基質(zhì)金屬蛋白酶-2與2型糖尿病大血管病變的研究進展

王海嬌,李麗疆,宋漢君,呂少春

(1.佳木斯大學附屬第一醫(yī)院,黑龍江 佳木斯 154003;佳木斯大學基礎醫(yī)學院,黑龍江 佳木斯 154007)

糖尿病大血管病變的病變基礎均為動脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)。導致 AS形成和發(fā)展的因素很多,多項研究指出,MMPs在其中發(fā)揮重要的作用。本文就近年來國內(nèi)外的相關研究展開綜述。

1 MMP-2概述

1.1 MMPs

MMPs家族是一類活性依賴于鋅離子和鈣離子的蛋白水解酶家族,主要的生理作用是降解 ECM。MMPs主要由巨噬細胞、平滑肌細胞(SMCs)、中性粒細胞等產(chǎn)生。在生理狀態(tài)下參與胚胎、新生血管的形成及傷口的愈合;在病理狀態(tài)下參與組織重構、惡性腫瘤轉(zhuǎn)移、AS等病理進程[1]。MMPs可有效降解血管基質(zhì)膠原,一方面可使血管的致密性減少,向外擴張阻力減少;另一方面為 SMCs遷移清掃道路;同時MMPs還可能參與 SM Cs基因型轉(zhuǎn)換及降解血管彈性蛋白酶作用。因此,MMPs在血管重構過程中發(fā)揮核心作用。

MMPs活性的調(diào)節(jié)主要通過轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控、酶原激活的調(diào)控及激活后內(nèi)源性抑制劑對其活性的調(diào)控。現(xiàn)己發(fā)現(xiàn)的MMPs的天然抑制劑有兩大類:一類是 MMPs組織抑制物(TIM Ps),在生理狀態(tài)下,MMPs與 TIMPs之間保持著動態(tài)平衡,協(xié)調(diào) ECM降解與重建,維持組織結(jié)構的完整和內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定;另一類是 MMPs的血漿抑制劑 α-2巨球蛋白。

1.2 MMP-2的作用

MMP-2又稱明膠酶 A,主要參與分解Ⅳ型、Ⅴ型和Ⅵ膠原蛋白及纖連蛋白和彈性蛋白。M MP-2通過作用于血管SMCs有效降解血管基質(zhì)膠原參與血管重構,對于新生血管的形成是必不可少的。MMP-2還可調(diào)節(jié)和釋放血管活性因子,介導血管新生,在 AS發(fā)生、發(fā)展及斑塊的不穩(wěn)定性中發(fā)揮重要作用。動脈粥樣斑塊破裂時,MMP-2并不最先參與,當膠原已經(jīng)被分解為一些片段以后,M MP-2再進一步地降解這些片段。盡管有許多種 M MPs都參與不穩(wěn)定性斑塊的破裂 ,但是 MMP-2以其分布及降解底物的廣泛性,一直都是學者們研究的熱點。

2 MMP-2與糖尿病大血管病變

正常情況下,動脈壁上 ECM的合成與分解處于相對平衡,成分也相對穩(wěn)定,各種細胞并不產(chǎn)生活性的 M MPs。當內(nèi)皮細胞受損后,氧化和炎癥損傷反應可使受損部位的內(nèi)皮細胞及其粘附的血小板、淋巴細胞等合成并釋放多種細胞因子,進而作用于血管 SM Cs、單核 /巨噬細胞,誘導 MMP-2、MMP-3等的表達,參與多種細胞反應。MMPs的產(chǎn)生增加,使 ECM合成與分解間的相對平衡被打破,導致并加速 AS形成。

研究發(fā)現(xiàn),從 AS患者的粥樣斑塊中可以檢測到活性MMPs,并發(fā)現(xiàn)病變部位的 MMPs表達增強、基質(zhì)降解活性明顯增高。粥樣硬化斑塊內(nèi)聚集的大量巨噬細胞在 ox-LDL的刺激下,過度分泌 MMPs,降解纖維帽內(nèi)的膠原,導致纖維帽變薄、破損,是斑塊破裂的重要機制 ,這在 AS的發(fā)生、發(fā)展中起關鍵作用。

就 T2DM患者而言,單純高血糖狀態(tài)即可誘導血管內(nèi)皮細胞合成 MMP-2,Ho FM等[2]以 33mmol/L濃度的高糖培養(yǎng)人臍靜脈內(nèi)皮細胞,通過 Western印跡發(fā)現(xiàn) MMP-2酶原蛋白表達增加,明膠酶譜法測定 MMP-2的活性形式增加,同時發(fā)現(xiàn) TIM P-2的蛋白表達下降。高表達的 MMP-2過度降解 ECM,使 SMCs由中膜遷移至內(nèi)膜,并使 SM Cs從收縮型向合成型轉(zhuǎn)換。大量 SM Cs失去了收縮功能,不僅吞噬脂質(zhì)成為泡沫細胞,在泡沫化過程中還分泌大量 MMP-2、M MP-9降解 ECM,同時其分泌的多種細胞因子通過調(diào)節(jié)自身和其他細胞也促進 MMP-2的分泌,它們相互影響,進一步促進 SMCs的遷移,致血管內(nèi)膜增厚,管腔丟失。促進AS的發(fā)生。

楊曉等[3]人研究發(fā)現(xiàn),MMP-2濃度升高后,大鼠頸總動脈出現(xiàn)血管 SM Cs增生,此時處于動脈硬化的早期階段,如果 M MP-2濃度進一步升高,則可能會出現(xiàn)較嚴重的動脈硬化,因此認為及早對 M MPs進行干預對延緩 AS意義重大。

眾多研究表明 MMPs在 T2DM高血糖狀態(tài)下表達增加,但也有文獻報道,T2DM狀態(tài)下 MMP-2表達下降。由于體內(nèi) MMPs的調(diào)節(jié)受多因素、多層次的影響,高血糖的代謝環(huán)境,使其表達更具復雜性,因此,MMPs的變化并不一致,影響其激活因素及其具體作用機制還需進一步研究。

3 MMP-2與抵抗素

抵抗素可引起血管 SMCs的增殖及遷移,這在 AS的形成和發(fā)展中起著關鍵性作用。研究人員利用不同濃度的抵抗素孵育人血管 SMCs,通過細胞刮擦傷試驗發(fā)現(xiàn)抵抗素在SMCs遷移中起到趨化因子的作用[13]。SMCs從中膜遷移至內(nèi)膜,需要穿過以Ⅳ型膠原蛋白為主的內(nèi)皮基底膜,作為Ⅳ型膠原蛋白的主要分解酶,MMP-2在此過程中發(fā)揮重要作用。由此推測抵抗素對 SMCs的作用及進一步導致血管壁的損傷與激活 M MP-2有關。

MMPs通過促進內(nèi)皮細胞遷移、毛細血管基底膜破裂和細胞外周纖維蛋白溶解發(fā)揮血管生成作用;ERK1/2激酶抑制劑可減少內(nèi)皮細胞微血管發(fā)生,絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen Activated Protein Kinase,p38 M APK)抑制劑能阻止肌動蛋白重組和細胞遷移。ERK1/2、p38 M APK信號通路在血管發(fā)生中發(fā)揮重要作用。最新研究發(fā)現(xiàn),人抵抗素分子通過上調(diào)內(nèi)皮細胞血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、VEGF受體和 MMPs的表 達 ,下調(diào) TIM P-1和 TIM P-2的 表達[4,5],激活 ERK1/2和 p38途徑的磷酸化作用,促進內(nèi)皮細胞增殖、遷移并刺激毛細血管形成。

抵抗素還可通過激活核轉(zhuǎn)錄因子 NF-κ B誘發(fā)單核-巨噬細胞和內(nèi)皮細胞的炎癥反應,而對氧化應激敏感的 NF-κB等多種細胞因子的激活可以啟動 MMPs的基因轉(zhuǎn)錄。N F-κ B的活化后可與 MMP-2啟動子上的κB序列結(jié)合,使其 M MP-2表達上調(diào)。抵抗素是否通過激活 NF-κB途徑直接或間接影響 MMP-2的表達仍有待研究。

T2DM患者暴露于高糖環(huán)境下,機體氧化應激反應加劇,一些細胞適應能力受損,炎性因子釋放,多種因素綜合作用誘導 MMPs的高表達。T2DM的一系列代謝異常引起的各種病理生理狀態(tài)均提示抵抗素與 MMP-2密切相關。

AS是 T2DM大血管病變的基礎病變,有研究者認為AS主要風險度和 ECM生物指標濃度密切相關,臨床已把ECM作為 AS的靶向治療[6]。隨著對 MMPs與 T2DM及其與 T2DM大血管病變關系的研究,抑制 MMPs的生成 ,改善ECM,重建其相對平衡已成為 T2DM大血管病變防治研究的方向之一。動物實驗已證實,人工合成的 MMPs抑制劑能夠減少內(nèi)膜增生和血管內(nèi)縮性重構,因此外源性 MMPs抑制藥物也許可作為未來 AS病變潛在的治療措施。

Haffner等[7]對 T2DM患者予以26周隨機、雙盲、安慰劑及羅格列酮治療對照研究后,發(fā)現(xiàn)羅格列酮可明顯降低血MMP-9。因此認為,應用 PPAR γ激動劑可改善 T2DM的代謝紊亂,抑制 MMPs活性。同樣,也有研究證明,予 PPAR γ激動劑噻唑烷二酮類藥物可以減少抵抗素的表達和分泌。抵抗素與 MMPs的關系及其相互影響機制還需進一步研究。

4 小結(jié)

T2DM大血管病變的發(fā)生涉及炎性反應、IR、高糖毒性、高脂毒性、氧化應激等諸多機制,眾多因素錯綜復雜,其中抵抗素、MMP-2無疑在其中發(fā)揮重要作用。對它們在人體的實驗研究尚需進一步深入。T2DM大血管病變發(fā)生機制復雜,嚴格的血糖控制明顯減少了微血管病變,對大血管病變卻只起到了邊緣性的影響。因此,對 T2DM大血管病變實施早期干預,減少遠期并發(fā)癥意義深遠。在此后的研究中 ,針對抵抗素、MMP-2的抑制劑將成為新的治療靶點,也將為T2DM大血管病變的研究及防治提供新的方向。

[1]Dumont O,Loufrani L,Henrion D.Key role of the NO pathway and matrix metalloprotease- 9 in high blood flow induced remodeling of rat resistance arteries[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2007,27:317-324

[2]Ho FM,liu SH,Lin WW,et al.Opposite effects of high glucose on MMP- 2and T IM P- 2in human endothelial cells[J].J Cell Biochem,2007,101(2):422-450

[3]楊曉.高同型半胱氨酸血癥大鼠 MMP-2及 MMP-3的表達[D].山西:山西醫(yī)科大學第一臨床學院,2010

[4]Mu H,Ohashi R,Yan S,et al.Adipokine resistin promotes invitro angiogenesis of human endothelial cells[J].Cardiovasc Res,2006,70(1):146-157

[5]Di Simone N,Di Nicuolo F,Sanguinetti M,et al.Resistin regulates human choriocarcinoma cell invasiv e behaviorand endothelial cell angiogenic processes[J].J Endocrinal,2006,189(3):691-699

[6]OIszynskik, Zimoskam. Structureand function of matrix metalloproteinases[J].Postepy Biochem,2009,55(1):76-84

[7]HaffnerSM,Greenberg AS,Weston WM,et al.Effectof rosiglitazone treatment on nontraditional markers of cardiovascular disease in patients with type2 Diabetes mellitus[J].Circulation,2002,106:679-684