細胞外基質(zhì)金屬蛋白酶誘導(dǎo)因子在動脈粥樣硬化核因子κB信號通路交叉調(diào)控中的研究進展

王志明，趙嫦清，楊麗霞

作者單位：昆明醫(yī)科大學(xué)附屬成都軍區(qū)昆明總醫(yī)院心內(nèi)科，云南 昆明650032

目前AS確切的發(fā)病機制尚不明確，普遍認(rèn)為是復(fù)雜病因的慢性炎癥性疾?。?］。研究發(fā)現(xiàn)細胞外基質(zhì)金屬蛋白酶（Mtrix metalloproteinases，MMPs）1、2、3、7、8、9、12、13、14、15等與AS形成密切相關(guān)，特別是在急性冠狀動脈綜合征（Acute coronary syndrome，ACS）的發(fā)生過程中，且MMP-9已經(jīng)被國外臨床用于易損斑塊的檢測［2，3］。由于AS相關(guān)的MMPs家族成員眾多，因此如何更好地抑制MMPs表達及活性，可能是穩(wěn)定動脈粥樣斑塊的新策略；而EMMPRIN作為一種能夠誘導(dǎo)多種MMPs從頭合成的細胞膜蛋白，有望成為穩(wěn)定易損斑塊研究的突破口。EMMPRIN（又叫CD147）業(yè)已被證實可通過多種信號通路介導(dǎo)，參與AS的形成、冠心病的進展以及心肌梗死的發(fā)病過程。高度糖基化EMMPRIN（HG-EMMPRIN）可誘導(dǎo)MMPs生成，進而降解斑塊纖維帽的細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM），從而使得斑塊活化、破裂、血栓形成，發(fā)展為 ACS［4，5］。既往關(guān)于EMMPRIN及其信號通路研究眾多，而關(guān)于EMMPRIN圍繞核因子κB（NF-κB）上下游交叉調(diào)控報道較少，且最新研究還揭示了EMMPRIN—NF-κB—EMMPRIN反饋環(huán)路這一新發(fā)現(xiàn)。

1 EMMPRIN簡介

EMMPRIN，1982年Biswas首次在成纖維細胞-腫瘤細胞共培養(yǎng)試驗中，將CD147（分化群147）描述作為成纖維細胞基質(zhì)金屬蛋白酶MMP-1生成的刺激因子。人EMMPRIN編碼區(qū)由269個氨基酸組成，從N端-C端依次為1個信號肽（21個氨基酸）、2個胞外結(jié)構(gòu)域（185個氨基酸）、1個跨膜結(jié)構(gòu)域（24個氨基酸）和1個胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域（39個氨基酸）。其中胞外結(jié)構(gòu)域與糖基化相關(guān)，含有3個天冬酰胺（Asn）N-糖基化位點，分別位于近N端EC1結(jié)構(gòu)域的Asn44和近C端EC2胞外結(jié)構(gòu)域的Asn152、Asn186。位于IgC2型（EC1）結(jié)構(gòu)域的HG-EMMPRIN可誘導(dǎo)MMPs生成進而參與AS的形成。而EMMPRIN跨膜結(jié)構(gòu)域所包含的典型亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)，與介導(dǎo)和構(gòu)成信號通路的多肽鏈、膜轉(zhuǎn)運蛋白密切相關(guān)［6］，參與信號通路的形成與交叉調(diào)控。而以往研究顯示胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域則相對非常保守。見圖1。

2 EMMPRIN/MAPK（ERK/p38MAPK/JNK）/NF-κB信號通路間的交叉調(diào)控

細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）是促分裂素原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）重要的亞族信號通路之一，也是NF-κB的上游信號通路之一。研究顯示EMMPRIN可以與其特異性配體親環(huán)蛋白A（Cyclophilin A，CyPA）相結(jié)合，在巨噬細胞中通過ERK/NF-κB信號通路介導(dǎo)調(diào)節(jié)MMP-9分泌；并可被ERK抑制劑（U0126和PD98059）以劑量依賴性方式所阻斷［7］。為進一步證明ERK是否通過NF-κB的抑制蛋白（inhibitor of NF-κB，IκB）磷酸化降解，來激活下游NF-κB信號通路；Kim等［7］利用ERK抑制劑抑制ERK同時，復(fù)測下游IκB磷酸化水平和NF-κB核移位，反復(fù)多次試驗均未能得到ERK—IκB—NF-κB三者之間相對應(yīng)的線性關(guān)系。這或許可以說明ERK還有可能通過其他途徑，譬如增強p65磷酸化來激活NF-κB信號通路［8］。Ge等［9］實驗也證明了HG-EMMPRIN具有出促炎作用，可以通過ERK1/2—NF-κB信號通路介導(dǎo)從而增強MMP-9的表達。而Heidinger等［10］通過抑制劑來阻斷MAPK的另外兩個亞族信號通路p38MAPK和JNK（c-Jun N-末端激酶），卻出現(xiàn)了ERK的基礎(chǔ)磷酸化水平升高，增強了ERK介導(dǎo)的細胞信號傳導(dǎo)和細胞應(yīng)答。研究還發(fā)現(xiàn)，氧化型低密度脂蛋白（ox-LDL）通過提高p38MAPK和NF-κB蛋白活性，增加EMMPRIN和MMP-9的表達，誘導(dǎo)AS的發(fā)生。而姜黃素通過抑制p38 MAPK和NF-κB信號通路，使得ox-LDL誘導(dǎo)的巨噬細胞中MMP-9和EMMPRIN的表達顯著下降［11］，這或許就是姜黃素抗AS作用的分子機制。也有報道稱NF-κB是ox-LDL誘導(dǎo)EMMPRIN、MMP-9活化最重要因素［12］。急性冠狀動脈綜合征（ACS）病人合并消化道大出血導(dǎo)致ACS再發(fā)和死亡風(fēng)險均較未出血者明顯升高，除了抗凝抗栓藥物停用所致的血小板聚集風(fēng)險增加，缺鐵本身也是一個新的疊加的促炎因素。Fan等［13］研究發(fā)現(xiàn)鐵缺誘導(dǎo)THP-1巨噬細胞和泡沫細胞中EMMPRIN、MMP-9的表達水平增加，通過序慣使用p38 MAPK、NF-κB的抑制劑依次抑制p38 MAPK、NF-κB信號通路，證實EMMPRIN、MMP-9表達增加需要p38 MAPK、NF-κB的連續(xù)上游活化。表明p38 MAPK為NF-κB的上游信 號 ，即 缺 鐵 可 通 過 p38 MAPK—NF-κB—EMMPRIN/MMP-9這條信號通路，誘導(dǎo)斑塊活化、破裂、血栓形成，進而再次發(fā)展為ACS。

3 EMMPRIN/PI3K/AKT/NF-κB信號通路間的交叉調(diào)控

磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）和絲氨酸/蘇氨酸激酶（AKT，或蛋白激酶B，PKB）信號通路參與細胞增殖、凋亡，血管生成以及細胞侵襲等系列過程［14］；是細胞內(nèi)經(jīng)典信號通路之一。Rac1蛋白作為細胞內(nèi)信號傳導(dǎo)因子，在信號通路中起到類似分子開關(guān)的作用。Venkatesan等［15］研究發(fā)現(xiàn)EMMPRIN可以依賴Rac1蛋白，激活的是PI3K/Akt通路而不是JNK，然后導(dǎo)致IκBα磷酸化和降解，進而NF-κB活化誘導(dǎo)IL-18的表達；期間還發(fā)現(xiàn)EMMPRIN以時間依賴性顯著誘導(dǎo)MMPs-2、8、9、13、14的表達。有趣的是EMMPRIN在上調(diào)MMPs表達的同時，也上調(diào)了基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制劑（Tissue inhibitor of metalloproteinases TIMPs）1和3的表達。其中MMPs與TIMPs的比例是否失衡或MMPs過度表達與否在ECM降解過程中起關(guān)鍵作用。Xie等［16］通過臨床對照試驗發(fā)現(xiàn)急性心肌梗死（AMI）組血清IL-18、MMP-9水平顯著大于穩(wěn)定性心絞痛（SA）組和空白對照組；并且體外細胞試驗也證實了EMMPRIN和IL-18相互協(xié)同擴大了炎癥級聯(lián)反應(yīng)，可能在動脈粥樣硬化斑塊不穩(wěn)定和隨后的AMI中起重要作用。在另一項全氟辛烷磺酸（PFOS）對星形膠質(zhì)細胞功能影響的研究［17］，發(fā)現(xiàn)PFOS可以通過PI3K/AKT信號通路活化NF-κB，并以劑量和時間依賴方式促進炎性介質(zhì)白細胞介素-1β（IL-1β）的分泌和表達。

另外PI3K/Akt還可以激活下游的哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR），形成PI3K/Akt/mTOR信號通路參與介導(dǎo)自噬的調(diào)節(jié)［18-20］。研究發(fā)現(xiàn)人前列腺癌PC-3細胞在饑餓條件下培養(yǎng)時明顯增加了EMMPRIN的表達水平，使用RNA干擾抑制EMMPRIN后，顯著促進了綠色熒光蛋白-微管相關(guān)蛋白1輕鏈3（GFP-LC3）斑點形成，并增強了自噬相關(guān)蛋白LC3-Ⅱ的表達；且LC3-Ⅱ水平與磷酸化AKT（p-AKT）、磷酸化的哺乳動物雷帕霉素蛋白mTOR（p-mTOR）兩者水平呈明顯負(fù)相關(guān)。表明EMMPRIN可以通過PI3K/AKT/mTOR信號通路抑制細胞的自噬調(diào)節(jié)，進而阻止了自限性自噬引起的細胞死亡［21］；該過程種饑餓可以被認(rèn)為是最重要的自噬誘導(dǎo)劑［22］。CD147與腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)［23］，Gou等［24］在對肝細胞癌（HCC）的研究中也發(fā)現(xiàn)，在饑餓的早期階段肝癌細胞系中CD147的蛋白水平顯著上調(diào)；通過特異性小干擾RNA（siRNA）沉默CD147，可以顯著促進饑餓誘導(dǎo)的細胞死亡；與饑餓對照組相比CD147-siRNA轉(zhuǎn)染的肝癌細胞中pmTOR水平顯著下調(diào)，同時表現(xiàn)出肝癌細胞凋亡和自噬水平顯著增加。表明CD147在饑餓的肝癌細胞中表達水平增加，并且可以通過上調(diào)p-mTOR水平來減少肝癌細胞的死亡。研究表明mTOR抑制劑（如雷帕霉素或依維莫司）的哺乳動物靶點具有抑制細胞增殖并引發(fā)自噬，能夠有效預(yù)防及延緩動脈粥樣硬化的發(fā)病，起到多效抗動脈粥樣硬化作用［25］；目前雷帕霉素藥物洗脫支架已廣泛應(yīng)用于冠心病的介入治療。

4 EMMPRIN/NF-κB反饋環(huán)路調(diào)控與自噬

自噬是一種細胞自我消化過程［26］，在抑制炎癥、凋亡以及促進泡沫細胞的形成發(fā)揮著重要作用［27］。基礎(chǔ)自噬在動脈粥樣硬化中具有保護作用［28］，而過度的自噬卻會導(dǎo)致細胞死亡［29］，不利于斑塊的穩(wěn)定。Liang等［30］新近研究表明，EMMPRIN激活NF-κB信號通路后，又進一步增強了EMMPRIN自身的表達，從而在ox-LDL刺激的巨噬細胞中形成EMMPRIN—NF-κB—EMMPRIN反饋環(huán)。該反饋環(huán)路通過影響細胞促炎因子的釋放來負(fù)調(diào)節(jié)巨噬細胞的自噬，進而可以增加動脈粥樣斑塊的不穩(wěn)定性。實驗還證實PI3K/Akt/mTOR信號通路在EMMPRIN調(diào)節(jié)的巨噬細胞自噬中起較少作用。

Wu等［31］使用膽固醇抑制劑MβCD阻斷肝細胞癌（HCC）細胞中CD147內(nèi)化之后，流式檢測發(fā)現(xiàn)CD147在細胞膜上的表達水平下降，而由金屬蛋白酶10（ADAM10）介導(dǎo)的對胞外結(jié)構(gòu)域切割作用表達增強；在溶酶體中的CD147胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域進一步加工產(chǎn)生經(jīng)典的核定位信號序列，并可以通過NF-κB—瘤壞死因子相關(guān)的凋亡誘導(dǎo)配體（TRAIL）—caspase8—ATG3途徑調(diào)節(jié)HCC細胞自噬。這也表明了原本認(rèn)為相對非常保守的EMMPRIN胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域，在 NF-κB—TRAIL—caspase8—ATG3通路所介導(dǎo)的HCC細胞自噬中起非常重要的作用。研究還發(fā)現(xiàn)Toll樣受體4（toll-like receptor 4，TLR4）也可以激活NF-κB信號通路，進而介導(dǎo)細胞自噬與炎癥反應(yīng)［32-33］。在將野生型（WT）和TLR4敲除小鼠喂食正常或高脂肪飲食，評價其炎癥信號蛋白（TLR4，NF-κB和JNK）和自噬標(biāo)記（Atg5，Atg12，LC3B和p62）水平的研究中發(fā)現(xiàn)，盡管TLR4敲除本身并不影響Atg5，Atg12，LC3B和p62水平，但它抵消了高脂肪飲食攝入所誘導(dǎo)的自噬變化。研究還提示了TLR4敲除可能通過激活依賴于NF-κB/JNK通路的自噬來抑制炎癥和活性氧簇（ROS），進而改善了高脂飲食引發(fā)的細胞應(yīng)激和心臟炎癥［34］。

5 總結(jié)與展望

盡管近些年冠心病的藥物和介入治療都取得了長足的發(fā)展，但是冠心病人病率及致死率依然高居不下，冠心病的綜合防治任重而道遠。細胞內(nèi)各種信號通路的調(diào)節(jié)在動脈粥樣硬化的形成過程中扮演著重要的角色，EMMPRIN如何通過各種信號通路介導(dǎo)細胞的炎癥與自噬反應(yīng)，依然是動脈粥樣硬化研究的一個重要方向。鑒于細胞信號通路在動脈粥樣硬化中交叉調(diào)控的繁雜機制，加強對信號通路尤其是信號通路間的交叉調(diào)控研究，進而找出適宜的阻斷途徑，將為動脈粥樣硬化、冠心病的防治找到新的突破口。

（本文圖1見插圖1-1）