血管內(nèi)皮細(xì)胞衰老的研究進(jìn)展

王 雪，石志平（綜述），徐志芳，周亞茹（審校）

（河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院內(nèi)分泌科，河北 石家莊050051）

近年來，隨著對血管內(nèi)皮細(xì)胞（vascular endothelial cell，VEC）生物學(xué)功能認(rèn)識的不斷深入，對動脈粥樣硬化等血管相關(guān)疾病發(fā)病機(jī)制的研究重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)向VEC功能障礙。VEC是覆蓋于血管內(nèi)膜表面的單層扁平鱗狀上皮細(xì)胞，其構(gòu)成血管壁的生物屏障，具有多種生物學(xué)功能。內(nèi)皮細(xì)胞衰老可導(dǎo)致血管功能障礙，是多種血管性疾病發(fā)生的始動因素。了解VEC衰老的相關(guān)機(jī)制，可以指導(dǎo)臨床相關(guān)疾病的治療?，F(xiàn)就VEC衰老及其相關(guān)機(jī)制綜述如下。

1 VEC簡介

VEC為襯貼于血管腔表面的扁平鱗狀上皮細(xì)胞，呈單層縱向排列，是人體最大的組織；其生物學(xué)功能多樣，可構(gòu)成血流與血管壁之間的選擇性通透屏障，具有調(diào)節(jié)血管通透性和血管張力，維持凝血功能平衡，感受血管應(yīng)切力，對細(xì)胞損傷作出反應(yīng)，分泌多種活性物質(zhì)等作用。

VEC衰老主要包括細(xì)胞復(fù)制性衰老和應(yīng)激誘發(fā)的細(xì)胞早衰2種方式。因細(xì)胞基因異常（如各種類型的DNA損傷）引起的細(xì)胞分裂停止稱為細(xì)胞復(fù)制性衰老；體外培養(yǎng)的細(xì)胞在沒有受到任何應(yīng)激和損傷的條件下，經(jīng)過一系列的傳代之后，逐漸衰老，即復(fù)制性衰老。細(xì)胞受到某些外界因素的影響而造成永久的、不可逆轉(zhuǎn)的增殖停滯，則稱為早衰；應(yīng)用高糖、腫瘤壞死因子等處理體外培養(yǎng)的細(xì)胞，即可誘導(dǎo)細(xì)胞早衰。

體外培養(yǎng)的VEC發(fā)生衰老后，形態(tài)學(xué)上表現(xiàn)為細(xì)胞間間隙增寬，細(xì)胞扁平、寬大，細(xì)胞核和核仁體積增大。內(nèi)皮依賴的血管舒張和收縮因子、抗氧化因子、凝血因子等表達(dá)水平發(fā)生變化，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙，影響血管功能。研究證實(shí)，體外培養(yǎng)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生衰老后，其一氧化氮（nitrogen monoxide，NO）和內(nèi)皮 NO 合成酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）的活性降低［1］。在衰老的細(xì)胞中，活性氧自由基（reactive oxide species，ROS）的產(chǎn)生顯著升高，過高濃度的ROS可降低NO的生物利用度，增加過氧硝酸鹽的生成。

2 內(nèi)皮細(xì)胞衰老的相關(guān)機(jī)制

目前認(rèn)為，很多系統(tǒng)性疾病，如高血壓、冠心病、糖尿病等均與VEC衰老、損傷有關(guān)；一些刺激因素，如吸煙、放射性損傷等均可引起內(nèi)皮細(xì)胞衰老性改變，雖然不同因素對內(nèi)皮細(xì)胞的作用機(jī)制各不相同，但最終都進(jìn)入細(xì)胞衰老的共同途徑。

2.1 線粒體膜電位、活性氧自由基與內(nèi)皮細(xì)胞衰老

線粒體是真核生物進(jìn)行氧化代謝的部位，是三大營養(yǎng)物質(zhì)最終氧化釋放能量的場所，是細(xì)胞中重要的細(xì)胞器。線粒體跨膜電位的形成主要依賴于內(nèi)膜上電子傳遞鏈中的復(fù)合體Ⅰ，它能在電子傳遞過程中把質(zhì)子泵出內(nèi)膜外，起到質(zhì)子泵的作用，從而形成內(nèi)膜外的高pH化學(xué)勢能和高濃度質(zhì)子電位勢能，形成線粒體跨膜電位的基礎(chǔ)［2］。線粒體跨膜電位降低是細(xì)胞凋亡早期的不可逆事件。細(xì)胞內(nèi)絕大部分ROS由線粒體代謝產(chǎn)生，ROS具有多種生理功能，如調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)信號分子傳導(dǎo)途徑，穩(wěn)定血管結(jié)構(gòu)和功能，介導(dǎo)體內(nèi)單核細(xì)胞遷移、分化以及巨噬細(xì)胞分泌細(xì)胞因子等，生理濃度的ROS是維持細(xì)胞正常生理活動所必需的，而ROS濃度過度增高可以誘導(dǎo)DNA損傷［3］，導(dǎo)致突變，最終引起細(xì)胞死亡。趙海梅等［2］觀察到，人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞在傳代導(dǎo)致的復(fù)制性衰老過程中，線粒體膜電位降低，線粒體受損。細(xì)胞受損早期ROS產(chǎn)生增加，但在細(xì)胞受損晚期，線粒體嚴(yán)重受損、功能嚴(yán)重退化，ROS產(chǎn)生降低。Gardner等［4］用含有患外周血管疾病患者血清的培養(yǎng)基培養(yǎng)內(nèi)皮細(xì)胞，結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組內(nèi)皮細(xì)胞中產(chǎn)生的ROS比對照組高62%，細(xì)胞凋亡量比對照組高64%，且實(shí)驗(yàn)組內(nèi)皮細(xì)胞的抗氧化能力下降。

ROS導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞衰老的機(jī)制主要為：氧化應(yīng)激時(shí)，細(xì)胞不斷產(chǎn)生ROS，但機(jī)體對其清除率下降，造成ROS堆積，后者大量降解NO，導(dǎo)致NO生物活性降低甚至消失，引起血管舒張功能障礙。

此外，ROS可通過多種途徑誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡：①可直接或間接激活NF-κB，被激活的NF-κB轉(zhuǎn)位進(jìn)入細(xì)胞核與多種凋亡相關(guān)基因結(jié)合，促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；②ROS破壞線粒體內(nèi)膜，促進(jìn)細(xì)胞色素C（cytochrome C，Cyt-C）釋放到細(xì)胞漿，胞漿中的Cyt-C與凋亡蛋白酶激活因子（apoptotic protease activating factor-l，Apaf-I）、dATP或ATP結(jié)合，促進(jìn)Apaf-I構(gòu)象變化并使其發(fā)生同源寡聚化。Apaf-I通過與凋亡蛋白procaspase-9結(jié)合使procaspase-9募集，并通過與dATP、Cyt-C組成聚合體，進(jìn)一步激活procaspase-9，后者促使Cyt-C結(jié)合Apaf-1和dATP，進(jìn)而激活下游的凋亡蛋白procaspase-3，最終進(jìn)入內(nèi)源性和外源性凋亡途徑的最后通路，引起內(nèi)皮細(xì)胞凋亡；③ROS還可以通過誘導(dǎo)VEC黏附分子的表達(dá)，加重局部炎癥反應(yīng)，損傷內(nèi)皮細(xì)胞。

2.2 端粒與VEC衰老 端粒是線狀染色體末端的DNA重復(fù)序列，具有保護(hù)染色體、維持遺傳系統(tǒng)穩(wěn)定的作用。在正常人體細(xì)胞中，端粒可隨著細(xì)胞分裂而逐漸縮短，嚴(yán)重縮短的端粒是細(xì)胞老化的信號。端粒具有特殊的三維結(jié)構(gòu)-T環(huán)，當(dāng)端?？s短到一定長度時(shí)，將不能形成正常的三維結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致染色體失去穩(wěn)定性，發(fā)生畸變、斷裂或缺失，細(xì)胞分裂停止，細(xì)胞進(jìn)入衰老和死亡。

端粒酶由人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶（human telomerase reverse transcriptase，hTERT）、端粒酶RNA（hTR）、端粒酶相關(guān)蛋白（TP）三部分組成，是一種逆轉(zhuǎn)錄酶。端粒酶通過自己的RNA模板、催化亞單位、輔助蛋白，將端粒DNA加到染色體末端，起到維持端粒序列長度，修復(fù)受損染色體末端的作用［5］。因此，端粒酶在VEC衰老過程中起著重要的作用。研究表明，某些因素可通過上調(diào)磷脂酰肌醇3-激酶（Phosphoinositide 3kinase，PI3K）／Akt通路，促進(jìn) Akt磷酸化，增加端粒酶活性，使hTERT基因過表達(dá)和相應(yīng)部位磷酸化，在內(nèi)皮細(xì)胞中起著抗衰老、抗氧化應(yīng)激的作用。因此，端粒酶是Akt途徑中的一個(gè)重要下游底物［6］。Guan等［7］用0.5Gy劑量的X線持續(xù)照射體外培養(yǎng)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞，結(jié)果顯示，與對照組相比，受照射組細(xì)胞的平均末端限制酶片段（the terminal restriction fragment，TRF）長度變短，較長的端粒（9.4～4.4 kb）百分比有減少的趨勢，最短的端粒（4.4～2.3 kb）百分比顯著增加，此外，受照射組的細(xì)胞增殖受到抑制，凋亡率持續(xù)維持在高水平。表明縮短的端粒對VEC衰老、凋亡起到促進(jìn)作用。González-Guardia等［8］研究顯示，擁有較長端粒的人群，其血漿IRH和NO水平更高，但血漿GPx和SOD活性降低。表明端粒磨損造成內(nèi)皮功能障礙。

2.3 microRNAs（miRNAs）調(diào)控 VEC衰老

miRNAs是一類內(nèi)源性的具有調(diào)控功能的非編碼RNA，其大小約20～25個(gè)核苷酸，在真核細(xì)胞中調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。miRNAs在細(xì)胞生長和凋亡、血細(xì)胞分化、胰島素分泌等過程中發(fā)揮重要作用。在內(nèi)皮細(xì)胞衰老中起作用的miRNAs主要包括miR-34a、miR-200c、miR-217和 miR-146a。研究顯示，miR-34a通過作用于其靶基因沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶l（silent mating type information regulation 2homolog 1，SIRT1），發(fā)揮調(diào)節(jié)細(xì)胞增生和發(fā)育的作用。SIRT與染色體末端的失活有關(guān)，可以延緩抑制衰老［9］。研究發(fā)現(xiàn)，miR-34a在衰老細(xì)胞中的表達(dá)水平明顯升高，VEC中過表達(dá)的miR-34a，使得SIRT1的表達(dá)水平降低［10］，腫瘤抑制蛋白p53的乙?；潭仍黾?，乙?；膒53以正反饋方式顯著提高 miR-34a的表達(dá)［11］，最終促進(jìn)細(xì)胞衰老；miR-200c通過調(diào)控其下游信號通路的靶基因p21的表達(dá)水平，促進(jìn)細(xì)胞早衰。miR-217［12］是SIRT1的內(nèi)源性抑制劑，通過抑制SIRT1的轉(zhuǎn)錄后翻譯過程，影響其下游信號通路分子eNOS和叉頭轉(zhuǎn)錄因子1（forkhead box protein O1，F(xiàn)oxO1）的乙?；?。eNOS乙?；罂蓪?dǎo)致其活性降低，降低細(xì)胞內(nèi)NO的生成，使活性氧自由基濃度增加，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞衰老，而乙?；腇oxO1促進(jìn)細(xì)胞凋亡。研究表明，下調(diào)miR-146a的表達(dá)，導(dǎo)致其對NADPH氧化酶4的靶向抑制作用降低［13］，最終可促進(jìn)細(xì)胞出現(xiàn)衰老表型。Che等［14］通過微陣列分析法研究miRNAs，誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞衰老過程中的變化。研究顯示，衰老組細(xì)胞miR-125a-5p的表達(dá)比對照組高2.9倍。免疫印跡分析顯示，衰老組細(xì)胞miR-125a-5p的靶蛋白轉(zhuǎn)錄相關(guān)增強(qiáng)因子1（related transcriptional enhancer factor-1，RTEF-1）的表達(dá)水平低于對照組。在對照組VEC中應(yīng)用pre-miR-125a-5p使miR-125a-5p過表達(dá)，可以下調(diào)RTEF-1、eNOS、血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF），促進(jìn)VEC發(fā)生衰老改變；相反，在衰老組細(xì)胞中抑制miR-125a-5p的表達(dá)，可以上調(diào)RTEF-1、eNOS、VEGF，延緩衰老。雙熒光素酶報(bào)告基因分析法顯示，RTEF-1是miR-125a-5p的直接靶點(diǎn)，miR-125a-5p通過抑制RTEF-1的表達(dá)和調(diào)節(jié)eNOS、VEGF的表達(dá)，調(diào)控VEC的生長。但敲除RTEF-1基因引起的VEC衰老不能被抑制miR-125a-5p的表達(dá)緩解。

2.4 CYP4A-20-HETE通路與VEC功能失調(diào)

20-羥-二十 烷 四 烯 酸 （20-hydroxyeicosatetraenoic acid，20-HETE）是花生四烯酸（arachidonic acid，AA）細(xì)胞色素P-450代謝途徑的一個(gè)重要代謝產(chǎn)物。近年來研究發(fā)現(xiàn)，20-HETE對VEC發(fā)揮重要的生理和病理生理作用。CYPω-羥化酶被發(fā)現(xiàn)是20-HETE的合成酶，其中CYP4A和CYP4F是催化AA合成20-HETE的主要ω-羥化酶。人體中，主要的20-HETE合成酶是CYP4A11、CYP4F2和CYP4F3；大 鼠 中 主 要 是 CYP4A1、CYP4A2、CYP4A3和CYP4A8；小鼠中主要是CYP4A10、CYP4A12、CYP4A14和CYP4F14。

研究表明大鼠過表達(dá)CYP4A2，或應(yīng)用20-HETE合成酶的誘導(dǎo)劑DHT，均可顯著升高CYP4A和20-HETE的表達(dá)，20-HETE通過激活NADPH氧化酶通路，使得超氧陰離子的生成增多，進(jìn)而誘導(dǎo)VEC的氧化應(yīng)激損傷，使NO的生物利用度降低，最終引起VEC功能失調(diào)。

研究證實(shí)，20-HETE可以抑制eNOS與熱休克蛋白（heatshock protein 90，HSP90）的結(jié)合，使eNOS的激活受到抑制，從而導(dǎo)致NO的釋放顯著降低，超氧陰離子的生成顯著增加［15］。此外，20-HETE還可通過AMPK途徑，使eNOS解聚，從而減少NO的生成，最終導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能失調(diào)［16］。

2.5 表觀遺傳與內(nèi)皮細(xì)胞衰老 表觀遺傳是指基于非基因序列改變所致的基因表達(dá)水平變化，如DNA甲基化和染色質(zhì)構(gòu)象變化等。研究認(rèn)為，表觀遺傳學(xué)通過調(diào)節(jié)Ki-67基因的表達(dá)，影響VEC的功能。研究證實(shí)，短肽vesugen與D-7通過作用于Ki-67基因啟動子區(qū)域的5′-AGCCTCAACCATCAGGAAAACAAGAGT-3′序列，降低Ki-67基因的表達(dá)，對老年人的血管起到保護(hù)作用。組織因子是參與止血和腫瘤進(jìn)展的重要跨膜蛋白。Kurz等［17］利用染色質(zhì)免疫沉淀法觀察到，組蛋白H3乙?；档蛯?dǎo)致組織因子染色質(zhì)重構(gòu)，使得衰老的細(xì)胞對組織因子失去誘導(dǎo)能力，未衰老的細(xì)胞中端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶可逆轉(zhuǎn)染色質(zhì)的這種改變，延緩細(xì)胞衰老。Wan等［18］在體外培養(yǎng)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中高表達(dá)SIRT1，表現(xiàn)出抗衰老的效應(yīng)，體內(nèi)試驗(yàn)也證實(shí)，高表達(dá)SIRT1使得小鼠主動脈內(nèi)皮細(xì)胞的功能得到提高，改善了動脈僵硬度。進(jìn)一步研究表明，SIRT1能夠綁定到纖溶酶原激活物抑制劑1（plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1）的啟動子區(qū)域，導(dǎo)致這一區(qū)域的組蛋白H4賴氨酸16（histone H4lysine 16，H4K16）的乙酰化受阻，PAI-1表達(dá)受到抑制。SIRT1介導(dǎo)的這種表觀遺傳下調(diào)PAI-1的表達(dá)，可阻止VEC復(fù)制性衰老。

2.6 PI3K／Akt通路調(diào)控VEC衰老 PI3K／Akt信號通路可以影響多種下游效應(yīng)分子的活化狀態(tài)，發(fā)揮抑制凋亡、促進(jìn)增殖的作用，是細(xì)胞內(nèi)重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路之一。Li等［19］用含有血管緊張素2的培養(yǎng)基體外培養(yǎng)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞1周，結(jié)果顯示，血管緊張素2呈劑量依賴性，使線粒體膜電位去極化，增加ROS產(chǎn)生，顯著增加TERT、解耦連蛋白2（uncoupling protein 2，UCP2）、Akt、p-Akt、p53等蛋白的表達(dá)水平，加速細(xì)胞衰老程度。PI3K抑制劑LY294002可減緩其誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞衰老及凋亡。表明血管緊張素2通過PI3K／Akt／UCP2途徑誘導(dǎo)VEC衰老。

此外，內(nèi)皮細(xì)胞衰老的一個(gè)特點(diǎn)是促炎基因的持久上調(diào)。Ito等［20］發(fā)現(xiàn)，CDC42通路與內(nèi)皮細(xì)胞衰老相關(guān)的慢性炎癥有關(guān)。抑制CDC42或NF-κB通路可減弱人內(nèi)皮細(xì)胞促炎基因的表達(dá)。內(nèi)皮特異性激活p53、p21途徑，也可以上調(diào)促炎基因的表達(dá)，這種作用可以通過敲除內(nèi)皮細(xì)胞中的cdc42基因得以逆轉(zhuǎn)。Zhu等［21］的研究證實(shí)，活性高分子量激肽酶原通過JNK／FOXO4／MnSOD途徑促進(jìn)內(nèi)皮祖細(xì)胞衰老。

綜上所述，VEC衰老導(dǎo)致的血管功能障礙，是多種心血管疾病的共同病理基礎(chǔ)。目前，內(nèi)皮細(xì)胞衰老的確切機(jī)制尚不明確，深入研究內(nèi)皮細(xì)胞衰老的機(jī)制，可為未來臨床防治心血管相關(guān)疾病提供新思路。

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