基质金属蛋白酶及其抑制药物的研究

基质金属蛋白酶及其抑制药物的研究姚义琴综述　谢梅林审校【摘要】　动脉粥样硬化是引起冠状动脉粥样硬化性心脏病的主要因素之一。基质金属蛋白酶(MMPs)可影响动脉硬化斑块的去稳定化,MMP22和MMP29降解斑块部位的纤维帽,促进平滑肌细胞从中层迁移到内膜,加重了血管的结构改变,促进动脉粥样硬化斑块不稳定性的发生,使斑块易于破裂。本文对此进行简要阐述,并介绍了对MMP22和MMP29具有抑制作用的药物。【关键词】　基质金属蛋白酶;动脉粥样硬化;不稳定性斑块;基质金属蛋白酶抑制药物中图分类号:R543.5 文献标识码:A 文章编号:167326583(2008)0520290204

　基金项目:江苏省自然科学基金(BK2005029)　作者单位:215123　苏州大学医学部基础医学与生物科学学院药理学教研室 基质金属蛋白酶(MMPS)为锌离子依赖的蛋白酶超家族,其主要功能为降解除多糖以外的全部细胞外基质(ECM)成分,动脉粥样斑块内的巨噬细胞、泡沫细胞和平滑肌细胞分泌的MMPS可降解斑块的纤维帽,这是导致斑块不稳定性的因素之一。鉴于MMPS,尤其是MMP22和MMP29在动脉粥样硬化斑块的去稳定化中的重要作用,本文将重点介绍动脉粥样硬化以及血管疾病相关的MMP22和MMP29抑制药物的研究。1　MMPS的分类及调节至今发现的MMPS有近30种,在人类,至少有23种已经被识别和鉴定。根据其作用的底物不同,可以将他们分为以下四类:(1)胶原酶:是降解Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅸ、Ⅹ等间质胶原的起始酶和限速酶,包括MMP21、28、213、218。(2)明胶酶:能降解Ⅴ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ型胶原和水解不溶性弹性蛋白,包括MMP22和MMP29。(3)间质溶解素:可降解多种ECM成分,如蛋白多糖、层黏连蛋白、纤维黏连蛋白,包括MMP23、27、210、211、212。(4)膜型MMPS(MT2MMPS):能直接降解几种ECM成分和启动其他MMP,包括MMP214、215、216、217。MMPS主要在三个水平上进行调节,即基因转录、酶原的激活和基质金属蛋白酶抑制因子(tissueinhibitorsofmetalloproteinases,TIMP)的作用[1]。对于大多数的MMPS来说(除MMP22外),关键的调节在转录水平。许多生长因子和细胞因子等活性介质是酶原合成阶段最主要的调节因素,不仅能促进或抑制MMPSmRNA的转录,而且能影响其半衰期,如胰岛素样生长因子、表皮细胞生长因子、血小板源生长因子、碱性成纤维细胞生长因子、白介素21β(IL21β)、肿瘤坏死因子2α(TNF2α)等,可诱导mRNA的表达增加,同时也可刺激MMPS的分泌。TIMP为近年来发现的MMPS天然抑制物,在细胞外基质改建过程中发挥着重要的作用。2　MMP22和MMP29在动脉粥样斑块不稳定性中的作用破裂的动脉粥样硬化斑块同静止的斑块相比,其斑块的体积更大,脂质核心所占的比例也较大,但血管干滑肌细胞(VSMC)却较少,纤维帽也较薄,同时在脂质核心内含有更多埋入的纤维帽片段,这些形态学的改变决定了纤维帽为动脉粥样硬化斑块破裂的好发部位。纤维帽的ECM是斑块破裂与否的重要决定因素,不稳定斑块中常见到基质降解活性的增强。对斑块中基质的降解研究最多的是MMPS。过度表达有活性的MMPS是导致纤维帽处胶原降解的主要因素,发生了胶原降解的纤维帽变脆,结构也变得薄弱,当血流动力学发生应激性改变时非常容易引起破裂。・092・国际心血管病杂志2008年9月第35卷第5期　IntJCardiovascDis,September2008,Vol.35,No15在众多MMPS中,对MMP22和MMP29的研究较多,其作用也较为突出。已有大量的研究资料证实MMP22和MMP29在动脉粥样斑块ECM降解过程中发挥了至关重要的作用,同时它们也促进了VSMC的迁移和增殖[1]。一方面,MMP22和MMP29降解ECM,为VSMC由动脉的中膜迁移入内膜奠定了基础,而迁移入内膜的VSMC又会分泌大量的MMP22和MMP29,从而使得内膜处尤其是纤维帽处的ECM降解增加,如此势必会导致纤维帽变薄,变脆,易破裂;另一方面,VSMC在中膜的大量减少也影响了斑块处动脉段的强度和韧性,以上这些是血管在重构过程中发生的不利改变,这些不利改变会造成内膜增厚和管腔狭窄。MMP22和MMP29的基因多态性对粥样斑块不稳定性也会产生一定的影响。MMP22基因启动子在2790处存在有T/G的基因多态性,该处为T等位基因时,启动子同相应的转录因子[(gut2enrichedkrueppel2likefactor,GKLF)S8and(ectopicviralintegrationsite1encodedfac2tor,EVI1)]的结合活性要显著强于该处为G等位基因时,启动子同转录因子结合活性的增强对MMP22的转录起到了正性调节作用,其表达也会增强。实验研究发现MMP22启动子2790处携带T等位基因的冠心病患者存在三支血管病变的风险要明显高于该处为G等位基因的人[2]。在MMP29基因启动子的21562处存在有C/T的功能多态性,它影响了基因转录而产生出低活性(C/C)和高活性(C/T、T/T)的启动子基因型。在P󰂪ll󰂞nen等[3]的研究中,以300例白种男性为研究样本,含有高活性MMP29基因启动子的动脉粥样硬化斑块的面积平均为含低活性MMP29基因启动子的2倍多(250%)。3　对MMPS具有抑制作用的药物尽管目前对于动脉粥样硬化斑块不稳定性的发病机制并不完全了解,且大多为假设性的解释,但MMPS在动脉粥样硬化斑块去稳定性过程中的作用确实已被众多的研究所证实,故针对MMPS,尤其是对MMP22和MMP29的研究已成为稳定动脉粥样硬化斑块作用的新靶点。目前,已发现具有抑制MMPS作用的药物,包括一些中草药、他汀类降血脂药、血管紧张素转换酶抑制剂和降糖药中的过氧化物酶体增殖激活物受体γ(PPARγ)激动剂等。3.1　中草药类在中草药中,发现隐丹参酮可以通过抑制人动脉平滑肌细胞中的核因子2κB(NF2κB)和激活蛋白21(AP21)介导的MMP29转录活性,从而减少了TNF2α诱导的MMP29基因表达,同时也降低了TNF2α诱导的MMP29蛋白水平[4]。钩藤属植物报春黄甙(uncariasinensis,UR),不但可以抑制MMP22和MMP29的活性,而且可以抑制TNF2α诱导的人动脉平滑肌细胞的迁移,因此其可能会对动脉粥样硬化的稳定性发挥有利作用[5]。3.2　羟甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶抑制剂羟甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶抑制剂———调脂药物他汀类对MMPS也有显著的抑制作用。辛伐他汀在一定浓度(50～100μmol/L)时可以完全抑制小鼠腹腔巨噬细胞MMP22和MMP29的表达,同时可显著减少MMP29的分泌[6]。帕伐他汀可以降低MMP29的活性,且MMP22的激活可被其大部分抑制[7]。氟伐他汀可以阻断C2反应蛋白诱导的MMP29表达及其活性的增强[8]。3.3　血管紧张素转化酶抑制剂血管紧张素转化酶抑制剂也具有抑制MMPS的药理作用,咪达普利和赖诺普利可以明显抑制MMP29的活性[9]。卡托普利可以显著抑制心肌梗死患者血浆MMP29的活性,分子机制研究发现卡托普利可能是通过与MMP29的活性中心结合从而产生了对MMP29活性的直接抑制作用[10]。赖诺普利和咪达普利都具有抑制MMP29活性的作用,其中后者的作用更强,两者对MMP29的抑制作用都是通过对MMP29活性中心S1疏水性位点的结合来实现。3.4　PPARγ激动剂降糖药匹格列酮、罗格列酮、曲格列酮为PPARγ激动剂,然而有很多研究发现它们在抑制MMP22和MMP29方面具有显著的作用,这有可・192・国际心血管病杂志2008年9月第35卷第5期　IntJCardiovascDis,September2008,Vol.35,No15能会为PPARγ激动剂发挥治疗动脉粥样硬化的作用提供研究基础。用匹格列酮治疗患有心血管疾病的患者12周后,发现患者血浆MMP29水平明显降低[11],除此以外匹格列酮可以抑制动脉粥样斑块内MMP22的基因表达[12]。Marfella等[13]发现在有症状的颈动脉粥样斑块内MMP29的水平很高,给予罗格列酮后,斑块内MMP29的水平显著降低。THP21细胞(人的单核细胞株)经佛波酯(PMA)刺激后转化为巨噬细胞,曲格列酮对此细胞内MMP22和MMP29的基因表达以及活性均有降低作用[14]。3.5　脂肪酸类在Matsumoto等[15]的研究中,证实了二十碳五烯酸(EPA)可明显地抑制动脉粥样硬化斑块的进展,给予EPA的雄性小鼠(ApoE缺陷)同未给予EPA的小鼠相比,其动脉斑块内含有较多的胶原和VSMC及较少的巨噬细胞;进一步的研究发现,EPA可以减少TNF2α引起的鼠类巨噬细胞MMP22和MMP29的表达,而EPA的这一作用是通过上调PPAR2α的表达来实现。Kim等[16]的研究发现EPA抑制TNF2α诱导MMP29的表达,这一作用是通过抑制NF2κB的转录激活来实现。Hansen等[17]的研究显示,EPA减少了pro2MMP22(MMP22的酶原)和pro2MMP29(MMP29的酶原)的表达,同时还增加了TIMP22的表达,抑制MMP22和MMP29的活性。总之,EPA可以通过直接或间接的方式来抑制MMP22和MMP29的表达。3.6　肾上腺素能阻滞剂卡维地洛是肾上腺素能α和β受体阻滞剂,最近有研究发现它在抑制MMP22和MMP29方面具有一定的作用。在Wu等[18]的研究中,发现实验性的动脉粥样硬化兔,在给予卡维地洛后腹主动脉斑块内MMP22和MMP29mRNA和蛋白的表达以及活性均低于未给予卡维地洛的兔,同时他们还发现卡维地洛是通过抑制AP21和特异蛋白21(SP21)(AP21和SP21为MMP启动子区域的两种主要的转录因子)而减少MMP22和MMP29的产生。对于心力衰竭的患者,卡维地洛不仅可以减少血浆pro2MMP29活性的增加,同时它还降低了血浆中MMP29/TIMP21的比值[19]。3.7　雌激素拮抗剂Bellosta等[20]发现雌激素拮抗剂雷洛昔芬可以减少MMP22和MMP29在巨噬细胞和VSMC中的表达及对胶原的降解作用,同时还可以减小斑块的体积和巨噬细胞的聚集。然而,此类药物对MMPS的抑制作用研究却很少。3.8　抗生素类脱氧土霉素是一种抗生素,也是一种非选择性的MMPS合成抑制剂,它可以减少VSMC中MMP22和MMP29的表达和分泌[21]。Yao等[22]的研究显示脱氧土霉素具有很强的抑制人类动脉VSMCMMP29分泌的作用,他们的研究认为脱氧土霉素的这一作用是通过上调内源性TIMP21的表达来实现。总之,鉴于MMP22和MMP29在动脉粥样硬化斑块不稳定性发生中的作用,用药物调控MMP22和MMP29的表达和分泌,对防治动脉粥样硬化斑块的去稳定性及血管重构十分有益。尽管目前对动脉粥样硬化不稳定性的发生机制并不十分明了,但随着基础研究的不断深入,相信不久的将来我们会对动脉粥样硬化斑块不稳定性的具体发生机制会有更深的了解,靶向基因调控MMP22和MMP29的表达将会为稳定斑块、抑制动脉粥样硬化进展提供新的思路。参　考　文　献[1]　GalisZS,KhatriJJ.Matrixmetalloproteinasesinvascularremodelingandatherogenesis:thegood,thebad,andtheugly[J].CircRes,2002,90(3):2512262.[2]　VaskuA,GoldbergováM,IzakovicováHolláL,etal.AhaplotypeconstitutedoffourMMP22promoterpolymor2phisms(21575G/A,21306C/T,2790T/Gand2735C/T)isassociatedwithcoronarytriple2vesseldisease[J].MatrixBiol,2004,22(7):5852591.[3]　P󰂪ll󰂞nenPJ,Lehtim󰂞kiT,MikkelssonJ,etal.Matrixmetalloproteinase3and9genepromoterpolymorphisms:jointactionoftwolociasariskfactorforcoronaryarterycomplicatedplaques[J].Atherosclerosis,2005,180(1):73278.[4]　SuhSJ,JinUH,ChoiHJ,etal.Cryptotanshinonefrom・292・国际心血管病杂志2008年9月第35卷第5期　IntJC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