PGC－1α與動(dòng)脈粥樣硬化的相關(guān)機(jī)制研究進(jìn)展

張麗麗 劉曉靜 脫厚珍

動(dòng)脈粥樣硬化是急性心腦血管事件的主要病因，在腦梗死和心肌梗死中扮演重要角色。動(dòng)脈粥樣硬化是一種進(jìn)行性的疾病，以脂質(zhì)和纖維成分在大動(dòng)脈聚集為重要特征。目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，炎性反應(yīng)或感染所致的內(nèi)皮損傷，尤其是血管平滑肌細(xì)胞增殖和遷移可能是動(dòng)脈粥樣硬化及頸動(dòng)脈內(nèi)膜剝脫術(shù)或支架成形術(shù)后再狹窄的主要原因。已有大量證據(jù)表明巨細(xì)胞病毒感染與動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)［1］。盡管動(dòng)脈粥樣硬化的病理過(guò)程復(fù)雜，對(duì)其發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識(shí)不斷更新，但內(nèi)皮細(xì)胞損傷、凋亡，平滑肌細(xì)胞的增殖、遷移，單核／巨噬細(xì)胞的浸潤(rùn)，脂質(zhì)代謝異常和泡沫細(xì)胞的大量堆積仍被認(rèn)為是其主要的病理特征。近來(lái)有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)氧化物酶增殖激活受體γ轉(zhuǎn)錄共激活因子（PGC－1α）作為線(xiàn)粒體生物合成的主要調(diào)節(jié)因子，同樣可影響動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)程。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為PGC－1α主要通過(guò)以下機(jī)制參與動(dòng)脈粥樣硬化的過(guò)程。

1 PGC－1α減少內(nèi)皮細(xì)胞凋亡

1.1 PGC－1α過(guò)表達(dá)阻斷脂肪酸誘導(dǎo)的活性氧簇（ROS）產(chǎn)生及凋亡 動(dòng)脈粥樣硬化形成早期即出現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡及內(nèi)皮依賴(lài)性血管舒張功能障礙［2］。早在1998年，人們發(fā)現(xiàn)PGC－1α是共激活因子PGC－1家族（包括PGC－1β和PGC相關(guān)共激活因子）中的一員，是基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)中重要的輔助因子，主要編碼細(xì)胞代謝酶和線(xiàn)粒體蛋白［3］，并與多種轉(zhuǎn)錄因子相互作用，包括過(guò)氧化物酶體增殖激活受體（PPARs，其中PPARγ最重要）、肝臟X受體α（LXRα）和β（LXRβ）、胰高血糖素受體等［4－8］，參與一系列病理生理過(guò)程。既往研究證實(shí)，脂肪酸可增加ROS產(chǎn)生及內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，而ROS產(chǎn)生又為細(xì)胞凋亡的先決條件。線(xiàn)粒體膜上ATP／ADP轉(zhuǎn)換酶活性降低可引起細(xì)胞超極化，增加ROS產(chǎn)生，進(jìn)而啟動(dòng)凋亡程序。Ciapaite等［9］研究結(jié)果證實(shí)了這一點(diǎn)。隨后 Won等［10］通過(guò)測(cè)定不同濃度脂肪酸引起PGC－1α及凋亡蛋白表達(dá)情況推斷PGC－1α可抑制脂肪酸誘導(dǎo)的ROS產(chǎn)生進(jìn)而減少內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，維持內(nèi)皮細(xì)胞完整性，減少血液中生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子的活化，減少靜息狀態(tài)下平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移，同時(shí)抑制血小板聚集。因此推測(cè)PGC－1α具有抗動(dòng)脈粥樣硬化作用。新近研究發(fā)現(xiàn)其可調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生，增加解毒酶活性［11－12］，抑制氧化應(yīng)激。

PGC－1α的激活能明顯誘導(dǎo)特定基因的表達(dá)，從而發(fā)揮多種生理功能，包括刺激褐色脂肪中線(xiàn)粒體的氧化代謝、骨骼肌中肌纖維的轉(zhuǎn)換以及肝臟對(duì)饑餓的反應(yīng)等，其最重要的功能是控制細(xì)胞能量代謝的動(dòng)態(tài)平衡［13］。此外，PGC－1α過(guò)表達(dá)還可增加抗氧化基因的表達(dá)，如脂肪酸氧化酶可增加抗氧化酶mRNA及蛋白的表達(dá)（如錳鋅超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶和解耦聯(lián)蛋白－2），從而抑制氧化應(yīng)激，發(fā)揮抗氧化作用，但這并不是PGC－1α抗動(dòng)脈粥樣硬化的主要途徑。

1.2 PGC－1α過(guò)表達(dá)改善血管舒張功能 內(nèi)皮依賴(lài)性血管舒張功能障礙被普遍認(rèn)為是動(dòng)脈粥樣硬化的先決條件。大量體內(nèi)、體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示PGC－1α改善了脂肪酸誘導(dǎo)的內(nèi)皮依賴(lài)性血管舒張功能障礙。一氧化氮（NO）為經(jīng)典的內(nèi)皮依賴(lài)性血管舒張因子。Won等［10］通過(guò)檢測(cè)腺病毒感染SD大鼠PGC－1α和腺嘌呤核苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白水平，推測(cè)PGC－1α可能通過(guò)維持NO合成酶活性改善血管舒張功能，抑制動(dòng)脈粥樣硬化。

2 PGC－1α阻斷糖誘導(dǎo)下血管平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移

2.1 PGC－1α與血管平滑肌細(xì)胞增殖和遷移的相互關(guān)系 PGC－1α作為一種轉(zhuǎn)錄共激活因子，在能量代謝中起著關(guān)鍵作用，尤其與葡萄糖代謝密切相關(guān)，且在各組織中其表達(dá)水平不同。大量研究［14］證實(shí)，慢性高糖血癥促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移，引起動(dòng)脈粥樣硬化性微血管病變。已有研究［15］證實(shí)胰島素抵抗人群脂肪組織中PGC－1α的mRNA及蛋白水平顯著降低。Patti等［16］通過(guò)觀察2型糖尿病患者骨骼肌得到同樣結(jié)果。PGC－1α除了受胰島素／胰高血糖素相對(duì)水平影響外，慢性高糖血癥同樣可以直接降低血管平滑肌細(xì)胞中PGC－1α表達(dá)水平，且劑量越高，變化越顯著。張燕［17］研究發(fā)現(xiàn)，在血管平滑肌細(xì)胞中過(guò)表達(dá)PGC－1α可抑制血管平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移，而降低PGC－1α的表達(dá)則可進(jìn)一步促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移，從正反兩方面證明了外源性PGC－1α對(duì)血管平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移具有負(fù)調(diào)節(jié)作用。由此推測(cè)PGC－1α與血管平滑肌細(xì)胞具有相關(guān)性，并可能通過(guò)負(fù)性調(diào)節(jié)作用影響血管平滑肌細(xì)胞的增殖，起到抗動(dòng)脈粥樣硬化作用，其是否同樣存在劑量依賴(lài)性值得探討。

2.2 PGC－1α抑制高糖誘導(dǎo)下細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（ERK1／2）途徑 高糖可通過(guò)激活絲裂原激活的蛋白激酶（MPRK）和ERK途徑引起平滑肌細(xì)胞增殖和遷移［18］。ERKs活化引起磷酸化及其下游靶點(diǎn)的活化，如Eik－1和Ets－1可分別引起c－fos及基質(zhì)金屬蛋白酶－9產(chǎn)生及血管平滑肌細(xì)胞增殖和遷移。目前有研究認(rèn)為［19］高糖可增加磷酸化ERK1／2蛋白水平，但PGC－1α可完全阻斷這一磷酸化作用，阻止動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)程。且這種效應(yīng)必須在高糖刺激下才表現(xiàn)，由此推斷PGC－1α對(duì)正常靜息狀態(tài)下的平滑肌細(xì)胞無(wú)增殖抑制效應(yīng)。

3 PGC－1α通過(guò)調(diào)節(jié)炎性因子、轉(zhuǎn)分化起到抗動(dòng)脈粥樣硬化作用

在動(dòng)脈粥樣硬化早期，血管平滑肌細(xì)胞可能通過(guò)產(chǎn)生促炎因子如單核細(xì)胞趨化蛋白－1（MCP－1）、白細(xì)胞介素－6（IL－6）形成粥樣斑塊。大量體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，動(dòng)脈粥樣斑塊中存在血管平滑肌細(xì)胞起源的泡沫細(xì)胞。這些泡沫細(xì)胞扮演著巨噬細(xì)胞的角色［20］。

關(guān)于氧化應(yīng)激及炎性反應(yīng)因子表達(dá)的研究結(jié)果甚多，目前不少研究發(fā)現(xiàn)這些因子可引起血管平滑肌細(xì)胞不正常的增殖、遷移和炎性反應(yīng)，參與動(dòng)脈粥樣硬化的主要病理過(guò)程。尤其高糖刺激引起與血管炎性反應(yīng)相關(guān)的促炎細(xì)胞因子及化學(xué)因子的產(chǎn)生。

PGC－1α作為過(guò)氧化物酶增殖激活受體γ的轉(zhuǎn)錄共激活因子，主要參與棕色脂肪組織的產(chǎn)熱，糖異生和胰島素分泌。越來(lái)越多研究發(fā)現(xiàn)，在油酸刺激下PGC－1α可作為血管平滑肌細(xì)胞的負(fù)性調(diào)節(jié)因子，抑制其增殖和遷移；而且還參與脂肪細(xì)胞的分化和軟骨的形成。

血管平滑肌細(xì)胞具有高度可塑性，不斷改變其表型以適應(yīng)周?chē)h(huán)境的變化。在新生血管內(nèi)膜中，由于血管平滑肌尚未完全分化成熟，其反分化過(guò)程即會(huì)引起平滑肌細(xì)胞的增殖、遷移及炎性因子表達(dá)，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化過(guò)程。有研究認(rèn)為PGC－1α可抑制動(dòng)脈粥樣硬化早期反應(yīng)。Owens［21］還發(fā)現(xiàn)PGC－1α可下調(diào)與機(jī)械收縮有關(guān)的基因表達(dá)（如編碼肌球蛋白和α－肌動(dòng)蛋白基因），為血管平滑肌細(xì)胞的反分化提供依據(jù)。

作者所在研究小組發(fā)現(xiàn)血管平滑肌細(xì)胞中PGC－1α過(guò)表達(dá)誘發(fā)巨噬細(xì)胞相關(guān)基因的表達(dá)，使其具有類(lèi)巨噬細(xì)胞功能（如吞噬活性）。除了反分化，血管平滑肌細(xì)胞中巨噬細(xì)胞相關(guān)基因表達(dá)更重要的是參與轉(zhuǎn)分化過(guò)程，使得血管平滑肌細(xì)胞轉(zhuǎn)分化成巨噬細(xì)胞形態(tài)，參與泡沫細(xì)胞形成。一般認(rèn)為平滑肌細(xì)胞起源的泡沫細(xì)胞在動(dòng)脈粥樣斑塊形成晚期多見(jiàn)，增強(qiáng)斑塊穩(wěn)定性?？山柚娮语@微鏡通過(guò)其表型特征將其與巨噬細(xì)胞來(lái)源的泡沫細(xì)胞區(qū)分開(kāi)來(lái)［22］。而且在血管平滑肌細(xì)胞起源的泡沫細(xì)胞中可發(fā)現(xiàn)平滑肌細(xì)胞相關(guān)基因的下調(diào)和巨噬細(xì)胞相關(guān)基因的上調(diào)［20］，更加支持其轉(zhuǎn)分化過(guò)程。目前關(guān)于平滑肌細(xì)胞轉(zhuǎn)分化成巨噬細(xì)胞的內(nèi)在機(jī)制不清楚。研究最多的是LXRα和PPARγ，以及其與PGC－1α的相互作用。LXRα與調(diào)節(jié)膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)及分解代謝的轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)控基因有關(guān)［23］，且ATP－binding cassette transporter A1為L(zhǎng)XRα靶基因之一，參與膽固醇的逆向轉(zhuǎn)運(yùn)［24］。國(guó)內(nèi)有研究［22］發(fā)現(xiàn)血管平滑肌細(xì)胞中PGC－1α過(guò)表達(dá)增加ABCA－1表達(dá)，膽固醇逆向轉(zhuǎn)運(yùn)能力增強(qiáng)，降低血膽固醇水平，進(jìn)而起到抗動(dòng)脈粥樣硬化作用。

關(guān)于血管平滑肌細(xì)胞轉(zhuǎn)分化過(guò)程的利弊尚需研究:首先PGC－1α抑制MCP－1表達(dá)，減少單核細(xì)胞向平滑肌細(xì)胞黏附，抑制炎性反應(yīng)及平滑肌細(xì)胞增殖和遷移，巨噬細(xì)胞起源的泡沫細(xì)胞數(shù)量也會(huì)減少；而血管平滑肌細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化過(guò)程正好抵消了這一過(guò)程，從而相對(duì)增加了平滑肌細(xì)胞比例。有關(guān)PGC－1α對(duì)斑塊穩(wěn)定性的保護(hù)有待進(jìn)一步研究。

總之，PGC－1α作為一種新型抗動(dòng)脈粥樣硬化的因子，其作用機(jī)制尚不十分清楚，目前認(rèn)為與其減少內(nèi)皮細(xì)胞凋亡、ROS產(chǎn)生以及抑制平滑肌細(xì)胞增殖、遷移有關(guān)，但尚需更多實(shí)驗(yàn)及臨床證據(jù)證實(shí)，或許在不久將來(lái)PGC－1α可成為新型抗動(dòng)脈粥樣硬化治療的新靶點(diǎn)。

［1］Weis M，Cooke JP.Cardiac allograft vasculopathy and dysregulation of the NO synthase pathway［J］.Arterioscler Thromb Vasc Biol，2003，23（4）:567－575.

［2］Choy JC，Granville DJ，Hunt DW，et al.Endothelial cell apoptosis:biochemical characteristics and potential implications for atherosclerosis［J］.J Mol Cell Cardiol，2001，33（9）:1673－1690.

［3］Lin J，Handschin C，Spiegelman BM.Metabolic control through the PGC－1family of transcription coactivators［J］.Cell Metab，2005，1（6）:361－370.

［4］Wang YX，Lee CH，Tiep S，et al.Peroxisome－proliferator－activated receptor delta activates fat metabolism to prevent obesity［J］.Cell，2003，113（2）:159－170.

［5］Puigserver P，Spiegelman BM.Peroxisome proliferator－activated receptor－gamma coactivator 1alpha（PGC－1alpha）:transcriptional coactivator and metabolic regulator［J］.Endocr Rev，2003，24（1）:78－90.

［6］Oberkofler H，SchramL E，Krempler F，et al.Potentiation of liver X receptor transcriptional activity by peroxisome－proliferator－activated receptor gamma co－activator 1alpha［J］.Biochem J，2003，371（Pt 1）:89－96.

［7］Kressler D，Schreiber SN，Knutti D，et al.The PGC－1－related protein PERC is a selective coactivator of estrogen receptor alpha［J］.J Biol Chem，2002，277（16）:13918－13925.

［8］Yoon JC，Puigserver P，Chen G，et al.Control of hepatic gluconeogenesis through the transcriptional coactivator PGC－1［J］.Nature，2001，413（6852）:131－138.

［9］Ciapaite J，Bakker SJ，Diamant M，et al.Metabolic control of mitochondrial properties by adenine nucleotide translocator determines palmitoyl－CoA effects.Implications for a mechanism linking obesity and type 2diabetes［J］.FEBS J，2006，273（23）:5288－5302.

［10］Won JC，Park JY，Kim YM，et al.Peroxisome proliferator－activated receptor－gamma coactivator 1－alpha overexpression prevents endothelial apoptosis by increasing ATP／ADP trans－locase activity［J］.Arterioscler Thromb Vasc Biol，2010，30（2）:290－297.

［11］St－Pierre J，Drori S，Uldry M，et al.Suppression of reactive oxygen species and neurodegeneration by the PGC－1transcriptional coactivators［J］.Cell，2006，127（2）:397－408.

［12］Valle I，Alvarez－Barrientos A，Arza E，et al.PGC－1alpha regulates the mitochondrial antioxidant defense system in vascular endothelial cells［J］.Cardiovasc Res，2005，66（3）:562－573.

［13］Puigserver P，Wu Z，Park CW，et al.A cold－inducible coactivator of nuclear receptors linked to adaptive thermogenesis［J］.Cell，1998，92（6）:829－839.

［14］Suzuki M，Akimoto K，Hattori Y.Glucose upregulates plasminogen activator inhibitor－1gene expression in vascular smooth muscle cells［J］.Life Sci，2002，72（1）:59－66.

［15］Hammarstedt A，Jansson PA，Wesslau C，et al.Reduced expression of PGC－1and insulin－signaling molecules in adipose tissue is associated with insulin resistance［J］.Biochem Biophys Res Commun，2003，301（2）:578－582.

［16］Patti ME，Butte AJ，Crunkhorn S，et al.Coordinated reduction of genes of oxidative metabolism in humans with insulin resistance and diabetes:Potential role of PGC1and NRF1［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2003，100（14）:8466－8471.

［17］張燕.PGC－1α在血管平滑肌細(xì)胞增殖和遷移及誘導(dǎo)卵巢癌細(xì)胞凋亡中的生物學(xué)功能研究［D］.江蘇:南京大學(xué)，2007.

［18］Igarashi M，Wakasaki H，Takahara N，et al.Glucose or diabetes activates p38mitogen－activated protein kinase via different pathways［J］.J Clin Invest，1999，103（2）:185－195.

［19］Zhu L，Sun G，Zhang H，et al.PGC－1alpha is a key regulator of glucose－induced proliferation and migration in vascular smooth muscle cells［J］.PLoS One，2009，4（1）:e4182.

［20］Rong JX，Shapiro M，Trogan E，et al.Transdifferentiation of mouse aortic smooth muscle cell to a macrophage－like state after cholesterol loading［J］.Proc Nati Acad Sci USA，2003，100（23）:13531－13536.

［21］Owens GK.Regulation of differentiation of vascular smooth muscle cells［J］.Physiological Reviews，1995，75（3）:487－517.

［22］Qi X，Zhang Y，Li J，et al.Effect of PGC－1alpha on proliferation，migration，and transdifferentiation of rat vascular smooth muscle cells induced by high glucose［J］.J Biomed Biotechnol，2012，2012:756426.

［23］Forman BM，Ruan B，ChenJ，et al.The orphan nuclear receptor LXRa is positively and negatively regulated by distinct products of mevalonate metabolism［J］.Proc Nati Acad Sci USA，1997，94（20）:10588－10593.

［24］Costet P，Luo Y，Wang N，et al.Sterol－dependent transactivation of the ABC1promoter by the liver X receptor／retinoid X receptor［J］.J Bio Chem，2000，275（36）:28240－28245.