The role of metalloproteinases in the pathogenesis of cardiovascular diseases

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

This review is devoted to the role of various matrix metalloproteinases (MMPs) in the pathogenesis of cardiovascular diseases (CVDs): coronary artery disease (CAD), arterial hypertension (AH), chronic heart failure (CHF). Modern concepts of MMP classification are presented, and the mechanism of action of the main representatives of their various groups is characterized. The general pathogenesis of CVDs with an emphasis on the pathophysiological mechanism of action of metalloproteinases and their inhibitors is considered, and special cases of pathogenetic mechanisms of pathology development are discussed. The role of certain metalloproteinases in assessing the development of myocardial and vascular wall lesions in various CVDs is described. Particular attention is paid to the genetic mechanisms of regulation of metalloproteinase activity and their inhibitors. The review highlights the main polymorphic variations that lead to the development of cardiovascular pathology or directly correlate with the development of a particular disease of the cardiological spectrum. An assessment of the feasibility of using metalloproteinases as markers for disease detection is provided.

About the authors

Yu. A. Zhilyaeva

Kursk State Medical University, Department of Internal Medicine No. 2

Author for correspondence.
Email: uliazhilyaeva85@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3844-6062
SPIN-code: 9825-0932

Cand. Sci. (Med.), Associate Professor

Russian Federation, Kursk

V. P. Mikhin

Kursk State Medical University, Department of Internal Medicine No. 2

Email: uliazhilyaeva85@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5398-9727
SPIN-code: 5986-0531
Russian Federation, Kursk

A. O. Nikolaevskaya

Kursk State Medical University, Department of Internal Medicine No. 2

Email: uliazhilyaeva85@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5150-4765
SPIN-code: 4370-5262
Russian Federation, Kursk

M. O. Babkin

Scientific and Practical Psychoneurological Center n.a. Z.P. Solovyov

Email: uliazhilyaeva85@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6870-8027
SPIN-code: 1669-6749
Russian Federation, Moscow

References

  1. Овчинников А.Г., Арефьева Т.И., Потехина А.В. и др. Молекулярные и клеточные механизмы, ассоциированные с микрососудистым воспалением в патогенезе сердечной недостаточности с сохраненной фракцией выброса. Acta Naturae (русскоязычная версия). 2020;12(20):40–51. [Ovchinnikov A.G., Aref’eva T.I., Potekhina A.V. et al. Molecular and cellular mechanisms associated with microvascular inflammation in the pathogenesis of heart failure with preserved ejection fraction. Acta Naturae (Russian version). 2020;12(20):40–51. (In Russ.)]. doi: 10.32607/actanaturae.10990.
  2. Калюжин В.В., Тепляков А.Т., Соловцов М.А. и др. Ремоделирование левого желудочка: один или несколько сценариев? Бюллетень сибирской медицины. 2016;15(4):120–39. [Kalyuzhin V.V., Teplyakov A.T., Solovtsov M.A. et al. Left ventricular remodeling: one or multiple scenarios? Bulletin of Siberian Medicine. 2016;15(4):120–39. (In Russ.)]. doi: 10.20538/1682-0363-2016-4-120–39.
  3. Шевченко Ю.Л. Иммобилизирующий интерстициальный фиброз сердца. Часть 1. Вестник Национального медико-хирургического Центра им. Н.И. Пирогова. 2022;17(2):4–10. [Shevchenko Yu.L. Immobilizing interstitial fibrosis of the heart. Part 1. Bulletin of Pirogov National Medical & Surgical Center. 2022;17(2):4–10. (In Russ.)]. doi: 10.25881/20728255_2022_17_2_4.
  4. Шевченко Ю.Л., Ульбашев Д.С. Иммобилизирующий интерстициальный фиброз сердца. Часть 2. Вестник Национального медико-хирургического Центра им. Н.И. Пирогова. 2022;17(3):4–10. [Shevchenko Yu.L., Ul’bashev D.S. Immobilizing interstitial fibrosis of the heart. Part 2. Bulletin of Pirogov National Medical & Surgical Center. 2022;17(3):4–10. (In Russ.)]. doi: 10.25881/20728255_2022_17_3_4.
  5. Нащекина Ю.А., Сироткина М.С., Михайлова Н.А. Коллагены различных типов в клеточных технологиях. Гены и клетки. 2022;17(3):160–1. [Nashchekina Yu.A., Sirotkina M.S., Mikhailova N.A. Collagens of different types in cell technologies. Genes & Cells. 2022;17(3):160–61. (In Russ.)]
  6. Печерина Т.Б., Кутихин А.Г. Биомаркеры фиброза миокарда и их генетическое регулирование у пациентов с сердечной недостаточностью. Российский кардиологический журнал. 2020;25(10):139–44. [Pecherina T.B., Kutikhin A.G. Biomarkers of myocardial fibrosis and their genetic regulation in patients with heart failure. Russian Journal of Cardiology. 2020;25(10):139–44. (In Russ.)]. doi: 10.15829/1560-4071-2020-3933.
  7. Григорян С.В., Азарапетян Л.Г., Адамян К.Г. Миокардиальный фиброз и фибрилляция предсердий. Российский кардиологический журнал. 2018;23(9):71–6. [Grigoryan S.V., Azarapetyan L.G., Adamyan K.G. Myocardial fibrosis and atrial fibrillation. Russian Journal of Cardiology. 2018;23(9):71–6. (In Russ.)]. doi: 10.15829/1560-4071-2018-9-71-76.
  8. Попов М.А., Шумаков Д.В., Зыбин Д.И. и др. Феномен роли коллагена IV типа и матриксной металлопротеиназы 9 типа в ремоделировании миокарда левого желудочка при ишемической болезни сердца. Российский кардиологический журнал. 2019;24(8):83–7. [Popov M.A., Shumakov D.V., Zybin D.I. et al. Phenomenon of the role of type IV collagen and matrix metalloproteinase type 9 in left ventricular myocardial remodeling in ischemic heart disease. Russian Journal of Cardiology. 2019;24(8):83–7. (In Russ.)]. doi: 10.15829/1560-4071-2019-8-83-87.
  9. Говорин А.В., Рацина Е.В., Соколова Н.А. Изменения показателей матриксных металлопротеиназ и их тканевых ингибиторов при различных формах ишемической болезни сердца. Байкальский медицинский журнал. 2014;124(1):27–32. [Govorin A.V., Ratsina E.V., Sokolova N.A. Changes in matrix metalloproteinases and their tissue inhibitors in different forms of ischemic heart disease. Baikal Medical Journal. 2014;124(1):27–32. (In Russ.)].
  10. Ярмолинская М.И, Молотков А.С., Денисо-ва В.М. Матриксные металлопротеиназы и ингибиторы: классификация, механизм действия. Журнал акушерства и женских болезней. 2012;61(1):113–25. [Yarmolinskaya M.I, Molotkov A.S., Denisova V.M. Matrix metalloproteinases and inhibitors: classification, mechanism of action. Journal of Obstetrics and Women’s Diseases. 2012;61(1):113–25. (In Russ.)].
  11. Турна А.А., Тогузов Р.Т. Матриксные металлопротеиназы и сердечно-сосудистые заболевания. Артериальная гипертензия. 2009;15(5):532–8. [Turna A.A., Toguzov R.T. Matrix metalloproteinases and cardiovascular disease. Arterial’naya Gipertenziya=Arterial Hypertension. 2009;15(5):532–8. (In Russ.)].
  12. Тепляков А.Т., Березикова Е.Н., Шилов С.Н.и др. Оценка роли полиморфизма гена матриксной металлопротеиназы-3 в развитии хронической сердечной недостаточности. Терапевтический архив. 2015;87(4):8–12. [Teplyakov A.T., Berezikova E.N., Shilov S.N. et al. Evaluation of the role of matrix metalloproteinase-3 gene polymorphism in the development of chronic heart failure. Terapevticheskii arkhiv. 2015;87(4):8–12. (In Russ.)]. doi: 10.17116/terarkh20158748-12.
  13. Гаврилюк Н.Д., Иртюга О.Б., Дружкова Т.А. и др. Полиморфизмы генов матриксных металлопротеиназ 2 и 9 у пациентов с аневризмой восходящего отдела аорты. Российский кардиологический журнал. 2015;126(10):65–9. [Gavrilyuk N.D., Irtyuga O.B., Druzhkova T.A. et al. Polymorphisms of matrix metalloproteinase 2 and 9 genes in patients with ascending aortic aneurysm. Russian Journal of Cardiology. 2015;126(10):65–9. (In Russ.)]. doi: 10.15829/1560-4071-2015-10-65-69.
  14. Беленков Ю.Н., Привалова Е.В., Юсупова А.О., Жито А.В. Маркеры фиброза сосудистой стенки ММП-9 и TIMP-1 у пациентов с ишемической болезнью сердца в сочетании с сахарным диабетом 2-го типа и без него. Кардиология. 2019;59(5):61–6. [Belenkov Yu.N., Privalova E.V., Yusupova A.O., Zhito A.V. Vascular wall fibrosis markers MMP-9 and TIMP-1 in patients with coronary heart disease combined with and without type 2 diabetes mellitus. Kardiologiia. 2019;59(5):61–6. (In Russ.)]. doi: 10.18087/cardio.2019.5.10258.
  15. Базылев В.В., Канаева Т.В. Роль матриксных металлопротеиназ в ремоделировании миокарда. CardioСоматика. 2020;11(3):22–8. [Bazylev V.V., Kanaeva T.V. Role of matrix metalloproteinases in myocardial remodeling. CardioSomatics. 2020;11(3):22–8. (In Russ.)]. doi: 10.26442/22217185.2020.3.200374.
  16. Шишкина В.В., Антакова Л.Н., Золотарева С.Н. и др. Матриксные металлопротеиназы в ремоделировании внеклеточного матрикса: молекулярные, клеточные и тканевые аспекты. Журнал анатомии и гистопатологии. 2022;11(3): 93–108. [Shishkina V.V., Antakova L.N., Zolotareva S.N. et al. Matrix metalloproteinases in extracellular matrix remodeling: molecular, cellular and tissue aspects. Journal of Anatomy and Histopathology. 2022;11(3):93–108. (In Russ.)]. doi: 10.18499/2225-7357-2022-11-3-93-108
  17. Рогова Л.Н., Шестернина Н.В., Замечник Т.В., Фастова И.А. Матриксные металлопротеиназы, их роль в физиологических и патологических процессах (обзор). Вестник новых медицинских технологий. 2011;18(2):86–9. [Rogova L.N., Shesternina N.V., Zamechnik T.V., Fastova I.A. Matrix metalloproteinases, their role in physiologic and pathologic processes (review). Journal of New Medical Technologies. 2011;18(2):86–9. (In Russ.)].
  18. Богатырева Ф.М., Каплунова В.Ю., Кожевни-кова М.В. и др. Взаимосвязь маркеров фиброза и ремоделирования миокарда у пациентов с различными вариантами течения гипертрофической кардиомиопатии. Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2022;21(3):28–35. [Bogatyreva F.M., Kaplunova V.Yu., Kozhevnikova M.V. et al. Relationship between markers of fibrosis and myocardial remodeling in patients with different variants of the course of hypertrophic cardiomyopathy. Cardiovascular Therapy and Prevention. 2022;21(3):28–35. (In Russ.)]. doi: 10.15829/1728-8800-2022-3140.
  19. Лупач Н.М., Кулаков Ю.В., Лукьянов П.А. Матриксные металлопротеиназы и ишемически измененный альбумин у лиц с гиперхолестеринемией и у больных с различными формами ишемической болезни сердца. Байкальский медицинский журнал. 2010;94(3):35–8. [Lupach N.M., Kulakov Yu.V., Luk’yanov P.A. Matrix metalloproteinases and ischemic albumin in hypercholesterolemic subjects and in patients with various forms of ischemic heart disease. Baikal Medical Journal. 2010;94(3):35–8. (In Russ.)].
  20. Inokubo Y., Hanada H., Ishizaka H., et al. Plasma levels of matrix metalloproteinase-9 and tissue inhibitor of metalloproteinase-1 are increased in the coronary circulation in patients with acute coronary syndrome. American heart journal. 2001;141(2):211–17. doi: 10.1067/mhj.2001.112238
  21. Калашник Д.Н., Волков В.И. Влияние симвастатина на сывороточный уровень оксида азота, фактора некроза опухолей- α и матриксной металлопротеиназы-9 у больных с нестабильной стенокардией. Крымский терапевтический журнал. 2006;3:78–81. [Kalashnik D.N., Volkov V.I. Effect of simvastatin on serum levels of nitric oxide, tumor necrosis factor-α, and matrix metalloproteinase-9 in patients with unstable angina pectoris. Crimean Journal of Internal Diseases. 2006;3:78–81. (In Russ.)].
  22. Горбань В.В., Калашник Д.Н. Уровень MMP-9 у пациентов с острым коронарным синдромом без подъема сегмента ST в результате лечения разными дозами аторвастатина. Фарматека. 2020;14:63-67. [Gorban V.V., Kalashnik D.N. The level of MMP-9 in patients with acute coronary syndrome without ST segment elevation as a result of treatment with different doses of atorvastatin. Farmateka. 2020;14:63-67. (In Russ.)]. doi: 10.18565/pharmateca. 2020.14.63-67.
  23. Li Sai, Zhang Yan Qiu, Cui Dong Mei, Li Yin Jun. Effect of rosuvastatin and benazepril on matrix metalloproteinase-2, matrix metalloproteinase-9 and leukotriene B4 of patients with acute myocardial infarction. Tropical Journal of Pharmaceutical Research. 2021;18(3):625–30. doi: 0.4314/tjpr.v18i3.26.
  24. Разин В.А., Гимаев Р.Х. Миокардиальный фиброз в артериальной гипертензии. Ульяновский медико-биологический журнал. 2013;3:7–14. [Razin V.A., Gimaev R.Kh. Myocardial fibrosis in arterial hypertension. Ulyanovsk Medico-biological Journal. 2013;3:7–14. (In Russ.)].
  25. Зюбанова И.В., Мордовин В.Ф., Фальков-ская А.Ю. и др. Динамика биохимических показателей сосудистого фиброза под влиянием ренальной денервации у больных резистентной артериальной гипертензией. Сибирский журнал клинической и экспериментальной медицины. 2016;31(2):18–22. [Zyubanova I.V., Mordovin V.F., Fal’kovskaya A.Yu. et al. Dynamics of biochemical indices of vascular fibrosis under the influence of renal denervation in patients with resistant arterial hypertension. Siberian Journal of Clinical and Experimental Medicine. 2016;31(2):18–22. (In Russ.)]. doi: 10.29001/2073-8552-201631-2-18-22.
  26. Фальковская А.Ю., Мордовин В.Ф., Пекар-ский С.Е. и др. Система матриксных металлопротеиназ у больных резистентной артериальной гипертензией, ассоциированной с сахарным диабетом 2-го типа: связь с состоянием почечного кровотока и функцией почек. Артериальная гипертензия. 2019;25(1): 34–45. [Fal’kovskaya A.Yu., Mordovin V.F., Pekarsky S.E. et al. Matrix metalloproteinase system in patients with resistant arterial hypertension associated with type 2 diabetes mellitus: relationship to renal blood flow status and renal function. Arterial’naya Gipertenziya (Arterial Hypertension). 2019;25(1):34–45. (In Russ.)]. doi: 10.18705/1607-419X2019-25-1-34-45.
  27. Тепляков А.Т., Андриянова А.В., Пушникова Е.Ю. и др. Тканевой ингибитор матриксных металлопротеиназ-1 (TIMP-1) как независимый маркер ишемического ремоделирования миокарда при хронической сердечной недостаточности. Сибирский медицинский журнал (г. Томск). 2014;29(2):28–34. [Teplyakov A.T., Andriyanova A.V., Pushnikova E.Yu. et al. Tissue inhibitor of matrix metalloproteinases-1 (TIMP-1) as an independent marker of myocardial ischemic remodeling in chronic heart failure. Siberian Medical Journal (Tomsk). 2014;29(2):28–34. (In Russ.)].
  28. Юлдашев С.Ж., Ахмедова Г.А., Ибрагимова Э.Ф. и др. Взаимосвязь между показателями системы ММП/тимп и функциональными параметрами сердечно-сосудистой системы при хронической сердечной недостаточности. Вопросы науки и образования. 2019;27(76):66–75. [Yuldashev S.Zh., Akhmedova G.A., Ibragimova Eh.F. et al. Rela-tionship between indices of MMP/timp system and functional parameters of cardiovascular system in chronic heart failure. Voprosy nauki i obrazovaniya. 2019;27(76):66–75. (In Russ.)].
  29. Медведев Н.В., Горшунова Н.К., Савич В.В. Индекс фиброзирования миокарда в оценке адаптационных резервов системы кровообращения больных артериальной гипертонией пожилого возраста. Клиническая геронтология. 2018;24(3):3–7. [Medvedev N.V., Gorshunova N.K., Savich V.V. Myocardial fibrosis index in the assessment of adaptation reserves of the circulatory system of elderly patients with arterial hypertension. Clinical gerontology. 2018;24(3):3–7. (In Russ.)]. doi: 10.26347/1607-2499201803-04003-007.
  30. Москаленко М.И. Вовлеченность генов матриксных металлопротеиназ в формирование артериальной гипертензии и ее осложнений (обзор). Научные результаты биомедицинских исследований. 2018;4(1):53–69. [Moskalen-ko M.I. Involvement of matrix metalloproteinase genes in the formation of arterial hypertension and its complications (review). Research results in biomedicine. 2018;4(1):53–69. (In Russ.)]. doi: 10.18413/2313-8955-2018-4-1-53-69.
  31. Xu X., Wang L., Xu C. et al. Variations in matrix metalloproteinase-1, -3, and -9 genes and the risk of acute coronary syndrome and coronary artery disease in the Chinese Han population. Coronary Artery Disease. 2013;24(4):259–65. doi: 10.1097/MCA.0b013e32835ea3af.
  32. Lin T.-H., Yang S.-F., Chiu C.-C. et al. Matrix metalloproteinase-1 mitral expression and -1607 1G/2G gene promoter polymorphism in mitral chordae tendinae rupture. Translational Research. 2013;161(5):406–13. doi: 10.1016/ j.trsl.2012.10.002.
  33. Москаленко М.И., Пономаренко И.В., Пoлоников А.В. и др. Полиморфный локус rs17577 гена ММР9, ассоциированный с развитием эссенциальной гипертензии у мужчин. Медицинский вестник Северного Кавказа. 2020;15(1):39–43. [Moskalenko M.I., Ponomarenko I.V., Polonikov A.V. et al. Polymorphic locus rs17577 of the MMP9 gene associated with the development of essential hypertension in men. Medical news of the North Caucasus. 2020;15(1):39–43. (In Russ.)].doi: 10.14300/mnnc.2020.15008.
  34. Москаленко М.И., Пономаренко И.В., Полоников А.В., Чурносов М.И. Полиморфный локус rs652438 гена MMP12 ассоциирован с развитием артериальной гипертензии у женщин. Артериальная гипертензия. 2019;25(1):60–5. [Moskalenko M.I., Ponomarenko I.V., Polonikov A.V., Churnosov M.I. The polymorphic locus rs652438 of the MMP12 gene is associated with the development of arterial hypertension in women. Arterial’naya Gipertenziya (Arterial Hypertension). 2019;25(1):60–5. (In Russ.)]. doi: 10.18705/1607-419X-2019-25-1-60-65.
  35. Михин В.П., Воротынцева В.В., Николенко Т.А. и др. Уровень матриксной металлопротеиназы 12 типа в крови больных артериальной гипертонией с высоким сердечно-сосудистым риском на фоне терапии статинами. Человек и его здоровье. 2022;25(4):28–35. [Mikhin V.P., Vorotyntseva V.V., Nikolenko T.A. et al. Level of matrix metalloproteinase type 12 in the blood of patients with arterial hypertension with high cardiovascular risk on the background of therapy with statins. Humans and their health. 2022;25(4):28–35. (In Russ.)]. doi: 10.21626/vestnik/2022-4/04.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».