蔡宇宸 姚弈偉 陳鑫

(南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京醫(yī)院心胸血管外科 南京市第一醫(yī)院，江蘇 南京 210002)

主動(dòng)脈瘤是一種發(fā)病隱匿和死亡率較高的大血管疾病，給患者及國家?guī)砹司薮蟮尼t(yī)療經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，雖然伴隨科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在腹主動(dòng)脈瘤的診斷及外科治療上取得了一定進(jìn)展，但由于缺乏對腹主動(dòng)脈瘤病因及發(fā)病機(jī)制的充分認(rèn)識(shí)，目前在腹主動(dòng)脈瘤的預(yù)防及早期干預(yù)治療方面仍為空白。因此，運(yùn)用生物學(xué)技術(shù)開展針對腹主動(dòng)脈瘤發(fā)病機(jī)制的研究，發(fā)現(xiàn)調(diào)控腹主動(dòng)脈瘤形成的關(guān)鍵分子機(jī)制，在腹主動(dòng)脈瘤的預(yù)防和治療工作中具有極其重要的意義。ADAMTS家族蛋白作為一類新型的胞外金屬蛋白酶，其多個(gè)家族成員被推測與主動(dòng)脈瘤的發(fā)生和發(fā)展過程有密切關(guān)聯(lián)?，F(xiàn)綜述國內(nèi)外文獻(xiàn)有關(guān)ADAMTS家族成員與主動(dòng)脈瘤的相關(guān)性。

1 主動(dòng)脈瘤的概述

主動(dòng)脈瘤是發(fā)生在主動(dòng)脈的一種病理性擴(kuò)張，通常指擴(kuò)張程度超過正常血管內(nèi)直徑的50%。主動(dòng)脈瘤可分為兩種類型：(1)腹主動(dòng)脈瘤，指動(dòng)脈瘤發(fā)生在腹部的降主動(dòng)脈；(2)胸主動(dòng)脈瘤，指動(dòng)脈瘤發(fā)生在胸腔的主動(dòng)脈段(升主動(dòng)脈、主動(dòng)脈弓部和早期降主動(dòng)脈)。伴隨血流的不斷沖擊，病變擴(kuò)張的主動(dòng)脈壁進(jìn)一步受損，主動(dòng)脈瘤可進(jìn)一步進(jìn)展為主動(dòng)脈夾層，最終破裂導(dǎo)致死亡[1-2]。主動(dòng)脈瘤的病因及發(fā)病機(jī)制較為復(fù)雜，吸煙是其公認(rèn)的重要危險(xiǎn)因素之一[3]。主動(dòng)脈瘤的病理學(xué)改變主要為主動(dòng)脈中膜彈力層的退行性變，其發(fā)病機(jī)制包括細(xì)胞外基質(zhì)的降解與破壞、血管平滑肌細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)化與凋亡、炎性細(xì)胞的浸潤以及氧化應(yīng)激等多種因素[1-2，4]。

細(xì)胞外基質(zhì)在維持主動(dòng)脈血管內(nèi)穩(wěn)態(tài)和主動(dòng)脈瘤的生理病理機(jī)制中起著至關(guān)重要的作用。細(xì)胞外基質(zhì)蛋白是主動(dòng)脈壁的重要組成部分，也是其主要成分，包括纖維蛋白(如膠原、纖維蛋白和彈性蛋白)、蛋白多糖(如硫酸乙酰肝素糖蛋白和基底膜聚糖蛋白)以及金屬蛋白酶等，其中彈性纖維和纖維膠原在主動(dòng)脈血管壁干重中所占比例為50%[5]。而金屬蛋白酶，特別是基質(zhì)金屬蛋白酶對細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的代謝調(diào)控尤為關(guān)鍵。在主動(dòng)脈瘤的病理發(fā)展過程中，由轉(zhuǎn)化生長因子β信號(hào)通路介導(dǎo)的金屬蛋白酶過度激活，從而引起主動(dòng)脈中膜進(jìn)行性降解，彈性纖維完整性降低，彈性蛋白溶解活性增加，導(dǎo)致主動(dòng)脈壁的病理性擴(kuò)張[6-7]。

2 ADAMTS家族蛋白的概述

ADAMTS家族，全稱含Ⅰ型血小板結(jié)合蛋白序列的解聚素樣金屬蛋白酶家族，由19種胞外酶和7種ADAMTS樣蛋白組成，具有多個(gè)相似的結(jié)構(gòu)域(如圖1)。組織結(jié)構(gòu)由包含N末端信號(hào)肽的前體域、金屬蛋白酶催化域和去整合素樣域組成，連接到附加的C末端的Ⅰ型血小板結(jié)合蛋白重復(fù)序列端區(qū)，稱為輔助結(jié)構(gòu)域。輔助結(jié)構(gòu)域可由去整合素樣域、第一凝血酶反應(yīng)素-Ⅰ型基序、富含半胱氨酸的結(jié)構(gòu)域、間隔區(qū)和其他凝血酶反應(yīng)素基序組成，是調(diào)節(jié)ADAMTS活性及其底物結(jié)合偏好的關(guān)鍵，同時(shí)輔助域也有其獨(dú)立的生物學(xué)作用[8-9]。它們的催化活性涉及Zn2+和三個(gè)保守的組氨酸殘基[9]。

注：各結(jié)構(gòu)域在不同亞型中有所差異，其中輔助結(jié)構(gòu)域中C末端附近的Ⅰ型血小板結(jié)合蛋白重復(fù)序列端區(qū)在不同亞型中重復(fù)數(shù)各不相同，各亞型中的特有結(jié)構(gòu)域已略。

ADAMTS家族蛋白在人體組織中廣泛表達(dá)，參與包括抗血管生成、動(dòng)脈粥樣硬化、細(xì)胞的增殖與遷移、動(dòng)脈瘤的形成、腫瘤的發(fā)生和發(fā)展以及胚胎發(fā)育等多種生物學(xué)過程[8，10-12]。近年來ADAMTS家族蛋白在心血管系統(tǒng)中的作用受到越來越多的關(guān)注。多個(gè)研究表明ADAMTS家族蛋白參與了主動(dòng)脈瘤的病理生理過程?，F(xiàn)重點(diǎn)介紹ADAMTS家族蛋白在主動(dòng)脈瘤的發(fā)生和發(fā)展中已知的作用及其機(jī)制的研究。

3 ADAMTS家族蛋白與主動(dòng)脈瘤

3.1 ADAMTS1是血管壁穩(wěn)態(tài)的重要調(diào)節(jié)因子

ADAMTS1蛋白是在1997年被發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)ADAMTS家族成員。該蛋白酶在許多不同類型的細(xì)胞中表達(dá)，其中包括血管內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞[13]。ADAMTS1在心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展中扮演了關(guān)鍵角色。在心臟發(fā)育過程中，ADAMTS1通過切割多功能蛋白聚糖參與阻止心室肌細(xì)胞的增殖[14]。在不同的細(xì)胞環(huán)境中，ADAMTS1通過酶促反應(yīng)顯現(xiàn)出促血管生成或抗血管生成的特性。有研究[15]表明，ADAMTS1的C末端及其相關(guān)的三個(gè)凝血酶反應(yīng)蛋白基序通過隔離血管內(nèi)皮生長因子，從而發(fā)揮抗血管生成作用。ADAMTS1與動(dòng)脈粥樣硬化也存在相關(guān)性，其機(jī)制涉及細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的裂解及血管平滑肌細(xì)胞的遷移[16-17]。

ADAMTS1可能在主動(dòng)脈重塑的病理生理過程中起作用。在一項(xiàng)涉及ADAMTS1基因缺陷小鼠的實(shí)驗(yàn)中，該小鼠模型顯示對β-氨基丙腈誘導(dǎo)的胸主動(dòng)脈夾層形成和破裂的敏感性降低，此外，ADAMTS1基因缺陷小鼠沒有因抑制炎癥細(xì)胞因子水平和巨噬細(xì)胞遷移而出現(xiàn)炎癥細(xì)胞浸潤，這為ADAMTS1成為胸主動(dòng)脈瘤的潛在治療靶點(diǎn)提供了依據(jù)[18]。不同的血管重塑分子(血管內(nèi)皮生長因子、血管緊張素Ⅱ、白介素-1β和腫瘤壞死因子-α)可促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞ADAMTS1的表達(dá)，其機(jī)制可能是通過激活T細(xì)胞核因子或CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白這兩種轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)的特定信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，誘導(dǎo)病理性血管重塑與ADAMTS1表達(dá)增強(qiáng)相關(guān)聯(lián)[19]。一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，對小鼠使用滲透泵輸送血管緊張素Ⅱ在28 d后，未處理組以及血管緊張素Ⅱ處理的雜合ADAMTS1小鼠組顯示出主動(dòng)脈擴(kuò)張。在使用慢病毒敲除成年小鼠主動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞ADAMTS1基因的模型中也觀察到類似的表型。該研究[20-21]也發(fā)現(xiàn)在馬方綜合征患者及馬方綜合征小鼠模型中，ADAMTS1的表達(dá)均有降低，這些結(jié)果表明ADAMTS1是血管壁穩(wěn)態(tài)的重要調(diào)節(jié)因子。

3.2 ADAMTS4通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡參與主動(dòng)脈瘤的發(fā)生和發(fā)展

ADAMTS4是一種多聚糖蛋白酶，在骨關(guān)節(jié)炎及類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎中有其重要作用[22]。該蛋白酶的C末端輔助結(jié)構(gòu)域具有促血管生成和抗血管生成的特性[23]。在一項(xiàng)研究中，接受高脂飲食及血管緊張素Ⅱ輸注的小鼠，其主動(dòng)脈壁血管平滑肌細(xì)胞及巨噬細(xì)胞的ADAMTS4表達(dá)明顯升高，而接受同樣處理的ADAMTS4基因缺陷小鼠動(dòng)脈直徑擴(kuò)張程度較對照組小，且未發(fā)生主動(dòng)脈夾層或破裂。在ADAMTS4-/-小鼠中，主動(dòng)脈直徑擴(kuò)張程度及主動(dòng)脈壁彈性纖維破壞程度明顯減小。這些結(jié)果表明敲除ADAMTS4基因也許對主動(dòng)脈的退行性變及主動(dòng)脈瘤發(fā)生具有保護(hù)作用[24]。

此外，作為一種蛋白酶，ADAMTS4不僅參與了細(xì)胞外基質(zhì)的代謝調(diào)控，而且還在細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮作用，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。有研究[23]表明，無活性的ADAMTS4酶或其C末端結(jié)構(gòu)域可抑制黑色素瘤的生長以及腫瘤細(xì)胞凋亡相關(guān)的血管生成。在血管平滑肌細(xì)胞中，ADAMTS4可通過直接與多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1(一種核蛋白酶，在DNA的修復(fù)和細(xì)胞存活中起積極作用)相互作用和裂解，從而參與平滑肌細(xì)胞凋亡的調(diào)控[25]。因此，ADAMTS4在主動(dòng)脈瘤中的作用可能并非通過酶促反應(yīng)，而是更多地與它誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的能力有關(guān)。

3.3 ADAMTS7降解軟骨寡聚基質(zhì)蛋白促進(jìn)主動(dòng)脈瘤形成

ADAMTS7最早發(fā)現(xiàn)于骨關(guān)節(jié)炎和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的病理過程中，其機(jī)制主要為與軟骨細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，尤其是軟骨寡聚基質(zhì)蛋白(cartilage oligomeric matrix protein，COMP)直接結(jié)合，并促使其降解[26]。而COMP不僅在骨骼組織中表達(dá)，在主動(dòng)脈中也有表達(dá)，并參與了血管平滑肌細(xì)胞的附著和趨化，在動(dòng)脈粥樣硬化的病變過程中發(fā)揮作用[27]。有研究[28]表明，ADAMTS7在體外可能參與抑制內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移。敲除ADAMTS7基因可促進(jìn)受損的動(dòng)脈再血管化及內(nèi)皮化[29]，并且敲除該基因的小鼠可表現(xiàn)出動(dòng)脈粥樣硬化的風(fēng)險(xiǎn)降低，可能是由于失去了其對血管平滑肌細(xì)胞遷移的影響[30]。

ADAMTS7在血管粥樣硬化發(fā)病機(jī)制中的潛在作用為ADAMTS7參與血管壁重塑提供了依據(jù)。從主動(dòng)脈瘤的人體組織中可看出，主動(dòng)脈瘤組ADAMTS7的表達(dá)明顯高于對照組(P<0.01)。同時(shí)，主動(dòng)脈瘤樣本中的COMP蛋白水平降低。該研究[31]提示ADAMTS7可能通過降解COMP，促進(jìn)主動(dòng)脈瘤的形成與發(fā)展。ADAMTS7/COMP通路也可能成為主動(dòng)脈瘤新的潛在治療靶點(diǎn)。

3.4 其他ADAMTS家族成員與主動(dòng)脈瘤的相關(guān)性

除前文所述的ADAMTS1、ADAMTS4和ADAMTS7外，還有多個(gè)ADAMTS家族蛋白在研究中被發(fā)現(xiàn)與主動(dòng)脈瘤的形成機(jī)制產(chǎn)生直接或間接的關(guān)聯(lián)。

ADAMTS5是參與蛋白多糖切割的主要酶之一。在血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的胸主動(dòng)脈瘤小鼠模型中，敲除ADAMTS5的小鼠顯示出較高的升主動(dòng)脈擴(kuò)張率[32]，并且觀察到敲除ADAMTS5的小鼠更容易出現(xiàn)主動(dòng)脈畸形[33]。

ADAMTS8是一種低效能的蛋白多糖切割酶，其主要表達(dá)于心臟和肺組織[34]。在敲除ADAMTS8基因的肺動(dòng)脈高壓小鼠模型中，肺血管平滑肌細(xì)胞的增殖受到抑制[35]。ADAMTS8在腹主動(dòng)脈瘤患者的平滑肌組織中表達(dá)下調(diào)[36]。一項(xiàng)使用英國生物庫數(shù)據(jù)的全基因組關(guān)聯(lián)研究[37]表明，ADAMTS8是一個(gè)已確認(rèn)的與腹主動(dòng)脈瘤發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)的基因座。

ADAMTS9在心血管系統(tǒng)的發(fā)育中起重要作用。雜合ADAMTS9小鼠的主動(dòng)脈壁、瓣膜和瓣葉均有缺陷，這些小鼠還表現(xiàn)出異常的心肌收縮和“海綿狀”心肌[38]。有研究[39]對主動(dòng)脈瘤破裂選擇急診手術(shù)修補(bǔ)患者的主動(dòng)脈壁組織進(jìn)行分析，其中ADAMTS9在破裂主動(dòng)脈壁血管平滑肌細(xì)胞中的表達(dá)明顯上調(diào)。

ADAMTS18與大血管的發(fā)育存在相關(guān)性。ADAMTS18基因敲除的小鼠可表現(xiàn)出胚胎主動(dòng)脈弓和頸動(dòng)脈系統(tǒng)的畸形，包括彈性纖維紊亂和頸動(dòng)脈血壓降低。它們還表現(xiàn)出胸腺發(fā)育不良和頸動(dòng)脈小體缺失。這些異?？捎肁DAMTS18的缺乏導(dǎo)致纖維連接蛋白堆積和細(xì)胞外基質(zhì)重塑來解釋[40]。

4 總結(jié)與展望

主動(dòng)脈瘤是一種常見和兇險(xiǎn)，且缺乏有效早期篩查及干預(yù)手段的大血管疾病。如不能早期診斷及干預(yù)，主動(dòng)脈瘤可演進(jìn)為具有高致死率的主動(dòng)脈夾層，甚至導(dǎo)致主動(dòng)脈破裂猝死，對人類生命健康造成重大威脅。主動(dòng)脈瘤的發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜，涉及細(xì)胞外基質(zhì)破壞、血管平滑肌細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)化與凋亡、炎性細(xì)胞的浸潤以及氧化應(yīng)激等多種病理生理過程。ADAMTS家族蛋白已被廣泛證實(shí)在心血管系統(tǒng)疾病的多個(gè)環(huán)節(jié)中發(fā)揮重要作用。本文系統(tǒng)介紹了ADAMTS家族蛋白與主動(dòng)脈瘤疾病間的關(guān)聯(lián)性，這種關(guān)聯(lián)性被多個(gè)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)以及人體組織學(xué)研究所證實(shí)。如ADAMTS1、ADAMTS4和ADAMTS7可通過影響血管細(xì)胞外基質(zhì)以及誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞凋亡，從而參與主動(dòng)脈瘤的病理生理過程(如圖2)。這些作用的具體機(jī)制仍需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)來明確，而其他ADAMTS家族成員與主動(dòng)脈瘤是否具有相關(guān)性也有待研究，這為主動(dòng)脈瘤的早期篩查及新型治療方法的探索提供了可能性。

注：ADAMTS1通過調(diào)控血管壁穩(wěn)態(tài)和重塑血管壁結(jié)構(gòu)，影響主動(dòng)脈瘤形成；ADAMTS4通過誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞凋亡參與主動(dòng)脈瘤形成；ADAMTS7通過降解COMP促進(jìn)主動(dòng)脈瘤形成；其他家族成員與主動(dòng)脈瘤關(guān)聯(lián)的詳細(xì)示意圖已略。