郁怡 孙锟

200092 上海交通大学医学院附属新华医院超声诊断科(郁怡)，小儿心血管科(孙锟)

·综述·

基质金属蛋白酶9与2型糖尿病并发冠状动脉粥样硬化关系的研究进展

郁怡 孙锟

200092 上海交通大学医学院附属新华医院超声诊断科(郁怡)，小儿心血管科(孙锟)

糖尿病的发病率日益升高，冠状动脉粥样硬化是2型糖尿病最主要的心血管并发症，严重者可引起心肌梗死，进而导致心室重构和功能改变。基质金属蛋白酶(MMPs)是一组锌离子依赖性蛋白水解酶，是调节细胞外基质动态平衡的最重要酶系，与它的组织抑制剂形成MMPs/TIMPs平衡系统，在维持心脏的正常形状、功能及血管壁的正常形态方面起着重要作用。MMP-9可能与2型糖尿病并发冠状动脉粥样硬化的发生、发展密切相关。本文就目前MMP-9与2型糖尿病并发冠状动脉粥样硬化关系的研究进展进行综述。

基质金属蛋白酶9； 糖尿病； 心血管并发症

糖尿病(diabetes mellitus，DM)是21世纪全球最严重的公共卫生问题之一。国际糖尿病联合会的最新数据显示，2015年中国成人DM的患病人数为1.096亿，居全球首位[1]。2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)最主要的并发症是冠状动脉粥样硬化性心脏病，简称冠心病[2]，患病率为26%～35%，具有发病早、进展快、程度重、预后差的特点。心绞痛和无痛性心肌梗死发病率高，心肌梗死后死亡率高，还可进一步导致心律失常、心力衰竭等。因此，早期诊断T2DM心血管并发症和制定切实有效的治疗方案受到高度关注。另外，T2DM对心血管影响的机制还未完全阐明，DM可通过细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的合成和降解[3]、葡萄糖代谢[4]、O-连接的N-乙酰葡萄糖胺(GlcNAc)介导的自噬[5]、转化后蛋白修饰[6]及胰岛素的敏感性[7]等机制对心脏产生负面影响，其中调节ECM动态平衡的基质金属蛋白酶系(matrix metalloproteinases，MMPs)已成为研究热点。本文就目前MMP-9与T2DM并发冠状动脉粥样硬化关系的研究进展作一综述。

1 T2DM与冠状动脉粥样硬化

冠状动脉粥样硬化是T2DM的主要心血管并发症，DM可使其进展加速、程度加重，并引起心室重构和功能损伤，也是造成患者死亡率升高的基本原因[8]。DM患者的冠状动脉病变程度各不相同，这主要与动脉粥样硬化的病理过程密切相关，由轻至重分为四期：1期：脂纹期，是最早期病变；2期：纤维斑块期；3期：粥样斑块期，又称粥瘤；4期：复合病变期，出现斑块内出血、斑块破裂等。根据粥样硬化斑块的稳定性分为稳定斑块和不稳定斑块。不稳定斑块容易受损脱落导致急性冠状动脉综合征，心肌梗死，甚至猝死[9]。冠状动脉造影发现T2DM患者出现弥漫性或多支冠状动脉病变的概率明显高于非DM患者，且狭窄程度较重[10]。T2DM合并冠心病的患者并发心肌梗死的风险明显高于非DM患者，心肌梗死后伴随心力衰竭和猝死的风险明显升高。T2DM患者心肌梗死后随着病程的进展出现心肌收缩功能不全、心室重构，最终导致心力衰竭[2]。而冠状动脉粥样斑块的形成及其演变过程和心肌梗死后心室重构都与ECM的合成和降解密切相关。

2 ECM

心脏ECM主要围绕在心肌细胞周围及构成血管基底膜，是由纤维胶原、蛋白多糖、糖蛋白和具有生物活性的信号分子组成的，在心血管细胞间交织成网，可传递细胞间信息、协调心肌细胞收缩和舒张功能，在维持心室的形态、空间结构及大血管的几何构型和机械特性中发挥着重要作用。若心脏ECM合成和降解的平衡失调可致胶原交联，交联的形成使细胞间质中的胶原蛋白稳定性增加，胶原纤维弹性降低，从而降低心肌和血管的顺应性。还可造成心肌收缩力降低、泵血功能受损，血管弹性下降，进而引起心室、血管重构和功能受损[11]。而MMPs具有降解ECM的功能。

3 MMPs

MMPs是在研究蝌蚪形态改变的发育过程中被首次发现的[12]，它可降解除多糖以外所有的ECM成分[11]。MMPs的表达和活性降低或心肌成纤维细胞活化等因素均可导致胶原合成大大增加而降解大大减少，导致心肌纤维化的发生[12]和血管壁弹性下降。基质金属蛋白酶组织抑制剂(tissue inhibitors of matrix metalloprnteases，TIMPs)是MMPs的内源性特异性抑制剂，MMPs和TIMPs之间通过相互作用及动态平衡来维持血管、心脏正常形状和功能。

3.1 MMP-9

MMP-9又称明胶酶B，是MMPs家族的重要成员之一，主要由单核细胞、巨噬细胞、内皮细胞、泡沫细胞、成纤维细胞等合成和分泌，属于Ⅳ型胶原酶[12]。目前的研究认为MMP-9与T2DM心血管并发症的关系比较密切，主要集中在冠状动脉粥样硬化以及急性冠状动脉综合征后心肌梗死等方面。

3.1.1 MMP-9与冠状动脉粥样硬化斑块 冠状动脉粥样硬化的形成和斑块的稳定性与ECM的破坏和重构有密切关系。T2DM并发冠状动脉粥样硬化时血清中的MMP-9浓度高于单纯冠状动脉粥样硬化患者[13]。T2DM可加快冠状动脉粥样硬化进程进而损伤心脏结构和功能[14]。MMP-9还可通过与白细胞介素18[15]、巨噬细胞移动抑制因子[16]等联合作用加快T2DM患者冠状动脉粥样硬化的进程。主要机制如下：

(1)MMP-9通过过度降解血管基底膜的主要结构成分Ⅱ型胶原，在冠状动脉粥样硬化的发生、发展中，尤其在粥样硬化斑块的稳定性及其恢复期中起着重要作用：①MMP-9与动脉粥样硬化斑块的形成。当血清中MMP-9升高时，血管壁的ECM被降解，血管平滑肌细胞更容易突破周围组织屏障以及由蛋白多糖和胶原构成的致密网孔，从中膜向内膜迁移并增殖，分泌大量ECM，形成粥样硬化斑块。另外，MMP-9又可以促进斑块内新生血管形成，导致脂质核心扩大，粥样硬化斑块进一步形成。②MMP-9与斑块的稳定性。MMP-9在粥样斑块易损区过度表达，降解血管壁基底膜，清除细胞外成分，削弱纤维帽，使斑块变得不稳定。研究发现在不稳定性斑块中，MMP-9的表达和巨噬细胞的数量明显增多，ECM的降解速度加快[17]。尤其是在摄取脂质的巨噬细胞和脂核附近，MMP-9的合成和降解更活跃。巨噬细胞吞噬大量脂质后，它的溶酶体破裂，细胞发生自身溶解。溶酶体的破裂伴随着蛋白酶释放，蛋白酶降解ECM，进一步破坏纤维帽和扩大粥样斑块的坏死区域，斑块的稳定性明显下降。另外，斑块内炎症也会激活MMP-9，分解纤维帽的ECM，使稳定斑块变得不稳定。③MMP-9与斑块破裂和修复。不稳定斑块具有脂核大、纤维帽薄等特点， MMP-9可特异性的与Ⅳ型胶原和明胶结合，对血管壁的基底膜和细胞外成分有清除作用，并破坏覆盖于斑块表面的纤维帽，纤维帽的肩部为薄弱区，其抵抗应力的作用被削弱，使斑块易于破裂[17]。斑块破裂产生的一些细胞因子刺激巨噬细胞合成大量的MMP-9，MMP-9又加强ECM降解，周而复始，形成恶性循环，最终导致急性冠状动脉综合征。另外，斑块破裂可继发血栓形成，血栓发生机化后参与斑块的修复。Silvello等[18]研究发现，在冠状动脉内存在较薄纤维帽或急性期斑块内出血患者血清中的MMP-9表达水平显著增高，提示MMP-9与易损斑块形成相关，可预测冠状动脉重构。Mittal等[19]报道MMP-9基因1562C/T位点多态性与冠状动脉粥样硬化的风险相关，尤其在冠状动脉重构、斑块形成及斑块不稳定性中具有关键作用。

(2)动脉粥样硬化斑块与冠状动脉重构。粥样硬化斑块形成后动脉壁发生结构重构，管壁先向外扩张而管腔可以没有狭窄，但如果斑块持续进展就会出现内向生长和管腔狭窄。粥样斑块可呈跳跃性进展，在某些因素的作用下斑块突然明显扩大导致管腔明显狭窄。当管腔狭窄超过其直径的60%时，则超出了冠状动脉代偿扩张的能力而出现缺血症状，临床上表现为稳定型劳累性心绞痛，也有部分患者直接发生急性心肌梗死。

3.1.2 MMP-9与T2DM患者急性冠状动脉综合征后心肌梗死和心室重构 约2/3的急性心肌梗死是由于斑块纤维帽破裂导致急性血栓形成，约1/4是由于斑块表面糜烂导致急性血栓形成。T2DM患者更容易出现斑块的糜烂[20]，血栓脱落导致急性冠状动脉综合征，严重者发生心肌梗死和心室重构。Hamed和Fattah[21]检测75例急性冠状动脉综合征、25例稳定型心绞痛患者的血清MMP-9水平，并与20名健康志愿者进行对比，研究发现急性冠状动脉综合征组患者血清MMP-9水平高于稳定型心绞痛组。最高的MMP-9水平出现在ST段抬高型急性心肌梗死患者中，而最低水平则出现在对照组中。MMP-9水平明显升高并与急性冠状动脉综合征患者预后不良密切相关。当血清MMP-9的界值在3 100 pg/ml时可区分心肌梗死和不稳定型心绞痛，当界值在4 700 pg/ml时则具有最佳的预测价值。因此，MMP-9可能成为一个区分急性心肌梗死和不稳定型心绞痛的标志物，并可判断疾病的严重程度及其预后。

当发生心肌梗死时：(1)ECM的合成和降解失衡，MMP-9降解胶原的活性增加，胶原失去了有序排列的网状结构并发生纤维化，随后出现心室重构[11]。(2)在心脏的不同区域MMP-9的浓度随着心肌梗死的发生、发展呈现不同变化[22]，MMP-9首先在梗死组织中呈中央性聚集，随后几天巨噬细胞和淋巴细胞在微循环中聚集。(3)MMP-9的浓度与心室舒张末容积增加密切相关，可作为心室重构和不良预后的生物标记物[23]。另外，心肌梗死发生后的不同时间内，心室重构也是决定T2DM心肌梗死患者心功能及其预后的主要因素之一，血清MMP-9水平越高，心室重构越明显，预后越差[24]。MMP-9在心肌梗死区域过度表达可引起胶原网状结构减少，甚至导致心脏破裂。Ma等[25]研究表明，与纤维蛋白降解密切相关的Tenascin-C(TN-C)的沉积影响了代偿性的心肌成纤维细胞的再生，MMP-9可引起纤维蛋白降解进而阻止了TN-C的聚集，结果使梗死的心肌组织中MMP-9的浓度升高并且在ECM组织中呈不均匀分布，导致心室重构。MMP-9的抑制剂则可防止心肌的僵硬和ECM的重构[26]。Bhatt和Veeranjaneyulu[27]推测，MMP-9和MMP-2的抑制剂可以改善T2DM患者心肌缺血的进展。在此基础上，他们采用链佐星对雄性Wistar大鼠进行为期3周的T2DM诱导，然后给予二甲胺四环素(米诺环素)和阿司匹林联合用药3周，在6周结束时，结扎左冠状动脉前降支30 min，2 h后再灌注，然后制成心肌缺血/再灌注损伤的模型，研究发现两种药物联合应用可以减轻T2DM鼠心肌缺血/再灌注损伤，MMP-9和MMP-2水平降低，心肌梗死体积下降、心律失常和死亡率下降。

综上所述，MMP-9在血清中的浓度明显升高和在动脉粥样硬化组织中的过度表达均可导致进行性损伤，可用于易损斑块的早期识别，并可作为T2DM患者冠状动脉粥样硬化及其并发急性心肌梗死诊断和治疗的生物学标志，对监测T2DM大血管病变的发生、发展有重要的临床意义。

4 研究与展望

在医疗技术飞速发展的今天，随着我们对T2DM的深入认识，选择的诊疗方案也越来越科学化和合理化。MMP-9在T2DM心血管并发症的发生、发展过程中起重要作用。但是目前国内外对MMP-9在心血管疾病中的表达水平报道不一。随着对基因的研究不断展开发现，血浆中的microRNA-21可能通过抑制靶基因RECK促进MMP-9在巨噬细胞中的分泌和表达来预测冠状动脉内斑块的不稳定状态[28]。但目前在T2DM冠状动脉粥样硬化并发症中的应用尚未见报道。因此，调节MMP-9的活性可能是T2DM并发冠状动脉粥样硬化治疗的一个新方向，对其进一步研究将促进临床的早日应用。

利益冲突：无

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(本文编辑：谭潇)

Advances in the relationship between matrix metalloproteinase 9 and type 2 diabetes complicated with coronary atherosclerosis

YuYi，SunKun

DepartmentofUltrasound，XinhuaHospitalAffiliatedtoSchoolofMedicine，ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200092，China(YuY)；DepartmentofPediatricCardiology，XinhuaHospitalAffiliatedtoSchoolofMedicine，ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200092，China(SunK)

Correspondingauthor:SunKun，Email:Drsunkun@xinhuamed.com.cn

The incidence of diabetes mellitus is increasing in recent years.Coronary atherosclerosis is the main complication of type 2 diabetes mellitus，severe cases may cause myocardial infarction，which may lead to cardiac remodeling and functional changes.Matrix metalloproteinases(MMPs)，a group of zinc dependent proteolytic enzymes，are the most important enzymes for regulation of extracellular matrix homeostasis.MMPs and its tissue inhibitor metalloproteinases(TIMPs)，play an important role in maintenance of cardiac normal structure，function and normal morphology of vascular wall.Matrix metalloproteinase-9(MMP-9)may be closely related to the occurrence and development of coronary atherosclerosis in type 2 diabetes mellitus.The advances of research of MMP-9 and coronary atherosclerosis in type 2 diabetes mellitus are reviewed in this paper.

Matrix metalloproteinase 9； Diabetes mellitus； Cardiovascular complications

孙锟，电子信箱：Drsunkun@xinhuamed.com.cn

10.3969j.issn.1007-5410.2017.02.016

2016-05-21)