胰島素對血管內(nèi)皮微顆粒的作用研究進展

蔡鵬 綜述 王旭開 審校

(第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所心血管內(nèi)科，重慶 400042)

流行病學(xué)調(diào)查結(jié)果顯示，動脈粥樣硬化性疾病對人類健康危害日益嚴(yán)重，但其發(fā)病機制尚未完全闡明。經(jīng)過對脂質(zhì)浸潤學(xué)說、損傷反應(yīng)學(xué)說、血栓形成學(xué)說及平滑肌細(xì)胞克隆學(xué)說的總結(jié)及探索后，Jain等[1]提出的動脈粥樣硬化炎性學(xué)說逐漸被廣泛認(rèn)同，而“炎性”即包含了對機體損傷與抗損傷兩層意義。與動脈粥樣硬化密切相關(guān)的胰島素及內(nèi)皮微顆粒兩種物質(zhì)亦與“炎性”二字密不可分，且胰島素與內(nèi)皮微顆粒兩者間可能存在內(nèi)在聯(lián)系。

1 內(nèi)皮微顆粒作用及炎性特點

1.1 內(nèi)皮微顆粒簡介

內(nèi)皮微顆粒在內(nèi)皮細(xì)胞激活或凋亡時從漿膜上脫落并通過旁分泌及自分泌途徑釋放入血液循環(huán)中，其為攜帶內(nèi)皮細(xì)胞血管細(xì)胞粘附分子-1(VCAM-1)、細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)、活化蛋白C(APC)及內(nèi)皮細(xì)胞選擇素(E-selectin)等大量蛋白質(zhì)分子的囊泡，直徑約0.1～1μm，是胞外囊泡家族中的一種。目前因為CD144檢測特異性高，一般將其作為內(nèi)皮微顆粒標(biāo)志物進行流式細(xì)胞技術(shù)檢測，必要時聯(lián)合檢測其它分化群以提高靈敏性。自從1999年Combes等[2]使用腫瘤壞死因子α(TNF-α)刺激人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞首次發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮微顆粒后，有關(guān)其結(jié)構(gòu)特點、產(chǎn)生機制及作用方式的研究從未停歇，最引人注目的就是其對血管功能調(diào)控作用的研究。目前已證明炎性因子(如TNF-α、IL-1)、活性氧簇(ROS)、凝血酶、細(xì)菌脂多糖、C反應(yīng)蛋白及尿毒素等物質(zhì)[3]及動脈切應(yīng)力[4]均可引起內(nèi)皮微顆粒生成，但是有關(guān)于導(dǎo)致內(nèi)皮微顆粒產(chǎn)生的具體信號通路及不同類別內(nèi)皮微顆粒的作用差別尚不能完全闡明[5]。

1.2 內(nèi)皮微顆粒血管損害作用

目前相關(guān)文獻表明內(nèi)皮微顆粒主要通過血栓形成及炎癥反應(yīng)等參與了血管損傷進程[6]。在促進凝血方面，體外內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)實驗證明隨著實驗環(huán)境中內(nèi)皮微顆粒的增加血漿凝固時間縮短。內(nèi)皮微顆粒通過表面的磷脂酰絲氨酸(phosphatidyl serine)本身即可結(jié)合并活化凝血因子，而且含組織因子的內(nèi)皮微顆粒通過細(xì)胞黏附分子與單核細(xì)胞等其它類型細(xì)胞結(jié)合后可釋放有生理活性的組織因子，這種組織因子的傳遞可以進一步激活血小板促進凝血反應(yīng)[7]。內(nèi)皮微顆粒損傷血管的過程中亦與“炎性”二字聯(lián)系密切，據(jù)文獻報道，內(nèi)皮微顆粒含量與IL-6、IL-8等炎性因子分泌量密切相關(guān)[8]，即TNF-α、IL-1等炎性因子可誘發(fā)內(nèi)皮微顆粒的產(chǎn)生，內(nèi)皮微顆粒又可以進一步促進IL-6、IL-8等炎性因子的釋放，在此過程中內(nèi)皮微顆粒作為炎癥的原因和結(jié)果而存在。

1.3 內(nèi)皮微顆粒血管保護作用

盡管目前將內(nèi)皮微顆粒定義為血管內(nèi)皮功能障礙評價指標(biāo)的觀點逐漸被認(rèn)可，但是亦有研究報道顯示內(nèi)皮微顆粒在維持內(nèi)皮細(xì)胞功能及抗凋亡方面發(fā)揮重要作用。內(nèi)皮微顆粒自身攜帶的活化蛋白C(APC)及內(nèi)皮細(xì)胞蛋白C受體起到抗炎和細(xì)胞保護的作用[9]，再者隨著攜帶半胱天冬酶3(caspase-3)的內(nèi)皮微顆粒釋放，可降低內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)半胱天冬酶3含量，從而起到抗凋亡及維持內(nèi)皮細(xì)胞功能的作用[10]。Deregibus等[11]通過研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮微顆粒與內(nèi)皮細(xì)胞間mRNA水平轉(zhuǎn)移可通過Akt激活及內(nèi)皮一氧化氮(NO)合成酶表達來促進血管新生，但是血管新生并不一定只是對血管的修復(fù)保護作用，亦是動脈粥樣硬化發(fā)病信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的組成部分。

2 胰島素血管作用的炎性特點

動脈粥樣硬化、肥胖癥、高脂血癥等可致血管損傷的疾病患者數(shù)量日益增加，胰島素抵抗已被公認(rèn)為該類疾病的獨立危險因素，但是胰島素的血管作用一直存在爭議。以動脈粥樣硬化為例，部分學(xué)者認(rèn)為胰島素本身即是導(dǎo)致動脈粥樣硬化的危險因素[12];部分研究者卻持有另一種觀點，導(dǎo)致動脈粥樣硬化的僅僅是胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)而非胰島素本身，高胰島素血癥在動脈粥樣硬化初期甚至可起到保護作用[13]，而后還有部分學(xué)者提出了生理濃度胰島素與高濃度胰島素對血管(內(nèi)皮)存在相反功能之類的雙相作用假說等。出現(xiàn)該項爭議的原因與胰島素磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3 kinase，PI-3K)/蛋白激酶 B(protein kinase B，PKB，Akt)及絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPK)等信號通路作用復(fù)雜性密切相關(guān)[14]。胰島素可通過PI3K-AkteNOS-NO信號通路引起NO釋放增加，表現(xiàn)為舒張血管、抗凋亡、抗炎及抗氧化應(yīng)激的作用[15]，又可通過MAPK信號通路起到促炎、促平滑肌細(xì)胞增殖等作用[16]。由此可見胰島素作用的多面性，并可證實胰島素確與“炎性”二字聯(lián)系密切。

2013年，Tsiotra等[17]利用人類單核細(xì)胞體外培養(yǎng)方法進行的一項實驗結(jié)果顯示在高濃度胰島素、高濃度瘦素伴有或不伴有高血糖的處理條件下，TNF-α，IL-6和IL-1β分泌量明顯增加，而在僅有高血糖的條件下，只發(fā)現(xiàn)TNF-α分泌量增加，卻未發(fā)現(xiàn)IL-6和IL-1β分泌量的顯著變化。同年Kruse等[18]亦通過實驗研究證明了胰島素能在成人脂肪細(xì)胞中促進IL-6和IL-1β的基因表達。而胰島素與“炎性”的關(guān)聯(lián)不只體現(xiàn)在炎性因子表達上，相關(guān)文獻表明胰島素可通過MAPK通路、PI-3K-ERK1/2通路、氧化應(yīng)激及microRNA調(diào)節(jié)等途徑誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞增殖，而后可能發(fā)生合成分泌表型的轉(zhuǎn)化[19-20]。部分學(xué)者亦提出了在胰島素致動脈粥樣硬化進程中可能有NLRP3炎性體參與等其它與“炎性”相關(guān)的觀點[21]

3 動脈粥樣硬化時血管壁的炎性特點

3.1 內(nèi)皮細(xì)胞損傷

內(nèi)皮細(xì)胞損傷發(fā)生在動脈粥樣硬化進程的起始階段，也是整個進程的關(guān)鍵步驟。伴隨著內(nèi)皮細(xì)胞抗凝、抗黏附及抗氧化功能的降低，黏附在內(nèi)皮細(xì)胞上的單核細(xì)胞數(shù)目不斷增加并移行為內(nèi)膜下巨噬細(xì)胞，繼而血液中TNF-α、IL-1等炎性因子及氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)增加，而這使得單核細(xì)胞趨化蛋白-1(monocyte chemotactic protein 1，MCP-1)表達上調(diào)，巨噬細(xì)胞集落刺激因子(macrophage colony-stimulating factor，M-CSF)引起單核巨噬細(xì)胞不斷募集并分化為泡沫細(xì)胞。

3.2 血管平滑肌細(xì)胞增殖

血管平滑肌細(xì)胞增殖是動脈粥樣硬化產(chǎn)生的重要環(huán)節(jié)。隨著血小板衍生因子(PDGF)、IL-8基因表達和分泌的增加，血管平滑肌細(xì)胞增殖移行并發(fā)生表型轉(zhuǎn)化成為具有一定的的合成分泌功能的類巨噬細(xì)胞[22]，而其分泌的 IL-1、TNF-α、IGF、VFGF 等又可引起血管平滑肌細(xì)胞的增殖趨化，形成惡性循環(huán)促進了疾病發(fā)展。

3.3 免疫系統(tǒng)的參與

在動脈粥樣硬化進程中不僅有單核巨噬細(xì)胞的參加，大量的T淋巴細(xì)胞亦參與其中，并分泌γ-干擾素(IFN-γ)與TNF-α等細(xì)胞因子。這些細(xì)胞因子進一步引起了內(nèi)皮細(xì)胞功能改變、血管平滑肌細(xì)胞增殖及單核巨噬細(xì)胞聚集分化而推動了動脈粥樣硬化進程[23]。

4 胰島素與內(nèi)皮微顆粒的關(guān)系

胰島素及內(nèi)皮微顆粒兩者與動脈粥樣硬化聯(lián)系密切，且動脈粥樣硬化、胰島素及內(nèi)皮微顆粒均具有“炎性”的特點。在針對血管作用方面，胰島素與內(nèi)皮微顆粒亦存在相似及相悖的功能。以胰島素對血管內(nèi)皮微顆粒的作用為例，曾有文獻報道在高胰島素、高血糖、高三酰甘油的2型糖尿病患者體內(nèi)觀測到內(nèi)皮微顆粒(CD144型)的增高[24]，而 MAPK信號途徑是胰島素針對血管作用的一條傳統(tǒng)信號通路，有趣的是多項研究表明P38 MAPK正是致炎EMP產(chǎn)生的重要通路[25]，可以聯(lián)想到胰島素可能通過該通路誘導(dǎo)內(nèi)皮微顆粒的產(chǎn)生。胰島素具有誘發(fā)IL-6和 IL-1β等炎性因子產(chǎn)生的作用已經(jīng)多項實驗研究證實，胰島素可能通過其誘導(dǎo)產(chǎn)生的炎性因子促使內(nèi)皮微顆粒的分泌進一步推進動脈粥樣硬化進程，甚至在胰島素誘發(fā)炎性因子分泌的進程中有通過P38 MAPK產(chǎn)生的內(nèi)皮微顆粒的參與。胰島素與內(nèi)皮微顆粒均具有誘導(dǎo)血管新生的作用，有研究報道表明內(nèi)皮微顆粒與內(nèi)皮細(xì)胞間mRNA水平轉(zhuǎn)移可通過Akt激活及內(nèi)皮NO合成酶表達來促進血管新生[26]，胰島素亦可通過Akt-eNOS信號通路起到類似的作用[27]，而在胰島素引起血管新生的進程中是否存在內(nèi)皮微顆粒的參與目前尚在研究探索中。

胰島素對血管內(nèi)皮微顆粒的作用方面不僅表現(xiàn)在正向調(diào)控方面。Wang等[28]一項利用人類臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞體外培養(yǎng)的研究證明C反應(yīng)蛋白可通過降低內(nèi)源性NO釋放量來促進內(nèi)皮微顆粒分泌。而生理濃度的胰島素可通過PI3K-Akt-eNOS-NO信號通路增加NO釋放量的觀點已經(jīng)多項實驗證明[29]，換言之，亦可因此降低內(nèi)皮微顆粒釋放量。據(jù)此推測，胰島素對內(nèi)皮微顆粒的表達具有調(diào)控作用，在胰島素致動脈粥樣硬化的進程中有內(nèi)皮微顆粒的參與，而生理濃度胰島素的血管保護作用亦與內(nèi)皮微顆粒相關(guān)。

5 問題及展望

胰島素和內(nèi)皮微顆粒的作用機制及動脈粥樣硬化的發(fā)病機制均具有“炎性”的特點，而且根據(jù)目前相關(guān)文獻提示，胰島素可能具有調(diào)控內(nèi)皮微顆粒表達的作用，胰島素針對血管的多方面作用亦可能與內(nèi)皮微顆粒相關(guān)。但是目前直接研究胰島素對血管內(nèi)皮微顆粒作用的研究相對缺乏，不同濃度胰島素對內(nèi)皮微顆粒的作用差別及經(jīng)胰島素作用產(chǎn)生的內(nèi)皮微顆粒結(jié)構(gòu)和功能特點等相關(guān)問題需進一步研究。目前可以通過 lepr－/－、apo E－/－雙基因敲除小鼠與體外內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)的方法構(gòu)建多濃度胰島素水平的體內(nèi)體外模型，進一步探索并闡明胰島素對血管內(nèi)皮微顆粒的作用機制。這不僅有助于進一步了解動脈粥樣硬化的發(fā)病機制，亦對糖尿病等疾病的臨床預(yù)防及治療具有重要參考價值。

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