基质金属蛋白酶—2与冠状动脉粥样硬化性疾病的研究进展

郭俊林 张立

摘 要：基质金属蛋白酶-2是基质金属蛋白家族中的一个重要成员，在生理情况下参与人体的正常发育，病理状态下潜在基质金属蛋白酶-2被激活，通过削减斑块纤维帽参与心室重构在多种心血管疾病的发生、发展中起重要作，并且有望成为反映心血管疾病的一种生物标志物，而对基质金属蛋白酶-2的调节将是一个可能的治疗靶点。现就基质金属蛋白酶-2的基因、蛋白、活性调节、信号转导及其在冠状动脉粥样硬化性心脏病中的研究进展予以综述。

关键词：基质金属蛋白酶-2;心血管疾病;冠状动脉粥样硬化

中图分类号：R541.4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2018.04.010

文章编号：1006-1959（2018）04-0027-04

Abstract：Matrix metalloproteinase -2 is an important member of matrix metalloprotein family，it is involved in the normal development of human body under physiological conditions.And activated in pathological state，by reducing plaque fibrous cap and ventricular remodeling plays an important role in the development of various cardiovascular diseases，and is expected to become a biomarker reflecting cardiovascular disease.The regulation of matrix metalloproteinase-2 may be a possible therapeutic target.Now the gene，protein，regulation of its activity and signal transduction of matrix metalloproteinase-2 and its application in coronary atherosclerotic heart disease are reviewed.

Key words：Matrix metalloproteinase-2;Cardiovascular disease;Coronary atherosclerosis

炎症反应是引发心血管疾病的重要因素之一，炎症反应可能参与了冠状动脉粥样硬化性心脏病（coronary atherosclerotic heart disease，CHD）的发生发展过程。基質金属蛋白酶-2（matrix metalloproteinase-2 ， MMP-2）是一种具有多种生物效应的细胞因子，在一系列炎症反应中都扮演了重要角色，在动脉粥样斑块由稳定向不稳定过程转变以及斑块破裂过程中扮演了重要角色。因此，本文将对MMP-2与CHD的研究现状作一综述。

1 MMP-2的结构与功能

研究发现，能够在细胞外的基质中具有降解作用的酶类主要包括3大类：分别是半胱氨酸蛋白酶类、丝氨酸蛋白酶类以及基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases ， MMPs）类，其中MMPs在降解细胞外基质（extracellular matrixe， ECM）过程中发挥了重要作用，其降解功能超过ECM降解酶活性70%，MMPs是ECM降解过程的重要限速酶[1]。MMP -2也称作明胶酶A，是当前MMPs家庭成员中研究的较多之一，在ECM合成及降解代谢的整个过程中扮演了重要角色。MMP-2可由体内多种细胞合成和分泌，包括成纤维细胞、内皮细胞、浆细胞、星形细胞、小胶质细胞、神经细胞、巨噬细胞、嗜酸粒细胞和中性粒细胞等[2]。MMP-2分布于人体或动物的多种组织或器官中，发挥着不同的生理功能。

人类MMP-2基因编码分子量大小约为72 ku酶原，通过活化后能够水解成65 ku的活性形，MMP-2酶原的组成包含信号肽区、前肽区、催化区、铰链区和羧基末端区这5个部分：①信号肽区，是N-末端的信号序列，引导此酶经细胞分泌后的准确定位;②前肽区，包含高度保守的PRCGVPDV序列，其序列包含半胱氨酸残基，其主要功能是维持酶原的稳定作用，此残基在酶活化后将被进行水解;③催化区，在这区域大都包括类似HEXGHXXGXXH的氨基酸序列，其中的3个组氨酸残基组成了3个锌离子的配基，除此之外还包含了1个谷氨酸残基，酶的活性中心由此构成。催化区含有3个纤连蛋白重复区，此区域能够加强两个明胶酶跟底物明胶的组合[3]。其空间结构主导MMP-2与底物的连接方式。MMP-2首先必须与底物进行连接，其后才能够发挥酶的重要活性作用;④含有大量脯氨酸的铰链区;⑤羧基末端区，其能够介导MMPs与ECM成分或与MMP抑制剂的有机结合，并且与酶的特异性有重要关系。

MMP-2能够切割变性的Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ胶原，也具有降解天然Ⅳ，Ⅴ，Ⅶ，Ⅺ型胶原的能力，对层黏连蛋白，弹性蛋白和纤连蛋白都具有一定的降解能力[4]。除此之外，MMP-2还能分别作用于单核细胞化学吸引蛋白（monocyte chemoattractant protein ， MCP ）-3、白介素（interleukin ，IL ）-1β、基质细胞衍生因子（stromal cell-derived factor， SDF ）-1等[5]。

正常状态下，成人的机体中MMP-2的表达水平并不很高，通常在在机体接受刺激后或在病理状态下，才会促使其表达水平上调。MMP-2在调节ECM的合成及降解过程中发挥了重要作用，进而影响细胞之间、细胞跟细胞基质之间的有效信息表达，从而对细胞的生长、分化、黏附、迁移、损伤修复及组织重塑产生了重要影响。除此之外，MMP-2参与排卵、新生血管的形成、组织重建和损伤修复，恶性肿瘤转移、急性冠状动脉综合征（acute coronary syndrome ， ACS）、类风湿关节炎等多种病理及生理过程。

2 MMP-2与动脉粥样硬化的关系

动脉粥样硬化是在多因素影响下的长期慢性的病变过程，在其发生发展的过程中，脂质物质在内膜的沉积、血管内膜的损伤、单核细胞被激活并释放大量的生长因子及细胞活性因子，细胞外基质（ECM）代谢失调等一系列的变化，导致动脉管壁中膜血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cell， VSMC）大量增殖，并向内膜下迁移，形成了动脉粥样斑块。

MMPs与斑块不稳定性有着密切联系。其机制可能是MMP降解大量的细胞外基质，同时使其它的MMP从没有活性的酶原转变成具有活性MMP。當单核细胞和血管内皮的功能发生改变时，MMPs活性表达会产生异常，促使基底膜发生降解，进而导致脂质和单核细胞逐步向内皮下进行浸润，单核细胞通过在内皮下转化为巨噬细胞吞噬脂质，进而形成泡沫细胞。激活后的内皮细胞、单核-巨噬细胞都可产生许多生长因子，这些产物可激发VSMC并导致其逐渐增殖。泡沫细胞与VSMC及其分泌的产物不停的参与斑块的形成过程，周而复始，其后逐步累积成动脉粥样硬化斑块。ECM降解与重建过程最关键的酶是MMP-2 ，其在AS形成及发展过程中起着重要作用[6]。正常情况下，动脉组织中只有少量的表达[7]，而其在发生动脉粥样硬化的斑块中、脂质条纹中的表达量却增高[8]。通过研究发现动脉粥样硬化斑块分泌的组织浸出物在在没有添加任何激活剂的条件下都具有较高的降解W型胶原酶和明胶的功效，当把MMPs的特异性抑制剂例如EDTA（ethylene diamine tetraacetic acid）加入到浸出物当中时，浸出物能够降解W型胶原酶及明胶的作用则丧失，然而在正常动脉壁组织分泌的浸出物则不具备这种功效，其进一步表明了动脉粥样硬化斑块内的MMP-2和MMP-9均具有酶的活性状态[9]。研究认为动脉粥样硬化发生发展及不稳定斑块形成导致破裂与基质金属蛋白酶MMPs和组织型基质金属蛋白酶抑制物（matrixmetalloproteinase tissue inhibitor， TIMPs）平衡失调有关[10]。ECM成分的变化也与AS的形成过程密不可分，而降解ECM的酶主要是MMPs[11]。

ECM的合成与降解的平衡被打破进而引起VSMC增殖并从动脉中膜向内膜逐步迁移，因此，如何保持ECM合成及降解的动态平衡将会是对脉粥样硬化进行防治的关键环节。在正常生理状态下，血管的内皮细胞仅分泌微量的MMPs，因此在血管组织中很难检测出其生物活性，然而在动脉粥样硬化形成的整个进程中，在各种病理进程中，例如脂质沉积，巨噬细胞的聚集与活化、局部组织在缺血缺氧等各种病理因素的引导下，受损的内皮细胞和浸润的炎细胞均可产生丰富的MMPs，这其中与动脉粥样硬化发生相关性最高的是MMP-2，能够对基底膜、明胶及各种胶原成分进行有效降解，显著提升平滑肌细胞的增殖，平滑肌细胞向泡沫细胞转化的整个过程中又大量分泌MMP-2，有效的降解ECM，促进动脉粥样硬化的形成。

MMP-2通过过度降解细胞外基质进而打破了ECM的动态平衡，组织型基质金属蛋白酶抑制-2（ TIMP -2）具有抑制MMP-2的过度降解效能;在动脉粥样硬化逐步形成的过程中，动脉粥样硬化斑块的肩部区域对MMP-2表达明显增强，MMP-2/ TIMP-2均与调节了ECM的合成及降解过程，因而，MMP-2对动脉粥样硬化斑块的稳定性有着非常重要的影响[12]。除此之外，MMP-2还可对血管平滑肌细胞的迁移及内膜的增殖也具有重要的作用[13]。

3 MMP-2在冠状动脉粥样硬化性心脏病中的表达

MMPs是能够对细胞的外基质进行有效降解的一组蛋白酶，在对细胞外基质进行调节的动态平衡的过程中占据关键性位置。研究发现在易损斑块中MMPs表达和分泌增加，通过直接降解基质成分而削弱纤维帽的强度和破坏纤维帽结构，在动脉粥样硬化斑块不稳定的发生过程中发挥重要的作用MMP-2是该家族中的重要成员之一，主要由单核/巨噬细胞分泌合成。正常动脉壁组织中只存在少量明胶酶（MMP-2的表达，而在动脉粥硬化斑块内则可检出大量MM P-2表达[14]。不稳定斑块，其实质是指易损斑块（软斑及混合斑）含脂质较高，易破裂、出血及形成血栓，成为栓塞过程中栓子的重要来源。动脉粥样硬化也是慢性炎症逐步导致的结果，粥样硬化斑块中含有大量的炎性细胞及其表达产物。人的动脉斑块损伤部位均有MMPs（MMP-1， 2， 3， 7， 8，9， 12，14）的表达，活化状态下的MMPs促进纤维帽的降解，其结构基质成分含有胶原纤维跟弹力纤维，纤维帽的削弱，最终导致斑块的稳定性发生破坏。当受到外在触发条件下，斑块破裂，释放大量组织因子、激活血小板和凝血系统，形成血栓，导致心血管疾病[15]。

4 MMP-2与冠状动脉粥样硬化性心脏病的基础研究

研究表明，在动物模型中，大鼠心肌梗死发生之后其心肌间质之中MMP-2含量显著提升，这是导致发生心室肌细胞重构及心功能不全的重要机制之一[16]。当动脉粥样硬化发生的时候，其MMP-2表达显著上调，并且原发性高血压也可导致血浆中MMP-2表达的提高[17]。通常MMP-2是通过酶原的形式位于动脉内-中膜之间，并且表达水平较低，血压高于正常时，有可能引起某个靶点激活，导致了MMP-2表达上调，从而导致部分携带某一种特定基因序列的原发性高血压患者出现AS。董超[18]等通过大鼠模型的研究显示，血府逐瘀方能抑制动脉粥样硬化的形成，其机制可能与其能下调动脉粥样硬化大鼠动脉粥样硬化组织内的MMP-2 的表达及升高TIMP-2 表达有关。

5 MMP-2与冠状动脉粥样硬化性心脏病的临床研究

唐其东[19]等以ELISA法分析了ACS患者动脉血浆中MMP-2的浓度水平。最终提示ACS患者血浆MMP-2水平较正常对照组明显升高，并且MMP-2与TIMP-2比值较正常对照组也明显升高。研究提示在ACS患者机体中，动脉粥样硬化斑块的演变进程跟血浆中MMP-2 ， TIMP-2的水平及MMP-2/TIMP-2比值高低程度及失衡程度有着密切关系;当MMP-2表达水平提高时，它对动脉ECM的降解有促进作用，进而致使动脉粥样硬化斑块当中的纤维帽逐渐变薄，引起斑块的稳定性降低而随之发生破裂;MMP-2水平，MMP-2/TIMP-2比值有可能将作为潜在的ACS患者早期进行有效诊断的生物学指标。

王淑华[20]等通过研究指出，幽门螺杆菌感染可能通过炎性细胞的浸润分泌多种炎性因子和脂质过氧化物，诱导内皮细胞大量分泌MMP-2 和MMP-9，从而加速动脉粥样硬化斑块的形成和发展，幽门螺杆菌 感染阳性患者发生冠状动脉粥样硬化性心脏病的几率可能增高。白图雅[21]等对123例患者研究显示，稳定斑块患者和不稳定斑块患者血清MMP-2水平较无斑块患者显著升高，并且血清MMP-2水平与斑块易损程度呈正相关。他汀可改善动脉粥样硬化患者的动脉内粥样斑块的稳定性，促进斑块由稳定性斑块向不稳定斑块的发展，研究显示，通过使用他汀类药物治疗之后，血中MMP-2的表達水平明显下调[22]。

6展望

近年来，MMP-2的结构和功能得到了广泛、深入的研究。很多研究结果表明MMP-2在诸多的疾病的发展过程中扮演了重要的角色[23-25]。部分研究显示，通过对血浆中MMP-2的检测可以初步评估某些疾病的发展阶段，作为其预后的评估参考指标之一。但纵观大量研究结果，MMP-2表达水平的影响因子不只是某一种疾病，在以血浆MMP-2含量作为这些疾病的预后指标时，对同时患有多种疾病的患者进行预后评估将会更加困难。这就需要我们不仅仅从分子水平上证明MMP-2表达水平与跟某种疾病的相关性，而且也需要使用统计学方法去分析整体水平上MMP-2表示高低跟某种疾病的相关性，进而能够准确反应被监测到的MMP-2表达水平与该疾病的病理进程。但在正常生理状态下MMP-2也发挥着重要的作用，在以MMP-2为治疗靶标时，既要考虑通过调节MMP-2来改善疾病症状，又要考虑不能影响正常部位MMP-2的正常生理功能。因此，靶向调节MMP-2就尤为重要，这还需要进一步研究。

参考文献：

[1]Alfakry H，Malle E，Koyani CN，et al.Neutrophil proteolytic activation cascades：a possible mechanistic link between chronic periodontitis and coronary heart disease[J].Innate Immun，2016，22（1）：85-99.

[2]Ali S，Driscoll HE，Newton VL，et al.Matrix metalloproteinase-2 is downregulated in sciatic nerve by streptozotocin induced diabetes and/or treatment with minocycline：Implications for nerve regeneration[J].Exp Neurol，2014，11（261）：654-665.

[3]Mahecha AM，Wang H.The influence of vascular endothelial growth factor-A and matrix metalloproteinase-2 and -9 in angiogenesis，metastasis，and prognosis of endometrial cancer[J].Onco Targets Ther，2017（10）：4617-4624.

[4]AdhikariN，Mukherjee A，Saha A，et al.Arylsulfonamides and selectivity of matrix metalloproteinase-2：An overview[J].Eur J Med Chem，2017，3（129）：72-109.

[5]Fukai F.New Type of Antitumor Agent Targeting the Cell Adhesion Molecule，Integrin[J].Yakugaku Zasshi，2017，137（2）：137-139.

[6]Shon SM，Jang HJ，Schellingerhout D，et al.Cytokine Response to Diet and Exercise Affects AtheromatousMatrix Metalloproteinase-2/9 Activity in Mice[J].Circ J.2017，81（10）：1528-1536.

[7]Dong M，Zhou C，Ji L，et al.AG1296 enhances plaque stability via inhibiting inflammatory responses and decreasing MMP-2 and MMP-9 expression in ApoE mice[J].Biochem Biophys Res Commun，2017，489（4）：426-431.

[8]Lekic A，Brekalo Z，Kvesic A，et al.Crosstalk Between Enzyme Matrix Metalloproteinases 2 and 9 and Regulatory T Cell Immunity in the Global Burden of Atherosclerosis[J].Scand J Immunol，2017，86（1）：65-71.

[9]Moura MF，Navarro TP，Silva TA，et al.Periodontitis and Endothelial Dysfunction：Periodontal Clinical Parameters and Levels of Salivary Markers Interleukin-1β，Tumor Necrosis Factor-α， Matrix Metalloproteinase-2，Tissue Inhibitor of Metalloproteinases-2 Complex，and Nitric Oxide[J].J Periodontol，2017，88（8）：778-787.

[10]Liu N，Cao Y，Zhu G.Expression of matrix metalloproteinases-2，-9 and reversion-inducing cysteine-rich protein with Kazal motifs in gingiva in periodontal health and disease[J].ArchOral Biol，2017，75：62-67.

[11]Wu H，Shou X，Liang L，et al.Correlation between plasma angiopoietin-1，angiopoietin-2 and matrix metalloproteinase-2 in coronary heart disease[J].Arch Med Sci，2016，12（6）：1214-1219.

[12]Chen X，Qian S，Hoggatt A，et al.Endothelial Cell-Specific Deletion of P2Y2 Receptor Promotes Plaque Stability in Atherosclerosis-Susceptible ApoE-Null Mice[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol，2017，37（1）：75-83.

[13]Kang H，Ahn DH，Pak JH，et al.Magnobovatol inhibits smooth muscle cell migration by suppressing PDGF-Rβ phosphorylation and inhibiting matrix metalloproteinase-2 expression[J].Int J Mol Med，2016，37（5）：1239-1246.

[14]Fernandez Machulsky N，Gagliardi J，Fabre B，et al.Matrix metalloproteinases and psychosocial factors in acute coronary syndrome patients[J].Psychoneuroendocrinology，2016，1（63）：102-108.

[15]Kusnierova P，Vsiansky F，Pleva L，et al.Reference intervals of plasma matrix metalloproteinases 2，3，and 9 and serum asymmetric dimethylarginine levels[J].Scand J Clin Lab Invest，2015，75（6）：508-513.

[16]Moustardas P，Kadoglou NP，Katsimpoulas M，et al.The complementary effects of atorvastatin and exercise treatment on the composition and stability of the atherosclerotic plaques in ApoE knockout mice[J].PLoS One.2014，9（9）：e108240.

[17]Zhai X，Chi J，Tang W，et al.Yellow wine polyphenolic compounds inhibit matrix metalloproteinase-2，-9 expression and improve atherosclerotic plaque in LDL-receptor-knockout mice[J].J Pharmacol Sci，2014，125（2）：132-141.

[18]董超，馬新乔，高军秒，等.血府逐瘀方对动脉粥样硬化大鼠MMP-2 及TIMP-2 的影响[J].医学研究与教育，2014，31（3）：1-5.

[19]唐其东，吴平生，侯玉清，等.血浆基质金属蛋白酶2和组织型基质金属蛋白酶抑制剂2水平变化与急性冠状动脉综合征的关系[J].中国动脉硬化杂志，2009，17（5）：391-394.

[20]王淑华.幽门螺杆菌感染对冠心病患者血清MMP-2 和MMP-9 的影响[J].医学检验与临床，2013，24（5）：29-31.

[21]白图雅.血清MMP-2和IL-6及TNF-α在动脉粥样硬化患者中的表达水平及其与疾病相关性研究[J].内蒙古医学杂志，2013，45（7）：776-778.

[22]胡晓雁，肖志杰，申亚巍，等.辛伐他汀对脑动脉粥样硬化患者MMP-2、MMP-9和血脂影响的多中心研究[J].中国生化药物杂，2014，34（8）159-161.

[23]Buraczynska M，Dragan M，Buraczynska K，et al.Matrix metalloproteinase-2（MMP-2）gene polymorphism and cardiovascular comorbidity in type 2 diabetes patients[J].J Diabetes Complications，2015，29（6）：829-833.

[24]Bakar F.Cucurbitacin B Enhances the Anticancer Effect of Imatinib Mesylate Through Inhibition of MMP-2 Expression in MCF-7 and SW480 Tumor Cell Lines[J].Anticancer Agents Med Chem，2016，16（6）：747-754.

[25]Li Z，Takino T，Endo Y，et al.Activation of MMP-9 by membrane type-1 MMP/MMP-2 axis stimulates tumor metastasis[J].Cancer Sci，2017，108（3）：347-353.

收稿日期：2017-10-11;修回日期：2017-10-23

编辑/李桦