ADAMTS7与动脉粥样硬化关系的研究进展

陈林发，李友，胡伟东，王梦旭，陈杏兰，陈少凤，赵斌

(广东医科大学附属医院，广东湛江 524000)

动脉粥样硬化是一种慢性炎症性疾病，主要累及全身大中动脉，是冠状动脉粥样硬化性心脏病及动脉粥样硬化型脑梗死的主要病理基础。随着我国人民生活水平的提高，动脉粥样硬化性疾病已成为中老年人死亡的主要原因之一，因此积极从病因及发病机制上寻找新的突破，对于研究可行的干预措施，提升动脉粥样硬化性疾病的整体防治水平具有重要意义。然而，目前对动脉粥样硬化病因学方面的认识仍显不足，在基因分子水平上的研究仍将是未来科研探索的热点。近年来的研究发现，ADAMTS7能分解细胞外基质，促进平滑肌细胞的迁移，增加炎症反应，减少内膜修复，促进内膜增生重塑，加速不稳定斑块的形成，在动脉粥样硬化性疾病的发生发展中起重要作用。现就ADAMTS7与动脉粥样硬化关系的研究进展进行综述。

1 ADAMTS7

ADAMTS7是含Ⅰ型血小板结合蛋白基序去整合素金属蛋白酶7，定位于人15号染色体上，含1 686个氨基酸，相对分子质量约为181 kD。ADAMTS7蛋白结构从N端至C端依次为信号肽序列、前体区、金属蛋白酶结构域、类去整合素结构域、8个TSP-1序列、半胱氨酸富含区、间隔区1和间隔区2[1,2]。

ADAMTS7前体区存在保守的原酶切割位点，前体区对于锌离子依赖的金属蛋白酶的正确折叠是必要的，而且与保持蛋白水解酶活性的基因沉默有关。前体区的加工修饰是有序进行的，开始于高尔基体，结束于细胞膜表面[3]。如前体区存在弗林蛋白酶切割位点，ADAMTS7在分泌过程中最先以无活性酶原形式存在，可经过多次有序的弗林蛋白酶依赖的剪切，最终释放出有活性的功能蛋白酶。其他蛋白酶的剪切，如PACE4、PC6B和PC7在ADAMTS7的加工修饰过程是低效率的，说明弗林剪切才是ADAMTS7前体区最重要的加工方式[4]。此外，在弗林蛋白酶基因敲除的小鼠中，蛋白酶前体区的切除被完全阻断或者严重抑制，进一步说明了ADAMTS7前体区弗林剪切位点的重要性[5]。ADAMTS7的金属蛋白酶催化结构域序列含有保守的Zn2+依赖的HEXXHXXGXXHD(X代表任意氨基酸残基)结合位点，该结构域与该蛋白酶水解活性相关，如α2-MG的水解必须依赖ADAMTS7的金属蛋白酶催化结构域[6]。类去整合素类结构域可能为底物提供结合的表面，与调节ADAMTS7金属蛋白酶的活性有关[7]。ADAMTS7的羧基端有8个TSP-1序列，其中一个紧跟在类去整合素类结构域后，另外7个TSP-1序列分别聚集成为3个和4个类TSP-1重复序列，并由半胱氨酸富含区及2个间隔区分隔开来。ADAMTS7 C-末端聚集的4个类TSP-1重复序列能与COMP底物的EGF结构域充分结合和相互作用。间隔区存在黏蛋白结构域，和其他ADMATS家族成员不同的是，ADAMTS7间隔区不能和其底物相互作用，但能使ADAMTS7锚定在细胞外基质中，具有底物特异识别的功能[3,6]。

2 ADAMTS7表达与动脉粥样硬化

动脉粥样硬化是由于多种致病因素对血管内皮的损伤，而血管内皮的内膜增生重塑是动脉粥样硬化和再狭窄的重要病理标志，主要由增生并迁移至内膜的平滑肌细胞、炎性细胞和细胞外基质等组成。Bauer等[5]通过给ADAMTS7基因敲除的小鼠进行高胆固醇饮食饲养后，与野生型小鼠相比发现，ADAMTS7基因缺失的小鼠新生内膜显著变薄，动脉粥样硬化显著降低。动脉受机械力损伤后，ADAMTS7最先在内膜部位表达和积累，诱导血管平滑肌细胞从动脉血管中膜迁移到内膜,并在内膜部位增生，并产生胞外蛋白,所产生的胞外蛋白是动脉粥样硬化斑块的主要成分，这说明在动脉粥样硬化病理过程中ADAMTS7参与血管平滑肌细胞的增殖和迁移过程[8]。软骨寡聚基质蛋白(COMP)又称为血小板反应蛋白-5(TSP-5)，是由5个多功能域糖蛋白亚基组成的524 kD大小的五聚体，为正常人血管细胞外基质的重要组成成分，高表达在血管平滑肌细胞中。COMP与平滑肌细胞的黏附和趋附性相关，其通过和整合素蛋白α7β1相互作用，保持血管平滑肌细胞的完整性和收缩性[9]。有研究者[9,10]通过蛋白质体外结合实验证实，ADAMTS7 C-末端的TSP重复序列与COMP N-末端的表皮生长因子(EGF)样结构域相互作用，使COMP降解，进而促进血管平滑肌细胞的增殖、迁移。进一步的研究发现，由si-RNA介导的ADAMTS7拮抗能够阻断这种体内降解作用，明显地减少100 kD大小的COMP降解片段的产生，进而降低了血管平滑肌的迁移和动脉斑块的形成[11]。还有研究[12]表明，COMP通过与BMP-2相互作用，阻止了血管平滑肌的钙化，而ADAMTS7通过降解COMP，促进了平滑肌细胞的钙化。此外，还发现了ADAMTS7两个潜在底物——PGRN、α2-MG。PGRN及α2-MG通过COMP能与ADAMTS7结合形成复合物，降低了ADAMTS7对COMP的水解活性，从而减少动脉粥样硬化的形成[3,13]。最近的研究还表明，ADAMTS7可阻止内皮修复，从而导致新生内膜的形成和动脉粥样硬化。血管内皮细胞在调节血管稳态中发挥重要的作用，但随着年龄的增长，内皮细胞持续暴露在多种损伤因素中，因此也容易损伤，迅速的内皮修复和再内皮化能减少斑块的形成。Kessler等[14]通过建立ADAMTS7基因敲除小鼠的颈动脉线性损伤及伊文思蓝染色模型发现，ADAMTS7基因缺陷的小鼠在损伤3、5、7 d后明显促进了再内皮化，在损伤后的14、28 d，明显改善了新生内膜的形成，减少了内膜的重塑。Zhang等[15]的研究也表明ADAMTS7在体内外均能促进平滑肌细胞的迁移和增生。Wang等[16]通过构建小鼠颈动脉损伤模型发现，ADAMTS7通过降解COMP促进平滑肌细胞的迁移增生及血管内膜重塑，从而促进了动脉粥样硬化的形成。Bengtsson等[17]进一步的研究表明，相比于稳定性斑块的患者，ADAMTS7在颈动脉不稳定斑块患者中的表达水平显著升高。目前认为斑块的生物学特征是决定其稳定性的主要因素，外力对斑块的作用主要由纤维帽承受，纤维帽变薄是不稳定动脉粥样硬化斑块的主要特征之一。纤维帽的完整性及对斑块破裂的抵抗力主要靠细胞外基质来维持，胶原纤维是最主要的细胞外基质，炎性细胞在纤维帽斑块坏死核心的浸润可以进一步引发斑块破裂、血栓形成和管腔闭塞。

最近研究还表明，动脉粥样硬化各个阶段都存在促炎和抗炎因子的调节。其中促炎因子TNF-α、IL-1β、miR-29a/b、PDGF-BB和H2O2促进ADAMTS7高表达，从而诱导COMP蛋白降解，进而促进动脉粥样硬化的形成[3,10,18]。Du等[19]通过生物信息技术和聚合酶链式反应分析发现，ADAMTS7的3′端非编码区包含miR-29a/b潜在靶点，miR-29a/b抑制了ADAMTS7 mRNA和蛋白在平滑肌细胞中的作用；而miR-29a/b抑制剂却增强了ADAMTS7的表达，减少了COMP的降解及平滑肌细胞的迁移。此外，NF-κB能下调miR-29a/b表达，增加ADAMTS7 mRNA的表达。由此说明，我们可以通过miR-29a/b抑制剂下调ADAMTS7表达，减少平滑肌的迁移增生。相反，抗炎因子则降低ADAMTS7的表达。Wang等[20]通过染色质免疫沉淀反应化验分析证实，ADAMTS7基因启动子区存在炎性转录因子NF-κB和AP-1的结合位点，NF-κB和AP-1对平滑肌细胞的迁移至关重要，能降低ADAMTS7的表达。Lai等[21]还发现，TNF-α能够通过NF-κB信号激活ADAMTS7表达，同时ADAMTS7又可以上调TNF-α水平，二者能构成正反馈调节通路。

3 ADAMTS7基因多态性与动脉粥样硬化

最近的一些全基因组关联研究结果表明，ADAMTS7基因染色体上的15q24.2位点与冠状动脉粥样硬化的发生发展相关联。ADAMTS7(rs3825807)是全基因组关联研究最多的一个多态位点，该位点与其他动脉粥样硬化性疾病相关的SNP(如rs4380028、rs1994016)存在连锁不平衡(数据来自HapMap和1000个基因工程)[8]。在2011年的欧洲人群全基因组关联研究中，Reilly等[22]首次发现ADAMTS7(rs3825807)与动脉粥样硬化相关联。随后的两项全基因组关联研究[23,24]也报道了ADAMTS7基因及其邻近区域的基因多态与冠心病的发病风险相关联。2013年的欧洲人群全基因组关联研究再次指出了ADAMTS7(rs3825807)与冠状动脉钙化具有密切关系，增加了动脉粥样硬化及急性心肌梗死的风险[25]。然而，2016年的多种族研究[26]发现，ADAMTS7(rs3825807)与欧洲人群的亚临床动脉粥样硬化(通过测量冠状动脉钙化及颈动脉中膜厚度)具有相关性，而与亚洲中国、非裔美国人等人群无相关性。2016年，You等[27]在中国人群中再次发现了ADAMTS7(rs3825807)在冠状动脉疾病发生中具有重要作用，并首次指出ADAMTS7(rs3825807)与冠状动脉疾病中动脉粥样硬化严重程度相关。在2016年关于ADAMTS7(rs3825807)基因多态性与冠状动脉疾病生存率的研究中表明：携带G等位基因的患者比携带A等位基因的患者生存时间更长。ADAMTS7(rs3825807)作为一个重要的功能性多态位点，位于ADAMTS7前体区，由丝氨酸突变成脯氨酸，减少了ADAMTS7前体区的加工。生化分析的研究发现，该突变削弱了弗林剪切的ADAMTS7前体的蛋白酶活性。因此携带脯氨酸突变的人群比携带丝氨酸多态位点的人群，ADAMTS蛋白酶的活性更低[28]。功能性研究表明，rs3825807多态性存在于ADAMTS7编码区，影响ADAMTS7的成熟和平滑肌细胞的迁移[8,29]。近期也发现，ADMATS7的其他多态位点与动脉粥样硬化密切相关，ADAMTS7(rs1994016)在动脉粥样硬化发病风险中增加了19%，但ADAMTS7与急性心肌梗死却无相关关系，表明ASAMTS7可能参与动脉粥样硬化发生的早期过程，而未参与血栓形成导致的心肌梗死[3]。Bayoglu等[30]研究表明，在外周动脉疾病中，患者ADAMTS7 mRNA的表达明显高于健康对照组，其中rs1994016的CC基因型与rs3825807的TT基因型的mRNA表达增加明显。

综上所述，ADAMTS7在不同阶段通过不同机制参与了动脉粥样硬化性疾病的慢性炎症性病理过程，是研究动脉粥样硬化性疾病易感性的重要侯选基因。目前，如何对其表达进行调控也将成为下一个防治动脉粥样硬化性疾病研究的热点，而且ADAMTS7与动脉粥样硬化性疾病易感性关联机制及针对其靶点的药物仍有待进一步研究。ADAMTS7有望为动脉粥样硬化性疾病易感人群的预防、诊断、个体化治疗提供重要的分子依据和治疗靶标。

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