細(xì)胞外基質(zhì)相關(guān)蛋白致胸主動(dòng)脈瘤及夾層的研究進(jìn)展＊

吳成龍 段艷宇

1.贛南醫(yī)學(xué)院，第一臨床醫(yī)學(xué)院 (江西 贛州 341000)

2.贛南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院心血管罕見病診療技術(shù)創(chuàng)新中心 (江西 贛州 341000)

胸主動(dòng)脈瘤及夾層(thoracic aortic aneurysms and dissections，TAADs)是最兇險(xiǎn)的主動(dòng)脈疾病。大多數(shù)TAADs患者在急性事件發(fā)生前無癥狀，若未及時(shí)接受干預(yù)及治療，則可能在TAADs發(fā)生早期有生命危險(xiǎn)[1]。TAADs是主動(dòng)脈壁結(jié)構(gòu)異常或血流動(dòng)力學(xué)異常相互作用的結(jié)果。高血壓可以增加主動(dòng)脈壁的剪切力(由于內(nèi)皮和流動(dòng)血液之間的相互摩擦作用)，在代償期，主動(dòng)脈壁增厚以恢復(fù)高血壓的壁剪切應(yīng)力[2]。主動(dòng)脈直徑隨著血壓的升高而持續(xù)擴(kuò)張，會(huì)增加壁應(yīng)力[3]，當(dāng)直徑超過主動(dòng)脈壁的極限或者主動(dòng)脈壁結(jié)構(gòu)異常(內(nèi)膜炎癥、潰瘍及中膜變性等)時(shí)，就會(huì)發(fā)生急性主動(dòng)脈事件(主動(dòng)脈夾層、破裂等)。因此，解析主動(dòng)脈重塑過程對(duì)于闡明TAADs的發(fā)病機(jī)制具有研究?jī)r(jià)值。

細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)是主動(dòng)脈壁的重要成分，可通過生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子遞送為主動(dòng)脈提供結(jié)構(gòu)支撐并控制主動(dòng)脈壁的可塑性和強(qiáng)度[4-5]。ECM降解及沉積可以使主動(dòng)脈壁纖維化及順應(yīng)性降低，從而使主動(dòng)脈更易于擴(kuò)張引起TAADs[6]。目前，對(duì)于ECM蛋白的研究主要集中于ECM蛋白的動(dòng)態(tài)平衡及涉及的信號(hào)通路對(duì)TAADs的影響。但是，在發(fā)生TAADs的過程中，ECM蛋白之間的動(dòng)態(tài)變化以及其對(duì)主動(dòng)脈重構(gòu)的機(jī)制是未知的。本文對(duì)與TAADs有關(guān)的ECM蛋白展開綜述，探討主動(dòng)脈重構(gòu)過程中ECM之間的變化對(duì)引起TAADs的影響。

1 主動(dòng)脈結(jié)構(gòu)及ECM的組成

正常主動(dòng)脈壁的組成結(jié)構(gòu)有三層：內(nèi)膜、中膜和外膜。內(nèi)膜由單層的內(nèi)皮細(xì)胞和相關(guān)的內(nèi)皮下基質(zhì)組成，與血液直接接觸；中膜層主要組成成分為血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cells，vSMCs)和ECM；外膜由ECM中的成纖維細(xì)胞組成[5,7]。ECM主要由纖維蛋白和糖蛋白兩類大分子組成[8]。纖維蛋白包括膠原蛋白(collagens)和非膠原蛋白[彈性蛋白(elastin)、原纖維蛋白(fibrillin)、腓骨蛋白(fibulin)]，糖蛋白包括纖連蛋白(fibronectin)、蛋白聚糖(PG)和層粘連蛋白(laminin)。膠原蛋白和蛋白聚糖提供支持框架，層粘連蛋白或纖連蛋白提供ECM分子間橋梁以加強(qiáng)連接[8]。

2 與胸主動(dòng)脈瘤及夾層相關(guān)的ECM蛋白

2.1 膠原蛋白膠原蛋白(collagens)是ECM中最主要的蛋白質(zhì)[8]，其中I型和III型膠原蛋白是動(dòng)脈壁中膠原蛋白的主要形式，對(duì)維持動(dòng)脈壁的硬度和擴(kuò)張性等起著重要作用[9]，這一說法得到許多研究的支持。如Otto Rahkonen等人[10]的研究發(fā)現(xiàn)小鼠I型膠原蛋白α1鏈中內(nèi)含子1的缺失突變會(huì)導(dǎo)致年齡依賴性主動(dòng)脈夾層和破裂。COL3A1基因突變會(huì)導(dǎo)致其編碼的III型膠原蛋白合成減少，結(jié)締組織的脆弱性高度增加，動(dòng)脈發(fā)生撕裂或剝離而最終引起血管型Ehlers-Danlos綜合征(vEDS)[11-12]，而III型前膠原C端和N端存在非甘氨酸錯(cuò)義和或遺傳突變的vEDS患者具有更高的動(dòng)脈事件風(fēng)險(xiǎn)，更容易出現(xiàn)TAADs[13]。Sanne D'hondt等人[14]研究發(fā)現(xiàn)COL3a1Tg-G182S小鼠在mRNA水平上過度表達(dá)突變COL3a1，但最終ECM中的III型膠原數(shù)量減少，小鼠主動(dòng)脈外膜厚度降低，與膠原纖維數(shù)量減少有關(guān)。此外，病變時(shí)主動(dòng)脈壁的膠原蛋白含量存在文獻(xiàn)不一致性， Wang X等人[15]通過對(duì)主動(dòng)脈壁手術(shù)標(biāo)本進(jìn)行測(cè)試證實(shí)了胸主動(dòng)脈夾層患者的I型和III型膠原蛋白的表達(dá)顯著增加，另一些研究則顯示患者的膠原蛋白水平下降[10-11]。

膠原蛋白的另一種重要形式是V型膠原，分布在細(xì)胞周圍及Ⅰ型膠原周圍。V型膠原亞型中最豐富的是[α1(V)]2α2(V)異源三聚體，其中α1(V)鏈和α2(V)鏈分別由COL5A1和COL5A2基因編碼[16]。Peng Chen等人[17]的小鼠實(shí)驗(yàn)表明有COL5A1基因缺陷的個(gè)體更易患胸主動(dòng)脈夾層，這證實(shí)了COL5A1關(guān)于胸主動(dòng)脈夾層的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可用。Arick C.Park[18]等人研究發(fā)現(xiàn)，α2(V)鏈功能不全可導(dǎo)致腹主動(dòng)脈瘤、主動(dòng)脈弓破裂和夾層的形成。

2.2 彈性蛋白彈性蛋白是ECM的另一種主要成分，由ELN基因編碼，為主動(dòng)脈壁提供彈性[19]。大部分情況下，ELN基因突變會(huì)導(dǎo)致主動(dòng)脈瓣上狹窄和常染色體顯性遺傳皮膚松弛癥這兩種疾病[20]。一項(xiàng)關(guān)于常染色體顯性遺傳性皮膚松弛的研究表明，胸主動(dòng)脈瘤可能與編碼彈性蛋白的基因突變有關(guān)[21]。

2.3 原纖維蛋白原纖維蛋白是細(xì)胞外基質(zhì)中微纖維的主要成分[22]。原纖維蛋白是富含半胱氨酸的模塊化分泌糖蛋白，是細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)，具有調(diào)節(jié)作用[23]。原纖維蛋白-1(FBN1)分子突變通常導(dǎo)致馬凡綜合征(MFS)，該病伴有心血管系統(tǒng)異常，包括主動(dòng)脈根部進(jìn)行性擴(kuò)張(主動(dòng)脈瘤)和主動(dòng)脈夾層[23-25]。研究發(fā)現(xiàn)報(bào)道主動(dòng)脈事件的馬凡綜合征患者中FBN1變異的頻率增加[26]，胸主動(dòng)脈瘤與高濃度的纖維蛋白-1密切相關(guān)[27]。FBN1可以維持TGF-β處于非活性狀態(tài)，F(xiàn)BN1突變導(dǎo)致TGF-β從細(xì)胞外基質(zhì)中不受控制地釋放，TGF-β活性增強(qiáng)影響胸主動(dòng)脈vSMCs導(dǎo)致細(xì)胞增殖和膠原沉積的顯著增加，使MFS患者易發(fā)胸主動(dòng)脈瘤[28]。

2.4 腓骨蛋白腓骨蛋白-4(Fibulin-4)屬于ECM蛋白的Fibulin家族[29]，是一種分泌性糖蛋白，在血管中層表達(dá)，是維持主動(dòng)脈壁結(jié)構(gòu)完整性和彈性的關(guān)鍵成分，對(duì)血管的成熟至關(guān)重要。該蛋白位于微纖維束中，通過整合素介導(dǎo)與細(xì)胞膜區(qū)域結(jié)合，將彈性纖維拴在平滑肌細(xì)胞上，這些區(qū)域被細(xì)胞內(nèi)膜相關(guān)的肌動(dòng)蛋白絲的錨定點(diǎn)占據(jù)。與此一致的是，缺乏Fibulin-4的患者伴有心血管并發(fā)癥，包括主動(dòng)脈瘤、動(dòng)脈迂曲和彈性蛋白異常[30]。Katsuhiro Hanada等人[31]研究結(jié)果表明Fibulin-4R/R小鼠是一種在生理和功能基因組學(xué)水平上追蹤動(dòng)脈瘤致病序列的模型，F(xiàn)ibulin-4缺乏引起的彈性纖維結(jié)構(gòu)缺陷會(huì)自發(fā)導(dǎo)致嚴(yán)重的動(dòng)脈瘤形成和主動(dòng)脈硬化，隨后會(huì)出現(xiàn)主動(dòng)脈夾層和破裂。Ingrid van der Pluijm等人報(bào)道[30]在Fibulin-4R/R動(dòng)脈瘤主動(dòng)脈和衰老小鼠主動(dòng)脈中發(fā)現(xiàn)了類似的miR-29b過度表達(dá)，并伴隨著ECM蛋白表達(dá)降低，從而使主動(dòng)脈對(duì)動(dòng)脈瘤形成敏感。FBLN4突變使平滑肌細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨群铣杀硇?，加上異常?xì)胞外基質(zhì)，改變血管壁穩(wěn)定性，導(dǎo)致血管壁適應(yīng)性降低，提供了與動(dòng)脈瘤表型的潛在聯(lián)系[29]。Jianbin Huang等人[32]報(bào)道Fibulin-4在升主動(dòng)脈和降主動(dòng)脈中均有表達(dá)，但由于缺乏該蛋白而導(dǎo)致的動(dòng)脈瘤僅限于升主動(dòng)脈。

在正常的主動(dòng)脈中，腓骨蛋白-5(Fibulin-5)的表達(dá)量比Fibulin-4高一個(gè)數(shù)量級(jí)，其缺失會(huì)導(dǎo)致彈性纖維受損，并伴有彈性蛋白聚集[29]。Mar Orriols等人[33]報(bào)道稱人主動(dòng)脈瘤組織中FBLN5水平顯著降低，且炎癥刺激對(duì)血管FBLN5的表達(dá)起關(guān)鍵作用。這些發(fā)現(xiàn)表明，F(xiàn)ibulin-4和Fibulin-5在彈性纖維組裝中起關(guān)鍵作用，任何一種缺陷都可能導(dǎo)致主動(dòng)脈夾層[34]。

2.5 蛋白聚糖蛋白聚糖是血管組織中ECM的重要組成部分，其含量雖較低，但在介導(dǎo)主動(dòng)脈內(nèi)側(cè)穩(wěn)態(tài)和維持ECM的完整性方面起關(guān)鍵作用[35-36]。通常在TAADs的退行性主動(dòng)脈介質(zhì)中可檢測(cè)出蛋白聚糖水平異常[37]，Xiaoke Yin等人[38]在TAADs患者(包括MFS患者)的升主動(dòng)脈組織中檢測(cè)到大量的蛋白聚糖。Frank S.Cikach等人[36]的研究結(jié)果表明聚集性蛋白聚糖在主動(dòng)脈中的積累可能會(huì)使細(xì)胞外基質(zhì)的完整性受到嚴(yán)重破壞，從而有助于TAADs的發(fā)生。這些發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步證實(shí)了蛋白聚糖積累在TAADs生物力學(xué)中具有破壞性作用，并且提示了蛋白聚糖和多功能蛋白聚糖可能是主動(dòng)脈夾層的潛在生物標(biāo)志物，但仍需更多研究以確認(rèn)以上假設(shè)[36]。

2.6 賴氨酸氧化酶賴氨酸氧化酶及其家族成員是調(diào)節(jié)彈性蛋白和膠原蛋白交聯(lián)的主要酶，包括LOX、LOXL1、LOXL2、LOXL3和LOXL4，由銅結(jié)合胺氧化酶組成[39]。Dong-chuan Guo等人[40]研究發(fā)現(xiàn)LOX中的雜合子功能喪失突變，特別是破壞催化活性或?qū)е聠伪扼w功能不全的變異，導(dǎo)致彈性蛋白減少和碎片化，易患胸主動(dòng)脈瘤和主動(dòng)脈夾層。Xin Yi等人[41]研究發(fā)現(xiàn)LOXL2和LOXL3的蛋白水平在TAADs患者的主動(dòng)脈中上調(diào)，而LOXL4蛋白水平下調(diào)，若敲低LOXL2會(huì)促進(jìn)主動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞增值，敲低LOXL3會(huì)抑制細(xì)胞周期蛋白D1和PCNA表達(dá)以減少主動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞增殖，但該研究?jī)H在細(xì)胞水平上開展，有一定的局限性。Vivian S.Lee[42]等人對(duì)一個(gè)常染色體顯性TAADs家族的兩個(gè)受影響個(gè)體進(jìn)行全基因組測(cè)序，發(fā)現(xiàn)LOX銅結(jié)合區(qū)的錯(cuò)義突變是最可能導(dǎo)致TAADs的原因，盡管LOXL1在主動(dòng)脈中的表達(dá)水平相當(dāng)高，但不能補(bǔ)償LOX活性的喪失。這些研究結(jié)果表明賴氨酸氧化酶及其家族成員對(duì)主動(dòng)脈的結(jié)構(gòu)完整性至關(guān)重要[43]。

2.7 微纖絲相關(guān)糖蛋白微纖絲相關(guān)糖蛋白2(microfibrilassociated glycoprotein，MAGP-2)存在于分離或與彈性蛋白相關(guān)的微纖維中，由MFAP5基因編碼，MAGP-2通過與不同微纖維成分(如原纖維蛋白-1、原纖維蛋白-2、彈性蛋白)相互作用，在ECM的生理學(xué)中發(fā)揮重要作用。MFAP5功能的喪失可能直接改變ECM組織和/或彈性纖維的沉積而影響血管的結(jié)構(gòu)功能，從而導(dǎo)致纖維斷裂和主動(dòng)脈擴(kuò)張，引起胸主動(dòng)脈夾層?？梢夾GP-2可能與胸主動(dòng)脈夾層相關(guān)[44]。

3 結(jié)論和未來展望

綜上所述，ECM影響血管重構(gòu)從而形成TAADs的機(jī)制可能是：蛋白聚糖的異常積累增加了主動(dòng)脈層間的壓力，使主動(dòng)脈壁的微觀結(jié)構(gòu)分層，破壞細(xì)胞外基質(zhì)和主動(dòng)脈的完整性[4]。ECM蛋白間及ECM蛋白與vSMCs之間的相互作用發(fā)生異常：LOX活性喪失使彈性蛋白和膠原蛋白交聯(lián)不足，彈性蛋白降解[40]；MAGP-2功能喪失，使其與原纖維蛋白相互作用減弱使微纖維發(fā)生異常[45]，LOX和MAGP-2異?？墒箯椥岳w維(彈性蛋白與微纖維交聯(lián)形成[34])沉積、斷裂，血管彈性降低。腓骨蛋白的減少致彈性纖維無法有效地拴在vSMCs上，造成彈性蛋白破壞以及vSMCs局灶性混亂增殖[29]，從而影響血管重構(gòu)。彈性纖維的碎裂和消耗觸發(fā)膠原蛋白異常增加和影響層積的緩慢修復(fù)過程，膠原蛋白的增加導(dǎo)致血管僵硬，從而增強(qiáng)主動(dòng)脈對(duì)夾層和破裂的易感性[34]。

主動(dòng)脈細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的合成和代謝受到嚴(yán)格調(diào)控，以維持血管結(jié)構(gòu)和功能，協(xié)助血流舒張和收縮。這種動(dòng)態(tài)平衡由主動(dòng)脈ECM蛋白纖維或微絲組織保護(hù)，ECM蛋白周圍有多層血管細(xì)胞，化學(xué)、機(jī)械和酶的損傷打破了主動(dòng)脈細(xì)胞外基質(zhì)的動(dòng)態(tài)平衡[46]，從而導(dǎo)致主動(dòng)脈瘤和夾層。盡管現(xiàn)在對(duì)主動(dòng)脈生理學(xué)和病理學(xué)中細(xì)胞群和ECM動(dòng)態(tài)平衡的理解逐漸增加，但是在TAADs的發(fā)展過程中，主動(dòng)脈ECM蛋白的動(dòng)態(tài)變化及相適應(yīng)的vSMCs的表型轉(zhuǎn)換并不清楚。未來的研究方向是通過主動(dòng)脈血管重構(gòu)的過程中ECM蛋白動(dòng)態(tài)變化，預(yù)測(cè)發(fā)生TAADs的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而指導(dǎo)臨床及時(shí)干預(yù)主動(dòng)脈瘤及夾層。