主动脉瘤和/或夹层是威胁人类生命健康的危重心血管疾病，临床上尚无药物能有效预防疾病进展。主动脉壁细胞和非细胞成分失衡导致主动脉结构性或功能性退变是疾病发生的先决条件。细胞外基质（extracellular matrix，ECM）作为主动脉壁的重要非细胞成分，在维持主动脉结构、功能和稳态中发挥关键作用。ECM中的弹性蛋白和胶原蛋白合成障碍、弹性纤维和胶原纤维交联不足、ECM蛋白水解酶/内源性抑制剂比率失调等所致ECM蛋白过度降解均会导致主动脉病理性重塑，引起主动脉瘤和/或夹层的发生。了解ECM蛋白及其代谢机制能够为主动脉瘤和/或夹层的预防和治疗提供更多思路。因此，本综述重点阐述与该疾病相关的重要ECM蛋白的作用和机制，以及蛋白水解酶/抑制剂对ECM代谢的调控作用。
引用本文： 田婷, 罗帆, 赵丽平, 罗俊一, 刘芬, 杨毅宁. 细胞外基质在主动脉瘤和主动脉夹层中的作用及机制研究进展. 中国胸心血管外科临床杂志, 2024, 31(9): 1376-1384. doi: 10.7507/1007-4848.202211092 复制
主动脉瘤和/或夹层起病隐匿、死亡率高，已成为严重威胁人类生命健康的危重症心血管疾病。主动脉瘤是指主动脉结构破坏、管壁变薄、局部管腔增大50%以上[1]。主动脉夹层则是各种原因导致主动脉内膜和中膜撕裂（包括主动脉瘤持续进展），血液经撕裂口进入中膜后引起中膜发生剥离，主动脉被分隔为真腔和假腔。随着血液持续流入，夹层病变从最初撕裂口或出血部位顺行和逆行延伸，累及分支血管引起相应并发症[2]。主动脉夹层发病率相对较低，约3/10万～6/10万[3]，但疾病进展迅速，易导致器官供血、供氧不足发生循环休克，急性期死亡率极高。临床上尚无药物可有效预防主动脉瘤和/或夹层，了解其发病机制有助于疾病预防和治疗。
主动脉瘤和/或夹层发病机制复杂，涉及多个生物学机制和风险因素的多阶段过程，是主动脉壁退行性改变和异常血流动力学的相互作用结果。主动脉壁细胞和非细胞成分失衡导致主动脉结构性或功能性退变是疾病发生的先决条件[4]。细胞外基质（extracellular matrix，ECM）是主动脉壁的非细胞成分，占主动脉壁结构的一半以上，主要包括弹性蛋白、胶原蛋白、蛋白聚糖、糖蛋白和各种细胞因子等。ECM蛋白彼此交汇形成复杂三维大分子网络，是主动脉的结构骨架。ECM蛋白结构、功能破坏或代谢失衡都会导致主动脉病理性重塑，引起主动脉扩张、主动脉瘤甚至夹层[5]。大多数主动脉疾病中都发现弹性蛋白降解或弹性纤维断裂，在人主动脉夹层组织中还发现蛋白聚糖异常堆积，形成黏液样ECM聚集等，因此，ECM稳态对于维持主动脉结构-功能关系至关重要。本综述重点阐述与主动脉瘤和/或夹层相关的重要ECM蛋白的作用，以及蛋白水解酶/抑制剂对ECM代谢的调控作用，有助于深入了解此类疾病的发病机制，为探索有效治疗靶点、预防或延缓疾病进展提供指导。
1 主动脉结构
主动脉的内膜、中膜和外膜三层膜结构由高度动态细胞群和ECM蛋白构成。内膜由单层内皮细胞锚定在基底膜上，为血液流动提供平滑管腔面。中膜由同心弹性薄片层和平滑肌细胞组成，多种ECM蛋白填充其中，决定主动脉扩张和收缩功能，维持主动脉顺应性。外膜富含成纤维细胞、纤维细胞、胶原蛋白和弹性纤维，疏松的结缔组织中还包含神经、淋巴管和滋养血管，为主动脉提供额外的支撑[6]。中膜与内膜、外膜之间还分别以内弹性层、外弹性层相隔。
2 主动脉中细胞外基质蛋白及其功能
ECM是主动脉壁的重要组成部分，在三层膜结构中广泛特异性分布。基底膜是一层由黏连蛋白、Ⅳ型胶原蛋白、纤维连接蛋白和蛋白聚糖等构成的特异性ECM网状结构。中膜ECM蛋白包括弹性蛋白、胶原蛋白、蛋白聚糖、糖胺聚糖和各种糖蛋白等。外膜富含胶原蛋白、硫酸软骨素和硫酸皮肤素蛋白聚糖、纤维连接蛋白等[6-7]。一些重要的ECM蛋白如弹性蛋白、胶原蛋白、蛋白聚糖和糖胺聚糖等已经明确在主动脉结构/功能中起重要作用；见图1a。
图1
主动脉中ECM蛋白
a：正常主动脉中，重要的ECM蛋白共同维持主动脉结构与功能：弹性纤维、胶原纤维和平滑肌细胞结合形成弹性蛋白-收缩单元；外膜中胶原纤维支撑主动脉壁；糖胺聚糖和蛋白聚糖填充细胞及纤维ECM以外的空间；基质金属蛋白酶（及其他蛋白酶）和金属蛋白酶组织抑制剂调节ECM 蛋白代谢；b：主动脉瘤和/或夹层病变主动脉中，ECM蛋白结构、功能和代谢紊乱，导致病理性主动脉重塑：弹性蛋白降解和弹性纤维断裂、退化；弹性纤维和胶原纤维交联障碍；旧胶原蛋白交联和积聚异常（红色标记的胶原蛋白）；糖胺聚糖和蛋白聚糖生成或降解失衡；ECM蛋白水解酶/内源性抑制剂比率失调；ECM：细胞外基质
弹性蛋白和胶原蛋白是决定主动脉壁弹性和强度的主要ECM蛋白。平滑肌细胞在血流应力或主动脉壁压力下合成单体形式的原弹性蛋白，经自聚集和交联作用后形成成熟弹性蛋白，并在弹性微纤维上组成弹性纤维。弹性蛋白是弹性纤维的主要成分，约占弹性纤维的90%[7-8]。主动脉中膜弹性纤维含量最丰富，与周围平滑肌细胞及胶原纤维结合共同形成弹性蛋白-收缩单元，是决定主动脉壁弹性功能的主要结构，使主动脉具有扩张和回弹能力，对维持全身器官血液灌注至关重要[9]。主动脉的胶原蛋白主要为Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白，占总胶原的80%～90%，其余为Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ型非纤维胶原[10]。Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白主要由平滑肌细胞和成纤维细胞分泌，在细胞外聚合、交联形成胶原纤维，并与弹性纤维共价结合，有助于增加主动脉壁的弹性功能，决定主动脉硬度和扩张强度，避免主动脉过度扩张[6]。赖氨酰氧化酶（lysyl oxidase，LOX）通过催化赖氨酸残基的氧化脱氨基作用在胶原蛋白和弹性蛋白形成纤维过程中以及胶原纤维和弹性纤维共价交联作用中均发挥重要作用[8, 11]。
蛋白聚糖和糖蛋白是主动脉壁中的非纤维ECM蛋白，填充细胞及纤维ECM以外的空间。蛋白聚糖是糖胺聚糖与核心蛋白共价结合形成的大分子，与弹性蛋白、胶原蛋白交联，有助于维持弹性纤维和胶原纤维形成，还与其他ECM蛋白、细胞、生长因子、细胞因子等结合发挥重要生物学功能[12]。正常主动脉中，糖胺聚糖/蛋白聚糖含量仅2%～5%，因此受关注较少，然而越来越多研究[12-14]表明，他们在主动脉壁的力学和生物学功能中也发挥重要作用。糖胺聚糖包括透明质酸、硫酸软骨素、硫酸肝素、硫酸角质素和硫酸皮肤素。糖胺聚糖携带大量负电荷，可以将水螯合到中膜，以维持弹性纤维内部张力，并且其负电荷屏障作用可防止有害物质通过，在主动脉渗透中起保护作用[13]。主动脉中的蛋白聚糖主要分为大型蛋白聚糖和富含亮氨酸的小蛋白聚糖，可聚蛋白聚糖（aggrecan，ACAN）和多能蛋白聚糖（versican，VCAN）属于重要的大型蛋白聚糖[14]。大分子蛋白聚糖还与透明质酸结合形成大蛋白聚糖多聚体，具有可回弹结构以抵抗主动脉壁压力，与弹性纤维和胶原纤维共同抵抗血流冲击，避免血管变形[12]。
ECM是一个高度活跃和动态改变的结构网络，在ECM代谢过程中，新的蛋白不断合成以替代降解的蛋白，不同的ECM蛋白之间还相互调节，维持生理或病理条件下的ECM重塑[7, 10]。ECM还通过与细胞黏附分子、调节因子、生长因子以及转导细胞中分子信号等作用共同调控细胞增殖、迁移、分化及多种生物学反应[6]。ECM代谢过程中，蛋白合成障碍或由于蛋白水解酶和抑制剂异常导致的蛋白降解失衡均会破坏ECM稳态，使主动脉发生病理性重塑，引起主动脉瘤和/或夹层的发生[5]；见图1b。
3 主动脉夹层相关的细胞外基质异常
3.1 弹性蛋白和弹性纤维
大多数遗传性和散发性主动脉疾病都与弹性蛋白或弹性纤维缺陷导致的主动脉力学改变相关，包括弹性蛋白和弹性纤维合成障碍、弹性蛋白降解、弹性纤维断裂和退化等。弹性蛋白由ELN基因编码，人ELN突变导致瓣膜上主动脉狭窄、瓣膜上主动脉瘤和主动脉根部扩张[15-16]。弹性蛋白在微纤维上聚集、组装形成成熟和功能稳定的弹性纤维。微纤维主要含原纤维蛋白-1（FBN1基因编码）和原纤维蛋白-2（FBN2基因编码）[8]。人FBN1显性负效应或单倍体剂量不足阻碍弹性纤维合成，导致马方综合征，表现为升主动脉扩张、主动脉夹层[17]。人FBN2突变也破坏弹性纤维合成，影响主动脉发育，患者易发生主动脉根部扩张[18]。原纤维蛋白-1缺失（Fbn1−/−）小鼠由于弹性纤维断裂和主动脉瘤破裂在围产期死亡；Fbn1−/−和Fbn2−/−双基因敲除小鼠则由于弹性纤维形成不良、表型恶化在胚胎期即死亡[19]。原纤维蛋白-4（EFEMP2编码）和原纤维蛋白-5（FBLN5编码）也是弹性纤维形成的关键纤维蛋白[8]。在1例EFEMP2突变新生儿中，由于弹性纤维异常导致主动脉瘤和全身血管疾病，患儿出生后死亡[20]。人胸主动脉瘤组织中发现FBLN5的mRNA和蛋白表达均下降[21]。Fbn5−/−小鼠全身弹性纤维发育缺陷，导致主动脉扭曲和顺应性下降[22]。Fbn4−/−小鼠则发生升主动脉瘤、主动脉破裂及围产期死亡[23]。
弹性蛋白降解是主动脉瘤最重要的特征之一。ELISA检测显示，在主动脉瘤患者血清中，弹性蛋白降解产物弹性蛋白肽的含量明显高于正常对照组[7]。人主动脉瘤组织中，弹性蛋白含量以及弹性蛋白交联作用明显下降[24]。在主动脉弹性酶灌注诱导腹主动脉瘤形成大鼠模型中，利用腺病毒技术介导平滑肌细胞弹性蛋白表达增加后，大鼠主动脉弹性纤维重建，有效阻止或逆转主动脉瘤扩张[25]。在大鼠腹主动脉瘤模型中，使用新型弹性蛋白稳定剂可减少弹性蛋白的降解和退化，抑制腹主动脉瘤的发生、发展[26]。以上研究表明：增加弹性蛋白合成或预防弹性蛋白降解可有效缓解主动脉瘤进展。
3.2 胶原蛋白和胶原纤维
胶原基因突变导致胶原含量减少直接或间接影响主动脉结构和功能。人Ⅰ型胶原蛋白基因（COL1A1或COL1A2）突变导致伴主动脉扩张、夹层和破裂的成骨发育不良[27]。人Ⅲ型前胶原蛋白基因（COL3A1）突变使α前胶原蛋白链结构或合成异常，导致胶原蛋白合成障碍，即血管型Ehlers-Danlos综合征，患者易发生主动脉瘤和夹层[28]。人Ⅳ型胶原蛋白基因（COL4A1或COL4A5）突变则影响主动脉基底膜结构，导致主动脉瘤和夹层[29-30]。人Ⅴ型胶原蛋白基因（COL15A1和COL15A2）突变也引起胸主动脉瘤形成[31]。Ⅰ型胶原α1链基因（Col1a1）突变小鼠中，由于胶原蛋白含量逐渐减少导致年龄依赖性主动脉夹层和破裂事件[32]。Ⅲ型胶原α1链基因（Col3a1）单倍体剂量不足小鼠易发生主动脉瘤和夹层，其病理学特点与血管型Ehlers-Danlos综合征相似[33]。人LOX突变或单倍体剂量不足导致主动脉壁弹性蛋白和胶原蛋白交联缺陷，引起胸主动脉瘤和急性主动脉夹层[34-35]。将人类中发现的LOX p.M298R突变引入小鼠基因组同源位置Lox p.M292R后，对应的Lox杂合突变（Lox+/−）小鼠中主动脉管壁弹性纤维破坏和主动脉长度增加，Lox纯合突变（Lox−/−）小鼠则由于主动脉瘤和破裂事件导致围产期死亡[35]。
胶原蛋白异常积聚和交联失衡均与主动脉瘤和主动脉夹层发生相关。在主动脉瘤和马方综合征动脉瘤患者中，主动脉壁胶原纤维结构改变，正常网状结构丢失，导致主动脉壁抗张强度下降[7]。目前，对于主动脉瘤中胶原蛋白含量的相关研究结果存在差异。有研究[7]发现，腹主动脉瘤患者血浆中Ⅳ型胶原蛋白和Ⅹ Ⅷ型胶原蛋白水平明显高于对照组。Carmo等[24]在人腹主动脉瘤组织中发现胶原蛋白合成标志物4-羟基脯氨酸和5-羟基脯氨酸水平降低，但交联作用标志物吡啶啉和脱氧吡啶啉明显增加，表明主动脉瘤中新胶原蛋白合成减少，而旧胶原蛋白发生积聚且交联作用增强。对腹主动脉瘤和主动脉夹层病变组织的天狼星红染色结果也提示，组织中的胶原蛋白水平远低于对照组[7]。以上研究表明：胶原蛋白合成和降解异常、胶原纤维结构破坏以及胶原过度积聚和交联失衡等均导致主动脉瘤和/或主动脉夹层。
3.3 蛋白聚糖和糖胺聚糖
主动脉中，糖胺聚糖和蛋白聚糖的结构、数量或分布发生变化都可以影响主动脉壁结构和功能，导致主动脉退化。现有研究[13]证实，糖胺聚糖和蛋白聚糖在主动脉瘤和主动脉夹层中的变化差异明显：糖胺聚糖和蛋白聚糖在主动脉夹层中发生积聚，而在主动脉瘤中减少。
人主动脉夹层破裂组织中，糖胺聚糖在弹性蛋白和胶原纤维碎裂周围汇聚。糖胺聚糖各亚型中，硫酸软骨素和硫酸肝素在整个主动脉中广泛增加，而透明质酸和硫酸皮肤素在夹层部位显著增加，且与胶原蛋白和弹性蛋白增加相关[12]。目前“糖胺聚糖池”学说被认为是其导致主动脉夹层的发病机制：主动脉局部组织内糖胺聚糖过度积聚形成糖胺聚糖池，使局部主动脉壁膨胀压力增加并通过弹性板层传播，破坏弹性纤维、平滑肌细胞和胶原纤维之间的连接，破坏中膜结构，引发夹层事件[12]。透明质酸具有较强的保留水分子能力，被认为是糖胺聚糖池的重要成分，透明质酸异常积聚可以极大促进主动脉局部膨胀压力产生。实时定量PCR检测显示，人主动脉夹层组织中蛋白聚糖，主要是ACAN和VCAN mRNA水平明显增加。进一步在小鼠主动脉夹层模型（Fbn1mgR/mgR）中发现，主动脉组织中Acan和Vcan mRNA水平增加，并且ACAN和VCAN蛋白的水解酶减少。因此，在病变主动脉中，通过增加蛋白合成和/或减少蛋白降解的双重作用最终导致ACAN和VCAN蛋白积聚，促进主动脉瘤破裂和主动脉夹层发生[36]。在人主动脉夹层组织中还发现，蛋白聚糖积聚同时主动脉平滑肌细胞丢失，但弹性蛋白降解程度较轻[37]。主动脉中ACAN和VCAN蛋白异常积聚除直接形成聚合物外，还分别与透明质酸聚集，这些大聚合物的异常增多加重管壁膨胀压力，破坏主动脉结构并产生促炎作用，刺激细胞因子释放，促进破裂和夹层事件的发生[12]。ACAN蛋白已作为新型生物标记物，其血浆浓度可预测急性A型主动脉夹层的发生[38]。
然而，在人动脉瘤组织中却发现糖胺聚糖含量总体减少约60%，包括硫酸肝素、透明质酸、硫酸软骨素和硫酸皮肤素均减少，同时组织中平滑肌细胞及弹性蛋白含量降低，弹性蛋白降解、碎裂。人主动脉瘤中VCAN mRNA水平下降，VCAN和ACAN蛋白减少，VCAN蛋白降解、碎裂以及结构改变[13]。以上均表明糖胺聚糖和蛋白聚糖在主动脉瘤和主动脉夹层中含量变化差异明显，并且可能以不同机制影响主动脉。Mattson等[39]认为，糖胺聚糖减少会降低主动脉弹性，破坏主动脉功能。将胸主动脉中的糖胺聚糖去除后，弹性蛋白和胶原蛋白交联作用减弱，弹性纤维、胶原纤维结构改变，主动脉顺应性和抗张性下降，最终导致主动脉壁血流应力加重[13]。在AngⅡ诱导的小鼠主动脉瘤和夹层模型[40]中也发现，主动脉早期损伤及重塑过程中，新胶原蛋白合成并与糖胺聚糖沉积共定位，因此提出糖胺聚糖沉积可能是阻止主动脉夹层发生的重要保护机制。
尽管不同研究中糖胺聚糖和蛋白聚糖变化差异明显，且糖胺聚糖和蛋白聚糖综合调节作用尚不明确，但糖胺聚糖和蛋白聚糖生成和降解失衡参与主动脉瘤和/或夹层已被证实：糖胺聚糖和蛋白聚糖的过度降解不仅破坏正常蛋白功能，还促进炎症反应；相反，糖胺聚糖和蛋白聚糖降解不足则导致蛋白异常积聚。因此，糖胺聚糖和蛋白聚糖的精确控制对主动脉结构和功能稳定非常重要，需进一步研究糖胺聚糖和蛋白聚糖生成、降解的调节机制。
4 主动脉夹层相关的细胞外基质蛋白水解酶及抑制剂
ECM蛋白代谢过程中，蛋白水解酶及其抑制剂的异常均会导致ECM蛋白降解失衡，导致动脉瘤和/或夹层的发生。基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）、去整合素金属蛋白酶（a disintegrin and metalloproteinase，ADAM）和含Ⅰ型血小板结合蛋白基序的去整合素金属蛋白酶（a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs，ADAMTS）均是参与ECM蛋白切割、降解的水解酶，而金属蛋白酶组织抑制剂（tissue inhibitors of metalloproteinase，TIMP）又通过抑制蛋白水解酶以防止ECM蛋白过度降解，维持ECM代谢平衡[5]。
4.1 基质金属蛋白酶
主动脉中MMP是一组锌和钙依赖性内肽酶，主要来源于巨噬细胞、单核细胞和内侧平滑肌细胞。MMP主要参与胶原蛋白、弹性蛋白以及蛋白聚糖等ECM蛋白的降解，同时还参与ECM蛋白的合成，在ECM代谢过程中作用机制复杂[9]。目前，MMP-2、MMP-3、MMP-8、MMP-9和MMP-12均已证实与主动脉瘤密切相关。
MMP-2和MMP-9是ECM降解过程中最重要的两种MMP，且存在协同作用，共同参与胶原蛋白和弹性蛋白的降解，是主动脉瘤和/或夹层形成和发展的关键因素。Longo等[41]在动物实验中证实，Mmp2−/−小鼠和Mmp9−/−小鼠均减少CaCl2诱导的主动脉瘤事件发生。MMP-2在正常腹主动脉中不表达，仅在腹主动脉瘤组织中升高[42]。在人轻、中度腹主动脉瘤组织中MMP-2表达高于重度和破裂主动脉瘤组织[43]，因此MMP-2被认为与腹主动脉瘤形成和早期扩张密切相关。然而，Shen等[44]发现MMP-2不仅促进ECM蛋白降解，还促进ECM 蛋白合成的双重相反机制：CaCl2诱导的主动脉瘤模型中，Mmp2−/−小鼠通过抑制ECM蛋白的降解有效阻止胸主动脉瘤发生；而AngⅡ诱导模型中，Mmp2−/−小鼠主动脉中虽ECM蛋白降解减少，但弹性蛋白和胶原蛋白合成障碍，胸主动脉发生病理重塑，导致胸主动脉瘤事件增加。
病理条件刺激下，主动脉壁平滑肌细胞和巨噬细胞产生MMP-9。炎症刺激时，主动脉壁MMP-9过度表达，弹性蛋白降解，主动脉瘤发生；若MMP-9持续增加，白细胞趋化浸润病变组织，弹性蛋白降解加重导致主动脉瘤破裂[42]。与未破裂主动脉瘤相比，破裂组患者血浆中MMP-1和MMP-9蛋白水平明显升高[45]。还有研究[46]发现，主动脉瘤患者血浆中MMP-9水平与动脉瘤大小和扩张程度相关，并且在直径>5 cm的主动脉瘤中升高，均提示MMP-9可能在主动脉瘤病理学后期阶段发挥作用，与主动脉瘤持续扩张以及破裂事件的发生密切相关[46]。此外，在经动脉修复术后的主动脉夹层患者血浆中，MMP-9水平大幅下降，因此MMP-9也可作为主动脉瘤诊断和术后疗效评估的重要指标[43]。MMP-2和MMP-9的协同作用机制包括MMP-2作为主要的胶原酶，首先将胶原蛋白的3条链结构降解为单链，随后单链被MMP-9降解，共同促进弹性蛋白的降解和释放[41]。
在人主动脉瘤组织中还发现MMP-3、MMP-8和MMP-12升高。MMP-3可以降解Ⅱ型、Ⅳ型和Ⅸ型胶原蛋白，同时激活其他MMP （如MMP-1、MMP-7和MMP-9）并增强弹性蛋白的降解[42]。MMP-8通过降解胶原蛋白，参与动脉扩张和动脉瘤形成[47]。MMP-12可以降解弹性蛋白，在主动脉瘤持续扩张以及巨噬细胞迁移中发挥作用[42]。动物实验[48]证实：与Apoe−/−小鼠相比，Apoe−/−及Mmp3−/−基因双敲除小鼠尽管动脉粥样硬化斑块持续存在，但主动脉瘤形成减少。Mmp12−/−小鼠也减少CaCl2诱导的腹主动脉瘤发生[49]。
4.2 去整合素金属蛋白酶和含Ⅰ型血小板结合蛋白基序的去整合素金属蛋白酶
ADAM和ADAMTS是锌依赖性内肽酶，也通过参与蛋白聚糖的降解，影响主动脉结构，与主动脉瘤和/或夹层相关。
人主动脉瘤组织和血浆中ADAMTS1、ADAMTS4蛋白表达增加[12]。实验[50]证实，Adamts1单倍体剂量不足小鼠（Adamts1+/−）可以增加AngⅡ诱导的主动脉瘤破裂和夹层事件发生，而Adamts1−/−小鼠则通过抑制炎症因子和巨噬细胞迁移减少主动脉瘤和夹层事件。Adamts4−/−小鼠通过维持主动脉壁正常弹性蛋白和弹性纤维结构、减少炎性细胞浸润和凋亡以及减少VCAN蛋白降解等作用，有效减少AngⅡ诱导的主动脉扩张、主动脉瘤和夹层事件[51]。ADAMTS5是ACAN蛋白和VCAN蛋白的关键水解酶。人主动脉夹层病变组织中ADAMTS5蛋白表达降低[36]。Adamts5−/−小鼠由于ACAN和VCAN降解减少导致蛋白异常聚集，引起主动脉扩张、主动脉瘤破裂和夹层发生[37, 52]。
ADAM多为膜结合酶，通过去整合蛋白结构域发挥蛋白酶作用和细胞黏附作用，在主动脉瘤中的研究相对较少。人和小鼠主动脉瘤组织中ADAM9、ADAM10、ADAM12和ADAM17蛋白表达升高[50]。腹主动脉瘤患者血浆中ADAM17显著升高，并且其底物TNFα受体（RⅠ和RⅡ）在破裂组中表达显著高于未破裂组[53]。平滑肌细胞特异性Adamt17−/−小鼠有效减少主动脉瘤形成[54-55]，而Adamt15−/−小鼠中则腹主动脉瘤事件增加[56]。在小鼠中抑制ADAM10蛋白水平也有效减少AgeⅡ诱导的主动脉瘤形成[57]。
4.3 金属蛋白酶组织抑制剂
TIMP是MMP的内源性抑制剂，在主动脉中通过双途径作用有效抑制ECM蛋白降解：在蛋白酶生成阶段直接结合MMP前体阻止MMP生成，及在MMP激活阶段阻断MMP活性[42]。MMP或TIMP变化都会改变MMP/TIMP比率，导致ECM蛋白降解失调，引起主动脉瘤和/或夹层[46]。此外，TIMP还通过抑制ADAM和ADAMTS，维持ECM代谢平衡。
除了激活的MMP-1、MMP-3和MMP-9以及膜型MMP（membrane-type MMP，MT-MMP）外，TIMP-1对大多数MMP都有良好的抑制作用，并能抑制ADAM-10[45]。小鼠主动脉瘤模型中，Timp1−/−小鼠主动脉直径增大，主动脉瘤事件加重[58]，而在大鼠动脉瘤模型中，主动脉局部TIMP-1蛋白表达增加则降低MMP-9蛋白水平，减少弹性蛋白的降解，有效阻止动脉瘤和破裂事件发生[59]。TIMP-2可以抑制所有活化MMP以及ADAM-12活性。然而，有研究[60]发现TIMP-2在对MMP-2的调节中存在双重作用：在低浓度下，TIMP-2与MT1-MMP、pre-MMP-2在细胞表面形成三元复合物，介导MMP-2的激活；在较高浓度时，TIMP-2则阻断MT1-MMP介导的MMP-2激活，并特异性抑制MMP-2活性。Xiong等[60]发现Timp2−/−小鼠在CaCl2诱导的主动脉瘤模型中抑制MMP-2表达并阻碍主动脉瘤发生，认为TIMP-2可作为MMP-2激活的辅助因子促进ECM降解，最终导致主动脉扩张。在人腹主动脉瘤组织中，MMP-8蛋白升高同时TIMP-1和TIMP-2蛋白水平明显下降，主动脉中胶原蛋白降解增强，促进主动脉瘤形成[47]。TIMP3具有广泛底物特性，可抑制几乎所有MMP，同时也被认为是MMP-9特异性抑制剂，并且抑制较广泛的ADAM和ADAMTS，如ADAM10、ADAM12、ADAM17、ADAMTS1、ADAMTS2、ADAMTS4和ADAMTS5[42]。TIMP-3已经被证实是ADAMTS2和ADAMTS4的强有效抑制剂，在主动脉中起保护作用[45]。Timp3−/−小鼠在AgeⅡ诱导的主动脉瘤模型中，主动脉弹性蛋白和胶原蛋白降解增强，导致主动脉瘤发生[61]。TIMP-4可以抑制多种MMP，并与TIMP-2竞争性结合MMP-2[42]。TIMP-4的N端结构域可以抑制ADAM17[62]。在人和小鼠高同型半胱氨酸血症相关的主动脉瘤组织中TIMP-4表达增加[63]。在小鼠主动脉瘤进展研究中还发现，主动脉瘤直径在4周达最大，而晚期阶段（4～8周）主动脉瘤进展缓慢，此时TIMP-4明显增加，可能是阻止主动脉瘤持续扩张的重要因素[64]。
5 总结与展望
综上所述，ECM作为主动脉壁的重要结构和功能成分，在主动脉中独立或与细胞协同发挥作用，决定主动脉形态和功能。主动脉中弹性蛋白和胶原蛋白合成障碍、弹性纤维和胶原纤维交联不足、ECM蛋白水解酶/内源性抑制剂比率失调所致ECM过度降解均会破坏主动脉结构和功能，引起动脉瘤和/或夹层的发生。因此，维持ECM蛋白的正常结构和功能，维持ECM代谢平衡有助于预防和缓解疾病的发生、发展。主动脉中ECM蛋白种类多元且代谢机制相当复杂，我们对ECM的了解还不够全面和深入。今后仍需在主动脉疾病中持续关注其研究进展，并且期望在ECM及其代谢机制研究中探索有效的干预靶点，为预防、缓解主动脉瘤和/或夹层的发生、发展，甚至修复、逆转主动脉壁的病理重构提供治疗策略。
利益冲突：无。
作者贡献：田婷负责论文设计与文章撰写；罗帆、赵丽平负责文献查阅与分析；罗俊一、刘芬负责文稿修改；杨毅宁负责论文设计、评阅与指导。
主动脉瘤和/或夹层起病隐匿、死亡率高，已成为严重威胁人类生命健康的危重症心血管疾病。主动脉瘤是指主动脉结构破坏、管壁变薄、局部管腔增大50%以上[1]。主动脉夹层则是各种原因导致主动脉内膜和中膜撕裂（包括主动脉瘤持续进展），血液经撕裂口进入中膜后引起中膜发生剥离，主动脉被分隔为真腔和假腔。随着血液持续流入，夹层病变从最初撕裂口或出血部位顺行和逆行延伸，累及分支血管引起相应并发症[2]。主动脉夹层发病率相对较低，约3/10万～6/10万[3]，但疾病进展迅速，易导致器官供血、供氧不足发生循环休克，急性期死亡率极高。临床上尚无药物可有效预防主动脉瘤和/或夹层，了解其发病机制有助于疾病预防和治疗。
主动脉瘤和/或夹层发病机制复杂，涉及多个生物学机制和风险因素的多阶段过程，是主动脉壁退行性改变和异常血流动力学的相互作用结果。主动脉壁细胞和非细胞成分失衡导致主动脉结构性或功能性退变是疾病发生的先决条件[4]。细胞外基质（extracellular matrix，ECM）是主动脉壁的非细胞成分，占主动脉壁结构的一半以上，主要包括弹性蛋白、胶原蛋白、蛋白聚糖、糖蛋白和各种细胞因子等。ECM蛋白彼此交汇形成复杂三维大分子网络，是主动脉的结构骨架。ECM蛋白结构、功能破坏或代谢失衡都会导致主动脉病理性重塑，引起主动脉扩张、主动脉瘤甚至夹层[5]。大多数主动脉疾病中都发现弹性蛋白降解或弹性纤维断裂，在人主动脉夹层组织中还发现蛋白聚糖异常堆积，形成黏液样ECM聚集等，因此，ECM稳态对于维持主动脉结构-功能关系至关重要。本综述重点阐述与主动脉瘤和/或夹层相关的重要ECM蛋白的作用，以及蛋白水解酶/抑制剂对ECM代谢的调控作用，有助于深入了解此类疾病的发病机制，为探索有效治疗靶点、预防或延缓疾病进展提供指导。
1 主动脉结构
主动脉的内膜、中膜和外膜三层膜结构由高度动态细胞群和ECM蛋白构成。内膜由单层内皮细胞锚定在基底膜上，为血液流动提供平滑管腔面。中膜由同心弹性薄片层和平滑肌细胞组成，多种ECM蛋白填充其中，决定主动脉扩张和收缩功能，维持主动脉顺应性。外膜富含成纤维细胞、纤维细胞、胶原蛋白和弹性纤维，疏松的结缔组织中还包含神经、淋巴管和滋养血管，为主动脉提供额外的支撑[6]。中膜与内膜、外膜之间还分别以内弹性层、外弹性层相隔。
2 主动脉中细胞外基质蛋白及其功能
ECM是主动脉壁的重要组成部分，在三层膜结构中广泛特异性分布。基底膜是一层由黏连蛋白、Ⅳ型胶原蛋白、纤维连接蛋白和蛋白聚糖等构成的特异性ECM网状结构。中膜ECM蛋白包括弹性蛋白、胶原蛋白、蛋白聚糖、糖胺聚糖和各种糖蛋白等。外膜富含胶原蛋白、硫酸软骨素和硫酸皮肤素蛋白聚糖、纤维连接蛋白等[6-7]。一些重要的ECM蛋白如弹性蛋白、胶原蛋白、蛋白聚糖和糖胺聚糖等已经明确在主动脉结构/功能中起重要作用；见图1a。
图1
主动脉中ECM蛋白
a：正常主动脉中，重要的ECM蛋白共同维持主动脉结构与功能：弹性纤维、胶原纤维和平滑肌细胞结合形成弹性蛋白-收缩单元；外膜中胶原纤维支撑主动脉壁；糖胺聚糖和蛋白聚糖填充细胞及纤维ECM以外的空间；基质金属蛋白酶（及其他蛋白酶）和金属蛋白酶组织抑制剂调节ECM 蛋白代谢；b：主动脉瘤和/或夹层病变主动脉中，ECM蛋白结构、功能和代谢紊乱，导致病理性主动脉重塑：弹性蛋白降解和弹性纤维断裂、退化；弹性纤维和胶原纤维交联障碍；旧胶原蛋白交联和积聚异常（红色标记的胶原蛋白）；糖胺聚糖和蛋白聚糖生成或降解失衡；ECM蛋白水解酶/内源性抑制剂比率失调；ECM：细胞外基质
弹性蛋白和胶原蛋白是决定主动脉壁弹性和强度的主要ECM蛋白。平滑肌细胞在血流应力或主动脉壁压力下合成单体形式的原弹性蛋白，经自聚集和交联作用后形成成熟弹性蛋白，并在弹性微纤维上组成弹性纤维。弹性蛋白是弹性纤维的主要成分，约占弹性纤维的90%[7-8]。主动脉中膜弹性纤维含量最丰富，与周围平滑肌细胞及胶原纤维结合共同形成弹性蛋白-收缩单元，是决定主动脉壁弹性功能的主要结构，使主动脉具有扩张和回弹能力，对维持全身器官血液灌注至关重要[9]。主动脉的胶原蛋白主要为Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白，占总胶原的80%～90%，其余为Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ型非纤维胶原[10]。Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白主要由平滑肌细胞和成纤维细胞分泌，在细胞外聚合、交联形成胶原纤维，并与弹性纤维共价结合，有助于增加主动脉壁的弹性功能，决定主动脉硬度和扩张强度，避免主动脉过度扩张[6]。赖氨酰氧化酶（lysyl oxidase，LOX）通过催化赖氨酸残基的氧化脱氨基作用在胶原蛋白和弹性蛋白形成纤维过程中以及胶原纤维和弹性纤维共价交联作用中均发挥重要作用[8, 11]。
蛋白聚糖和糖蛋白是主动脉壁中的非纤维ECM蛋白，填充细胞及纤维ECM以外的空间。蛋白聚糖是糖胺聚糖与核心蛋白共价结合形成的大分子，与弹性蛋白、胶原蛋白交联，有助于维持弹性纤维和胶原纤维形成，还与其他ECM蛋白、细胞、生长因子、细胞因子等结合发挥重要生物学功能[12]。正常主动脉中，糖胺聚糖/蛋白聚糖含量仅2%～5%，因此受关注较少，然而越来越多研究[12-14]表明，他们在主动脉壁的力学和生物学功能中也发挥重要作用。糖胺聚糖包括透明质酸、硫酸软骨素、硫酸肝素、硫酸角质素和硫酸皮肤素。糖胺聚糖携带大量负电荷，可以将水螯合到中膜，以维持弹性纤维内部张力，并且其负电荷屏障作用可防止有害物质通过，在主动脉渗透中起保护作用[13]。主动脉中的蛋白聚糖主要分为大型蛋白聚糖和富含亮氨酸的小蛋白聚糖，可聚蛋白聚糖（aggrecan，ACAN）和多能蛋白聚糖（versican，VCAN）属于重要的大型蛋白聚糖[14]。大分子蛋白聚糖还与透明质酸结合形成大蛋白聚糖多聚体，具有可回弹结构以抵抗主动脉壁压力，与弹性纤维和胶原纤维共同抵抗血流冲击，避免血管变形[12]。
ECM是一个高度活跃和动态改变的结构网络，在ECM代谢过程中，新的蛋白不断合成以替代降解的蛋白，不同的ECM蛋白之间还相互调节，维持生理或病理条件下的ECM重塑[7, 10]。ECM还通过与细胞黏附分子、调节因子、生长因子以及转导细胞中分子信号等作用共同调控细胞增殖、迁移、分化及多种生物学反应[6]。ECM代谢过程中，蛋白合成障碍或由于蛋白水解酶和抑制剂异常导致的蛋白降解失衡均会破坏ECM稳态，使主动脉发生病理性重塑，引起主动脉瘤和/或夹层的发生[5]；见图1b。
3 主动脉夹层相关的细胞外基质异常
3.1 弹性蛋白和弹性纤维
大多数遗传性和散发性主动脉疾病都与弹性蛋白或弹性纤维缺陷导致的主动脉力学改变相关，包括弹性蛋白和弹性纤维合成障碍、弹性蛋白降解、弹性纤维断裂和退化等。弹性蛋白由ELN基因编码，人ELN突变导致瓣膜上主动脉狭窄、瓣膜上主动脉瘤和主动脉根部扩张[15-16]。弹性蛋白在微纤维上聚集、组装形成成熟和功能稳定的弹性纤维。微纤维主要含原纤维蛋白-1（FBN1基因编码）和原纤维蛋白-2（FBN2基因编码）[8]。人FBN1显性负效应或单倍体剂量不足阻碍弹性纤维合成，导致马方综合征，表现为升主动脉扩张、主动脉夹层[17]。人FBN2突变也破坏弹性纤维合成，影响主动脉发育，患者易发生主动脉根部扩张[18]。原纤维蛋白-1缺失（Fbn1−/−）小鼠由于弹性纤维断裂和主动脉瘤破裂在围产期死亡；Fbn1−/−和Fbn2−/−双基因敲除小鼠则由于弹性纤维形成不良、表型恶化在胚胎期即死亡[19]。原纤维蛋白-4（EFEMP2编码）和原纤维蛋白-5（FBLN5编码）也是弹性纤维形成的关键纤维蛋白[8]。在1例EFEMP2突变新生儿中，由于弹性纤维异常导致主动脉瘤和全身血管疾病，患儿出生后死亡[20]。人胸主动脉瘤组织中发现FBLN5的mRNA和蛋白表达均下降[21]。Fbn5−/−小鼠全身弹性纤维发育缺陷，导致主动脉扭曲和顺应性下降[22]。Fbn4−/−小鼠则发生升主动脉瘤、主动脉破裂及围产期死亡[23]。
弹性蛋白降解是主动脉瘤最重要的特征之一。ELISA检测显示，在主动脉瘤患者血清中，弹性蛋白降解产物弹性蛋白肽的含量明显高于正常对照组[7]。人主动脉瘤组织中，弹性蛋白含量以及弹性蛋白交联作用明显下降[24]。在主动脉弹性酶灌注诱导腹主动脉瘤形成大鼠模型中，利用腺病毒技术介导平滑肌细胞弹性蛋白表达增加后，大鼠主动脉弹性纤维重建，有效阻止或逆转主动脉瘤扩张[25]。在大鼠腹主动脉瘤模型中，使用新型弹性蛋白稳定剂可减少弹性蛋白的降解和退化，抑制腹主动脉瘤的发生、发展[26]。以上研究表明：增加弹性蛋白合成或预防弹性蛋白降解可有效缓解主动脉瘤进展。
3.2 胶原蛋白和胶原纤维
胶原基因突变导致胶原含量减少直接或间接影响主动脉结构和功能。人Ⅰ型胶原蛋白基因（COL1A1或COL1A2）突变导致伴主动脉扩张、夹层和破裂的成骨发育不良[27]。人Ⅲ型前胶原蛋白基因（COL3A1）突变使α前胶原蛋白链结构或合成异常，导致胶原蛋白合成障碍，即血管型Ehlers-Danlos综合征，患者易发生主动脉瘤和夹层[28]。人Ⅳ型胶原蛋白基因（COL4A1或COL4A5）突变则影响主动脉基底膜结构，导致主动脉瘤和夹层[29-30]。人Ⅴ型胶原蛋白基因（COL15A1和COL15A2）突变也引起胸主动脉瘤形成[31]。Ⅰ型胶原α1链基因（Col1a1）突变小鼠中，由于胶原蛋白含量逐渐减少导致年龄依赖性主动脉夹层和破裂事件[32]。Ⅲ型胶原α1链基因（Col3a1）单倍体剂量不足小鼠易发生主动脉瘤和夹层，其病理学特点与血管型Ehlers-Danlos综合征相似[33]。人LOX突变或单倍体剂量不足导致主动脉壁弹性蛋白和胶原蛋白交联缺陷，引起胸主动脉瘤和急性主动脉夹层[34-35]。将人类中发现的LOX p.M298R突变引入小鼠基因组同源位置Lox p.M292R后，对应的Lox杂合突变（Lox+/−）小鼠中主动脉管壁弹性纤维破坏和主动脉长度增加，Lox纯合突变（Lox−/−）小鼠则由于主动脉瘤和破裂事件导致围产期死亡[35]。
胶原蛋白异常积聚和交联失衡均与主动脉瘤和主动脉夹层发生相关。在主动脉瘤和马方综合征动脉瘤患者中，主动脉壁胶原纤维结构改变，正常网状结构丢失，导致主动脉壁抗张强度下降[7]。目前，对于主动脉瘤中胶原蛋白含量的相关研究结果存在差异。有研究[7]发现，腹主动脉瘤患者血浆中Ⅳ型胶原蛋白和Ⅹ Ⅷ型胶原蛋白水平明显高于对照组。Carmo等[24]在人腹主动脉瘤组织中发现胶原蛋白合成标志物4-羟基脯氨酸和5-羟基脯氨酸水平降低，但交联作用标志物吡啶啉和脱氧吡啶啉明显增加，表明主动脉瘤中新胶原蛋白合成减少，而旧胶原蛋白发生积聚且交联作用增强。对腹主动脉瘤和主动脉夹层病变组织的天狼星红染色结果也提示，组织中的胶原蛋白水平远低于对照组[7]。以上研究表明：胶原蛋白合成和降解异常、胶原纤维结构破坏以及胶原过度积聚和交联失衡等均导致主动脉瘤和/或主动脉夹层。
3.3 蛋白聚糖和糖胺聚糖
主动脉中，糖胺聚糖和蛋白聚糖的结构、数量或分布发生变化都可以影响主动脉壁结构和功能，导致主动脉退化。现有研究[13]证实，糖胺聚糖和蛋白聚糖在主动脉瘤和主动脉夹层中的变化差异明显：糖胺聚糖和蛋白聚糖在主动脉夹层中发生积聚，而在主动脉瘤中减少。
人主动脉夹层破裂组织中，糖胺聚糖在弹性蛋白和胶原纤维碎裂周围汇聚。糖胺聚糖各亚型中，硫酸软骨素和硫酸肝素在整个主动脉中广泛增加，而透明质酸和硫酸皮肤素在夹层部位显著增加，且与胶原蛋白和弹性蛋白增加相关[12]。目前“糖胺聚糖池”学说被认为是其导致主动脉夹层的发病机制：主动脉局部组织内糖胺聚糖过度积聚形成糖胺聚糖池，使局部主动脉壁膨胀压力增加并通过弹性板层传播，破坏弹性纤维、平滑肌细胞和胶原纤维之间的连接，破坏中膜结构，引发夹层事件[12]。透明质酸具有较强的保留水分子能力，被认为是糖胺聚糖池的重要成分，透明质酸异常积聚可以极大促进主动脉局部膨胀压力产生。实时定量PCR检测显示，人主动脉夹层组织中蛋白聚糖，主要是ACAN和VCAN mRNA水平明显增加。进一步在小鼠主动脉夹层模型（Fbn1mgR/mgR）中发现，主动脉组织中Acan和Vcan mRNA水平增加，并且ACAN和VCAN蛋白的水解酶减少。因此，在病变主动脉中，通过增加蛋白合成和/或减少蛋白降解的双重作用最终导致ACAN和VCAN蛋白积聚，促进主动脉瘤破裂和主动脉夹层发生[36]。在人主动脉夹层组织中还发现，蛋白聚糖积聚同时主动脉平滑肌细胞丢失，但弹性蛋白降解程度较轻[37]。主动脉中ACAN和VCAN蛋白异常积聚除直接形成聚合物外，还分别与透明质酸聚集，这些大聚合物的异常增多加重管壁膨胀压力，破坏主动脉结构并产生促炎作用，刺激细胞因子释放，促进破裂和夹层事件的发生[12]。ACAN蛋白已作为新型生物标记物，其血浆浓度可预测急性A型主动脉夹层的发生[38]。
然而，在人动脉瘤组织中却发现糖胺聚糖含量总体减少约60%，包括硫酸肝素、透明质酸、硫酸软骨素和硫酸皮肤素均减少，同时组织中平滑肌细胞及弹性蛋白含量降低，弹性蛋白降解、碎裂。人主动脉瘤中VCAN mRNA水平下降，VCAN和ACAN蛋白减少，VCAN蛋白降解、碎裂以及结构改变[13]。以上均表明糖胺聚糖和蛋白聚糖在主动脉瘤和主动脉夹层中含量变化差异明显，并且可能以不同机制影响主动脉。Mattson等[39]认为，糖胺聚糖减少会降低主动脉弹性，破坏主动脉功能。将胸主动脉中的糖胺聚糖去除后，弹性蛋白和胶原蛋白交联作用减弱，弹性纤维、胶原纤维结构改变，主动脉顺应性和抗张性下降，最终导致主动脉壁血流应力加重[13]。在AngⅡ诱导的小鼠主动脉瘤和夹层模型[40]中也发现，主动脉早期损伤及重塑过程中，新胶原蛋白合成并与糖胺聚糖沉积共定位，因此提出糖胺聚糖沉积可能是阻止主动脉夹层发生的重要保护机制。
尽管不同研究中糖胺聚糖和蛋白聚糖变化差异明显，且糖胺聚糖和蛋白聚糖综合调节作用尚不明确，但糖胺聚糖和蛋白聚糖生成和降解失衡参与主动脉瘤和/或夹层已被证实：糖胺聚糖和蛋白聚糖的过度降解不仅破坏正常蛋白功能，还促进炎症反应；相反，糖胺聚糖和蛋白聚糖降解不足则导致蛋白异常积聚。因此，糖胺聚糖和蛋白聚糖的精确控制对主动脉结构和功能稳定非常重要，需进一步研究糖胺聚糖和蛋白聚糖生成、降解的调节机制。
4 主动脉夹层相关的细胞外基质蛋白水解酶及抑制剂
ECM蛋白代谢过程中，蛋白水解酶及其抑制剂的异常均会导致ECM蛋白降解失衡，导致动脉瘤和/或夹层的发生。基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）、去整合素金属蛋白酶（a disintegrin and metalloproteinase，ADAM）和含Ⅰ型血小板结合蛋白基序的去整合素金属蛋白酶（a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs，ADAMTS）均是参与ECM蛋白切割、降解的水解酶，而金属蛋白酶组织抑制剂（tissue inhibitors of metalloproteinase，TIMP）又通过抑制蛋白水解酶以防止ECM蛋白过度降解，维持ECM代谢平衡[5]。
4.1 基质金属蛋白酶
主动脉中MMP是一组锌和钙依赖性内肽酶，主要来源于巨噬细胞、单核细胞和内侧平滑肌细胞。MMP主要参与胶原蛋白、弹性蛋白以及蛋白聚糖等ECM蛋白的降解，同时还参与ECM蛋白的合成，在ECM代谢过程中作用机制复杂[9]。目前，MMP-2、MMP-3、MMP-8、MMP-9和MMP-12均已证实与主动脉瘤密切相关。
MMP-2和MMP-9是ECM降解过程中最重要的两种MMP，且存在协同作用，共同参与胶原蛋白和弹性蛋白的降解，是主动脉瘤和/或夹层形成和发展的关键因素。Longo等[41]在动物实验中证实，Mmp2−/−小鼠和Mmp9−/−小鼠均减少CaCl2诱导的主动脉瘤事件发生。MMP-2在正常腹主动脉中不表达，仅在腹主动脉瘤组织中升高[42]。在人轻、中度腹主动脉瘤组织中MMP-2表达高于重度和破裂主动脉瘤组织[43]，因此MMP-2被认为与腹主动脉瘤形成和早期扩张密切相关。然而，Shen等[44]发现MMP-2不仅促进ECM蛋白降解，还促进ECM 蛋白合成的双重相反机制：CaCl2诱导的主动脉瘤模型中，Mmp2−/−小鼠通过抑制ECM蛋白的降解有效阻止胸主动脉瘤发生；而AngⅡ诱导模型中，Mmp2−/−小鼠主动脉中虽ECM蛋白降解减少，但弹性蛋白和胶原蛋白合成障碍，胸主动脉发生病理重塑，导致胸主动脉瘤事件增加。
病理条件刺激下，主动脉壁平滑肌细胞和巨噬细胞产生MMP-9。炎症刺激时，主动脉壁MMP-9过度表达，弹性蛋白降解，主动脉瘤发生；若MMP-9持续增加，白细胞趋化浸润病变组织，弹性蛋白降解加重导致主动脉瘤破裂[42]。与未破裂主动脉瘤相比，破裂组患者血浆中MMP-1和MMP-9蛋白水平明显升高[45]。还有研究[46]发现，主动脉瘤患者血浆中MMP-9水平与动脉瘤大小和扩张程度相关，并且在直径>5 cm的主动脉瘤中升高，均提示MMP-9可能在主动脉瘤病理学后期阶段发挥作用，与主动脉瘤持续扩张以及破裂事件的发生密切相关[46]。此外，在经动脉修复术后的主动脉夹层患者血浆中，MMP-9水平大幅下降，因此MMP-9也可作为主动脉瘤诊断和术后疗效评估的重要指标[43]。MMP-2和MMP-9的协同作用机制包括MMP-2作为主要的胶原酶，首先将胶原蛋白的3条链结构降解为单链，随后单链被MMP-9降解，共同促进弹性蛋白的降解和释放[41]。
在人主动脉瘤组织中还发现MMP-3、MMP-8和MMP-12升高。MMP-3可以降解Ⅱ型、Ⅳ型和Ⅸ型胶原蛋白，同时激活其他MMP （如MMP-1、MMP-7和MMP-9）并增强弹性蛋白的降解[42]。MMP-8通过降解胶原蛋白，参与动脉扩张和动脉瘤形成[47]。MMP-12可以降解弹性蛋白，在主动脉瘤持续扩张以及巨噬细胞迁移中发挥作用[42]。动物实验[48]证实：与Apoe−/−小鼠相比，Apoe−/−及Mmp3−/−基因双敲除小鼠尽管动脉粥样硬化斑块持续存在，但主动脉瘤形成减少。Mmp12−/−小鼠也减少CaCl2诱导的腹主动脉瘤发生[49]。
4.2 去整合素金属蛋白酶和含Ⅰ型血小板结合蛋白基序的去整合素金属蛋白酶
ADAM和ADAMTS是锌依赖性内肽酶，也通过参与蛋白聚糖的降解，影响主动脉结构，与主动脉瘤和/或夹层相关。
人主动脉瘤组织和血浆中ADAMTS1、ADAMTS4蛋白表达增加[12]。实验[50]证实，Adamts1单倍体剂量不足小鼠（Adamts1+/−）可以增加AngⅡ诱导的主动脉瘤破裂和夹层事件发生，而Adamts1−/−小鼠则通过抑制炎症因子和巨噬细胞迁移减少主动脉瘤和夹层事件。Adamts4−/−小鼠通过维持主动脉壁正常弹性蛋白和弹性纤维结构、减少炎性细胞浸润和凋亡以及减少VCAN蛋白降解等作用，有效减少AngⅡ诱导的主动脉扩张、主动脉瘤和夹层事件[51]。ADAMTS5是ACAN蛋白和VCAN蛋白的关键水解酶。人主动脉夹层病变组织中ADAMTS5蛋白表达降低[36]。Adamts5−/−小鼠由于ACAN和VCAN降解减少导致蛋白异常聚集，引起主动脉扩张、主动脉瘤破裂和夹层发生[37, 52]。
ADAM多为膜结合酶，通过去整合蛋白结构域发挥蛋白酶作用和细胞黏附作用，在主动脉瘤中的研究相对较少。人和小鼠主动脉瘤组织中ADAM9、ADAM10、ADAM12和ADAM17蛋白表达升高[50]。腹主动脉瘤患者血浆中ADAM17显著升高，并且其底物TNFα受体（RⅠ和RⅡ）在破裂组中表达显著高于未破裂组[53]。平滑肌细胞特异性Adamt17−/−小鼠有效减少主动脉瘤形成[54-55]，而Adamt15−/−小鼠中则腹主动脉瘤事件增加[56]。在小鼠中抑制ADAM10蛋白水平也有效减少AgeⅡ诱导的主动脉瘤形成[57]。
4.3 金属蛋白酶组织抑制剂
TIMP是MMP的内源性抑制剂，在主动脉中通过双途径作用有效抑制ECM蛋白降解：在蛋白酶生成阶段直接结合MMP前体阻止MMP生成，及在MMP激活阶段阻断MMP活性[42]。MMP或TIMP变化都会改变MMP/TIMP比率，导致ECM蛋白降解失调，引起主动脉瘤和/或夹层[46]。此外，TIMP还通过抑制ADAM和ADAMTS，维持ECM代谢平衡。
除了激活的MMP-1、MMP-3和MMP-9以及膜型MMP（membrane-type MMP，MT-MMP）外，TIMP-1对大多数MMP都有良好的抑制作用，并能抑制ADAM-10[45]。小鼠主动脉瘤模型中，Timp1−/−小鼠主动脉直径增大，主动脉瘤事件加重[58]，而在大鼠动脉瘤模型中，主动脉局部TIMP-1蛋白表达增加则降低MMP-9蛋白水平，减少弹性蛋白的降解，有效阻止动脉瘤和破裂事件发生[59]。TIMP-2可以抑制所有活化MMP以及ADAM-12活性。然而，有研究[60]发现TIMP-2在对MMP-2的调节中存在双重作用：在低浓度下，TIMP-2与MT1-MMP、pre-MMP-2在细胞表面形成三元复合物，介导MMP-2的激活；在较高浓度时，TIMP-2则阻断MT1-MMP介导的MMP-2激活，并特异性抑制MMP-2活性。Xiong等[60]发现Timp2−/−小鼠在CaCl2诱导的主动脉瘤模型中抑制MMP-2表达并阻碍主动脉瘤发生，认为TIMP-2可作为MMP-2激活的辅助因子促进ECM降解，最终导致主动脉扩张。在人腹主动脉瘤组织中，MMP-8蛋白升高同时TIMP-1和TIMP-2蛋白水平明显下降，主动脉中胶原蛋白降解增强，促进主动脉瘤形成[47]。TIMP3具有广泛底物特性，可抑制几乎所有MMP，同时也被认为是MMP-9特异性抑制剂，并且抑制较广泛的ADAM和ADAMTS，如ADAM10、ADAM12、ADAM17、ADAMTS1、ADAMTS2、ADAMTS4和ADAMTS5[42]。TIMP-3已经被证实是ADAMTS2和ADAMTS4的强有效抑制剂，在主动脉中起保护作用[45]。Timp3−/−小鼠在AgeⅡ诱导的主动脉瘤模型中，主动脉弹性蛋白和胶原蛋白降解增强，导致主动脉瘤发生[61]。TIMP-4可以抑制多种MMP，并与TIMP-2竞争性结合MMP-2[42]。TIMP-4的N端结构域可以抑制ADAM17[62]。在人和小鼠高同型半胱氨酸血症相关的主动脉瘤组织中TIMP-4表达增加[63]。在小鼠主动脉瘤进展研究中还发现，主动脉瘤直径在4周达最大，而晚期阶段（4～8周）主动脉瘤进展缓慢，此时TIMP-4明显增加，可能是阻止主动脉瘤持续扩张的重要因素[64]。
5 总结与展望
综上所述，ECM作为主动脉壁的重要结构和功能成分，在主动脉中独立或与细胞协同发挥作用，决定主动脉形态和功能。主动脉中弹性蛋白和胶原蛋白合成障碍、弹性纤维和胶原纤维交联不足、ECM蛋白水解酶/内源性抑制剂比率失调所致ECM过度降解均会破坏主动脉结构和功能，引起动脉瘤和/或夹层的发生。因此，维持ECM蛋白的正常结构和功能，维持ECM代谢平衡有助于预防和缓解疾病的发生、发展。主动脉中ECM蛋白种类多元且代谢机制相当复杂，我们对ECM的了解还不够全面和深入。今后仍需在主动脉疾病中持续关注其研究进展，并且期望在ECM及其代谢机制研究中探索有效的干预靶点，为预防、缓解主动脉瘤和/或夹层的发生、发展，甚至修复、逆转主动脉壁的病理重构提供治疗策略。
利益冲突：无。
作者贡献：田婷负责论文设计与文章撰写；罗帆、赵丽平负责文献查阅与分析；罗俊一、刘芬负责文稿修改；杨毅宁负责论文设计、评阅与指导。
