弹性蛋白

      成熟弹性蛋白是由弹性蛋白原前体交联形成的一种不溶性、疏水性蛋白。弹性蛋白原是由弹性蛋白 mRNA 选择性剪接形成的分子量为68 000~74 000 的单体蛋白，通常由中膜的平滑肌细胞及外膜的成纤维细胞产生并释放到细胞外空间，在赖氨酰氧化酶和辅助蛋白腓骨蛋白4或5的帮助下交联形成弹性蛋白。弹性蛋白的沉积局限于中层，从内侧到外侧的弹性蛋白层。弹性蛋白是动脉壁上主要的细胞外基质，占其干重的50%，并且是弹性纤维的最大组成部分，占弹性纤维总重量的 90%。弹性蛋白纤维由原纤维、徽纤维组成，并且嵌人在弹性蛋白的非晶质核中，从而允许其弹性回缩。动脉承受着动脉血压引起的大量机械应力，除了维持动脉壁的机械完整性，弹性纤维层还起着保持动脉弹性的作用。因此，动脉壁的弹性回缩在舒张期血流的持续灌注中起着重要的作用。富含原纤维的微纤维为弹性蛋白的沉积和排列提供结构支撑。弹性纤维分布于整个血管壁的中膜层，同心排列成网格状弹性蛋白层。各弹性蛋白层交替并且与平滑肌细胞同心环生理性连接，形成薄层单元，即动脉壁的功能性回缩单元，而这样的结构在正常人类或动物的血管切片上清哳可见，其三维结构就像提拉米苏蛋糕那样有层次。
      在正常情况下，弹性蛋白的生成仅限于胎儿期和婴儿期，而成熟弹性纤维持续整个生命周期，其半衰期为 40 年左右。因此，弹性纤维被认为是细胞外基质最持久的组成部分。弹性纤维因年龄增长及疾病发生降解和断裂，从而导致动脉壁僵硬度增加。在病理情況下，血管细胞（平滑肌细胞、内皮细胞和成纤维细胞）在机械应力增加时生成弹性蛋白。除了血管细胞，炎性细胞也产生弹性蛋白原，但这些弹性蛋白原无法交联成弹性纤维。例如，免疫组化和实时定量聚合酶链反应 （rcal time-PCR）显示人动脉粥样硬化斑块中的巨噬细胞也产生弹性蛋白原。从动脉粥样硬化或腹主动脉瘤（另一种常见的主动脉疾病）患者中分离的巨噬细胞，成熟交联弹性蛋白标志物——锁链素和异锁链素表达降低。在动脉粥样硬化病变中弹性纤维在富含巨噬细胞区域排列紊乱。
一、弹性蛋白的表达、交联和排列
      人弹性蛋白原基因位于 7号染色体。它的表达调控因不同的细胞因子、生长因子或其他生物活性分子而有所不同。IGF 和 TGFB、CGMP 和NO 上调弹性蛋白基因的表达，而bFGF、表皮生长因子样生长因子(EGF-like growth factor 入白介素 1β、AngII、缺氧与衰老则下调弹性蛋白的表达。合成后，弹性蛋白原从细胞质转移到细胞外空间交联并聚集排列，这一过程受一个大小为 67 000 的弹性蛋白结合蛋白 ( clastin-bindingprotein, EBP）调控，后者可以防止弹性蛋白原在细胞内聚集和蛋白水解，并在弹性蛋白原成功转运后重新回到细胞质内，监护下一个弹性蛋白原分子的转移。
      弹性蛋白原初始结构包含由非极性氨基酸甘氨酸、缬氨酸、脯氨酸、丙氨酸组成的疏水结构域和富含丙氨酸与赖氨酸的交联域。几乎所有弹性蛋白原上的赖氨酸受赖氨酰氧化酶调节发生交联。弹性蛋白原在细胞外沉积后，其上的赖氨酸参与氧化脱氨基或交联。赖氨酰氧化酶是铜离子依赖性酶，促使目标赖氨酸上的ε-氨基发生氧化脱氨，产生α氨基己二酸σ-半醛醛赖氨酸。非酶促凝下，单分子赖氨酸和单分子醛赖氨酸形成希夫碱二聚体，而两个醛赖氮酸分子则形成异丁烯醛衍生物。三个醛赖氨酸分子和一个赖氨酸分子形成锁链素或异锁链素，两者都是弹性蛋白交联标志物交联后，弹性蛋白原形成的聚合物构成围绕在动脉管腔周围的弹性蛋白同心环。这种交联促进弹性蛋白原肽链形成丝网状结构，从而储备机械应力下形成的回缩势能。弹性蛋白的聚集排列发生在原纤蛋白和微纤维相关糖蛋白( microfibril-associated glycoprotein, MAGP ）等非弹性蛋白成分的微纤维上。这些徵纤维为弹性蛋白原沉积、排列和交联提供了支撑。弹性蛋白原在微纤维有序沉积后，最终的酶促交联过程才得以完成。
二、弹性蛋白的活性
      弹性蛋白的作用远不只是作为动脉壁结构蛋白储存回缩势能。体外许多细胞都在弹性蛋白原弹性蛋白降解产物和弹性蛋白多肽的作用下表现出迁移和增殖。不同于胶原蛋白、纤连蛋白和层粘连蛋白等其他细胞外基质，弹性蛋白并不与整合素相互作用。血管细胞如平滑肌细胞及其他-些细胞类型，会表达一种非整合素弹性蛋白/层粘连蛋白受体，直接与弹性蛋白相互作用，并介导弹性蛋白诱导的细胞活动。这种弹性蛋白受体有了个亚基：67000 大小的 EBP、61 000 的神经氨酸酶和 55000 的保护蛋白。普遍认为弹性蛋白利用这个受体来调节靶细胞的迁移、趋化、增殖、肌纤维组织形成和抗炎活性。
      弹性蛋白对平滑肌细胞的迁移和增殖有抑制作用。在体外胶原凝胶中，弹性蛋白降解多肽以剂量依赖的方式显著降低平滑肌细胞的增殖和迁移。在包被有弹性蛋白多肽表面上培养的平滑肌细胞与包被有胶原蛋白或纤连蛋白表面上培养的平滑肌细胞相比，细胞迁移被包被的弹性蛋白多肽所抑制。包被有弹性蛋白的基板上培养的平滑肌细胞也比未包被弹性蛋白的基板上培养的平滑肌细胞增殖少得多。在体内，弹性纤维可阻止平滑肌细胞增殖与内膜增生。在大鼠动脉外膜植入胶原蛋白、基底层和弹性蛋白碎片的模型中，相比于层粘连蛋白和胶原蛋白，弹性蛋白碎片减少了新生内膜形成和平滑肌细胞的增殖。在猪冠状动脉的支架内再狹窄模型中，颈动脉消化提取的弹性蛋白涂层支架所引起的炎症和血栓形成低于未涂後的支架。弹性蛋白能像收缩性肌丝一样保持生长中平滑肌细胞的收缩性表型。因此，弹性蛋白调节血管平滑肌细胞的迁移，诱导收缩性表型，抑制增殖。弹性蛋白的裂解产物称为弹性蛋白衍生肽 (elastin-derived peptide, EDP )，也具有生物活性。虽然成熟的弹性纤维通过提供细胞迁移的物理屏障，是维持静态血管平滑肌细胞表型的关键因素，但是EDP 会结合弹性蛋白/层粘连蛋白受体并刺激脉管系统的增殖和迁移。此外，EDP 也促进浸润的白细胞中基质金属蛋白
酶的释放和激活。
      弹性蛋白原和弹性纤维可激活一个新的异源三聚体G 蛋白偶联信号通路，通过细胞内RhoGTPase 诱导血管平滑肌细胞的肌动蛋白纤维形成。弹性蛋白原具有一个离散的六肽结构域VGVAPG，仅此便足以诱导血管平滑肌细胞的肌纤维形成。这一六肽域激活的信号通路与全长基因产物激活的通路并没有区别。由此可知，弹性蛋白原通过血管平滑肌细胞与 VGVAPG 结构域之间的直接相互作用，剌激血管平滑肌细胞的肌纤维组织形成。
      弹性蛋白基质还对血管平滑肌细胞和巨噬细胞有趋化作用，对白细胞有抗炎作用，还有抗血栓形成的作用。从马方综合征小鼠模型、马方综合征患者以及特发性胸主动脉瘤 (thoracic aortic aneurysm， TAA ）患者的主动脉组织提取物（可溶性蛋白）中提取的弹性蛋自结合蛋白，在体外对巨噬细胞迁移有趋化作用。当把体外制备的大鼠弹性蛋白层、基底层和外膜胶原蛋白移植进入宿主动脉并暴露于白细胞时，弹性蛋白层表现出抗炎活性。与外膜胶原基质和基底层相比，弹性蛋白层可使白细胞黏附减少、平滑肌细胞增殖减少、新生内膜形成受抑制。把猪血管组织弹性蛋白支架植人到大鼠皮下，发现这些支架能抗血栓形成。因此，弹性蛋白层与胶原或层粘连蛋白基质相比，更具有炎症耐受性及血栓耐受性。
三、人和动物弹性蛋白的基因突变
      人弹性蛋白基因 EIn 突变会导致主动脉瓣瓣上狹窄(supravalvular aortic stenosis, SVAS) 和威廉姆斯综合征。SVAS 是一种由弹性蛋白基因肉缺失或大范围突变引起的常染色体显性遗传性疾病130，通过突变体等位基因的 mRNA 的无义介导衰变( nonsense-mediated mRNA decay )，或者产生非功能性蛋白，以而导致功能性单倍剂量不足(haploinsufficiency )。因此，SVAS患者的主动脉弹性纤维层弹性蛋白水平降低，失控的血管平滑肌细胞增殖和内膜增生使患者升主动脉或者其他动脉狹窄。如果不子纠正，SVAS 可导致心肌肥厚和心力衰竭。威廉姆斯综合征则源自整个 Eln 基因的 7g11.23 的亚微管结构缺失，是具有与 SVAS 相似病理表型的一种神经发育性疾病。
      弹性蛋白基因缺失的小鼠出生几天即死于内皮下细胞堆积所致的血管闭塞。在没有炎症反应的情況下，这些小鼠的血管闭塞源于过度的内皮下细胞增殖和血管平滑肌细胞堆积。与弹性蛋白单倍剂量不足的 SVAS 患者类似，Eln^+/-小鼠表现为动脉弹性纤维层变薄以及中膜平滑肌细胞增加。在任何给定的血管内压力下，动脉内径通常较正常情况减小。因此，Eln^+/-小鼠早龄即发生高血压及轻度心肌肥厚，并为了适应异常的高血压，血管壁层状单元增加。Eln^+/-小鼠的平均动脉压可由血管紧张素II抑制剂降低，它们的肾素水平比野生型小鼠高 2倍。与野生型小鼠相比，弹性蛋白单倍剂量不足小鼠的中央肺动脉内径小、管壁薄、孔径角增加。右心导管测得肺循环压力显著升高，并和弹性蛋白水平呈负相关。尽管如此，在Eln^-/-或 Eln^+/-小鼠中表达自细菌人工染色体 (bacterial artificial chromosome,BAC) 克隆的人弹性蛋白，可与小鼠弹性蛋白相互作用，形成功能性弹性蛋白纤维。人弹性蛋白在单倍剂量不足的 Eln^+/-小鼠表达，可逆转高血压（使血压下降）和血管变化（使层数减少，组织锁链素含量增加）。人弹性蛋白在Eln^-/-小鼠中的表达可挽救Eln^-/- 小鼠围生期与该表型相关的死亡。
四、弹性蛋白的钙化
      由于成人弹性蛋白的表达停止，当人体衰老或组织损伤时，弹性纤维一般不会被替换。相反，更多的胶原蛋白生成，使动脉壁向较硬的胶原纤维转化。动脉壁也会因弹力层钙化而变得更加僵硬。随着年龄增长，大中动脉钙沉积也在增加。人主动脉钙含量和动脉僵硬度相关。脉博波速度 (pulse wave velocity, PWV）是反映大动脉僵硬度的一项指标，在大鼠钙化模型中，动脉的钙含量随着 PWV 增高而增加。晚期糖基化终产物(advanced glycation end products, AGE )可以促进弹性蛋白和胶原蛋白交联从而增加其硬度。AGE 介导的胶原蛋白交联可以阻止胶原酶解并增加动脉壁胶原含量。随着年龄的增长，AGE 介导的交联也会在人类主动脉弹性蛋白中出现。
      关于弹性纤维的钙化，报道有两种类型：I型钙化，弹性蛋白自身钙化，在钙化以前没有结构变化；I型钙化，中性脂肪和未酯化胆固醇的累积使弹性蛋白空泡化，并改变弹性纤维的结构。I型钙化导致弹性蛋白破坏或降解。在人颈动脉粥样硬化斑块中，电子显微镜和细胞组化均检测出弹性纤维钙化。弹性纤维假黄瘤( pseudoxanthoma elasticum, PXE )是一种影响皮肤、眼睛和血管的遗传性结缔组织病。PXE 的心血管并发症有高血压、四肢动脉退行性变和胃肠道出血。受累组织中含有钙化和降解的弹性纤维以及异常的胶原纤维。PXE通常在患者20 或 30 岁的时候出现。ATP 结合盒亚家族C成员6( ATP-binding cassette sub-family Cmember 6, ABCC6）是一种含 1503 个氨基酸的蛋白质，含有3个跨膜结构域和2个 ATP结合盒 ( ATP-binding cassette, ABC )，其突变带来的功能缺失将引起PXE 患者弹性纤维的营养障碍性矿化。Abcc6^-/-小鼠自发形成眼部血管壁与布鲁赫膜( Bruch's membrane）中弹性纤维的钙化。血管钙化在年轻小鼠（10个月）的肾皮质小动脉中表现最突出，但在老年小鼠（17个月）中这种钙化也可以发生在其他器官，如主动脉和腔静脉。