葉玉民(綜述)，黃子揚(yáng)(審校)

(福建醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院心內(nèi)科，福建泉州362000)

心肌重構(gòu)包括心肌細(xì)胞重構(gòu)及細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)重構(gòu)兩部分。ECM的主要作用是維持心臟的機(jī)械特性、結(jié)構(gòu)與完整性，其中膠原是ECM的主要成分。心肌重構(gòu)時(shí)，除心肌細(xì)胞發(fā)生改變外，膠原亦大量產(chǎn)生，導(dǎo)致ECM比例失衡，發(fā)生基質(zhì)重構(gòu)。心臟ECM的動(dòng)態(tài)平衡主要由基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)家族來維持。MMPs是一組鋅離子和鈣離子依賴的內(nèi)源性蛋白水解酶，其主要功能是降解ECM成分，在組織塑形中起著重要作用，廣泛參與體內(nèi)血管及心肌重構(gòu)、炎癥損傷修復(fù)、器官發(fā)育等病理生理過程。金屬蛋白酶組織抑制劑(tissue inhibitors of the matrix metalloproteinases，TIMPs)是 MMPs的內(nèi)源性特異抑制劑。MMPs/TIMP失平衡，在心肌重構(gòu)中起著重要作用。諸多研究顯示，MMPs及其抑制劑的表達(dá)或活性異常與心肌重構(gòu)的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。

1 MMPs概述

MMPs是一組鋅依賴性的內(nèi)源性蛋白酶家族，可分為分泌型和膜型兩大類。分泌型MMPs按其結(jié)構(gòu)和底物選擇性分為明膠酶(MMP-2和MMP-9)、膠原酶(MMP-1、MMP-8和 MMP-13 等)、基質(zhì)酶(MMP-3、MMP-10等)。膜型 MMPs包括 MMP-14、MMP-15、MMP-17及MMP-25等。MMPs多以酶原的形式存在，一旦被激活，活化的酶將共同降解 ECM成分，導(dǎo)致ECM比例失衡，發(fā)生基質(zhì)重構(gòu)。MMPs的表達(dá)和活性主要受一系列神經(jīng)內(nèi)分泌因素、細(xì)胞因子、活性氧等因素的影響，在轉(zhuǎn)錄水平、酶原激活水平及特異性抑制劑水平均能被調(diào)節(jié)。

2 MMP系統(tǒng)的調(diào)節(jié)與激活

MMPs的激活可受到多種因素的調(diào)節(jié)，如細(xì)胞因子、內(nèi)分泌激素、氧化應(yīng)激等。這些因素通過調(diào)節(jié)MMPs的轉(zhuǎn)錄、酶原激活和抑制物水平，激活某種MMP分子，然后通過MMPs間互相作用的級(jí)聯(lián)放大反應(yīng)，發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。

2.1 轉(zhuǎn)錄水平的激活 MMPs的基因啟動(dòng)子上含有許多的作用元件，如TATA盒、四佛波醇乙酸酯(TPA)應(yīng)答元件、多瘤病毒增強(qiáng)子A3、激活蛋白1(activator protein 1，AP-1)結(jié)合部位、TIE啟動(dòng)區(qū)域等。許多內(nèi)分泌激素、細(xì)胞因子可通過作用于這些啟動(dòng)子元件而調(diào)節(jié)MMPs的轉(zhuǎn)錄。主要的致心肌重構(gòu)因子血管緊張素Ⅱ與其1型受體結(jié)合后，可通過激活轉(zhuǎn)錄因子STATs與核因子 κB(nuclear factor kappaB，NF-κB)等激活 AP-1信號(hào)通路［1］。部分MMPs可通過其上的AP-1結(jié)合位點(diǎn)和NF-κB結(jié)合部位［2］而激活。同時(shí)血管緊張素Ⅱ還可與其2型受體結(jié)合，調(diào)節(jié)核因子κB的信號(hào)通路，抑制下游效應(yīng)分子的表達(dá)［3］，從而對(duì)MMPs的激活形成反饋抑制。利鈉肽受體1基因突變可使大鼠MMP-2、MMP-9表達(dá)上調(diào)，而TIMP-1和TIMP-2的表達(dá)則下降，NF-κB 的活性也上調(diào)［4］。TGF-β1能直接調(diào)節(jié)NF-κB的基因表達(dá)，從而調(diào)節(jié) MMPs的表達(dá)［5］;同時(shí)，TGF-β1還能刺激心肌細(xì)胞Smads3依賴型基因的表達(dá)，促進(jìn)Smads磷酸化，與胞核中TIE啟動(dòng)區(qū)域結(jié)合，活化下游基因。部分MMPs(如MMP-1、MMP-7等)含有TIE啟動(dòng)區(qū)域而啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄［6］。

2.2 酶原的激活 人體內(nèi)有13種MMPs是以前體或酶原的形式分泌到細(xì)胞外，其激活需要外源性酶切斷活性前區(qū)片度而獲得。MMPs酶原含有一個(gè)蛋白酶敏感的基團(tuán)，組織、細(xì)胞膜上以及機(jī)會(huì)致病菌上的蛋白酶可以通過與該基團(tuán)的作用而激活MMPs。但是蛋白酶只能部分降解酶原，要完全降解MMPs酶原形成有活性的MMPs需要通過其他激活的MMPs，這就形成了MMPs的級(jí)聯(lián)放大反應(yīng)。MMPs酶原末端含有酶原轉(zhuǎn)化酶識(shí)別序列RX［K/R］R，這使MMPs酶原可以在細(xì)胞內(nèi)激活，并以有活性的形式分泌胞外或者表達(dá)于細(xì)胞膜上。MMPs酶原是由組織特異性的酶所激活，并由組織內(nèi)的抑制劑或蛋白水解酶滅活。如MT1-MMP，它可被迅速胞吞到細(xì)胞內(nèi)，然后有活性的表達(dá)于細(xì)胞表面［7］。在動(dòng)脈粥樣硬化的巨噬細(xì)胞中，弗林蛋白酶和PC5是在胞內(nèi)激活MT1-MMP酶原的酶原轉(zhuǎn)化酶［8］。

2.3 MMPs的抑制物 目前發(fā)現(xiàn)體內(nèi)MMPs的天然抑制劑有兩類:α2巨球蛋白(α2-macroglobulin，α2-M)和TIMPs。人類的 α2-M是相對(duì)分子質(zhì)量為750×103的血漿糖蛋白，由四個(gè)完全一樣的相對(duì)分子質(zhì)量為180×103的亞基組成。它通過將巨球蛋白插入到MMPs中形成復(fù)合物，復(fù)合物可迅速被受體(低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白1)介導(dǎo)的胞吞作用吞入胞內(nèi)而抑制MMPs的活性。TIMPs是MMPs的天然組織抑制劑，由 TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3、TIMP-4 組成，TIMPs通過與MMPs結(jié)合形成復(fù)合物，從而抑制有活性或無活性的 MMPs:①在酶原活化階段，可與pro-MMP形成穩(wěn)定的復(fù)合體，并阻礙其自我合成;②在活化的MMP階段，可直接與活化的MMP以1∶1克分子比例非共價(jià)結(jié)合，進(jìn)而抑制其活性。盡管每種TIMP都能抑制所有的MMPs，但目前研究表明，TIMP-1和TIMP-2沉默的小鼠不會(huì)存在明顯異常改變;而TIMP-3沉默的小鼠將出現(xiàn)肺氣腫樣的肺泡損害，并加速斷奶后乳房上皮細(xì)胞的凋亡［9］。因此，TIMP-3可能是體內(nèi)非常重要的MMPs抑制劑。

3 MMPs介導(dǎo)心肌重構(gòu)相關(guān)疾病的實(shí)驗(yàn)證據(jù)

3.1 MMPs/TIMP與急性冠狀動(dòng)脈綜合征 已有大量的臨床研究檢測(cè)MMPs與TIMPs在急性冠狀動(dòng)脈綜合征/心肌梗死后心室重構(gòu)的發(fā)病過程中的變化。總結(jié)這些研究發(fā)現(xiàn)，不同的MMPs會(huì)在急性冠狀動(dòng)脈綜合征發(fā)病后不同的時(shí)期(早期數(shù)天，晚期數(shù)月)發(fā)生變化。Webb等［10］發(fā)現(xiàn)，心肌梗死后患者血清MMP-9在第1天即持續(xù)明顯升高;MMP-8水平會(huì)在第3天開始升高，并在第5天恢復(fù)至正常水平;TIMP-1在第1天后即開始升高，而TIMP-2只有到了數(shù)月后才開始升高;TIMP-4則在第5天后開始持續(xù)下降。Orn等［11］研究心肌梗死后1個(gè)月、1年及4年后患者血清MMP-9、MMP-2水平，結(jié)果顯示MMP-9在三個(gè)時(shí)間點(diǎn)均升高，而MMP-2則只在早期(1個(gè)月)升高，到了晚期(1年、4年)下降。Fukuda等［12］發(fā)現(xiàn)，急性心肌梗死和不穩(wěn)定型心絞痛患者的MMP-9水平較穩(wěn)定型心絞痛患者明顯升高，且在急性心肌梗死與不穩(wěn)定型心絞痛中，發(fā)生斑塊破裂患者的MMP-9水平較未發(fā)生斑塊破裂的患者明顯升高。Kelly等［13］發(fā)現(xiàn)，MMP-3在心肌梗死后12 h內(nèi)開始升高，在24～48 h達(dá)到高峰并維持在這一水平。

3.2 MMPs/TIMPs與高血壓 與基質(zhì)代謝密切相關(guān)的酶如MMPs及其TIMPs在高血壓病心肌重構(gòu)中起著十分重要的作用。測(cè)定鹽敏感高血壓大鼠發(fā)現(xiàn)，無論在高血壓形成的早期還是晚期，MMPs水平及ECM蛋白量都會(huì)增加［14］。MMPs主要通過影響ECM引起心肌肥厚，改變心肌的舒張、收縮功能，在后負(fù)荷增加的情況下，不斷重構(gòu)心肌以代償血流動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定。Sakata等［15］發(fā)現(xiàn)，MMPs誘發(fā)和促進(jìn)高血壓患者左心室肥厚，ACEI能抑制MMPs預(yù)防左心室重構(gòu)和功能失調(diào)，其中MMP-9增高與高血壓患者左心室肥厚和舒張功能不全有密切關(guān)系。Ahmed等［16］發(fā)現(xiàn)，左心室結(jié)構(gòu)功能正常的高血壓患者的MMPs/TIMPs比例正常，MMPs/TIMPs比例失調(diào)與左心室肥厚、收縮功能異常有密切關(guān)系。Franz等［17］發(fā)現(xiàn)，高血壓左心室肥厚的患者較正常志愿者血清的MMP-9、TIMP-1、TIMP-2、TIMP-4 明顯升高。MMPs不僅在原發(fā)性高血壓中起著重要作用，也是引起肺動(dòng)脈高壓心肌重構(gòu)的重要因素。Schumann等［18］研究發(fā)現(xiàn)，在肺動(dòng)脈高壓的患者中，血漿MMP-2、TIMP-4水平明顯升高，測(cè)定TIMP-4的水平可以用來評(píng)價(jià)肺動(dòng)脈高壓治療效果及心肌重構(gòu)的程度。MMPs參與了高血壓的形成和心血管重構(gòu)。

3.3 MMPs/TIMP與心力衰竭 心力衰竭是指各種病因致心臟病的嚴(yán)重階段。它是由于初始的心肌損害和應(yīng)力作用:包括收縮期或舒張期心室負(fù)荷過重和(或)心肌細(xì)胞數(shù)量和質(zhì)量的變化，引起心室和(或)心房肥大和擴(kuò)大，繼以心室舒縮功能低下，并不斷惡化的臨床綜合征。MMPs的升高與心力衰竭進(jìn)展有關(guān)。Nishikawa等［19］在鼠心力衰竭模型中發(fā)現(xiàn)MMP-2在收縮和舒張功能不全時(shí)升高程度相同，而MMP-9則在收縮功能不全時(shí)升高較舒張功能不全時(shí)更明顯。MMPs還與心力衰竭的心功能有關(guān)，Yan等［20］研究發(fā)現(xiàn)，血清MMP-9升高的水平與左心室射血分?jǐn)?shù)的降低及收縮末期容積的升高相關(guān)，MMP-9水平升高提示左心室功能的惡化。Li等［21］發(fā)現(xiàn)，心力衰竭患者血清MMP-9、TIMP-1及 MMP-9/TIMP-1比例均明顯升高;在經(jīng)過螺內(nèi)酯治療24周后，治療組心力衰竭患者較未治療患者血清MMP-9、TIMP-1及MMP-9/TIMP-1比例均有下降。MMPs可降解心肌細(xì)胞ECM，使心肌細(xì)胞失去ECM的支撐、限制作用。心肌細(xì)胞在前后負(fù)荷的作用下，細(xì)胞增大、肌纖維拉長(zhǎng)、室壁變薄、室腔增大、收縮力下降，進(jìn)而出現(xiàn)心力衰竭。因此，MMPs及TIMPs不但可預(yù)測(cè)心力衰竭心室重構(gòu)、心肌纖維化的程度，而且可能在心力衰竭的初始階段就有參與其病理生理過程。

3.4 MMPs/TIMPs與心肌病 擴(kuò)張性心肌病(dilated cardiomyopathy，DCM)多可出現(xiàn)MMPs活性增高，同時(shí)伴有心室壁變薄、心腔擴(kuò)大等心肌重構(gòu)表現(xiàn)，進(jìn)而引起心功能降低。而心功能不全可引起多種CK的增多，后者作為MMPs的激活劑，使心功能進(jìn)一步下降。通過臨床實(shí)驗(yàn)也證實(shí)在DCM患者中存在心肌膠原的降解和MMPs活動(dòng)。龐玉生等［22］研究發(fā)現(xiàn)，DCM組大鼠心肌MMP-1在4、8、12周表達(dá)水平較相應(yīng)空白對(duì)照組明顯上調(diào)，說明MMP-1在DCM組的左心室重構(gòu)的病理過程中起到重要作用。Picard等［23］在研究中發(fā)現(xiàn)，在正?；蜉p度左心室擴(kuò)張患者中，MMP-1和TIMP-1的表達(dá)輕度增強(qiáng);在中度左心室擴(kuò)張患者中，兩者的表達(dá)最高，MMP-1/TIMP-1的比例顯著增高;而在重度左心室擴(kuò)張中，兩者的表達(dá)反而較中度時(shí)減少，MMP-1/TIMP-1比例無明顯增高，說明MMPs的表達(dá)水平與病情的進(jìn)展相關(guān)。Hsia等［24］在研究?jī)和c成年DCM的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn):與成年期DCM相比，兒童期DCM患者的MMP-8、MMP-9升高 150%，而 MMP-3、MMP-7下降 30%;TIMP-1、TIMP-2升高2倍，TIMP-3降低41%，說明兒童期與成年期DCM可能具有不同的發(fā)病機(jī)制。除此之外，研究還發(fā)現(xiàn)，在DCM和缺血性心肌病終末期患者中，膠原蛋白和MMPs在左、右心室心肌分布不同，因而推測(cè)左、右心室肌中ECM降解有各自特定的模式［25］。

4 展望

MMPs參與了各種心血管疾病發(fā)生心肌重構(gòu)的過程。有研究提示，某些藥物及MMPs抑制劑可以阻斷MMPs的功能，因此，作為一個(gè)新的治療靶點(diǎn)，為心血管疾病新藥的研發(fā)提供了新的理論基礎(chǔ)。一些被成功應(yīng)用在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究的MMP抑制劑均有望成為有效的臨床心血管疾病治療藥物。除此之外，還有多種MMPs成員及TIMPs的病理生理作用尚未徹底研究清楚，需在這方面繼續(xù)努力。

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