。腹主動(dòng)脈瘤的組織病理學(xué)改變主要為主動(dòng)脈全層慢性炎癥細(xì)胞侵潤(rùn)，瘤壁中膜變薄、外膜增厚;彈性蛋白由正常腹主動(dòng)脈的15% ～33%下降至5% ～8%，彈力蛋白與膠原比例失衡及主動(dòng)脈彈性下降，使血管壁擴(kuò)張;中膜血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)凋亡致數(shù)量減少、修復(fù)能力減弱;主動(dòng)脈外膜及其管周組織呈現(xiàn)明顯的炎癥反應(yīng)，同時(shí)伴有血管新生，最終導(dǎo)致腹主動(dòng)脈壁重塑，管腔進(jìn)行性擴(kuò)張，終使管壁可能發(fā)生破裂。

導(dǎo)致腹主動(dòng)脈瘤血管重塑發(fā)生機(jī)制尚未完全闡明。目前研究認(rèn)為腹主動(dòng)脈瘤的發(fā)病是炎癥反應(yīng)過程。任何破壞內(nèi)膜及外膜的因子均可啟動(dòng)炎癥和免疫反應(yīng)。參與腹主動(dòng)脈瘤發(fā)生的免疫和基質(zhì)細(xì)胞，包括巨噬細(xì)胞，中性粒細(xì)胞，肥大細(xì)胞，B、T淋巴細(xì)胞以及VSMC和成纖維細(xì)胞。在腹主動(dòng)脈瘤形成早期腹主動(dòng)脈壁侵潤(rùn)的炎性細(xì)胞釋放細(xì)胞因子、趨化因子和各種蛋白酶，引起VSMC凋亡，降解細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)蛋白如彈力蛋白和膠原蛋白，促進(jìn)血管細(xì)胞遷移和血管新生。

中膜VSMC凋亡是腹主動(dòng)脈瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。腹主動(dòng)脈瘤組織內(nèi)VSMC排列紊亂、凋亡指數(shù)明顯增加。VSMC發(fā)揮著雙重作用，它既可以通過分泌金屬蛋白酶組織抑制因子(Tissue inhibitor of metalloproteinases，TIMP)、彈性蛋白原和膠原蛋白原來促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的合成;同時(shí)又可以通過分泌細(xì)胞因子促進(jìn)炎癥細(xì)胞的招募，增加基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)的合成與分泌，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的降解。

目前普遍認(rèn)為MMPs激活降解彈力蛋白和膠原蛋白是腹主動(dòng)脈瘤血管重塑的直接因素。MMPs能降解細(xì)胞外基質(zhì)中主要成分彈性蛋白，其降解產(chǎn)物可趨化炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，進(jìn)而正反饋地增加MMPs的生成，加重彈性蛋白的降解，引起主動(dòng)脈壁張力和彈力變化，最終使動(dòng)脈逐漸擴(kuò)張可導(dǎo)致動(dòng)脈瘤的形成。MMP-2及MMP-9在腹主動(dòng)脈瘤形成中占主要地位。

盡管對(duì)腹主動(dòng)脈瘤發(fā)病機(jī)制進(jìn)行了大量研究，但是應(yīng)用抗炎和(或)MMPs抑制劑試圖減輕腹主動(dòng)脈瘤進(jìn)展的實(shí)驗(yàn)治療和臨床試驗(yàn)結(jié)果并不理想［4］。因而另一類組織基質(zhì)降解酶——組織蛋白酶(Cathepsins)在腹主動(dòng)脈瘤發(fā)病中的作用近年受到高度關(guān)注［5］。

3 組織蛋白酶——導(dǎo)致腹主動(dòng)脈瘤血管基質(zhì)重塑的關(guān)鍵因子

Cathepsins是在酸性環(huán)境中被活化的溶酶體蛋白酶，屬木瓜蛋白酶。人 Cathepsins分為 B、C、D、F、H、K、L、O、S、V、W 和 X 十二種亞型，大部分是半胱氨酸蛋白酶，其余是天冬氨酸或絲氨酸蛋白酶。Cathepsins都是由無活性的前體酶原水解而成，在溶酶體的酸性條件下自動(dòng)水解成為有活性的成熟的Cathepsins。腹主動(dòng)脈瘤危險(xiǎn)因素如吸煙、高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化等均可損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞，溶酶體膜通透性增加釋放大量活化的Cathepisns。Cathepsins的活性除可以通過改變環(huán)境pH值來調(diào)控，體內(nèi)還存在Cathepsins內(nèi)源性抑制劑如胱抑素C(Cystatin C)，可以通過可逆結(jié)合其靶蛋白而抑制Cathepsins活性。研究發(fā)現(xiàn)炎癥因子如腫瘤壞死因子α(TNF-α)和干擾素γ(IFNγ)等可以促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和VSMC分泌Cathepsins;尼古丁可以刺激嗜鉻細(xì)胞Cathepsin L的分泌;游離膽固醇通過活化巨噬細(xì)胞膜上的Toll樣受體和P38分裂原活化蛋白激酶促進(jìn)Cathepsin K的釋放;氧化低密度脂蛋白可以刺激人巨噬細(xì)胞Cathepisn S的表達(dá)和分泌;以血管緊張素Ⅱ(AngiotensinⅡ，AngⅡ)刺激培養(yǎng)的人巨噬細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)溶酶體膜通透性增加、溶酶體膜破裂，Cathepsin F大量表達(dá)、分泌和激活。

Cathepsins家族在心血管疾病中的作用近年來引起廣泛關(guān)注［6］，在腹主動(dòng)脈瘤的發(fā)病過程中Cathepisns的表達(dá)和活性顯著增加。采用免疫組化和免疫印跡方法發(fā)現(xiàn)正常血管基本不表達(dá)的Cathepsin L在腹主動(dòng)脈瘤病變組織呈強(qiáng)陽性表達(dá);腹主動(dòng)脈瘤病變Cathepsin L的信使核糖核酸(mRNA)表達(dá)比正常主動(dòng)脈顯著增加了22%;腹主動(dòng)脈瘤病變組織的Cathepsin H蛋白水平比動(dòng)脈閉塞患者主動(dòng)脈高出330%，免疫熒光探針結(jié)果發(fā)現(xiàn)Cathepsins B、H、L和S的活性比動(dòng)脈閉塞患者主動(dòng)脈分別增加了376%、191%、223%和近20%。研究發(fā)現(xiàn)與正常血管相比較，各種Cathepsins在腹主動(dòng)脈瘤病變中表達(dá)顯著增加，腹主動(dòng)脈瘤管腔的內(nèi)皮細(xì)胞主要表達(dá)Cathepsin D，也可以表達(dá)Cathepsin B、K、S，新生血管的內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和VSMC可以表達(dá)所有的Cathepsins。研究發(fā)現(xiàn)Cathepsin S在腹主動(dòng)脈瘤患者血清中表達(dá)顯著增加了近30%，并且與腹主動(dòng)脈瘤的大小呈顯著正相關(guān);另有報(bào)道發(fā)現(xiàn)腹主動(dòng)脈瘤患者血清和血漿的Cathepsin D表達(dá)和活性較健康對(duì)照組顯著增加。在多種腹主動(dòng)脈瘤的動(dòng)物模型上同樣觀察到Cathepsins過表達(dá)和激活。以AngⅡ灌注載脂蛋白(Apo)E－/－小鼠28天建立腹主動(dòng)脈瘤模型，免疫組化和免疫印跡的方法發(fā)現(xiàn)正常血管基本不表達(dá)Cathepsin S，而在腹主動(dòng)脈瘤病變組織中Cathepisn S呈強(qiáng)陽性表達(dá)，增加了90%以上，Cathepsin K、S、C的mRNA表達(dá)顯著高于正常血管組織最多達(dá)5倍;在彈力蛋白酶灌注小鼠14天建立的腹主動(dòng)脈瘤模型早期即有Cathepsin C的mRNA表達(dá)增加。

Cathepsins基因敲除及轉(zhuǎn)基因小鼠的研究結(jié)果證實(shí)Cathepsins在腹主動(dòng)脈瘤發(fā)病中起重要作用［5］。Qin等［7］以AngⅡ灌注ApoE和Cathepsin S基因雙敲除小鼠建立腹主動(dòng)脈瘤模型，發(fā)現(xiàn)Cathepsin S敲除后小鼠的腹主動(dòng)脈瘤發(fā)生率顯著降低，是ApoE－/－小鼠腹主動(dòng)脈瘤發(fā)病率的1/8，腹主動(dòng)脈直徑顯著減小了0.86 mm，減輕了47%。以彈力蛋白酶灌注Cathepsin K［8］或 Cathepsin L［9］敲除的小鼠，發(fā)現(xiàn)腹主動(dòng)脈瘤發(fā)生率俱降低，腹主動(dòng)脈瘤直徑顯著減小，同時(shí)顯著減少了巨噬細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞遷移、新生血管形成，降低了蛋白水解酶MMPs和其他Cathepsins的表達(dá)和活性，而彈力蛋白酶灌注Cathepsin C敲除小鼠發(fā)現(xiàn)根本不能形成腹主動(dòng)脈瘤。反之，以AngⅡ灌注Cystatin C和ApoE雙敲除小鼠發(fā)現(xiàn)腹主動(dòng)脈瘤病變面積和管腔直徑較ApoE單敲除小鼠分別增加55%和50%;以Cathepsin G的非特異性抑制劑——絲氨酸蛋白酶抑制劑A3干預(yù)氯化鈣灌注的腹主動(dòng)脈瘤小鼠模型，采用原位酶譜法結(jié)果發(fā)現(xiàn)主動(dòng)脈彈力蛋白酶活性降低，主動(dòng)脈穩(wěn)定性增強(qiáng)，腹主動(dòng)脈瘤血管病理損傷減輕。

Cathepsins參與腹主動(dòng)脈瘤病的作用機(jī)制尚未完全闡明，可能具有多種效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)Cathepsin S敲除后小鼠主動(dòng)脈壁的彈力蛋白完整性和膠原聚集被損害，給予Cathepsin S小分子抑制劑阻斷了80%的彈力蛋白降解活性，認(rèn)為有活性的Cathepsin S可以降解細(xì)胞外可溶性彈力蛋白。Shi等［7，9］研究發(fā)現(xiàn) Cathepsin S、L敲除后通過減少單核細(xì)胞趨化因子-1(MCP-1)含量和巨噬細(xì)胞遷移而減少巨噬細(xì)胞含量，減輕腹主動(dòng)脈瘤發(fā)病的炎性過程。以AngⅡ刺激Cathepsin S敲除小鼠的巨噬細(xì)胞［10］，發(fā)現(xiàn)Cathepsin S通過增加受損的線粒體、升高活性氧的水平和核轉(zhuǎn)錄因子(NF-kB)活性來調(diào)節(jié)組織炎性纖維化。以Cathepsin S選擇性抑制劑Compound A干預(yù)暴露于臭氧環(huán)境下的支氣管肺泡灌洗液中性粒細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)抑制Cathepsin S降低白細(xì)胞介素-6和腫瘤壞死因子α水平，減輕炎癥反應(yīng)。Qin等［7］以Cathepsin S的選擇性抑制劑Z-FL-COCHO干預(yù)AngⅡ誘發(fā)的VSMC凋亡，發(fā)現(xiàn)其通過下調(diào)Bax/Bcl-2比例以及減少半胱天冬酶-3的表達(dá)來抑制凋亡。Cathepsin G可以通過增強(qiáng)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF-β)信號(hào)通路、上調(diào)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)和細(xì)胞趨化蛋白(MCP-1)的表達(dá)促進(jìn)腫瘤的血管新生。Cathepsin G通過促進(jìn)基質(zhì)金屬蛋白酶酶原轉(zhuǎn)化為活性的基質(zhì)金屬蛋白酶而增加MMPs的表達(dá)。綜上所述，不同亞型的Cathepsins可能分別通過影響彈力蛋白酶降解、細(xì)胞炎癥反應(yīng)、VSMC凋亡、血管新生和誘導(dǎo)其它蛋白酶的表達(dá)或活性等多環(huán)節(jié)參與腹主動(dòng)脈瘤發(fā)病。

研究表明腹主動(dòng)脈瘤患者的血清Cathepsin S水平顯著升高并與腹主動(dòng)脈瘤大小正相關(guān)［11］，但是其是否可以作為腹主動(dòng)脈瘤的診斷標(biāo)志物還需要大規(guī)模臨床研究證實(shí)。研究證明Cathepsins直接參與腹主動(dòng)脈瘤的發(fā)病，但是參與腹主動(dòng)脈瘤的Cathepsins各成員之間的相互關(guān)系、Cathepsins與影響腹主動(dòng)脈瘤形成的眾多因素間的相互作用以及Cathepsins對(duì)腹主動(dòng)脈瘤不同發(fā)展階段的作用等尚不完全清楚，尚需進(jìn)一步研究。雖然Cathepsins抑制劑對(duì)腹主動(dòng)脈瘤的治療目前還僅限于臨床前研究［5］，以溶酶體Cathepsins作為干預(yù)腹主動(dòng)脈瘤發(fā)生發(fā)展的新策略可能具有深遠(yuǎn)的臨床意義，值得臨床工作者高度關(guān)注。

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