MMP-9、TIMP-1與冠心病相關(guān)性研究

王靖

（華北理工大學(xué)，河北 唐山 063200）

0 引言

冠心病，即冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病，是因冠狀動(dòng)脈管壁內(nèi)發(fā)生粥樣硬化并逐漸引起管腔狹窄直至完全閉塞，最終心肌細(xì)胞缺血、缺氧、壞死的一類心臟病[1]。金屬基質(zhì)蛋白酶家族（MMPs）及其特異性抑制物（TIMPs）與動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展之間的關(guān)系一直是當(dāng)下心血管疾病領(lǐng)域研究熱點(diǎn)問(wèn)題之一，基質(zhì)金屬蛋白酶9（MMP-9）作為其家族中最重要的一員，廣泛參與機(jī)體內(nèi)多種生理病理反應(yīng)，尤其是參與冠心病動(dòng)脈粥樣硬化過(guò)程已被證實(shí)[2-3]。本文旨在探討MMP-9和TIMP-1在冠脈發(fā)生動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程中帶來(lái)的影響，分別以動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程中的炎癥反應(yīng)、易損斑塊、細(xì)胞外基質(zhì)三方面進(jìn)行綜述。

1 冠心病

1.1 流行病學(xué)

時(shí)至今日全球心血管疾病死亡率仍高居不下。2016年歐洲心血管疾病流行病學(xué)報(bào)告[4]顯示，心血管疾病病死率占所有疾病病死率的第一位，同時(shí)中青年人群冠心病發(fā)病率也在不斷增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年因心血管病死亡的患者占居民總死亡人數(shù)的40%以上，且2002年開(kāi)始至今急性心肌梗死（AMI）的死亡率從整體來(lái)看大致表現(xiàn)為增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)[5]。據(jù)ChinaPEACE的一項(xiàng)前瞻性研究報(bào)告顯示，首次患AMI的患者在急性癥狀緩解、生命體征平穩(wěn)后出院1年內(nèi)再次出現(xiàn)AMI的幾率高達(dá)2.5%，在這些復(fù)發(fā)患者中又有35%以上的患者為出院后1個(gè)月以內(nèi)再次出現(xiàn)AMI。此外，即使首次AMI的患者在住院期間將罪犯血管開(kāi)通，急性胸痛癥狀緩解，其在出院后1年內(nèi)死亡率仍為28%以上，而復(fù)發(fā)AMI患者的死亡率則更高，達(dá)30%以上[6]。

1.2 病理機(jī)制

冠心病是由多種因素引起的疾病，國(guó)外學(xué)者通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）的發(fā)生發(fā)展與內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞等等炎性細(xì)胞構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系息息相關(guān)[7-8]。

AS的主要病理表現(xiàn)是由于慢性炎癥引起動(dòng)脈管壁損傷，引起脂類物質(zhì)堆積以及平滑肌細(xì)胞和纖維基質(zhì)大量增生，并逐漸進(jìn)展為動(dòng)脈粥樣硬化斑塊。因此通常AS被認(rèn)為是一種慢性炎癥性疾病[9]。在AS早期往往同時(shí)存在血管內(nèi)皮損傷、脂質(zhì)物質(zhì)代謝異常和血流動(dòng)力學(xué)改變，因此AS又被稱為是伴內(nèi)皮細(xì)胞的血流介導(dǎo)的炎性改變[10]。

2 炎癥反應(yīng)與易損斑塊

2.1 易損斑塊

AS斑塊的穩(wěn)定性受多種因素影響，如：脂質(zhì)池、炎性反應(yīng)、纖維膜厚度等。資料顯示，穩(wěn)定性多與斑塊內(nèi)脂池大小、斑塊內(nèi)炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)數(shù)量呈反比，而與斑塊表面纖維帽的厚度呈正比。急性缺血事件的出現(xiàn)往往是由于動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的不穩(wěn)定性、易破碎性，故又稱易損斑塊[11]。

情緒激動(dòng)、重體力活動(dòng)，等加重細(xì)胞耗氧量的因素均可成為缺血事件發(fā)作的誘因，而易損斑塊的破裂、脫落、附壁血栓、嚴(yán)重的血管狹窄，往往是缺血事件發(fā)生的直接原因[12]。經(jīng)過(guò)大量研究顯示，超過(guò)2/3的AMI患者是由于不穩(wěn)定斑塊的破裂而其冠脈狹窄程度往往不重，很少一部分AMI患者是由于嚴(yán)重的冠脈狹窄引起穩(wěn)定斑塊的破裂[13]。因此，可以認(rèn)為患者是否發(fā)展為急性冠脈綜合征有賴于斑塊是否穩(wěn)定，而不單是因?yàn)榛颊叽嬖趩沃Щ蚨嘀Ч诿}嚴(yán)重病變。

2.2 炎癥反應(yīng)

自1999年Ross[14]引出AS的“炎性損傷反應(yīng)”學(xué)說(shuō)以來(lái)，炎性反應(yīng)學(xué)說(shuō)逐漸得到廣大學(xué)者的認(rèn)同。Ross認(rèn)為炎性反應(yīng)是AS的起因并始終存在，特別是對(duì)斑塊的穩(wěn)定與否有著重要意義。有研究顯示，以巨噬細(xì)胞為主的炎性細(xì)胞和炎癥因子的大量入侵是引起AS斑塊穩(wěn)定性變差、易破裂，最終導(dǎo)致急性起病的主要病理特征之一[15]。Moreno[16]的研究顯示，通過(guò)對(duì)易損斑塊在HE染色病理形態(tài)涂片中觀察發(fā)現(xiàn)，40倍視野中每個(gè)視野可以找到超過(guò)25個(gè)以上的單核/巨噬細(xì)胞，表明易損斑塊為炎癥表現(xiàn)，進(jìn)一步說(shuō)明單核/巨噬細(xì)胞參與的炎性反應(yīng)與其產(chǎn)生的細(xì)胞因子或炎性因子改變了斑塊的穩(wěn)定性。

3 細(xì)胞外基質(zhì)與基質(zhì)金屬蛋白酶

3.1 細(xì)胞外基質(zhì)

在體內(nèi)，細(xì)胞外基質(zhì)（EC M）是由結(jié)構(gòu)蛋白、非結(jié)構(gòu)蛋白和基質(zhì)金屬蛋白酶家族（M M P s）、金屬蛋白酶抑制物家族（TIMPs）組成的蛋白水解系統(tǒng)構(gòu)成。一旦血管內(nèi)皮完整性受損，大量炎癥因子釋放入血，包括：氧化修飾低密度脂蛋白（ox-LDL）、瘦素等，促使內(nèi)皮細(xì)胞開(kāi)始大量合成并釋放MMPs，通過(guò)降解管壁外的基底膜，使單核細(xì)胞大量進(jìn)入管壁，同時(shí)提高ox-LDL在血管壁的滲透率。另有資料顯示，AS斑塊內(nèi)表面和斑塊內(nèi)新生血管的內(nèi)皮細(xì)胞同樣可大量合成并釋放MMPs，降解纖維帽，這對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的表面潰瘍形成中發(fā)揮著巨大作用[17]。

當(dāng)發(fā)生急性心肌梗死時(shí)，左室細(xì)胞外基質(zhì)會(huì)發(fā)生包括形態(tài)和功能的一系列變化，稱為心室重構(gòu)。一旦發(fā)生異常的心室重構(gòu)會(huì)導(dǎo)致心臟纖維化或心室過(guò)度擴(kuò)張，從而影響左心室射血功能[18-20]。近年來(lái)對(duì)與心臟ECM領(lǐng)域的研究已經(jīng)成為熱點(diǎn)，如何對(duì)患者進(jìn)行有效的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和找到有助于療效判定價(jià)值的血清生化檢驗(yàn)也顯得越來(lái)越重要。

3.2 基質(zhì)金屬蛋白酶

基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）是一類含鋅離子和鈣離子為活性催化中心的蛋白酶家族，其主要功能是參與細(xì)胞外基質(zhì)的改造（即降解與合成），主要包括基底膜、膠原、明膠等成分。此外，還可以促進(jìn)平滑肌細(xì)胞大量增殖、遷移，引起動(dòng)脈粥樣硬化不穩(wěn)定斑塊的破裂，加速動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展[21-22]。Hiroyasu[23]等人的研究中顯示，MMPs的表達(dá)與斑塊破裂的概率為正比關(guān)系，即分泌MMP越多的斑塊部分，發(fā)生破裂的風(fēng)險(xiǎn)越高。

MMP-9又被稱為明膠酶B，分子量約為92kD，它的作用包括誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞遷移，參與粥樣斑塊形成，降解外基質(zhì)中的明膠等成分，使斑塊變得不穩(wěn)定、易破裂，加速AS的病理進(jìn)程，同時(shí)提高了心肌梗死的發(fā)生率[24]。另有研究顯示，MMP-9高水平表達(dá)與支架內(nèi)再狹窄（in-stentrestenosis，ISR）的概率息息相關(guān)[25-26]，在牛[27]等人的研究中顯示嚴(yán)重支架內(nèi)再狹窄患者的血清MMP-9水平明顯高于輕型支架內(nèi)再狹窄患者，可見(jiàn)MMP-9水平與冠心病發(fā)生發(fā)展息息相關(guān)。

MMP-9作為體內(nèi)最重要的蛋白酶之一，其生物活性的調(diào)節(jié)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，包括以酶原水平、轉(zhuǎn)錄水平、特異性抑制、負(fù)反饋以及其他抑制因子等多方面共同協(xié)調(diào)[28]。

3.2.1 酶原轉(zhuǎn)錄合成水平

MMP-9存在于多種細(xì)胞之中，在生理情況下各細(xì)胞對(duì)MMP-9的轉(zhuǎn)錄合成水平不高，與家族其它成員彼此協(xié)調(diào)制約，呈動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。當(dāng)炎性細(xì)胞因子（如白細(xì)胞介素1、腫瘤壞死因子）、生長(zhǎng)因子（如表皮生長(zhǎng)因子EGF、胰島素樣生長(zhǎng)因子IGF-1）、氧化應(yīng)激或高糖等強(qiáng)刺激狀況下轉(zhuǎn)錄合成水平會(huì)明顯升高[29]，此外缺氧狀態(tài)對(duì)MMP-9表達(dá)可能有增高趨勢(shì)，尤其是在缺氧初期。有研究顯示，其轉(zhuǎn)錄m RNA的表達(dá)水平與維甲酸、糖皮質(zhì)激素、孕酮、肝素等呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[17]。

3.2.2 特異性抑制劑

基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑（TIM Ps）是一組由多細(xì)胞分泌的多基因編碼的糖蛋白，目前已發(fā)現(xiàn)4位成員，即TIM P-1、TIM P-2、TIMP-3、TIMP-4[30]。TIMP-1是一個(gè)分子量為29k D的糖蛋白，可由多種類型細(xì)胞表達(dá)，以成纖維細(xì)胞、心肌細(xì)胞為主[31]，競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合MMP-9活性中心的鋅，發(fā)揮抑制作用。另有資料顯示，TIMP-1還可與MMP-9酶原的某個(gè)位點(diǎn)結(jié)合，阻止MMP-9裂解活化[32]。

細(xì)胞外基質(zhì)的穩(wěn)態(tài)有賴于于M M P-9/TIMP-1的平衡，該平衡也決定著膠原蛋白的周轉(zhuǎn)化率[33]，一旦發(fā)生失衡不光影響MMP-9活性，細(xì)胞外基質(zhì)的過(guò)度降解，還可能引發(fā)或加重心血管疾病，如急性冠脈綜合征、高血壓、動(dòng)脈瘤、支架內(nèi)再狹窄、心肌梗死后左心室重塑等，甚至引起免疫系統(tǒng)疾病，如癌癥的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移[34]。

4 思考與展望

MMP-9/TIMP-1失衡或MMP-9的高表達(dá)是引起冠心病發(fā)生發(fā)展的元兇之一，但MMP-9對(duì)機(jī)體而言并非絕對(duì)有害，在Gliesche[35]等人的研究中顯示MMP-9可被人為選擇的設(shè)計(jì)成啟動(dòng)因子，促使支架表面形成一層細(xì)胞毒性藥物偶聯(lián)聚合物，有加速支架內(nèi)皮化的作用。而在白[36]等人的研究中顯示TIMP-1的高表達(dá)有加重心肌纖維化的風(fēng)險(xiǎn)，同樣不利于冠心病患者。由此可見(jiàn)我們不能過(guò)度抑制MMP-9表達(dá)，也不能過(guò)度促進(jìn)TIMP-1的表達(dá)。

據(jù)報(bào)道，M M P-9的靶向藥物包括廣譜MMPs抑制劑，其代表藥物如馬馬司他因其副作用尚處于臨床實(shí)驗(yàn)中；而部分抑制MMP-9藥物如GS-5745目前已應(yīng)用于患潰瘍性結(jié)腸炎的重癥患者，且已取得成效[37]。非靶向藥物，如他汀類藥物的抗炎作用已經(jīng)得到大量臨床研究證實(shí)，其也可對(duì)部分MMP-9活性產(chǎn)生影響，有效但不理想[38-39]。

隨著MMP-9/TIMP-1在冠心病中的不斷深入研究，將MMP-9、TIMP-1作為冠心病患者常規(guī)生化檢測(cè)指標(biāo)，并以某種方式（如加用藥物）使MMP-9/TIMP-1達(dá)到理想的相對(duì)平衡狀態(tài)，單純使用靶向藥物或許可以使MMP-9或TIMP-1表達(dá)減少，但不一定可以使二者相平衡，如何使MMP-9/TIMP-1相平衡，既可以降低急性冠脈事件的發(fā)生概率，又可以減少心肌纖維化和不良心室重塑所帶來(lái)的影響，同時(shí)維持細(xì)胞外基質(zhì)的穩(wěn)態(tài)，對(duì)于提高并恢復(fù)冠心病患者生活質(zhì)量，延長(zhǎng)壽命的同時(shí)降低冠心病的患病率、病死率具有重要意義。