秦彥文，唐朝樞

腹主動脈瘤(Abdominal aortic aneurysm，AAA)為腎下腹主動脈直徑≥3 cm，主動脈直徑＞正常直徑50%以上的一種主動脈致死性疾?。?］。一旦發(fā)生其結果是進行性增大并最終破裂，導致無法控制的大出血，這類瘤體破裂的患者病死率可達80%以上，故腹主動脈瘤被稱為機體“定時炸彈”。臨床針對腹主動脈瘤以外科開放性治療和血管內介入治療為主，迄今為止臨床上尚無特異針對腹主動脈瘤的治療藥物以阻止或逆轉其進展，因此加強對腹主動脈瘤發(fā)病機制研究，探尋腹主動脈瘤發(fā)病的關鍵環(huán)節(jié)作為防治靶點至關重要。

1 腹主動脈瘤——常見的高危血管疾病

隨著我國人口老齡化、飲食結構改變及檢測手段的更新，腹主動脈瘤在我國患病率呈明顯上升趨勢，中國尚缺乏有關腹主動脈瘤的流行病學資料。在美國65歲以上人群腹主動脈瘤的患病率為8%，每年大約行25 000例腹主動脈瘤修復術(包括血管內介入治療和開放性治療)，位居美國第13號疾病殺手［2］。

目前臨床治療腹主動脈瘤以外科開放性治療和血管內介入治療為主，主要針對的是直徑＞5.5 cm、或者短期內增長較快有破裂危險的腹主動脈瘤。然而腹主動脈瘤篩查研究表明，超過90%的動脈瘤為較小的動脈瘤(＜5.5 cm)。因此，限制小腹主動脈瘤直徑擴張已成為治療策略的當務之急［3］。動物實驗和臨床試驗報道強力霉素和羅紅霉素、他汀類藥物、噻唑啉二酮類藥、β受體阻滯劑和血管緊張素轉換酶抑制劑等似可限制腹主動脈瘤進展，但尚有爭議［3］，需進一步研究其作用機理和進行長期、大型的隨機對照試驗。

腹主動脈瘤是多因素發(fā)病的復雜性疾病。多見于老年男性，男女之比為10∶3左右。老齡化可以通過主動脈生理進展性擴張和動脈硬化的原因來影響腹主動脈瘤的發(fā)展。吸煙是腹主動脈瘤主要風險因子，血漿尼古丁增加可誘發(fā)腹主動脈瘤的發(fā)生。肺炎衣原體及巨細胞病毒感染都可能參與腹主動脈瘤的發(fā)病過程。雖然腹主動脈瘤和動脈粥樣硬化共享部分共同的環(huán)境因素和基因背景，但是近年認為腹主動脈瘤是獨立于動脈粥樣硬化之外的獨立疾病過程。高血壓通過促進動脈壁的硬化促進腹主動脈瘤的形成。證據表明腹主動脈瘤發(fā)病具有明顯的遺傳易感性。

2 血管重塑是腹主動脈瘤發(fā)病的病理學基礎

腹主動脈瘤是腹主動脈管壁局部損傷，繼而累及整個管壁的慢性退行性病變。腹主動脈瘤的組織病理學改變主要為主動脈全層慢性炎癥細胞侵潤，瘤壁中膜變薄、外膜增厚;彈性蛋白由正常腹主動脈的15% ～33%下降至5% ～8%，彈力蛋白與膠原比例失衡及主動脈彈性下降，使血管壁擴張;中膜血管平滑肌細胞(VSMC)凋亡致數量減少、修復能力減弱;主動脈外膜及其管周組織呈現明顯的炎癥反應，同時伴有血管新生，最終導致腹主動脈壁重塑，管腔進行性擴張，終使管壁可能發(fā)生破裂。

導致腹主動脈瘤血管重塑發(fā)生機制尚未完全闡明。目前研究認為腹主動脈瘤的發(fā)病是炎癥反應過程。任何破壞內膜及外膜的因子均可啟動炎癥和免疫反應。參與腹主動脈瘤發(fā)生的免疫和基質細胞，包括巨噬細胞，中性粒細胞，肥大細胞，B、T淋巴細胞以及VSMC和成纖維細胞。在腹主動脈瘤形成早期腹主動脈壁侵潤的炎性細胞釋放細胞因子、趨化因子和各種蛋白酶，引起VSMC凋亡，降解細胞外基質(ECM)蛋白如彈力蛋白和膠原蛋白，促進血管細胞遷移和血管新生。

中膜VSMC凋亡是腹主動脈瘤發(fā)生發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)之一。腹主動脈瘤組織內VSMC排列紊亂、凋亡指數明顯增加。VSMC發(fā)揮著雙重作用，它既可以通過分泌金屬蛋白酶組織抑制因子(Tissue inhibitor of metalloproteinases，TIMP)、彈性蛋白原和膠原蛋白原來促進細胞外基質的合成;同時又可以通過分泌細胞因子促進炎癥細胞的招募，增加基質金屬蛋白酶(MMPs)的合成與分泌，促進細胞外基質的降解。

目前普遍認為MMPs激活降解彈力蛋白和膠原蛋白是腹主動脈瘤血管重塑的直接因素。MMPs能降解細胞外基質中主要成分彈性蛋白，其降解產物可趨化炎性細胞浸潤，進而正反饋地增加MMPs的生成，加重彈性蛋白的降解，引起主動脈壁張力和彈力變化，最終使動脈逐漸擴張可導致動脈瘤的形成。MMP-2及MMP-9在腹主動脈瘤形成中占主要地位。

盡管對腹主動脈瘤發(fā)病機制進行了大量研究，但是應用抗炎和(或)MMPs抑制劑試圖減輕腹主動脈瘤進展的實驗治療和臨床試驗結果并不理想［4］。因而另一類組織基質降解酶——組織蛋白酶(Cathepsins)在腹主動脈瘤發(fā)病中的作用近年受到高度關注［5］。

3 組織蛋白酶——導致腹主動脈瘤血管基質重塑的關鍵因子

Cathepsins是在酸性環(huán)境中被活化的溶酶體蛋白酶，屬木瓜蛋白酶。人 Cathepsins分為 B、C、D、F、H、K、L、O、S、V、W 和 X 十二種亞型，大部分是半胱氨酸蛋白酶，其余是天冬氨酸或絲氨酸蛋白酶。Cathepsins都是由無活性的前體酶原水解而成，在溶酶體的酸性條件下自動水解成為有活性的成熟的Cathepsins。腹主動脈瘤危險因素如吸煙、高血壓、動脈粥樣硬化等均可損傷血管內皮細胞，溶酶體膜通透性增加釋放大量活化的Cathepisns。Cathepsins的活性除可以通過改變環(huán)境pH值來調控，體內還存在Cathepsins內源性抑制劑如胱抑素C(Cystatin C)，可以通過可逆結合其靶蛋白而抑制Cathepsins活性。研究發(fā)現炎癥因子如腫瘤壞死因子α(TNF-α)和干擾素γ(IFNγ)等可以促進血管內皮細胞、巨噬細胞和VSMC分泌Cathepsins;尼古丁可以刺激嗜鉻細胞Cathepsin L的分泌;游離膽固醇通過活化巨噬細胞膜上的Toll樣受體和P38分裂原活化蛋白激酶促進Cathepsin K的釋放;氧化低密度脂蛋白可以刺激人巨噬細胞Cathepisn S的表達和分泌;以血管緊張素Ⅱ(AngiotensinⅡ，AngⅡ)刺激培養(yǎng)的人巨噬細胞，發(fā)現溶酶體膜通透性增加、溶酶體膜破裂，Cathepsin F大量表達、分泌和激活。

Cathepsins家族在心血管疾病中的作用近年來引起廣泛關注［6］，在腹主動脈瘤的發(fā)病過程中Cathepisns的表達和活性顯著增加。采用免疫組化和免疫印跡方法發(fā)現正常血管基本不表達的Cathepsin L在腹主動脈瘤病變組織呈強陽性表達;腹主動脈瘤病變Cathepsin L的信使核糖核酸(mRNA)表達比正常主動脈顯著增加了22%;腹主動脈瘤病變組織的Cathepsin H蛋白水平比動脈閉塞患者主動脈高出330%，免疫熒光探針結果發(fā)現Cathepsins B、H、L和S的活性比動脈閉塞患者主動脈分別增加了376%、191%、223%和近20%。研究發(fā)現與正常血管相比較，各種Cathepsins在腹主動脈瘤病變中表達顯著增加，腹主動脈瘤管腔的內皮細胞主要表達Cathepsin D，也可以表達Cathepsin B、K、S，新生血管的內皮細胞、巨噬細胞和VSMC可以表達所有的Cathepsins。研究發(fā)現Cathepsin S在腹主動脈瘤患者血清中表達顯著增加了近30%，并且與腹主動脈瘤的大小呈顯著正相關;另有報道發(fā)現腹主動脈瘤患者血清和血漿的Cathepsin D表達和活性較健康對照組顯著增加。在多種腹主動脈瘤的動物模型上同樣觀察到Cathepsins過表達和激活。以AngⅡ灌注載脂蛋白(Apo)E－/－小鼠28天建立腹主動脈瘤模型，免疫組化和免疫印跡的方法發(fā)現正常血管基本不表達Cathepsin S，而在腹主動脈瘤病變組織中Cathepisn S呈強陽性表達，增加了90%以上，Cathepsin K、S、C的mRNA表達顯著高于正常血管組織最多達5倍;在彈力蛋白酶灌注小鼠14天建立的腹主動脈瘤模型早期即有Cathepsin C的mRNA表達增加。

Cathepsins基因敲除及轉基因小鼠的研究結果證實Cathepsins在腹主動脈瘤發(fā)病中起重要作用［5］。Qin等［7］以AngⅡ灌注ApoE和Cathepsin S基因雙敲除小鼠建立腹主動脈瘤模型，發(fā)現Cathepsin S敲除后小鼠的腹主動脈瘤發(fā)生率顯著降低，是ApoE－/－小鼠腹主動脈瘤發(fā)病率的1/8，腹主動脈直徑顯著減小了0.86 mm，減輕了47%。以彈力蛋白酶灌注Cathepsin K［8］或 Cathepsin L［9］敲除的小鼠，發(fā)現腹主動脈瘤發(fā)生率俱降低，腹主動脈瘤直徑顯著減小，同時顯著減少了巨噬細胞和T淋巴細胞遷移、新生血管形成，降低了蛋白水解酶MMPs和其他Cathepsins的表達和活性，而彈力蛋白酶灌注Cathepsin C敲除小鼠發(fā)現根本不能形成腹主動脈瘤。反之，以AngⅡ灌注Cystatin C和ApoE雙敲除小鼠發(fā)現腹主動脈瘤病變面積和管腔直徑較ApoE單敲除小鼠分別增加55%和50%;以Cathepsin G的非特異性抑制劑——絲氨酸蛋白酶抑制劑A3干預氯化鈣灌注的腹主動脈瘤小鼠模型，采用原位酶譜法結果發(fā)現主動脈彈力蛋白酶活性降低，主動脈穩(wěn)定性增強，腹主動脈瘤血管病理損傷減輕。

Cathepsins參與腹主動脈瘤病的作用機制尚未完全闡明，可能具有多種效應。研究發(fā)現Cathepsin S敲除后小鼠主動脈壁的彈力蛋白完整性和膠原聚集被損害，給予Cathepsin S小分子抑制劑阻斷了80%的彈力蛋白降解活性，認為有活性的Cathepsin S可以降解細胞外可溶性彈力蛋白。Shi等［7，9］研究發(fā)現 Cathepsin S、L敲除后通過減少單核細胞趨化因子-1(MCP-1)含量和巨噬細胞遷移而減少巨噬細胞含量，減輕腹主動脈瘤發(fā)病的炎性過程。以AngⅡ刺激Cathepsin S敲除小鼠的巨噬細胞［10］，發(fā)現Cathepsin S通過增加受損的線粒體、升高活性氧的水平和核轉錄因子(NF-kB)活性來調節(jié)組織炎性纖維化。以Cathepsin S選擇性抑制劑Compound A干預暴露于臭氧環(huán)境下的支氣管肺泡灌洗液中性粒細胞，發(fā)現抑制Cathepsin S降低白細胞介素-6和腫瘤壞死因子α水平，減輕炎癥反應。Qin等［7］以Cathepsin S的選擇性抑制劑Z-FL-COCHO干預AngⅡ誘發(fā)的VSMC凋亡，發(fā)現其通過下調Bax/Bcl-2比例以及減少半胱天冬酶-3的表達來抑制凋亡。Cathepsin G可以通過增強轉化生長因子(TGF-β)信號通路、上調血管內皮生長因子(VEGF)和細胞趨化蛋白(MCP-1)的表達促進腫瘤的血管新生。Cathepsin G通過促進基質金屬蛋白酶酶原轉化為活性的基質金屬蛋白酶而增加MMPs的表達。綜上所述，不同亞型的Cathepsins可能分別通過影響彈力蛋白酶降解、細胞炎癥反應、VSMC凋亡、血管新生和誘導其它蛋白酶的表達或活性等多環(huán)節(jié)參與腹主動脈瘤發(fā)病。

研究表明腹主動脈瘤患者的血清Cathepsin S水平顯著升高并與腹主動脈瘤大小正相關［11］，但是其是否可以作為腹主動脈瘤的診斷標志物還需要大規(guī)模臨床研究證實。研究證明Cathepsins直接參與腹主動脈瘤的發(fā)病，但是參與腹主動脈瘤的Cathepsins各成員之間的相互關系、Cathepsins與影響腹主動脈瘤形成的眾多因素間的相互作用以及Cathepsins對腹主動脈瘤不同發(fā)展階段的作用等尚不完全清楚，尚需進一步研究。雖然Cathepsins抑制劑對腹主動脈瘤的治療目前還僅限于臨床前研究［5］，以溶酶體Cathepsins作為干預腹主動脈瘤發(fā)生發(fā)展的新策略可能具有深遠的臨床意義，值得臨床工作者高度關注。

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