α1-抗胰蛋白酶與動脈粥樣硬化及冠心病關系的研究進展

譚迎，鐘建開

(南方醫(yī)科大學順德醫(yī)院，廣東佛山528300)

冠心病已成為全球頭號“健康殺手”，其發(fā)展?jié)撛诘牟±韺W機制主要是動脈粥樣硬化(AS)。AS的主要特征為炎癥和脂質在血管壁的累積，其中炎癥、免疫反應在AS的形成及AS斑塊進展為不穩(wěn)定斑塊的過程中發(fā)揮著至關重要的作用[1]。α1-抗胰蛋白酶(A1AT)是一種主要由肝細胞合成的絲氨酸蛋白酶抑制蛋白，為一種急性期反應蛋白，可抑制中性粒細胞彈性蛋白酶等多種絲氨酸蛋白酶，具有抗炎及調節(jié)免疫反應的作用。有研究利用蛋白質組學技術發(fā)現(xiàn)，A1AT在AS斑塊中存在差異表達，急性冠脈綜合征(ACS)和穩(wěn)定型心絞痛患者血漿中A1AT濃度亦較正常對照組明顯升高[2,3]，提示A1AT在AS及冠心病發(fā)生發(fā)展過程中扮演著重要角色。而目前國內外關于A1AT與AS及冠心病關系的研究進展尚少有報道，本文就當前關于A1AT與AS及冠心病關系和其可能的作用機制作一綜述。

1 A1AT的理化性質

A1AT又稱α1胰蛋白酶抑制劑，主要是由肝細胞合成的一種絲氨酸蛋白酶抑制蛋白，單核細胞、肺泡巨噬細胞和上皮細胞也能合成，相對分子質量為52 kD，正常人體內血清中A1AT濃度的參考值是(2.90±0.45) g/L，但是人體內 A1AT濃度隨蛋白酶抑制表型不同而出現(xiàn)差異。 A1AT在正常的血漿中能抑制90% 以上的蛋白酶活性，是人體內最重要的蛋白酶抑制物，屬于絲氨酸蛋白酶抑制劑家族的成員，它能對抗多種以絲氨酸為活動中心的蛋白酶，尤其對中性粒細胞彈性蛋白酶具有很強的專一性，除此之外它能抑制多種蛋白酶，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、尿激酶、腎素、膠原酶、纖溶酶、凝血酶、激肽釋放酶等的活性，同時也能抑制激活的補體[4]。A1AT作為人類血漿中抑制絲氨酸蛋白酶的主要蛋白之一及中性粒細胞彈性蛋白酶內源性抑制劑，可抑制炎癥反應時蛋白酶誘導的組織損傷。

2 A1AT與AS的關系

A1AT對AS的發(fā)生發(fā)展有抑制作用。 AS是一個復雜的慢性炎癥過程，各種危險因素激活內皮細胞使其分泌促炎分子是AS形成及進展的最重要環(huán)節(jié)[5]，而研究已證實腫瘤壞死因子α(TNF-α)誘發(fā)的促炎信號通路在AS進展中占據(jù)中心地位。A1AT已被報道可通過抑制TNF-α 等炎癥信號通路抑制炎癥反應[6]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，A1AT在AS早期粥樣斑塊中幾乎無表達，而在進展期斑塊中高表達，A1AT可作為預測AS進展的生物標志物。有研究通過對人離體AS斑塊進行蛋白組組學分析及質譜鑒定，發(fā)現(xiàn)在穩(wěn)定斑塊組，A1AT幾乎無表達，而在不穩(wěn)定斑塊組，A1AT則高度表達。研究表明[7]，A1AT可通過抑制AS斑塊處彈性蛋白酶及膠原酶誘導的細胞外基質、膠原的降解，促進纖維化的形成進而穩(wěn)定斑塊；另一方面，還可通過其抑制彈性蛋白酶作用，阻止炎性細胞入侵斑塊，減輕炎癥反應從而發(fā)揮抗AS作用，而缺乏抗彈性蛋白酶活性的A1AT則可促進炎性細胞的聚集，加劇斑塊的不穩(wěn)定甚至導致斑塊破裂。

AS斑塊主要由巨噬細胞、血管平滑肌細胞(VSMCs)、脂質和膠原組成，VSMCs作為AS斑塊的一重要組成成分，其增殖及凋亡的動態(tài)平衡在AS斑塊形成及進展中扮演者重要作用，AS斑塊中VSMCs凋亡的減少可延緩斑塊向不穩(wěn)定斑塊進展。PetracheI等發(fā)現(xiàn)A1AT與高密度脂蛋白(HDL)結合后，可抑制AS斑塊中彈性蛋白酶誘導的VSMCs 的凋亡，其具體機制可能與其抑制細胞凋亡蛋白酶3有關。

AS發(fā)生與血漿HDL膽固醇水平呈負相關，而與血漿低密度脂蛋白(LDL)膽固醇水平呈正相關。研究還發(fā)現(xiàn)，A1AT與HDL、LDL具有高度的結合能力，在脂質代謝中扮演重要角色[7]。Dichtl等發(fā)現(xiàn)A1AT可促進單核細胞轉化為巨噬細胞進而促進氧化型LDL的攝取。2014年本課題組通過蛋白質組學分析發(fā)現(xiàn)在ACS患者HDL中A1AT較正常對照組表達增加[8]，以上均提示A1AT可能亦在膽固醇轉運等脂質代謝中發(fā)揮重要作用。

3 A1AT與冠心病的關系

血漿A1AT水平升高與各種冠心病發(fā)生獨立相關。冠心病是炎癥介導的AS性疾病，其臨床分型包括穩(wěn)定型心絞痛、ACS等。ACS患者血漿中A1AT濃度升高已被大量研究證實。1983年，Gilutz等研究首次證實急性心肌梗死患者血漿中A1AT水平升高。隨后，Brunetti等發(fā)現(xiàn)在不穩(wěn)定型心絞痛患者血漿中A1AT水平亦升高。因此，A1AT已被作為ACS的一個風險標志物。2015年， Zhao等[3]研究首次發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定型心絞痛患者血漿中A1AT濃度較健康對照人群明顯升高，且與冠狀動脈狹窄的嚴重程度成正相關關系， 血漿A1AT水平是冠心病的一個獨立危險因素，血漿A1AT濃度的檢測可用來預測穩(wěn)定型心絞痛患者冠狀動脈狹窄的嚴重性。

A1AT作為一種急性期反應蛋白，在炎癥反應時多種細胞因子刺激下血漿A1AT水平迅速增加[9]。冠心病是一種炎癥介導的AS性疾病，炎癥和免疫反應在AS各個階段起重要作用，穩(wěn)定型心絞痛及ACS患者血漿A1AT水平的升高可能是機體處于炎癥狀態(tài)下的結果。上述研究結果提示，A1AT在AS及冠心病的發(fā)生發(fā)展中扮演重要角色。

4 A1AT抑制AS及冠心病發(fā)生發(fā)展的機制

4.1 A1AT抑制炎癥反應 氧化應激是炎癥的特征之一，氧化應激不僅可以導致組織損傷，還可以促進炎癥反應。氧化應激所致的炎癥反應的加劇在AS及冠心病發(fā)生發(fā)展過程中起重要作用，在急性心肌梗死缺血再灌注損傷中活性氧化產物所致的氧化應激損傷亦扮演關鍵角色。研究發(fā)現(xiàn)，A1AT具有抑制氧化應激介導的炎癥反應的作用，蛋氨酸是一種強有力的抗氧化劑，而A1AT有4個蛋氨酸殘基，因而A1AT抗炎機制之一可能與其所致氧化產物失去活性有關[6]。1992年Bucurenci等研究發(fā)現(xiàn)，A1AT可通過抑制活化的中性粒細胞產生的超氧化物產物，進而減少氧化應激誘導的炎癥反應的放大。超氧化物歧化酶(SOD)對于超氧化物的清除有很高的特異性，F(xiàn)eng等[10]研究發(fā)現(xiàn)，缺血再灌注損傷時SOD活性下降，過表達A1AT或外源性A1AT治療可增加SOD的活性，從而減少缺血再灌注所致的氧化應激損傷。

炎癥瀑布是炎癥的另一特征，各種炎癥細胞的激活和聚集稱之為炎癥瀑布。1995年，Lomas等進行體外實驗發(fā)現(xiàn)，A1AT可減少中性粒細胞趨化性，這可反應它具有抑制細胞組織蛋白酶G的能力。因而，A1AT抗炎的另一機制可能為A1AT通過抑制細胞組織蛋白酶G進而減少中性粒細胞趨化性，抑制各種炎癥細胞的聚集及下游炎癥反應。

TNF-α是一種常見的促炎因子，它可激活中性粒細胞，上調黏附分子的表達，刺激其他炎性細胞因子的產生和釋放。A1AT可通過抑制TNF-α的產生和釋放發(fā)揮抗炎作用。有動物實驗證實，A1AT可防止TNF-α注射后誘導的小鼠死亡及TNF-α誘導的凋亡。此外，研究發(fā)現(xiàn)，盡管在A1AT存在下，TNF-α可刺激內皮細胞增加TNF-α基因的表達，但隨后，TNF-α的分泌卻減少，這可能與細胞膜TNF-α轉化酶失活有關[11]。更多相似的研究已證實，A1AT可阻止內毒素誘導的單核細胞、中性粒細胞及肺上皮細胞TNF-α和其他細胞因子的釋放。體外實驗發(fā)現(xiàn)，在A1AT缺乏時，中性粒細胞對外源性TNF-α的反應提高，脫顆粒增加，TNF-α產生增加[10]。因而，A1AT可通過抗TNF-α作用抑制炎癥反應。此外，A1AT還可抑制基質金屬蛋白酶的產生，且通過增加環(huán)磷酸腺苷(cAMP) 水平激活cAMP依賴的蛋白激酶A進而增加巨噬細胞抗炎因子白介素-10的分泌[4]。Dichtl等發(fā)現(xiàn)，A1AT還可通過其C末端肽段激活過氧化物酶體增殖物激活受體α和過氧化物酶體增殖物激活受體г抑制核轉錄因子(NF-κB) 炎癥通路發(fā)揮抗炎作用。A1AT不僅能抑制各種促炎因子的釋放，還能極大提高炎癥因子誘導的抗炎因子的分泌。

上述研究表明，A1AT可通過酶抑制和/或非抑制性的機制抑制炎癥反應通路發(fā)揮抗炎作用。A1AT抑制炎癥反應的作用可能是其抗AS及冠心病的重要作用機制。

4.2 A1AT抑制免疫反應 研究證實，A1AT缺陷患者有著更高的血管炎發(fā)病率，該病的發(fā)病與抗中性粒細胞胞質抗體有關。此外，有報道A1AT缺陷患者自身免疫性甲狀腺功能減退癥的發(fā)病增加[12]。上述研究提示A1AT在抑制免疫反應中起重要作用。

免疫反應包括固有免疫與適應性免疫(特異性免疫)。固有免疫又稱非特異性免疫，是個體在長期進化中所形成的、與生俱有的抵抗病原體侵襲、清除體內抗原性異物的防御能力。AS發(fā)生早期固有免疫已被啟動，常表現(xiàn)為固有免疫系統(tǒng)對動脈內膜下積累修飾的脂蛋白和一些微生物產物如脂多糖(LPS)產生免疫應答，加劇炎癥反應，促進AS進展。病原體介導的炎性反應是固有免疫的關鍵步驟。大量研究已證實A1AT在各種促炎及抗炎因子產生中的作用。A1AT可抑制人單核細胞和外周血單核細胞釋放各種促炎因子，抑制免疫反應主要信號通路中NF-κB 核易位，抑制LPS誘導的細胞因子的釋放，通過與白細胞介素-8結合控制 Fc受體 FcγRIIIb的膜表達從而抑制中性粒細胞的激活和遷移，中斷其與可溶性免疫復合物的趨化反應[13,14]，A1AT可通過其天然的抗炎作用抑制固有免疫反應。

然而，A1AT作為一種抗炎分子，其抑制炎癥反應的作用并不能用來充分解釋它在適應性免疫及相關免疫通路中的作用。樹突細胞作為一種抗原呈遞細胞是固有免疫與適應性免疫反應之間的關鍵環(huán)節(jié)，研究發(fā)現(xiàn)，A1AT雖不能抑制樹突細胞活性，但可通過改變樹突細胞的成熟及促進樹突細胞及巨噬細胞的免疫耐受反應，誘導抗炎因子白細胞介素-10的產生，提示A1AT的促免疫耐受作用可能是其治療免疫缺陷病的一重要機制[13, 15]。目前國內外關于A1AT參與免疫系統(tǒng)的研究主要集中在破譯它所致的免疫耐受活動機制。此外，Diffenderfer等[16]發(fā)現(xiàn)循環(huán)中A1AT主要與HDL和LDL顆粒結合。脂筏是HDL調節(jié)固有免疫和獲得性免疫的關鍵結構，具有激活免疫系統(tǒng)的作用，HDL可通過崩解脂筏抑制免疫反應，減輕AS[17]。而有研究發(fā)現(xiàn)，A1AT可聚集在單核細胞中富含膽固醇的脂筏上，抑制脂質相關活性[15]。巨噬細胞和樹突細胞膜脂筏是Toll樣受體(TLR)-2 和TLR-4的位點，二者的表達均被A1AT下調，因而，A1AT可抑制LPS誘導的細胞因子和一氧化氮的釋放，減少體內LPS誘導的損傷[18]。

適應性免疫包括特異性抗原，B淋巴細胞、T淋巴細胞和抗體。Mizrahi等[19]發(fā)現(xiàn)，A1AT可選擇性地減少B淋巴細胞活化相關性能，例如在體外，A1AT可減少抗原和T淋巴細胞受刺激后依賴的B淋巴細胞的增殖和活化。然而，提高A1AT水平并不會使抗原特異性抗體的產生受損，但A1AT可通過抑制CD40調節(jié)通路影響抗體亞型之間的轉換。目前的研究證實A1AT對體外T淋巴細胞沒有直接作用，但對體內T細胞亞群有影響，提示A1AT間接調節(jié)T淋巴細胞參與適應性免疫。在各種自身免疫疾病及異體移植術模型中，A1AT治療可減少淋巴細胞浸潤、改變T細胞受體性能、擴增調節(jié)T細胞改變調節(jié)T細胞與T效應細胞的比例，均通過間接作用于T淋巴細胞抑制適應性免疫反應[13]。

A1AT參與免疫反應的機制主要為：抑制各種促炎因子的釋放，增加抗炎因子白細胞介素-10的分泌，抑制炎癥反應；抑制B淋巴細胞活性，影響抗體亞型之間的轉換之間的轉換；誘導樹突細胞的免疫耐受；作用于T細胞亞群改變調節(jié)T細胞與T效應細胞比例等，A1AT可通過其抗炎等多種作用機制抑制免疫反應，可能是其發(fā)揮抗AS作用的另一重要機制，有待進一步深入研究。

綜上所述，A1AT作為一種絲氨酸蛋白酶及中性粒細胞彈性蛋白酶抑制劑，具有抑制炎癥反應及免疫反應的作用，可能通過抑制AS過程中的炎癥、免疫反應及VSMCs凋亡，延緩斑塊向不穩(wěn)定斑塊進展，發(fā)揮抗AS作用。目前國內外相關研究已證實，血漿A1AT水平是冠心病的一個獨立危險因素，血漿A1AT濃度的檢測可用來預測穩(wěn)定型心絞痛患者冠狀動脈狹窄的嚴重性?？梢?，深入研究A1AT作用于AS及冠心病的具體機制，可為AS及冠心病的防治指明新的靶向。然而，目前關于A1AT在AS及冠心病中作用機制的研究仍然較少，具體的作用機制仍有許多未明之處，需要大量研究加以明確。在不久的將來，我們期望能夠從A1AT抑制炎癥及免疫反應的機制中，發(fā)掘新的AS及冠心病治療靶點，從而為現(xiàn)有AS及冠心病治療方案的發(fā)展提供新的思路。

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