同型半胱氨酸致血管損傷機(jī)制的研究進(jìn)展

祝志波，郭建強(qiáng)

（內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院心內(nèi)科，內(nèi)蒙古 呼和浩特）

0 引言

引言：Hcy 被認(rèn)為是心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)的獨(dú)立危險(xiǎn)因素之一[1]，在世界衛(wèi)生組織的一項(xiàng)早期研究顯示血清中Hcy 每降低3μmol/L，心肌梗死和腦卒中風(fēng)險(xiǎn)分別降低15%和24%，另一方面，Hcy 水平每增加5μmol/L，冠心病發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)增加約20%。Hcy 是甲硫氨酸代謝為胱氨酸過(guò)程中產(chǎn)生的一種含硫氨基酸，近年來(lái)發(fā)現(xiàn)同型半胱氨酸可同時(shí)引起血管內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞功能受損，參與心血管疾病的形成，現(xiàn)對(duì)Hcy 致血管損傷中的作用及機(jī)制作一綜述。

1 Hcy 的生物學(xué)特性

Hcy 是一種非必需含硫氨基酸，化學(xué)式HSCH2CH(NH2)COOH。如圖1，甲硫氨酸攝入體內(nèi)后形成S-腺苷甲硫氨酸(sadenosylmethionine，SAM)，在三磷腺苷與甲基轉(zhuǎn)移酶作用下形成S-腺苷同型半胱氨酸(s-adenosylhomocysteine，SAH)，再脫去腺苷生成Hcy[2]。

圖1 Hcy 的代謝途徑

2 Hcy 常見(jiàn)的致病機(jī)制

Hcy 可以引起血管內(nèi)皮細(xì)胞（Endothelial cell，EC)損傷，促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞（Vascular smooth muscle cell，VSMC)增殖，誘導(dǎo)血管成纖維細(xì)胞遷移，可能與炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激反應(yīng)、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)代謝紊亂、甲基化反應(yīng)相關(guān)，從而導(dǎo)致心血管疾病的發(fā)生[3]。

炎性反應(yīng)是動(dòng)脈粥樣硬化早期的特征性表現(xiàn)，包括炎癥因子 如：腫 瘤 壞 死 因 子α（tumor necrosis factor-alpha，TNF-α）、白細(xì)胞介素（Interleukin-6，IL-6）的釋放和血管細(xì)胞黏附分子1 及化學(xué)因子如：?jiǎn)魏思?xì)胞趨化蛋白1(Monocyte chemoattractant protein1，MCP-1）、巨噬細(xì)胞炎性蛋白-1α 的表達(dá)[4]。促炎物質(zhì)的增加導(dǎo)致氧化應(yīng)激上調(diào)，加速了脂質(zhì)沉積和血小板聚集從而導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化。p38 絲裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinase，P38 MAPK) 被認(rèn)定為被認(rèn)定為抗炎藥物結(jié)合蛋白[5]，是絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)傳導(dǎo)途徑的重要組成部分，也是炎癥信號(hào)傳導(dǎo)的關(guān)鍵介質(zhì)。

氧化應(yīng)激指的是體內(nèi)活性氧類（reactive oxygen species，ROS）生成過(guò)多，與抗氧化防御間的平衡紊亂，即氧化程度超出氧化物的清除能力，從而導(dǎo)致組織損傷。細(xì)胞內(nèi)抗氧化系統(tǒng)分為酶類和非酶類兩種，酶類包括超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）、過(guò)氧化氫酶及谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）、對(duì)氧磷酶1 等[6]。ROS 造成內(nèi)皮型一氧化氮合成酶（nitric oxide synthase，NOS）解偶聯(lián)，產(chǎn)生超氧陰離子，造成NO 生物利用度降低及氧化應(yīng)激增加，加重內(nèi)皮功能障礙。此外，ROS 亦可干擾脂質(zhì)代謝，導(dǎo)致低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）被氧化修飾成ox-LDL，加速動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)程。SOD 活性下降引發(fā)脂質(zhì)過(guò)氧化物催化裂解產(chǎn)生丙二醛（malondialdehyde，MDA)，MDA 可與蛋白質(zhì)分子內(nèi)和分子間交聯(lián)、抑制線粒體電子傳遞鏈系統(tǒng)，誘發(fā)細(xì)胞凋亡。

2.1 Hcy 與血管內(nèi)皮細(xì)胞的相互關(guān)系

Hcy 引起動(dòng)脈粥樣硬化原因不清，而EC 損傷學(xué)說(shuō)是動(dòng)脈粥樣硬化形成的最主要學(xué)說(shuō)之一，EC 為覆蓋在血管內(nèi)表面的單層扁平細(xì)胞，它不僅對(duì)血管平滑肌起保護(hù)作用，而且還有十分重要的代謝功能，能分泌多種血管活性物質(zhì)，如內(nèi)皮衍生的松弛因子、前列腺素、內(nèi)皮素及組胺等。這些活性物質(zhì)對(duì)血管舒縮功能的調(diào)節(jié)、凝血及抗凝血都具有重要的作用。EC 功能的異常與血管損傷密切相關(guān)。所以探討Hcy 對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)和功能的影響是十分有必要的。Hcy 損害EC 機(jī)制可能有：（1）Hcy 誘導(dǎo)氧化應(yīng)激反：當(dāng)Hcy 進(jìn)入血漿后，巰基極易在血中銅的催化作用下發(fā)生自身氧化，形成Hcy-Hcy 混合二硫化物和同型半胱氨酸硫內(nèi)脂。在此過(guò)程中便可產(chǎn)生許多具有毒性作用的氧自由基系列，其中羥基作用于細(xì)胞膜內(nèi)的不飽和脂肪酸，啟動(dòng)細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。破壞細(xì)胞的完整性，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能改變，甚至細(xì)胞凋亡脫落。Hcy 引起人臍靜脈、大鼠心肌微血管等內(nèi)皮細(xì)胞ROS 的增加，細(xì)胞上清液中MDA 含量上高，使體內(nèi)氧化物志含量增高，另一方面Hcy 導(dǎo)致抗氧化應(yīng)激系統(tǒng)下調(diào)而致氧化應(yīng)激失衡[7]，HHcy 血癥致人內(nèi)皮細(xì)胞及鼠模型中SOD 及硫氧還原蛋白的表達(dá)下降[8]，引起內(nèi)皮細(xì)胞損傷；（2）Hcy 誘發(fā)EC 炎癥反應(yīng)。Hcy 可促進(jìn)MS-1 內(nèi)皮細(xì)胞IL-2、IL-6、TNF-α 蛋白表達(dá)水平顯著升高[5]，本研究中高同型半胱氨酸顯著增加MS-1 內(nèi)皮細(xì)胞中p-p38MAPK mRNA 及蛋白的表達(dá), 替米沙坦組p-p38MAPK mRNA 及蛋白水平低于同型半胱氨酸組，提示HHcy 誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞炎癥細(xì)胞因子的釋放與p38MAPK 信號(hào)通路的激活有關(guān)[9]。（3）Hcy 減少一氧化氮（nitric oxide,NO）生成：NO 是在細(xì)胞精氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（cell arginine transporter 1，CAT-1）的參與下，以L-精氨酸為基質(zhì)，在NOS 的作用下生成。Hcy 可抑制 CAT-1 的表達(dá)和功能，降低 NOS的活性，減少NO 的生成，或者直接與NO 反應(yīng)，加速NO 氧化失活，降低其生物利用度，最終減弱NO 對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的保護(hù)作用，致使內(nèi)皮細(xì)胞損傷。陳曉麗等證實(shí)，Hcy 可抑制牛主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)，降低血管舒張因子 NO、前列腺素濃度，升高血管收縮因子內(nèi)皮素、血栓素進(jìn)而引起血管舒縮功能障礙；（4）Hcy 引起EC 線粒體應(yīng)激。Hcy 通過(guò)升高線粒體Ca2+引起內(nèi)皮細(xì)胞線粒體功能障礙及線粒體自噬激活（Hcy 降低內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)自噬標(biāo)志蛋白LC3II 的表達(dá)）；Hcy 通過(guò)mTORC2/Akt/GSK3β 信號(hào)通路激活湯原合成酶激酶（glycogen synthetase kinase-3β，GSK3β）促使GSK3β 與動(dòng)力相關(guān)蛋白1 結(jié)合增加，引起動(dòng)力相關(guān)蛋白1 活性增強(qiáng)，從而導(dǎo)致線粒體過(guò)度分裂[10]。（5）高濃度Hcy 可引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，當(dāng)細(xì)胞發(fā)生嚴(yán)重的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時(shí)可誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子C/EBP 同源蛋白(C/EBP homologous protein，CHOP)表達(dá)上調(diào)，進(jìn)而下調(diào)抗凋亡基因Bcl-2表達(dá)，同時(shí)上調(diào)促凋亡基因bak 和bax 表達(dá)，作用于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激-線粒體級(jí)聯(lián)反應(yīng)介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)性死亡途徑，包括JNK[11]的活化和DNA 損傷基因的表達(dá)等。JNK 激活是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)性死亡的關(guān)鍵，Hcy 可能通過(guò)磷酸化JNK1/2 減少轉(zhuǎn)錄激活因子3，激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)性死亡途徑參與內(nèi)皮細(xì)胞凋亡過(guò)程[12]影響細(xì)胞周期正常運(yùn)轉(zhuǎn)、促進(jìn)死亡受體表達(dá)造成內(nèi)皮細(xì)胞凋亡受損，陳曉麗等人流式細(xì)胞儀檢測(cè)可見(jiàn) Hcy 抑制EC 由G1 期進(jìn)入合成的S期，影響細(xì)胞周期正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2 Hcy 與血管中膜平滑肌細(xì)胞相互關(guān)系

VSMC 增殖、遷移在血管發(fā)育過(guò)程中起著重要的作用，并對(duì)成人血管病變的形成起著重要作用。（1）Hcy 誘導(dǎo)VSMC 炎癥反應(yīng)。pang[13]等人研究發(fā)現(xiàn)Hcy 在體內(nèi)外均能顯著誘導(dǎo)VSMC中C-反應(yīng)蛋白（c-reactive protein，CRP）的mRNA 和蛋白的表達(dá)水平，抗IL-1β 或抗IL-6 中和抗體單獨(dú)或部分聯(lián)合應(yīng)用可降低Hcy 誘導(dǎo)的CRP 表達(dá)。Hcy 增加了N-甲基-d-天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartate receptor，NMDAR)NR1 亞 基 的 表 達(dá)，而MK-801 則減輕了Hcy 誘導(dǎo)的平滑肌細(xì)胞CRP 的表達(dá)，研究結(jié)果表明Hcy 通過(guò)刺激CRP 的產(chǎn)生而啟動(dòng)VSMC 的炎癥反，這種反應(yīng)是通過(guò)NMDAR-ROS-ERK1/2/p38-NF-κB 信號(hào)通路介導(dǎo)的。Wei 等[14]研究表明Hcy 誘導(dǎo)人臍靜脈平滑肌細(xì)胞Smad7 啟動(dòng)甲基化激活NF-κB 介導(dǎo)的血管炎癥反應(yīng)。(2)Hcy 誘導(dǎo)VSMC氧化應(yīng)激反應(yīng)。肖猛[15]等人研究發(fā)現(xiàn)Hcy (1mmol/L) 可降低大鼠腦基底動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞中SOD 和GSH-Px 的活性，同時(shí)升高M(jìn)DA 的含量。Luo[16]等人發(fā)現(xiàn)，S-腺苷Hcy 在ApoE-/-小鼠的平滑肌細(xì)胞上顯著誘導(dǎo)氧化應(yīng)激的產(chǎn)生，激活細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinases，ERK 1/2)途徑誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞增殖和遷移，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化形成，該作用可以被超氧化物歧化酶SOD 預(yù)處理抵消。(3)Hcy 調(diào)節(jié)VSMC 表性轉(zhuǎn)化，促進(jìn)細(xì)胞增殖、遷移。VSMC 具有收縮型和合成型2 種表型，細(xì)胞表型決定了細(xì)胞的生物學(xué)特性和功能，不同濃度Hcy 作用下轉(zhuǎn)凝蛋白（SM22α）、SM-MCH 和Calponin 表達(dá)減少，骨橋蛋白表達(dá)增加并且這一作用與Hcy 濃度呈正相關(guān)，這可能是其促進(jìn)VSMC 增殖和遷移的機(jī)制之一[17]。Ma[18]等人發(fā)現(xiàn)Hcy 影響參與細(xì)胞增殖的10 號(hào)染色體上的磷酸酶和張力素同源物的甲基化狀態(tài)，誘導(dǎo)VSMC 的增殖。劉輝騎等人研究表明Hcy 促進(jìn)大鼠血管平滑肌細(xì)胞增殖，隨Hcy 濃度增高，VSMC 細(xì)胞存活率逐漸增加，同時(shí)G0/G1 期細(xì)胞比例逐漸降低, 而S 期細(xì)胞比例明顯升高，DNA 合成增加，表明Hcy 可促進(jìn)平滑肌細(xì)胞增殖。在培養(yǎng)的VSMC 中，Hcy 可通過(guò)激活NF-κB 刺激MCP-1 的表達(dá)上調(diào)，MCP-1 是一種促進(jìn)VSMC 遷移的有效趨化因子[19]。（4）Hcy 誘導(dǎo)VSMC 的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和凋亡。大多數(shù)體外實(shí)驗(yàn)都是短期內(nèi)應(yīng)用HHcy 誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞可促進(jìn)其增殖及遷移，然而HHcy 長(zhǎng)時(shí)間刺激體內(nèi)體VSMC，有研究顯示Hcy 亦可誘導(dǎo)VSMC 凋亡。We[20]等人研究發(fā)現(xiàn)，VSMC 短期暴露于Hcy 可導(dǎo)致雙鏈RNA 激活蛋白激酶樣ER 激酶(protein kinase-like ER kinase，PERK)磷酸化，進(jìn)而使真核啟動(dòng)因子2α(αsubunit of eukaryotic initiation factor 2，eIF2α)磷酸化抑制未折疊蛋白反應(yīng)。然而，長(zhǎng)期接觸Hcy 可增加活化轉(zhuǎn)錄因子4（Activating transcription factor 4，ATF-4）和CHOP 的表達(dá)，并導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，而阻斷PERK 通路可保護(hù)血管平滑肌細(xì)胞免受損，說(shuō)明Hcy 亦可通過(guò)PERK/eIF2α/ATF4/CHOP 信號(hào)通路誘導(dǎo)VSMC 的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和凋亡。

2.3 Hcy 與血管外膜成纖維細(xì)胞的相互關(guān)系

外膜是血管壁的最外層，除支撐血管外，外膜還可感受并響應(yīng)血管的損傷，參與多種細(xì)胞因子的生成、釋放，進(jìn)而影響血管壁的結(jié)構(gòu)和功能。Watanabe 等[21]人通過(guò)對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化患者尸檢，發(fā)現(xiàn)約80%患者冠狀動(dòng)脈病灶處的外膜出現(xiàn)T 淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)，20%出現(xiàn)B 淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)，且浸潤(rùn)程度與動(dòng)脈粥樣硬化的嚴(yán)重程度密切相關(guān)，這提示血管外膜在動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，不僅僅起到支撐血管的作用，而且外膜炎癥可能參與動(dòng)脈粥樣硬化早期病變的形成。而血管外膜成纖維細(xì)胞（Adventitial fibroblasts，AFs）作為血管外膜主要的細(xì)胞成分之一，越來(lái)越多的證據(jù)表明AFs 積極參與血管病變過(guò)程。Siow 等[22]人拉傷大鼠頸動(dòng)脈內(nèi)皮，用表達(dá)β-半乳糖苷酶 (Lac2Z) 的腺病毒載體標(biāo)記外膜成纖維細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈損傷后成纖維細(xì)胞由外膜遷移到內(nèi)膜，為AFs 參與血管損傷過(guò)程提供了直接證據(jù)。由此可見(jiàn)血管外膜成纖維細(xì)胞在血管損傷后并不是旁觀者而是積極的參與者。（1）Hcy 可引起AFs 炎癥反應(yīng)。Hcy 劑量依賴性地增加大鼠外膜成纖維細(xì)胞分泌IL- 6 和MCP-1。Hcy 誘導(dǎo)載脂蛋白E 缺乏（ApoE-/-）的小鼠腎上腺主動(dòng)脈外膜白細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和T 淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)[23]，在動(dòng)脈粥樣硬化病灶形成之前，單核細(xì)胞粘附并浸潤(rùn)到內(nèi)皮下，在MCP-1 的刺激下形成單核巨噬細(xì)胞，釋放巨噬細(xì)胞集落刺激因子等細(xì)胞因子，啟動(dòng)炎癥免疫應(yīng)答加重血管損傷。（2）Hcy 誘導(dǎo)AFs 氧化應(yīng)激的發(fā)生。Hcy 30μmol/L，10 分鐘內(nèi)便可誘導(dǎo)外膜成纖維細(xì)胞產(chǎn)生ROS。（3）Hcy 誘導(dǎo)AFs 發(fā)生表型轉(zhuǎn)化。當(dāng)受到炎癥、ROS 及細(xì)胞因子等因素刺激時(shí)，AFs 可被激活，轉(zhuǎn)化成肌成纖維細(xì)胞，肌成纖維細(xì)胞中應(yīng)力纖維和細(xì)胞骨架蛋白含量較高，與AFs 相比收縮性能更強(qiáng)，從而可遷移至受損的血管內(nèi)膜處，參與血管重構(gòu)。Hcy[23]通過(guò)Nox4 誘導(dǎo)外膜成纖維細(xì)胞氧化應(yīng)激，產(chǎn)生ROS 激活Smad2/3 介導(dǎo)TGF-β 誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)化及活化。韓[24]等人研究顯示與C57BL/6J 小鼠相比，ApoE-/- 小鼠升主動(dòng)脈外膜平滑肌肌動(dòng)蛋白、TGF-β1 表達(dá)升高，AFs 增殖、遷移活性增強(qiáng)。Hcy 能促進(jìn)球囊損傷大鼠頸動(dòng)脈外膜膠原的積聚，并激活基質(zhì)金屬蛋白酶，降解細(xì)胞外基質(zhì)，促進(jìn)成纖維細(xì)胞遷移[25]。

3 討論

Hcy 可以同時(shí)誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞，平滑肌細(xì)胞，成纖維細(xì)胞共同參與血管事件。因此從血管各個(gè)層面闡明Hcy 與血管損傷的相互關(guān)系有助于我們進(jìn)一步了解Hcy 致心血管疾病的致病機(jī)制。此外，由于大多數(shù)調(diào)查結(jié)果是基于細(xì)胞和動(dòng)物模型，需要擴(kuò)大對(duì)人類樣本和轉(zhuǎn)化研究對(duì)控制人類心血管疾病具有重要意義。