端粒和腦血管病相關(guān)性的研究進(jìn)展

吳梅君 高越

腦血管病是當(dāng)前導(dǎo)致中老年人殘障、生活依賴(lài)和喪失社交能力的首要原因，而且隨著社會(huì)的發(fā)展，腦血管病的發(fā)病也越來(lái)越趨向于年輕人群。中國(guó)腦血管病每年死亡率約為157例/10萬(wàn)例，超過(guò)心臟疾病，成為導(dǎo)致成人死亡和殘疾的主要原因。目前研究顯示端粒與衰老以及心腦血管病等年齡相關(guān)性疾病密切關(guān)聯(lián)。端粒是真核細(xì)胞染色體末端的一段特殊的DNA蛋白質(zhì)復(fù)合物，在細(xì)胞復(fù)制過(guò)程中與環(huán)境相互作用維持基因組的完整性和穩(wěn)定性。端粒由兩種主要的獨(dú)立機(jī)制維持：一種是端粒酶依賴(lài)機(jī)制，包括端粒酶從頭合成端粒DNA；另一種是端粒酶獨(dú)立機(jī)制，稱(chēng)為端粒的選擇性延長(zhǎng)，這涉及到同源重組介導(dǎo)的DNA復(fù)制[1]。氧化應(yīng)激能加速端?？s短并導(dǎo)致功能障礙。白細(xì)胞端粒長(zhǎng)度被認(rèn)為是血管老化的預(yù)測(cè)因子，它在人類(lèi)外周血白細(xì)胞檢測(cè)方便、簡(jiǎn)單，且是預(yù)警動(dòng)脈粥樣硬化和缺血性卒中風(fēng)險(xiǎn)的生物學(xué)標(biāo)記。本文對(duì)端粒與腦血管病的相關(guān)性作一綜述，旨在為腦血管病新的治療靶點(diǎn)提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 端粒和腦血管病的關(guān)系

目前已經(jīng)明確端粒長(zhǎng)度的縮短會(huì)增加心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)[2]，而端粒與缺血性腦卒中相關(guān)的研究結(jié)果卻不一致。有研究顯示中國(guó)中部和東部人群短端粒長(zhǎng)度與缺血性卒中相關(guān)，并可預(yù)測(cè)缺血性腦卒中的死亡率[3-4]。Luo等[5]對(duì)中國(guó)南方漢族高危缺血性腦卒中進(jìn)行了初步探討，結(jié)果表明，端粒的相對(duì)長(zhǎng)度與缺血性腦卒中的風(fēng)險(xiǎn)升高有關(guān)，并且在某些特定亞群中也增加了卒中的風(fēng)險(xiǎn)。Xiao等[6]研究表明在中國(guó)北方漢族人群中，端粒長(zhǎng)度縮短與缺血性中風(fēng)的風(fēng)險(xiǎn)有一定的關(guān)系。另外，還發(fā)現(xiàn)女性患者的端粒長(zhǎng)度與血同型半胱氨酸（homocysteine，Hcy）水平有關(guān)。以上結(jié)果為缺血性腦卒中的早期篩查、診斷及預(yù)后提供了新的理論依據(jù)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)多項(xiàng)前瞻性隊(duì)列研究及病例對(duì)照研究均證實(shí)：短端粒長(zhǎng)度與動(dòng)脈粥樣硬化性腦卒中密切相關(guān)，端粒長(zhǎng)度縮短是動(dòng)脈粥樣硬化性腦卒中的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，并且可預(yù)測(cè)動(dòng)脈粥樣硬化性腦卒中的死亡風(fēng)險(xiǎn)[7-8]。2018年國(guó)內(nèi)一項(xiàng)Meta分析納入了端粒長(zhǎng)度與腦卒中相關(guān)的11項(xiàng)研究，其結(jié)果提示端粒長(zhǎng)度縮短與腦卒中明顯相關(guān)，但亞組分析中未發(fā)現(xiàn)有相關(guān)性[9]。同樣，在一個(gè)以社區(qū)為基礎(chǔ)的非裔美國(guó)人隊(duì)列中，在年齡和性別調(diào)整的模型中，端粒越長(zhǎng)，發(fā)生缺血性腦卒中的風(fēng)險(xiǎn)和總死亡率越低，但當(dāng)潛在變量調(diào)整后，這些相關(guān)性不再顯著[10]。Huang等[11]研究發(fā)現(xiàn)與短端粒長(zhǎng)度組相比，長(zhǎng)端粒長(zhǎng)度組患者心血管疾病和腦血管病死亡率分別降低了31%和25%，但在對(duì)潛在變量進(jìn)行調(diào)整后，這些相關(guān)性不存在差異。

這些研究結(jié)果表明腦血管病與端粒長(zhǎng)度存在關(guān)聯(lián)，尤其是動(dòng)脈粥樣硬化性腦血管病與端?？s短間的相關(guān)性趨勢(shì)明顯；但研究結(jié)果的不一致可能與不同腦血管病亞型、遺傳、種族、地理環(huán)境以及研究設(shè)計(jì)類(lèi)型等因素有關(guān)，為了觀察端粒長(zhǎng)度在預(yù)測(cè)腦血管病死亡率中的作用，未來(lái)還需要大量的重復(fù)實(shí)驗(yàn)和前瞻性實(shí)驗(yàn)研究。

2 端粒和腦血管病相關(guān)聯(lián)的可能機(jī)制

2.1 端粒和動(dòng)脈粥樣硬化的關(guān)系 動(dòng)脈粥樣硬化是腦血管病發(fā)生的病理基礎(chǔ)。端粒通過(guò)影響血管內(nèi)皮細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞以及內(nèi)皮祖細(xì)胞的衰老和增殖，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展。

2.1.1 端粒對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的影響 內(nèi)皮細(xì)胞的功能障礙是血管動(dòng)脈粥樣硬化的啟動(dòng)因素。在動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展過(guò)程中，氧化型LDL、Hcy及CRP等均可抑制端粒酶活性，破壞內(nèi)皮祖細(xì)胞的抗氧化能力，促使內(nèi)皮祖細(xì)胞凋亡，從而使血管內(nèi)皮細(xì)胞再生受阻。Bennaceur等[12]研究發(fā)現(xiàn)端粒酶活性降低加速了端?？s短和細(xì)胞衰老，他汀類(lèi)藥物通過(guò)上調(diào)內(nèi)皮細(xì)胞的端粒重復(fù)結(jié)合因子來(lái)增強(qiáng)端粒酶活性并保護(hù)端粒，阻止動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的發(fā)展。

2.1.2 端粒對(duì)平滑肌細(xì)胞的影響 多種研究表明平滑肌細(xì)胞端粒長(zhǎng)度和端粒酶活性與動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)展有關(guān)。Matthews等[13]測(cè)量了動(dòng)脈粥樣斑塊處血管平滑肌和正常血管平滑肌的端粒長(zhǎng)度，發(fā)現(xiàn)前者顯著縮短，端粒長(zhǎng)度縮短越多，動(dòng)脈粥樣硬化程度越重。Endorf等[14]研究表明，在動(dòng)脈粥樣硬化患者中，再生型平滑肌細(xì)胞具有高水平的逆轉(zhuǎn)錄酶活性，抑制逆轉(zhuǎn)錄酶的表達(dá)也能抑制血管平滑肌細(xì)胞的增殖。因此，在動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)病機(jī)制中，由于平滑肌細(xì)胞的遷移增殖引起的血管病理性重塑和內(nèi)膜增生可能是逆轉(zhuǎn)錄酶表達(dá)的結(jié)果。

2.1.3 端粒對(duì)內(nèi)皮祖細(xì)胞的影響 內(nèi)皮祖細(xì)胞是血管內(nèi)皮細(xì)胞的前體細(xì)胞，又稱(chēng)為成血管細(xì)胞，參與修復(fù)動(dòng)脈粥樣硬化引起血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷。它們的端粒酶活性可以補(bǔ)償與急性炎癥狀態(tài)相關(guān)的端粒序列丟失，反復(fù)或長(zhǎng)期暴露于炎癥觸發(fā)物中耗盡了這種酶的代償能力，最終導(dǎo)致外周血白細(xì)胞端粒長(zhǎng)度變短[15]。Li等[16]在體外將人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶注射入高脂飲食小鼠的內(nèi)皮祖細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮祖細(xì)胞的增殖能力大大提高，同時(shí)提高了一氧化氮（NO）和誘導(dǎo)性一氧化氮合酶的分泌能力。

2.1.4 氧化應(yīng)激對(duì)端粒的影響機(jī)制 氧化應(yīng)激能縮短端粒長(zhǎng)度，加速細(xì)胞衰老，血管老化。越來(lái)越多的研究已經(jīng)確定細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激主要來(lái)源于線(xiàn)粒體功能障礙，其通過(guò)多種機(jī)制影響端粒長(zhǎng)度。調(diào)控p66Shc蛋白的表達(dá)是一種新的將線(xiàn)粒體活性氧（mtROS）與衰老聯(lián)系起來(lái)的途徑。p66Shc蛋白包含在細(xì)胞質(zhì)和線(xiàn)粒體基質(zhì)中的多聚體復(fù)合物中。在細(xì)胞氧化應(yīng)激下，它在膜間線(xiàn)粒體空間遷移，直接刺激mtROS的產(chǎn)生，由此引發(fā)的與線(xiàn)粒體功能障礙相關(guān)的炎癥反應(yīng)的激活可加速端?？s短[17]。此外，p66Shc蛋白的激活直接受乙酰化酶活性的調(diào)節(jié)，乙?；甘蔷哂薪M蛋白脫乙酰酶功能的蛋白質(zhì)，對(duì)細(xì)胞的能量狀態(tài)敏感。在肥胖和糖尿病中觀察到，隨著乙?；副磉_(dá)和活性的下調(diào)，p66Shc蛋白的增加，p66Shc活性增強(qiáng)[18]，進(jìn)而導(dǎo)致一些炎癥通路的表達(dá)上調(diào)[19-20]，端粒磨損加快[21]。同時(shí)，乙?；富钚缘娜笔Э梢约せ疃喾N心臟和血管通路，從而加快血管損傷的進(jìn)展[22]。

2.2 端粒和腦血管病危險(xiǎn)因素的關(guān)系 目前認(rèn)為慢性炎癥與氧化應(yīng)激可能是導(dǎo)致端?？s短與損耗的主要原因，如高血壓、肥胖、吸煙等。端粒參與并協(xié)同腦血管病危險(xiǎn)因素共同導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化性疾病。

2.2.1 高血壓 高血壓是腦血管病重要而可改變的危險(xiǎn)因素。觀察到血壓升高與中風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)之間存在著直接的、線(xiàn)性的和連續(xù)的聯(lián)系，降低血壓可明顯降低中風(fēng)發(fā)病率[23-24]。Xu等[22]研究發(fā)現(xiàn)在美國(guó)普通人口中非高血壓患者的端粒長(zhǎng)度比高血壓患者長(zhǎng)，這與先前的薈萃分析結(jié)果[25]一致，可能是由于高血壓患者內(nèi)皮祖細(xì)胞端粒長(zhǎng)度縮短所致[26]。高血壓的存在可能影響了這種聯(lián)系，但具體原因尚不清楚。端粒隨著年齡的增長(zhǎng)而縮短，端粒長(zhǎng)度從出生時(shí)的11 kbp下降到老年時(shí)的4 kbp以下[27]；因此，端?？s短常被用來(lái)指示細(xì)胞衰老[28]。Bernadotte等[29]研究表明，端粒長(zhǎng)度與高血壓患者的舒張壓呈正相關(guān)，但與收縮壓呈負(fù)相關(guān)。在該研究中，又發(fā)現(xiàn)端粒長(zhǎng)度的變化是肥胖相關(guān)并發(fā)癥的一個(gè)指標(biāo)。

2.2.2 糖尿病 糖尿病是腦血管病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，糖尿病患者的卒中風(fēng)險(xiǎn)增加2倍[30]。在糖尿病患者中TNF-α和IL-1水平升高的慢性炎癥狀態(tài)，也可能是導(dǎo)致胰島素抵抗和代謝失調(diào)的致病機(jī)制之一。糖尿病炎癥介導(dǎo)的血管損傷主要與高血糖狀態(tài)有關(guān)，高血糖狀態(tài)增加細(xì)胞因子的產(chǎn)生，有利于白細(xì)胞在毛細(xì)血管后微靜脈內(nèi)的滾動(dòng)、黏附和遷移，并增加內(nèi)皮細(xì)胞上P-選擇素的表達(dá)。在1型糖尿病和2型糖尿病患者中，血漿總抗氧化能力較低的受試者端粒長(zhǎng)度較短。值得注意的是，短端粒患者和低血漿抗氧化活性的患者也有較高的10年內(nèi)發(fā)生缺血性心臟病風(fēng)險(xiǎn)[31]。這證實(shí)了糖尿病患者氧化應(yīng)激、端粒生物學(xué)和心臟血管疾病險(xiǎn)之間的密切聯(lián)系。線(xiàn)粒體可能是糖尿病患者氧化應(yīng)激誘導(dǎo)端?？s短的一個(gè)主要原因。Masi等[32]研究表明攜帶解偶聯(lián)蛋白2突變的糖尿病患者端粒較短證實(shí)了上述觀點(diǎn)。

2.2.3 肥胖 肥胖與腦血管病風(fēng)險(xiǎn)增高有關(guān)。研究表明，肥胖與增加的氧化和氧化應(yīng)激有關(guān)，并促進(jìn)端?？s短[33-34]。Valdes等[35]發(fā)現(xiàn)肥胖女性的端粒比年齡匹配的較瘦女性短240 bp。Al-Attas等[36]研究顯示端粒與肥胖呈負(fù)相關(guān)，但Diaz等[37]研究顯示端粒與肥胖無(wú)相關(guān)性。最近的一項(xiàng)薈萃分析顯示，肥胖與端粒長(zhǎng)度呈負(fù)相關(guān)趨勢(shì)。盡管63項(xiàng)研究中有39項(xiàng)顯示肥胖與端粒長(zhǎng)度呈弱或中度相關(guān)，但所選研究中的異質(zhì)性使得肥胖與端粒的關(guān)系尚不明確[38]。

2.2.4 吸煙 吸煙是公認(rèn)的各種腦血管病的危險(xiǎn)因素。即使是被動(dòng)吸煙也會(huì)顯著增加腦血管病的風(fēng)險(xiǎn)[39-40]。一項(xiàng)薈萃分析顯示，吸煙者的端粒長(zhǎng)度較不吸煙者短，且吸煙劑量與端粒長(zhǎng)度亦呈負(fù)相關(guān)[41]。Valdes等[35]研究表明吸煙導(dǎo)致端粒長(zhǎng)度每年縮短5對(duì)堿基。Babizhayev等[42]報(bào)道煙草誘導(dǎo)的端粒磨耗可作為氧化應(yīng)激的生物標(biāo)志物。此外，重度飲酒與年齡在65歲以上受試者的端粒長(zhǎng)度降低有密切關(guān)系[43]。

3 小結(jié)

綜上所述，目前的研究顯示端粒的長(zhǎng)度與人類(lèi)的衰老、疾病密切相關(guān)。吸煙、糖尿病、高血壓、肥胖等危險(xiǎn)因素被認(rèn)為會(huì)增加氧化應(yīng)激或炎癥，從而加速端粒長(zhǎng)度縮短，從而導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生的同時(shí)使斑塊穩(wěn)定性變差。但在腦血管病領(lǐng)域，外周血端粒的長(zhǎng)度是否提示腦血管病發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)尚有爭(zhēng)議，但我們需關(guān)注整體研究結(jié)果而不是亞組分析。動(dòng)脈粥樣硬化是腦血管病的主要病理基礎(chǔ)，而端粒通過(guò)動(dòng)脈粥樣硬化與腦血管病相關(guān)聯(lián)。雖然許多研究已經(jīng)提出用端粒長(zhǎng)度來(lái)預(yù)測(cè)老年性疾病的發(fā)生、發(fā)展和死亡率，但它還遠(yuǎn)未應(yīng)用于臨床實(shí)踐。部分研究正在進(jìn)一步探索端粒和腦血管病發(fā)病和預(yù)后的關(guān)系，端粒有望成為預(yù)測(cè)腦血管病風(fēng)險(xiǎn)和預(yù)后的生物標(biāo)志物，并成為腦血管病防治的新靶點(diǎn)。