血清膽紅素在動脈粥樣硬化中的研究進展

魏夢婷　孫曙光

【摘要】 動脈粥樣硬化是一種慢性炎癥性和脂質沉積性疾病，最終導致急性心血管事件，已經(jīng)嚴重威脅人類健康。膽紅素作為一種內源性抗氧化劑，在動脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展和預后等多個階段均發(fā)揮著重要作用。本文將對血清膽紅素在動脈粥樣硬化中的作用機制及臨床研究做一綜述，以期為動脈粥樣硬化性疾病的防治提供參考。

【關鍵詞】 膽紅素 動脈粥樣硬化 氧化應激 脂質代謝 慢性炎癥

[Abstract] Atherosclerosis is a chronic inflammatory and lipid deposition disease that ultimately leads to acute cardiovascular events and has become a serious threat to human health. As an endogenous antioxidant， bilirubin plays an important role in the occurrence， development and prognosis of atherosclerosis. This article will review the mechanism and clinical research of serum bilirubin in atherosclerosis， in order to provide reference for the prevention and treatment of atherosclerotic diseases.

[Key words] Bilirubin Atherosclerosis Oxidative stress lipid metabolism Chronic inflammation

First-author’s address： Clinical Medicine College， Dali University， Dali 671000， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2021.19.044

動脈粥樣硬化（atherosclerosis）是一種慢性炎癥性疾病，其主要臨床表現(xiàn)包括缺血性心臟病、缺血性卒中和外周動脈疾病。它起初從內皮細胞對損傷的反應開始，然后是血管壁中脂質的堆積，持續(xù)性炎癥的受損消退，以及斑塊破裂和血栓形成，最終引發(fā)急性心腦血管事件，甚至導致死亡。動脈粥樣硬化斑塊的形成和破裂是世界范圍內急性缺血事件的主要原因，也是我國血管性疾病的主要死亡原因[1]。

近年來，大量證據(jù)表明氧化劑介導的血管損傷和脂蛋白氧化參與了動脈粥樣硬化的發(fā)病。膽紅素是目前研究較為熱門的一種內源性抗氧化劑，其能夠高效反應機體的抗氧化水平。隨著研究的深入，其抗氧化和抗炎癥的作用逐漸得到認識。近年來的數(shù)據(jù)也令人信服地表明，輕度升高的膽紅素對各種氧化應激介導的疾病有保護作用，其中動脈粥樣硬化的情況是最具臨床意義的，然而具體機制尚未明確[2-3]。因此，了解并掌握動脈粥樣硬化斑塊形成的機制對尋求新的治療策略是必不可少的。

1 膽紅素的來源及代謝

膽紅素是哺乳動物血紅素降解途徑的最終產物。主要由老化的紅細胞崩解和降解或其他含有血紅素輔因子的蛋白質分解而產生。血紅素被血紅素加氧酶（HO）還原為膽綠素、一氧化碳以及鐵離子，膽綠素再經(jīng)膽綠素還原酶進一步還原形成游離膽紅素，占總膽紅素來源的80%～85%。游離膽紅素進一步與血清白蛋白結合后被輸送至肝臟，又在肝細胞中經(jīng)葡萄糖醛酸轉移酶催化形成結合性膽紅素被排泄到膽汁中。其后隨膽汁排入腸道，被細菌酶分解還原為尿膽素原，小部分被腸道吸收后再次回到肝內循環(huán)，而大部分進一步被分解為尿膽素和糞膽素分別隨尿液和糞便被排出體外[4]。

2 膽紅素與動脈粥樣硬化的機制研究

動脈粥樣硬化是一種復雜的、累及體循環(huán)系統(tǒng)中、大型肌彈力型動脈內膜的慢性疾病。多年來，這也被認為是一個在衰老過程中難以避免的、被動的過程。研究表明，氧化應激、內皮功能障礙、脂質堆積、炎癥、血管平滑肌細胞增殖、基質更新和鈣化等多種致病機制相互影響、共同作用，最終導致動脈粥樣硬化[5]。此外，本病是多因素作用所致，持續(xù)較高的血壓、高血糖、胰島素抵抗、肥胖、血脂異常、精神壓力、飲酒、吸煙、血管壁炎癥和遺傳易感性等都與動脈粥樣硬化的發(fā)展有關。

2.1 膽紅素與氧化應激 眾所周知，氧化應激在動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展中起著關鍵作用。因此，預期內源性抗氧化劑可以對抗動脈粥樣硬化過程。在這方面，膽紅素作為一種內源性抗氧化劑，具有較強的抗氧化特性。研究表明，非結合膽紅素在動脈粥樣硬化病變中起主要的抗氧化作用[6]。它的抗氧化作用主要是由于其化學還原作用。它與白蛋白結合，可使C-10亞甲基輕松地為等離子體氧化劑提供電子，從而發(fā)揮其抗氧化作用?；谄溆H脂性，通過抑制脂質過氧化過程的擴散，它也可以發(fā)揮顯著的抗脂質過氧化作用。此外，膽紅素還是一種天然的活性氧清除劑，1 mol膽紅素與血漿白蛋白結合后，可清除2 mol氧自由基，從而防止ROS過量產生引起的組織損傷和脂質過氧化[7]。還有越來越多的證據(jù)表明，它可以轉化細胞活性。在誘導血紅素加氧酶（HO-1）并提供外源血紅素作為底物的細胞中，只形成膽紅素時，才能觀察到對氧化劑介導的毒性的抵抗力增加[8]。也有報道提示，與脂溶性維生素E類似物相比，膽紅素在預防低密度脂蛋白氧化方面幾乎有效30倍[9]。另外，在保護脂質免受氧化方面，膽紅素比谷胱甘肽等水溶性抗氧化劑更有效，后者主要保護蛋白質免受氧化[10]。當膽紅素本身被活性氧物種氧化時，它會還原為其前體膽綠素，由膽綠素還原酶以抑制煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶活性為代價再循環(huán)為膽紅素。其中，NADPH氧化酶是血管組織和吞噬細胞等各種組織產生活性氧（ROS）的主要來源。這種膽綠素-膽紅素氧化還原循環(huán)被認為可以顯著增強抗氧化的效力[11]。綜上所述，膽紅素可通過增強抗氧化效力、清除活性氧及抑制NADPH氧化酶活性以降低氧化應激，以改善動脈粥樣硬化的預后。

2.2 膽紅素與脂質堆積 膽紅素是一種具有多種生物學功能的重要分子，也參與脂質代謝。Stec等[12]發(fā)現(xiàn)，小鼠被鈷原卟啉（CoPP）處理后，膽紅素水平會升高，進而導致脂肪燃燒核受體PPARa表達增加。而PPARa可通過上調與脂肪酸運輸、過氧化物酶體和線粒體脂肪酸b氧化相關的基因來促進脂肪酸的吸收、利用和分解代謝。由此，過氧化物酶體增殖物激活受體-a（PPARa）的激動劑已被研發(fā)為合成藥物，用以降血脂或抗糖尿病治療。通過比較治療高脂血癥的WY14，643（PPARa激動劑）和非諾貝特，發(fā)現(xiàn)PPARa配體與膽紅素有結構上的相似之處。并進一步使用了3T3-L1細胞脂肪生成模型以比較PPARa配體的降血脂性能，測定了它們對脂質積累的影響。結果發(fā)現(xiàn)同等劑量的膽綠素、WY14，643和非諾貝特治療可顯著減少脂肪形成過程中的脂質積累。其中膽紅素減少了49%的脂質積累，WY14，643減少了56%，非諾貝特減少了48%。在這項研究中，較為清晰的是膽紅素通過增強PPARa活性來上調脂質燃燒基因Cpt1和FGF21的表達，從而達到減少脂質堆積的目的。Hinds等[13]使用包含人類UGT1A1*28多態(tài)性（HuUGT*28）的GS人源化小鼠模型來模擬Gilbert綜合征（GS）患者中出現(xiàn)的高膽紅素狀態(tài)。在HuUGT*28小鼠中，升高的未結合膽紅素減少了高脂飲食下的肝臟脂質堆積，增加了PPARa活性，從而減少了肥胖。此外，幾項大規(guī)模人群研究表明，血清膽紅素水平在正常上限到輕微（50%～100%）升高的個體可以預防肝臟脂肪變性、糖尿病和代謝綜合征[14-17]。以上數(shù)據(jù)表明膽紅素可能通過調控脂代謝相關基因的表達來影響脂質的代謝及堆積。

2.3 膽紅素與炎癥 在生理濃度下，膽紅素還具有強大的免疫調節(jié)特性。一項流行病學研究表明，當膽紅素水平在正常范圍內時，膽紅素水平相對較高的患者慢性炎癥性呼吸系統(tǒng)疾病的癥狀相對較輕[18]。另一項研究表明，血清膽紅素濃度與心血管疾病呈負相關[19]。所有這些現(xiàn)象都反映了正常范圍內稍高水平膽紅素具有較強抗炎作用的可能性。Li等[20]研究通過用脂多糖（LPS）和各種炎癥體刺激，分別建立了小鼠腹腔巨噬細胞（PM）和骨髓源性巨噬細胞（BMDM）的炎性細胞模型以及小鼠膿毒癥模型，并注射小劑量膽紅素進行干預。結果顯示膽紅素顯著減輕膿毒癥小鼠的全身炎癥。并且，在生理濃度范圍內可抑制NF-κB信號轉導，并調節(jié)炎癥小體的激活，對炎癥反應起到強有力的調節(jié)作用，可以保護機體免受體內過度炎癥的侵襲。綜上，膽紅素可以被認為是一種調節(jié)炎癥的內源性調節(jié)分子。在規(guī)定的劑量下，膽紅素可以作為一種潛在的藥物應用于抗炎和炎癥性疾病。在不受控制的炎癥體與動脈粥樣硬化的病理進程有關時，膽紅素可能也作為其保護因素參與防御。

2.4 膽紅素與平滑肌細胞增殖 除了影響炎癥過程外，平滑肌細胞的增殖亦可被膽紅素參與抑制，從而干預新生內膜的形成。在高膽紅素血癥的Gunn大鼠和野生型大鼠模型中，膽紅素和膽綠素通過抑制絲裂原活化蛋白激酶信號轉導通路抑制蛋白的磷酸化，將血清驅動的平滑肌細胞周期進展抑制在G1期，減弱球囊損傷誘導的新生內膜形成[21]。同類型的另一項研究報道，局部應用膽紅素可減少大鼠頸動脈損傷后的新生內膜形成，并調節(jié)人動脈平滑肌細胞的增殖和遷移。以上研究表明，膽紅素通過改變細胞周期調節(jié)蛋白的表達，將平滑肌細胞阻滯在細胞周期的G0/G1期，并阻止動脈平滑肌細胞的增殖和遷移，來抑制動脈損傷后新生內膜的形成[22]。

2.5 膽紅素與內皮功能障礙 內皮功能障礙與活性氧（ROS）過量導致一氧化氮（NO）生物利用率下降相關。相關報道表明膽紅素可通過清除ROS來降低氧化應激，從而改善內皮功能障礙[23]。已知的是，次氯酸（HOCl）誘導的血紅素加氧酶-1（HO-1）基因表達上調，可提高內皮細胞存活率。HO-1又可通過產生CO、膽綠素和膽紅素來反向限制HOCl的細胞毒效應。Wei等[24]研究進一步證實，經(jīng)HOCl處理內皮細胞后可刺激線粒體功能障礙、caspase-3激活和細胞死亡，這種作用可被外源性給予膽綠素、膽紅素或CO對抗甚至逆轉。此外，經(jīng)鏈脲佐菌素誘導建模成功的糖尿病動物中，給予適當?shù)哪懠t素后，可通過減少氧化應激來阻止高血糖引起的內皮細胞塌陷、脫落[25]。這些結果均提示膽紅素可能是維持血管炎癥部位的內皮細胞的功能和活性的關鍵生理物質。

3 膽紅素在動脈粥樣硬化中的臨床研究

3.1 膽紅素與動脈粥樣硬化相關的流行病學證

據(jù) 雖然幾十年來膽紅素一直被理解為是一種有害的物質，但最近的流行病學調查表明，膽紅素可能是動脈粥樣硬化的保護因素。在一項關于血清膽紅素與無癥狀顱內動脈粥樣硬化（aICAS）的橫斷面研究中，Zhong等[26]對2013名年齡≥40歲，無臨床中風的參與者完成了aICAS的診斷程序。在調整所有混雜因素后，結果顯示血清膽紅素與aICAS和中至重度無癥狀性顱內動脈粥樣硬化（m-saICAS）呈負相關。與膽紅素低濃度組相比，其高濃度組參與者發(fā)生aICAS的概率分別降低了0.60、0.60和0.67倍。在按年齡分層后，在年齡≥60歲的參與者中，膽紅素與aICAS顯著負相關。提示膽紅素可能對aICAS有保護作用，尤其對老年人有保護作用。Perlstein等[27]在國家健康和營養(yǎng)檢查調查（NHANES）中發(fā)表了一項針對7 000多名成年人的關于這一關聯(lián)的回顧性研究。血清膽紅素水平每上升1.7 mol/L，周圍動脈粥樣硬化的患病概率可降低6%。Lee等[28]在一項觀察性研究中，對1 381名19歲以上的2型糖尿病患者長達8年的重復頸動脈超聲檢查和血清總膽紅素水平的數(shù)據(jù)進行分析，其中，599例（43.4%）被歸類為頸動脈斑塊進展。與無斑塊進展者相比，有斑塊進展者明顯年齡更大，總膽紅素濃度更低。多因素logistic回歸分析顯示，血清膽紅素水平越高，發(fā)生頸動脈內膜中層厚度進展的風險越低[OR=0.584，95%CI（0.392，0.870），P=0.008]。結果還明確顯示血清總膽紅素與2型糖尿病患者頸動脈粥樣硬化的進展獨立相關。

3.2 膽紅素在動脈粥樣硬化臨床診治策略中的應用前景 近年來的數(shù)據(jù)表明，膽紅素的保護特性與動脈粥樣硬化進展的每個重要步驟息息相關[29]。流行病學證據(jù)也充分表明機體內膽紅素濃度的改變與動脈粥樣硬化發(fā)生有聯(lián)系。膽紅素濃度的監(jiān)測在動脈粥樣硬化的診斷中可能具有很大的潛能。結合動脈粥樣硬化的傳統(tǒng)診斷方法，通過對患者早期膽紅素水平的監(jiān)測，可以更好地預知和預防動脈粥樣硬化及心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展。

此外，許多實驗和臨床研究表明，較低濃度的血清膽紅素與動脈粥樣硬化性疾病的風險增加有關。而稍高濃度的膽紅素水平在動脈粥樣硬化的預防和治療中有著一定的積極作用。根據(jù)動脈粥樣硬化發(fā)展的“脂質”和“炎癥”假說，目前降脂藥物和抗炎藥是動脈粥樣硬化治療的基石[5]。積極防治與本病相關的疾病也是關鍵。而膽紅素所具有的抗氧化、抑制炎癥反應及調節(jié)脂質代謝等特性與目前動脈粥樣硬化的治療原則十分契合。Strasky等[30]報道，藻膽素作為抗氧化營養(yǎng)食品。除了已知的降脂作用外，鈍頂螺旋藻和藻藍膽素可通過激活內皮細胞中的動脈粥樣硬化保護性血紅素加氧酶-1，增加膽紅素濃度，進而激活動脈粥樣硬化的保護機制。有鑒于此，一些研究報告了膽紅素納米顆粒的開發(fā)，該納米顆粒在缺血/再灌注介導的肝損傷、癌癥、結腸炎和急性哮喘等動物模型中顯示出良好的治療效果，并且尚未顯示出毒性反應[31-32]。此外，膽紅素作為一種主要的生物活性物質存在于中藥牛黃中。研究表明，口服以牛黃為主要成分的傳統(tǒng)中藥八寶丹具有很強的抗炎作用[33]。綜上研究，膽紅素作為一種有效的ROS清除劑和免疫調節(jié)劑，在炎癥及ROS介導疾病的診治發(fā)揮著重要作用。因此，膽紅素作為一種天然的活性氧清除劑，由于活性氧參與人體病理狀態(tài)的廣泛性，有望將其用于開發(fā)針對更多疾病包括動脈粥樣硬化等炎性相關疾病的納米藥物。

總之，雖然目前關于膽紅素與動脈粥樣硬化的臨床及動物研究較少，但由于膽紅素具有良好的抗氧化、免疫調節(jié)和微生物調節(jié)活性，與動脈粥樣硬化發(fā)病機制環(huán)環(huán)相扣，因此，其未來的應用價值是可觀的。在對動脈粥樣硬化病患者的病情監(jiān)測中，臨床應對給予血清膽紅素指標更多的關注，以便有效觀察其相關性，也能為該類疾病的治療方案增加更多可能性。

參考文獻

[1] Herrington W，Lacey B，Sherliker P，et al.Epidemiology of Atherosclerosis and the Potential to Reduce the Global Burden of Atherothrombotic Disease[J].Circ Res，2016，118（4）：535-546.

[2]曾楠楠.血清膽紅素與尿酸在冠狀動脈粥樣硬化性心臟病患者中的臨床檢驗價值研究[J].實用醫(yī)技雜志，2020，27（1）：66-68.

[3]董越華，董計東，辛歡歡，等.2型糖尿病患者頸動脈粥樣硬化與血清膽紅素水平的相關性[J].心腦血管病防治，2018，18（5）：379-381.

[4]丘建宇，劉配芬.急性腦梗死患者血清膽紅素、D-二聚體的動態(tài)監(jiān)測及其臨床意義[J].中國醫(yī)學創(chuàng)新，2015，12（21）：60-62.

[5] Xu S，Pelisek J，Jin Z G.Atherosclerosis Is an Epigenetic Disease[J].Trends Endocrinol Metab，2018，29（11）：739-742.

[6] Lapenna D，Ciofani G，Pierdomenico S D，et al.Association of serum bilirubin with oxidant damage of human atherosclerotic plaques and the severity of atherosclerosis[J].Clin Exp Med，2018，18（1）：119-124.

[7] Chen Z，Vong C T，Gao C，et al.Bilirubin Nanomedicines for the Treatment of Reactive Oxygen Species（ROS）-Mediated Diseases[J].Mol Pharml，2020，17（7）：2260-2274.

[8] Clark J E，F(xiàn)oresti R，Green C J，et al.Dynamics of haem oxygenase-1 expression and bilirubin production in cellular protection against oxidative stress[J].Biocheml J，2000，348（Pt 3）：615-619.

[9] Wu T W，F(xiàn)ung K P，Yang C C.Unconjugated bilirubin inhibits the oxidation of human low density lipoprotein better than Trolox[J].Life Sci，1994，54（25）：477-481.

[10] Sedlak T W，Saleh M，Higginson D S，et al.Bilirubin and glutathione have complementary antioxidant and cytoprotective roles[J].Proc Natl Acad Sci USA，2009，106（13）：5171-5176.

[11] Fujiwara R，Haag M，Schaeffeler E，et al.Systemic regulation of bilirubin homeostasis：Potential benefits of hyperbilirubinemia[J].Hepatology，2018，67（4）：1609-1619.

[12] Stec D E，John K，Trabbic C J，et al.Bilirubin Binding to PPARalpha Inhibits Lipid Accumulation[J/OL].PLoS One，2016，11（4）：e0153427.

[13] Hinds T D，Hosick P A，Chen S，et al.Mice with hyperbilirubinemia due to Gilbert’s syndrome polymorphism are resistant to hepatic steatosis by decreased serine 73 phosphorylation of PPARα[J/OL].Am J Physiol Endocrinol Metab，2017，312（4）：E244-E252.

[14] Choi S H，Yun K E，Choi H J.Relationships between serum total bilirubin levels and metabolic syndrome in Korean adults[J]. Nutr Metab Cardiovasc Dis，2013，23（1）：31-37.

[15] Cheriyath P，Gorrepati V S，Peters I，et al.High Total Bilirubin as a Protective Factor for Diabetes Mellitus：An Analysis of NHANES Data From 1999-2006[J].J Clin Med Res，2010，2（5）：201-206.

[16] Wu Y，Li M，Xu M，et al.Low serum total bilirubin concentrations are associated with increased prevalence of metabolic syndrome in Chinese[J].J Diabetes，2011，3（3）：217-224.

[17] Jang B K.Elevated serum bilirubin levels are inversely associated with nonalcoholic fatty liver disease[J].Clin Mol Hepatol，2012，18（4）：357-359.

[18] Horsfall L，Rait G，Walters K，et al.Serum Bilirubin and Risk of Respiratory Disease and Death[J].JAMA，2011，305（7）：691-697.

[19] Jayanti S，Moretti R，Tiribelli C，et al.Bilirubin and inflammation in neurodegenerative and other neurological diseases[J].Neuroimmunol Neuroinflamm，2020，7（2）：92-108.

[20] Li Y，Huang B，Ye T，et al.Physiological concentrations of bilirubin control inflammatory response by inhibiting NF-κB and inflammasome activation[J].Int Immunopharmacol，2020，84：106520.

[21] Ollinger R，Bilban M，Erat A，et al.Bilirubin：a natural inhibitor of vascular smooth muscle cell proliferation[J].Circulation，2005，112（7）：1030-1039.

[22] Peyton K J，Shebib A R，Azam M A，et al.Bilirubin Inhibits Neointima Formation and Vascular Smooth Muscle Cell Proliferation and Migration[J].Front Pharmacol，2012，3：48.

[23] Maruhashi T，Kihara Y，Higashi Y.Bilirubin and Endothelial Function[J].J Atheroscler Thromb，2019，26（8）：688-696.

[24] Wei Y，Liu X，Peyton K J，et al.Hypochlorous acid-induced heme oxygenase-1 gene expression promotes human endothelial cell survival[J].Am J Physiol Cell Physiol，2009，297（4）：C907-915.

[25] Rodella L，Lamon B D，Rezzani R，et al.Carbon monoxide and biliverdin prevent endothelial cell sloughing in rats with type I diabetes[J].Free Radical Bio Med，2006，40（12）：2198-2205.

[26] Zhong K，Wang X，Ma X，et al.Association between serum bilirubin and asymptomatic intracranial atherosclerosis：results from a population-based study[J].Neurol Sci，2020，41（6）：1531-1538.

[27] Perlstein T S，Pande R L，Beckman J A，et al.Serum Total Bilirubin Level and Prevalent Lower-Extremity Peripheral Arterial Disease：National Health and Nutrition Examination Survey（NHANES）1999 to 2004[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol，2007，28（1）：166-172.

[28] Lee I，Lee H-H，Cho Y，et al.Association Between Serum Bilirubin and the Progression of Carotid Atherosclerosis in Type 2 Diabetes[J].J Lipid Atheroscler，2020，9（1）：195-204.

[29] Vitek L.Bilirubin and atherosclerotic diseases[J].Physiol Res，2017，66（Suppl 1）：S11-S20.

[30] Strasky Z，Zemankova L，Nemeckova I，et al.Spirulina platensis and phycocyanobilin activate atheroprotective heme oxygenase-1：a possible implication for atherogenesis[J].Food Funct，2013，4（11）：1586-1594.

[31] Lee Y，Kim H，Kang S，et al.Bilirubin Nanoparticles as a Nanomedicine for Anti-inflammation Therapy[J].Angewandte Chemie，2016，55（26）：7460-7463.

[32] Kim M J，Lee Y，Jon S，et al.PEGylated bilirubin nanoparticle as an anti-oxidative and anti-inflammatory demulcent in pancreatic islet xenotransplantation[J].Biomaterials，2017，133：242-252.

[33] Liang L，Yang X，Yu Y，et al.Babao Dan attenuates hepatic fibrosis by inhibiting hepatic stellate cells activation and proliferation via TLR4 signaling pathway[J].Oncotarget，2016，7（50）：82554-82566.

（收稿日期：2020-09-03） （本文編輯：田婧）