組織蛋白酶S在動脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定中的研究進展

趙理英　劉亞民　王毓婧　吳　翔

1)西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)部　西安　710061　2)西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院腦血管病區(qū)　西安　710061

?

組織蛋白酶S在動脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定中的研究進展

趙理英1)劉亞民2)△王毓婧2)吳翔1)

1)西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)部西安7100612)西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院腦血管病區(qū)西安710061

【摘要】動脈粥樣硬化AS(atherosclerosis，AS)斑塊是指脂質(zhì)沉積于動脈壁形成局部斑塊的過程，其形成受諸多因素的影響，是多重因素共同導(dǎo)致的結(jié)果。多項基礎(chǔ)及臨床報道顯示([1-2])，組織蛋白酶參與了AS的進程，對AS斑塊穩(wěn)定性發(fā)揮突出作用。近期研究發(fā)現(xiàn)，組織蛋白酶S(cathepsinS，Cat S)與頸動脈及主AS斑塊的穩(wěn)定性有密切關(guān)系。在此筆者就Cat S與AS的關(guān)系及作用機制予以綜述如下。

【關(guān)鍵詞】組織蛋白酶S；動脈粥樣硬化；斑塊穩(wěn)定；作用機制

組織蛋白酶(cathepsin，Cat)是屬于肽酶CA系木瓜蛋白酶家族的一種半胱氨酸蛋白酶，是溶酶體內(nèi)的蛋白水解酶。人體中組織蛋白酶主要包含12種亞型，分別為Cat B、Cat C、Cat D、Cat F、Cat H、Cat K、Cat O、Cat L、Cat S、Cat V、Cat W和Cat X。Izbela等[3]研究表明，Cat在人體內(nèi)的主要功能為降解細胞內(nèi)或吞噬而來的機體不需要的蛋白質(zhì)，Cat S是用于AS形成過程中對細胞外基質(zhì)的降解發(fā)揮重要作用的蛋白酶之一，可促使單核細胞通過動脈內(nèi)膜層的細胞外基質(zhì)成分，遷移至動脈內(nèi)膜下，并促進其動脈中膜平滑肌細胞向動脈內(nèi)膜下遷移，導(dǎo)致內(nèi)膜、中膜厚度增加，形成纖維斑塊，并最終導(dǎo)致動脈粥樣斑塊的開成。同時Cat S可降解動脈壁的彈性蛋白層，利于中膜平滑肌細胞的遷移，通過降解膠原和纖維帽而增加AS斑塊的不穩(wěn)定性[4]，因而，Cat S是動脈樣硬化形成過程中的主要影響因素之一。

1組織蛋白酶S(Cat S)的概述

1.1Cat S的發(fā)現(xiàn)與來源Cat S是人類在研究AS發(fā)生、發(fā)展進程中最早被發(fā)現(xiàn)的組織蛋白酶，是半胱氨酸蛋白酶家庭的主要成員之一。其是由Kirschkes于1975年從牛淋巴組織及脾臟中分離純化出來的組織蛋白酶S。隨著研究的不斷進步，1992年，人類Cat S被發(fā)現(xiàn)，因Cat S cDNA堿基序列與牛Cathepsin S相似度極高，故將其命名為Cat S。

1.2Cat S的生物學(xué)特性Cat S主要分布在人體淋巴組織如脾、淋巴結(jié)等組織中，在中性、弱堿性的環(huán)境中具有很高的穩(wěn)定性，故致使Cat S在人體組織中的分布受到了制約。研究顯示[5]，其具有降解細胞內(nèi)外正常蛋白質(zhì)的作用，因而該蛋白酶在體內(nèi)免疫炎癥、抗原提呈、血管生成、細胞增殖、細胞外基質(zhì)重塑、創(chuàng)傷修復(fù)等多種生理、病理進程中具有重要調(diào)節(jié)效用。此外，Kim等[6]研究顯示，Cat S還可作為轉(zhuǎn)錄活化因子對某些基因的表達過程發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，從而間接對組織、細胞的病理和生理過程起調(diào)節(jié)作用。

2Cat S與AS斑塊穩(wěn)定的關(guān)系及作用機制

2.1Cat S與AS的發(fā)生及作用機制免疫介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)是導(dǎo)致AS發(fā)生的主要機制，Cat S在人體正常動脈中含量很少或不含有，但動脈發(fā)生粥樣硬化病變后，其巨噬細胞內(nèi)含有大量的免疫活性的Cat S。且譚慶玲[7]在研究組織蛋白酶S與糖尿病病人頸動脈內(nèi)膜中膜厚度關(guān)系中發(fā)現(xiàn)，在人類AS動脈血管中層的平滑肌細胞及管腔的內(nèi)皮細胞內(nèi)也發(fā)現(xiàn)有免疫活性Cat S表達。而此外，在再狹窄相關(guān)的病理性重塑中也發(fā)現(xiàn)有Cat S的高表達。這表明Cat S可能參與了機體免疫炎癥反應(yīng)過程中的抗原的加工與呈遞，在AS發(fā)生的過程中發(fā)揮突出作用。

目前基礎(chǔ)研究及臨床研究均已證實AS的發(fā)病機制主要與炎性反應(yīng)相關(guān)，其中，細胞的遷移是炎癥反應(yīng)的主要特點，在血管炎癥反應(yīng)與粥樣硬化形成的過程中都可見有明顯的細胞遷移，而單核細胞遷移到動脈壁是導(dǎo)致泡沫細胞發(fā)生粥樣硬化的早期表現(xiàn)。Stern等[8]研究證明，Cat S具有誘導(dǎo)血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle)的遷移和增殖的能力。除此之外，有研究在人粥樣硬化的動脈組織中檢測出了Cat S mRNA及蛋白的表達，而且Cat S只表達在受損部位，正常的動脈組織中無表達或表達很少?；A(chǔ)研究顯示[9]，任意時間點對Cat S敲除的鼠進行檢測都沒有任何病變發(fā)生，檢測Cat S和低密度脂蛋白受體(LDLR)雙敲除的鼠與LDLR敲除的鼠相比，AS減少；但是Cat S缺陷對血清脂質(zhì)水平及內(nèi)皮細胞表達其他組織蛋白酶或基質(zhì)金屬蛋白酶均不產(chǎn)生影響。上述試驗報道表明，組織蛋白酶S可能在動脈粥樣硬化形成及發(fā)展過程中發(fā)揮一定的作用。

2.2Cat S與AS斑塊穩(wěn)定性的關(guān)系及作用機制依據(jù)AS斑塊生理學(xué)特征可以將其分為穩(wěn)定性斑塊和不穩(wěn)定性斑塊。在纖維帽形成的初期，富有大量的血管平滑肌細胞，使膠原成分增多，纖維帽增厚，這種情況被稱為穩(wěn)定性斑塊；相反，隨著病灶的發(fā)展，血管平滑肌細胞減少，膠原成分下降，纖維帽變薄弱，這種情況被稱為不穩(wěn)定性斑塊。

Cat S能夠阻斷高密度脂蛋白3(HDL3)誘導(dǎo)的膽固醇流出，其更傾向于促進AS病變中泡沫細胞的形成與維持。大量報道顯示[10-11]，是斑塊生物學(xué)特點而不是管腔狹窄的程度決定冠狀動脈閉塞的危險?；A(chǔ)研究顯示，Cat S缺陷能夠使斑塊組成發(fā)生改變，從而有利于促進斑塊穩(wěn)定。Cat S和載脂蛋白(ApoE)敲除的鼠相比，急性斑塊破裂降低，斑塊體積縮小、穩(wěn)定性增強，組成成分發(fā)生改變；同時免疫組化研究表明，Cat S在斑塊肩部區(qū)域的巨噬細胞中表達尤為突出。DE Nooijer等[12]研究顯示，白細胞Cat S缺陷顯著地改變了斑塊的形態(tài)學(xué)，致使壞死脂核面積下降幅度達77%，同時也導(dǎo)致大泡沫細胞大量形成。明確了白細胞Cat S在AS斑塊組成中的重要作用。檢測不穩(wěn)定型心絞痛患者血漿中Cat S表達情況的研究結(jié)果顯示，在不穩(wěn)定型心絞痛患者血漿中Cat S表達明顯增加。Li等[13]報道顯示，在人動脈粥樣硬化病變中組織蛋白酶S的蛋白及基因表達水平均升高，而非AS病變則未見組織蛋白酶S的表達。另有報道顯示，在人AS斑塊中Cat S呈高表達，而在正常血管中Cat S表達很少或幾乎不表達；Lutegens等進一步證實，Cat S存在于多種細胞如巨噬細胞、平滑肌細胞和內(nèi)皮細胞中；其mRNA和蛋白表達水平在進展的動脈粥樣性斑塊中表達最高，而在含有血栓的動脈粥樣斑塊中表達位于第二位，早期AS患者組織中Cat S表達雖呈低水平，但與正常血管相比，仍較高(P<0.05)。吳建芳等[14]報道顯示，組織蛋白酶K、S在動脈硬化不穩(wěn)定斑塊中的表達水平高于穩(wěn)定斑塊(P<0.05)。綜合上述研究可得出結(jié)論：在AS斑塊的不穩(wěn)定區(qū)域中，Cat S的表達顯著升高，這可能是Cat S增加AS斑塊不穩(wěn)定性的一個因素或途徑。

3結(jié)論

在實驗動物和人類的AS進程中，Cat S能在體內(nèi)巨噬細胞中特異性的表達以及體外誘導(dǎo)單核細胞和內(nèi)皮細胞的趨化，表明Cat S可能在AS過程中發(fā)揮著非常重要的作用。Cat S通過參與基質(zhì)降解，從而加速巨噬細胞浸潤[15]。因而，Cat S參與AS形成的整個過程，這可能與兩方面作用相關(guān)，一是中膜平滑肌細胞釋放Cat S，通過彈性膜，聚集于新生內(nèi)膜內(nèi)，產(chǎn)生膠原，使纖維帽增厚；二是纖維帽平滑肌細胞也促進了Cat S的生成，加速溶膠原解，促進纖維帽降解，使纖維帽變薄，從而致使斑塊破裂的發(fā)生，進一步增加AS斑塊的不穩(wěn)定性。Cat S表達的改變是啟動或促進頸AS病變組織內(nèi)炎性反應(yīng)的一個重要環(huán)節(jié)，可能是導(dǎo)致頸AS病變發(fā)生、發(fā)展的一個重要因素。因而，深入揭示Cat S在頸AS病變發(fā)生、發(fā)展過程中的病理生理學(xué)意義，探討其對臨床診療價值，是今后開展針對Cat S與AS斑塊穩(wěn)定關(guān)系以及作用機制的研究的重要內(nèi)容。

4參考文獻

[1]周娜，楊景，周碧蓉.組織蛋白酶在AS中作用的研究進展[J].國際心血管病雜志，2012，39(5)：263-265.

[2]Samokhin AO，Lythgo PA，Gauthier JY， et al.Pharmacological Inhibition of Cathepsin S Decreases Atherosclerotic Lesions in Apoe-/-Mice[J].J Cardiovasc Pharmacol，2010，56(1)：12-28.

[3]Berdowska I. Cysteine proteases as disease markers [J] . Clinic Chim Acta，2004，342 (1/2)： 41-69.

[4]Mirzaii-Dizgah I，Riahi E.Serum and saliva levels of cathepsin L inpatients with acute coronary syndrome[J].J Contemp Dent Pract，2011，58(6)：972-975.

[5]周芳，朱光旭，潘興華，等.組織蛋白酶S與疾病相關(guān)性研究進展[J].國際檢驗醫(yī)學(xué)雜志，2014，35(21)：2 914-2 916.

[6]Kim H， Mazumdar B，Bose SK， et al. Hepatitis C virus-mediatedinhibition of cathepsin S increases invariant-chain expression onhepatocyte surface [J]. J Virol， 2012，86 (18)： 9 919-9 928.

[7]譚慶玲.組織蛋白酶S與糖尿病患者頸動脈內(nèi)膜中膜厚度的關(guān)系[J].中國動脈硬化雜志，2010，18(7)：574-576.

[8]Stern I， Marc J， Kranjec I， et al. Increased plasma levels of CATSmRNA but not CATB mRNA in patients with coronary atherosclerosis[J]. Clin Biochem， 2010，43(18)：1 427-1 430.

[9]Samokhin AO， Lythgo PA， Gauthier JY， et al.Pharmacolo-gical inhibition of cathepsin S decreases atherosclerotic lesions in Apoe-/-mice[J].J Cardiovasc Pharmacol，2010，56(1)：98-105.

[10]趙瑩，陳瑤.AS斑塊不穩(wěn)定性相關(guān)分子機制探討[J].醫(yī)學(xué)綜述，2010，16(2)：189-191.

[11]Mattock KL，Gough PJ，Humphries J，et al.Legumain and cathepsin-L expression in human unstable carotid plaque[J].Atherosclerosis，2010，208(1)：83-89.

[12]DE Nooijer R，Bot I，von der Thusen JH，et al.Leukocyte cathepsin S is a potent regulator of both cell and matrix turnover in advanced atherosclerosis[J].Arterioscler Thromb Vasc Bilo，2009，29(2)：188-194.

[13]Li Z， Yasuda Y， Li W， et al.Regulation of collagenase activities of humancathepsins by glycosaminoglycans[J].J Biol Chem， 2004，279 (7)： 470-479.

[14]吳建芳，金沂，李國元. 組織蛋白酶K、S與AS及其斑塊不穩(wěn)定性的關(guān)系[J].臨床心血管病雜志，2008，24(11)：867-869.

[15]Qin Y， Cao X， Zhang Y， et al. Deficiency of cathepsin S attenuatesangiotensin II-induced abdominal aortic aneurysm formation inapolipoprotein E-deficient mice [J]. Cardiovasc Res，2012，96 (3)：401-410.

(收稿2015-05-12)

【中圖分類號】R743

【文獻標(biāo)識碼】A

【文章編號】1673-5110(2016)06-0125-02

通訊作者：△劉亞民，男，1956年11月，博士，主任醫(yī)師，E-mail:doctor_lym@163.com