細胞外基質相關蛋白致胸主動脈瘤及夾層的研究進展＊

吳成龍 段艷宇

1.贛南醫學院，第一臨床醫學院 (江西 贛州 341000)

2.贛南醫學院第一附屬醫院心血管罕見病診療技術創新中心 (江西 贛州 341000)

胸主動脈瘤及夾層(thoracic aortic aneurysms and dissections，TAADs)是最兇險的主動脈疾病。大多數TAADs患者在急性事件發生前無癥狀，若未及時接受干預及治療，則可能在TAADs發生早期有生命危險[1]。TAADs是主動脈壁結構異?；蜓鲃恿W異常相互作用的結果。高血壓可以增加主動脈壁的剪切力(由于內皮和流動血液之間的相互摩擦作用)，在代償期，主動脈壁增厚以恢復高血壓的壁剪切應力[2]。主動脈直徑隨著血壓的升高而持續擴張，會增加壁應力[3]，當直徑超過主動脈壁的極限或者主動脈壁結構異常(內膜炎癥、潰瘍及中膜變性等)時，就會發生急性主動脈事件(主動脈夾層、破裂等)。因此，解析主動脈重塑過程對于闡明TAADs的發病機制具有研究價值。

細胞外基質(extracellular matrix，ECM)是主動脈壁的重要成分，可通過生長因子和細胞因子遞送為主動脈提供結構支撐并控制主動脈壁的可塑性和強度[4-5]。ECM降解及沉積可以使主動脈壁纖維化及順應性降低，從而使主動脈更易于擴張引起TAADs[6]。目前，對于ECM蛋白的研究主要集中于ECM蛋白的動態平衡及涉及的信號通路對TAADs的影響。但是，在發生TAADs的過程中，ECM蛋白之間的動態變化以及其對主動脈重構的機制是未知的。本文對與TAADs有關的ECM蛋白展開綜述，探討主動脈重構過程中ECM之間的變化對引起TAADs的影響。

1 主動脈結構及ECM的組成

正常主動脈壁的組成結構有三層：內膜、中膜和外膜。內膜由單層的內皮細胞和相關的內皮下基質組成，與血液直接接觸；中膜層主要組成成分為血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells，vSMCs)和ECM；外膜由ECM中的成纖維細胞組成[5,7]。ECM主要由纖維蛋白和糖蛋白兩類大分子組成[8]。纖維蛋白包括膠原蛋白(collagens)和非膠原蛋白[彈性蛋白(elastin)、原纖維蛋白(fibrillin)、腓骨蛋白(fibulin)]，糖蛋白包括纖連蛋白(fibronectin)、蛋白聚糖(PG)和層粘連蛋白(laminin)。膠原蛋白和蛋白聚糖提供支持框架，層粘連蛋白或纖連蛋白提供ECM分子間橋梁以加強連接[8]。

2 與胸主動脈瘤及夾層相關的ECM蛋白

2.1 膠原蛋白膠原蛋白(collagens)是ECM中最主要的蛋白質[8]，其中I型和III型膠原蛋白是動脈壁中膠原蛋白的主要形式，對維持動脈壁的硬度和擴張性等起著重要作用[9]，這一說法得到許多研究的支持。如Otto Rahkonen等人[10]的研究發現小鼠I型膠原蛋白α1鏈中內含子1的缺失突變會導致年齡依賴性主動脈夾層和破裂。COL3A1基因突變會導致其編碼的III型膠原蛋白合成減少，結締組織的脆弱性高度增加，動脈發生撕裂或剝離而最終引起血管型Ehlers-Danlos綜合征(vEDS)[11-12]，而III型前膠原C端和N端存在非甘氨酸錯義和或遺傳突變的vEDS患者具有更高的動脈事件風險，更容易出現TAADs[13]。Sanne D'hondt等人[14]研究發現COL3a1Tg-G182S小鼠在mRNA水平上過度表達突變COL3a1，但最終ECM中的III型膠原數量減少，小鼠主動脈外膜厚度降低，與膠原纖維數量減少有關。此外，病變時主動脈壁的膠原蛋白含量存在文獻不一致性， Wang X等人[15]通過對主動脈壁手術標本進行測試證實了胸主動脈夾層患者的I型和III型膠原蛋白的表達顯著增加，另一些研究則顯示患者的膠原蛋白水平下降[10-11]。

膠原蛋白的另一種重要形式是V型膠原，分布在細胞周圍及Ⅰ型膠原周圍。V型膠原亞型中最豐富的是[α1(V)]2α2(V)異源三聚體，其中α1(V)鏈和α2(V)鏈分別由COL5A1和COL5A2基因編碼[16]。Peng Chen等人[17]的小鼠實驗表明有COL5A1基因缺陷的個體更易患胸主動脈夾層，這證實了COL5A1關于胸主動脈夾層的實驗數據可用。Arick C.Park[18]等人研究發現，α2(V)鏈功能不全可導致腹主動脈瘤、主動脈弓破裂和夾層的形成。

2.2 彈性蛋白彈性蛋白是ECM的另一種主要成分，由ELN基因編碼，為主動脈壁提供彈性[19]。大部分情況下，ELN基因突變會導致主動脈瓣上狹窄和常染色體顯性遺傳皮膚松弛癥這兩種疾病[20]。一項關于常染色體顯性遺傳性皮膚松弛的研究表明，胸主動脈瘤可能與編碼彈性蛋白的基因突變有關[21]。

2.3 原纖維蛋白原纖維蛋白是細胞外基質中微纖維的主要成分[22]。原纖維蛋白是富含半胱氨酸的模塊化分泌糖蛋白，是細胞外基質的結構，具有調節作用[23]。原纖維蛋白-1(FBN1)分子突變通常導致馬凡綜合征(MFS)，該病伴有心血管系統異常，包括主動脈根部進行性擴張(主動脈瘤)和主動脈夾層[23-25]。研究發現報道主動脈事件的馬凡綜合征患者中FBN1變異的頻率增加[26]，胸主動脈瘤與高濃度的纖維蛋白-1密切相關[27]。FBN1可以維持TGF-β處于非活性狀態，FBN1突變導致TGF-β從細胞外基質中不受控制地釋放，TGF-β活性增強影響胸主動脈vSMCs導致細胞增殖和膠原沉積的顯著增加，使MFS患者易發胸主動脈瘤[28]。

2.4 腓骨蛋白腓骨蛋白-4(Fibulin-4)屬于ECM蛋白的Fibulin家族[29]，是一種分泌性糖蛋白，在血管中層表達，是維持主動脈壁結構完整性和彈性的關鍵成分，對血管的成熟至關重要。該蛋白位于微纖維束中，通過整合素介導與細胞膜區域結合，將彈性纖維拴在平滑肌細胞上，這些區域被細胞內膜相關的肌動蛋白絲的錨定點占據。與此一致的是，缺乏Fibulin-4的患者伴有心血管并發癥，包括主動脈瘤、動脈迂曲和彈性蛋白異常[30]。Katsuhiro Hanada等人[31]研究結果表明Fibulin-4R/R小鼠是一種在生理和功能基因組學水平上追蹤動脈瘤致病序列的模型，Fibulin-4缺乏引起的彈性纖維結構缺陷會自發導致嚴重的動脈瘤形成和主動脈硬化，隨后會出現主動脈夾層和破裂。Ingrid van der Pluijm等人報道[30]在Fibulin-4R/R動脈瘤主動脈和衰老小鼠主動脈中發現了類似的miR-29b過度表達，并伴隨著ECM蛋白表達降低，從而使主動脈對動脈瘤形成敏感。FBLN4突變使平滑肌細胞轉變為高度合成表型，加上異常細胞外基質，改變血管壁穩定性，導致血管壁適應性降低，提供了與動脈瘤表型的潛在聯系[29]。Jianbin Huang等人[32]報道Fibulin-4在升主動脈和降主動脈中均有表達，但由于缺乏該蛋白而導致的動脈瘤僅限于升主動脈。

在正常的主動脈中，腓骨蛋白-5(Fibulin-5)的表達量比Fibulin-4高一個數量級，其缺失會導致彈性纖維受損，并伴有彈性蛋白聚集[29]。Mar Orriols等人[33]報道稱人主動脈瘤組織中FBLN5水平顯著降低，且炎癥刺激對血管FBLN5的表達起關鍵作用。這些發現表明，Fibulin-4和Fibulin-5在彈性纖維組裝中起關鍵作用，任何一種缺陷都可能導致主動脈夾層[34]。

2.5 蛋白聚糖蛋白聚糖是血管組織中ECM的重要組成部分，其含量雖較低，但在介導主動脈內側穩態和維持ECM的完整性方面起關鍵作用[35-36]。通常在TAADs的退行性主動脈介質中可檢測出蛋白聚糖水平異常[37]，Xiaoke Yin等人[38]在TAADs患者(包括MFS患者)的升主動脈組織中檢測到大量的蛋白聚糖。Frank S.Cikach等人[36]的研究結果表明聚集性蛋白聚糖在主動脈中的積累可能會使細胞外基質的完整性受到嚴重破壞，從而有助于TAADs的發生。這些發現進一步證實了蛋白聚糖積累在TAADs生物力學中具有破壞性作用，并且提示了蛋白聚糖和多功能蛋白聚糖可能是主動脈夾層的潛在生物標志物，但仍需更多研究以確認以上假設[36]。

2.6 賴氨酸氧化酶賴氨酸氧化酶及其家族成員是調節彈性蛋白和膠原蛋白交聯的主要酶，包括LOX、LOXL1、LOXL2、LOXL3和LOXL4，由銅結合胺氧化酶組成[39]。Dong-chuan Guo等人[40]研究發現LOX中的雜合子功能喪失突變，特別是破壞催化活性或導致單倍體功能不全的變異，導致彈性蛋白減少和碎片化，易患胸主動脈瘤和主動脈夾層。Xin Yi等人[41]研究發現LOXL2和LOXL3的蛋白水平在TAADs患者的主動脈中上調，而LOXL4蛋白水平下調，若敲低LOXL2會促進主動脈平滑肌細胞增值，敲低LOXL3會抑制細胞周期蛋白D1和PCNA表達以減少主動脈平滑肌細胞增殖，但該研究僅在細胞水平上開展，有一定的局限性。Vivian S.Lee[42]等人對一個常染色體顯性TAADs家族的兩個受影響個體進行全基因組測序，發現LOX銅結合區的錯義突變是最可能導致TAADs的原因，盡管LOXL1在主動脈中的表達水平相當高，但不能補償LOX活性的喪失。這些研究結果表明賴氨酸氧化酶及其家族成員對主動脈的結構完整性至關重要[43]。

2.7 微纖絲相關糖蛋白微纖絲相關糖蛋白2(microfibrilassociated glycoprotein，MAGP-2)存在于分離或與彈性蛋白相關的微纖維中，由MFAP5基因編碼，MAGP-2通過與不同微纖維成分(如原纖維蛋白-1、原纖維蛋白-2、彈性蛋白)相互作用，在ECM的生理學中發揮重要作用。MFAP5功能的喪失可能直接改變ECM組織和/或彈性纖維的沉積而影響血管的結構功能，從而導致纖維斷裂和主動脈擴張，引起胸主動脈夾層?？梢夾GP-2可能與胸主動脈夾層相關[44]。

3 結論和未來展望

綜上所述，ECM影響血管重構從而形成TAADs的機制可能是：蛋白聚糖的異常積累增加了主動脈層間的壓力，使主動脈壁的微觀結構分層，破壞細胞外基質和主動脈的完整性[4]。ECM蛋白間及ECM蛋白與vSMCs之間的相互作用發生異常：LOX活性喪失使彈性蛋白和膠原蛋白交聯不足，彈性蛋白降解[40]；MAGP-2功能喪失，使其與原纖維蛋白相互作用減弱使微纖維發生異常[45]，LOX和MAGP-2異?？墒箯椥岳w維(彈性蛋白與微纖維交聯形成[34])沉積、斷裂，血管彈性降低。腓骨蛋白的減少致彈性纖維無法有效地拴在vSMCs上，造成彈性蛋白破壞以及vSMCs局灶性混亂增殖[29]，從而影響血管重構。彈性纖維的碎裂和消耗觸發膠原蛋白異常增加和影響層積的緩慢修復過程，膠原蛋白的增加導致血管僵硬，從而增強主動脈對夾層和破裂的易感性[34]。

主動脈細胞外基質蛋白的合成和代謝受到嚴格調控，以維持血管結構和功能，協助血流舒張和收縮。這種動態平衡由主動脈ECM蛋白纖維或微絲組織保護，ECM蛋白周圍有多層血管細胞，化學、機械和酶的損傷打破了主動脈細胞外基質的動態平衡[46]，從而導致主動脈瘤和夾層。盡管現在對主動脈生理學和病理學中細胞群和ECM動態平衡的理解逐漸增加，但是在TAADs的發展過程中，主動脈ECM蛋白的動態變化及相適應的vSMCs的表型轉換并不清楚。未來的研究方向是通過主動脈血管重構的過程中ECM蛋白動態變化，預測發生TAADs的風險，進而指導臨床及時干預主動脈瘤及夾層。