血管老化在腹主動脈瘤發(fā)病中的作用及潛在的治療靶點

吳建強(qiáng)，王 威，鄭月宏

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院 1醫(yī)研中心 2血管外科，北京 100730

腹主動脈瘤(abdominal aortic aneurysm，AAA)為腹主動脈壁局部擴(kuò)張，瘤體直徑>3 cm或超過正常直徑1.5倍以上。AAA為老年人中的常見疾病，AAA發(fā)病率隨年齡的增長而增加，發(fā)達(dá)國家65歲以上男性發(fā)病率為5%～10%[1]，在74～84歲的男性中患病率可達(dá)12.5%[2]，腹主動脈瘤一旦破裂死亡率可達(dá)90%左右[3]，嚴(yán)重威脅患者的生命健康。目前臨床上尚無有效抑制AAA進(jìn)展的治療藥物，通常對于瘤體直徑大于5.5 cm或直徑每年增長超過1.0 cm的AAA患者，手術(shù)治療(開放手術(shù)或腔內(nèi)支架修復(fù))為主要治療手段[4]，達(dá)不到手術(shù)指征的患者則需長期隨訪，給患者帶來沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和心理壓力。尋找可以減緩動脈瘤進(jìn)展或防止AAA破裂的潛在治療藥物具有十分重要的臨床意義。

AAA發(fā)生發(fā)展的機(jī)制目前尚未完全明確，主要包括免疫炎癥反應(yīng)、平滑肌細(xì)胞凋亡、細(xì)胞外基質(zhì)降解、氧化應(yīng)激等。老年(>65歲)是AAA的一個顯著危險因素，隨著人口老齡化的發(fā)展，未來30年65歲以上人群的比例預(yù)計將從12%增加到22%以上[5]，因此了解衰老過程中主動脈發(fā)生的細(xì)胞和功能變化，更好地闡明主動脈老化在AAA發(fā)病過程中的作用將對AAA發(fā)病機(jī)制的研究提供幫助，同時，也能為開發(fā)抑制AAA擴(kuò)張和破裂的新型治療藥物提供潛在的治療靶點。

本文將從血管老化的角度綜述衰老機(jī)制在AAA發(fā)生發(fā)展過程中的病理生理作用，包括慢性炎癥、氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失衡、凋亡和壞死增加、細(xì)胞外基質(zhì)重塑、營養(yǎng)感應(yīng)失調(diào)、表觀遺傳改變、促衰老因子增加等。同時，基于目前對血管老化的認(rèn)識，列舉改善主動脈病理狀態(tài)的一些潛在干預(yù)靶點。

血管老化與AAA

慢性炎癥反應(yīng)慢性輕度的炎癥反應(yīng)是衰老過程的一個特征，同時炎癥反應(yīng)也是AAA最重要的病理特征，貫穿AAA發(fā)生發(fā)展的整個過程。血管老化時內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)的基因表達(dá)譜會發(fā)生促炎改變，誘導(dǎo)炎性因子、趨化因子、黏附分子等的表達(dá)增加，血管壁的炎性微環(huán)境促進(jìn)主動脈功能障礙、損害細(xì)胞新陳代謝并增加VSMC細(xì)胞凋亡，最終促進(jìn)AAA的發(fā)病。

越來越多的證據(jù)表明，衰老細(xì)胞的存在極大地促進(jìn)了老年血管炎癥狀態(tài)[6]。如老化的內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞表現(xiàn)出顯著的核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)激活，另外，內(nèi)皮衰老與大量炎性因子和趨化因子的產(chǎn)生及釋放有關(guān)，稱為“衰老相關(guān)分泌表型”[7]。病原相關(guān)分子模式或損傷相關(guān)分子模式也加劇了血管壁的炎癥，激活了天然免疫系統(tǒng)效應(yīng)器Toll樣受體和炎性小體[8]。其中衰老誘導(dǎo)的VSMC細(xì)胞的促炎表型部分是由Toll樣受體4介導(dǎo)，而炎性小體和AAA的相關(guān)性也有綜述闡述[9]。

在治療靶點方面，選擇性地抑制血管中的NF-κB可以改善血流調(diào)節(jié)和減少炎癥。去乙?；?(sirtuin 1，SIRT1)具有很強(qiáng)的抗炎作用，SIRT1的激活可以減輕老年小鼠的血管炎癥，血管平滑肌SIRT1是預(yù)防AAA形成的重要靶點[10- 11]。白介素- 6在炎癥反應(yīng)中發(fā)揮核心作用，有研究顯示用sgp130選擇性地阻斷白介素- 6反式信號傳導(dǎo)可以提高AAA小鼠的生存率[12]。有研究顯示可能AIM2炎性小體而非NLRP3炎性小體介導(dǎo)了AAA中的免疫炎癥反應(yīng)，有待進(jìn)一步確定[13]。另外，半乳糖凝集素1可以促進(jìn)AAA的炎癥反應(yīng)和細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)降解也是潛在的治療靶點[14]。

氧化應(yīng)激隨著年齡的增長，主動脈氧化應(yīng)激不斷加重，NAD(P)H氧化和線粒體產(chǎn)生的活性氧(reactive oxygen species，ROS)增加會導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙和主動脈硬化。同時氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)之間存在重要的相互作用，如ROS作為信號分子可以激活促炎信號通路NF-κB，同時，炎癥介質(zhì)也是細(xì)胞氧化應(yīng)激的強(qiáng)有力誘導(dǎo)劑如腫瘤壞死因子α可以激活NADPH氧化酶。另外，衰老過程中氧化應(yīng)激抗性受損也會加劇心血管危險因素引起的血管炎癥。

氧化應(yīng)激可能通過氧化關(guān)鍵蛋白或誘導(dǎo)氧化還原轉(zhuǎn)錄因子而影響血管功能，其中最顯著的是內(nèi)皮源性一氧化氮的失活和利用減少。另外，血管氧化應(yīng)激的許多結(jié)果通過產(chǎn)生高活性氧化劑過氧亞硝酸鹽(ONOO-)介導(dǎo)，它是一氧化氮和超氧化物的反應(yīng)產(chǎn)物。過氧亞硝酸鹽促進(jìn)血管老化的機(jī)制包括直接的細(xì)胞毒性、線粒體功能受損以及炎癥通路的激活。血管氧化應(yīng)激的增加也與基質(zhì)金屬蛋白酶的激活及主動脈結(jié)構(gòu)完整性的破壞有關(guān)，這可能導(dǎo)致并加重AAA的發(fā)展。在臨床前模型中，抗氧化治療被報道可以預(yù)防AAA發(fā)生或發(fā)展[15]。

同時衰老過程的一個重要標(biāo)志是衰老細(xì)胞應(yīng)對分子應(yīng)激和恢復(fù)內(nèi)穩(wěn)態(tài)的能力受損。核因子E2相關(guān)因子2是一種對氧化還原敏感的轉(zhuǎn)錄因子，協(xié)調(diào)抗氧化反應(yīng)。衰老可以促進(jìn)核因子E2相關(guān)因子2在主動脈中的功能障礙，加劇氧化應(yīng)激并增加主動脈對ROS介導(dǎo)損傷的敏感性[16]。而且熱量限制的抗衰老作用也與核因子E2相關(guān)因子2介導(dǎo)的通路誘導(dǎo)有關(guān)[17]。近年研究顯示，血紅素氧合酶- 1可以顯著減少血管炎癥和氧化應(yīng)激，有望用于預(yù)防和緩解AAA[18- 19]，而二十二碳六烯酸可以上調(diào)血紅素氧合酶- 1的表達(dá)，是AAA潛在的治療靶點[20]。另有研究顯示線粒體乙醛脫氫酶2缺乏會增加氧化應(yīng)激并促進(jìn)AAA的形成，也是潛在的靶點[21]。

線粒體功能障礙線粒體在調(diào)節(jié)衰老過程中起著核心作用，線粒體功能障礙可以促進(jìn)衰老相關(guān)血管功能異常。研究表明靶向線粒體功能障礙可能是AAA治療的一種創(chuàng)新選擇[22]。衰老時主動脈內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞的線粒體生物發(fā)生受損，會對細(xì)胞能量產(chǎn)生負(fù)面影響，也會增加線粒體活性氧的產(chǎn)生。同時線粒體活性氧可以通過Bcl- 2依賴的通路誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡促進(jìn)血管老化。另外，線粒體DNA因靠近ROS產(chǎn)生的位點又缺乏組蛋白的保護(hù)，具有很高的突變率。這樣，衰老可以增加線粒體DNA損傷(突變和缺失)，破壞線粒體的能量產(chǎn)生并促進(jìn)血管老化，進(jìn)而影響AAA的發(fā)生發(fā)展。

線粒體活性氧可以作為血管保護(hù)的靶點來開發(fā)藥物，如線粒體抗氧化劑MitoQ[23]和白藜蘆醇[24]以及強(qiáng)大的線粒體靶向抗氧化四肽SS- 31[25]。另外，去乙酰化酶家族成員也能影響線粒體功能，如SIRT1控制線粒體的生物發(fā)生、線粒體活性氧的產(chǎn)生和細(xì)胞能量代謝，以及通過自噬清除受損的線粒體；去乙酰化酶SIRT3調(diào)節(jié)許多參與線粒體能量代謝的關(guān)鍵酶。同時，去乙酰化酶蛋白的活性依賴細(xì)胞NAD+的供應(yīng)，而NAD+隨年齡的增長而下降。在老年小鼠中補(bǔ)充煙酰胺單核苷酸可以增強(qiáng)NAD+生物合成，逆轉(zhuǎn)線粒體功能障礙[26]。有研究顯示二氫葉酸還原酶缺乏可以導(dǎo)致線粒體功能障礙，促進(jìn)高血壓和AAA的發(fā)展[22]，而線粒體分裂蛋白1可以抑制線粒體分裂阻止AAA的形成[27]，他們都是AAA潛在的治療靶點。

蛋白質(zhì)內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡蛋白質(zhì)合成、維持和降解之間的穩(wěn)態(tài)失衡以及發(fā)生錯誤折疊蛋白聚體的增加都會損害主動脈健康。衰老會影響主動脈蛋白穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的多個組分，主要包括泛素-蛋白酶體系統(tǒng)和溶酶體自噬系統(tǒng)[28]。泛素-蛋白酶體系統(tǒng)可以降解不需要或受損的蛋白質(zhì)，衰老時蛋白酶體活性會降低，然而，在動物模型上發(fā)現(xiàn)用硼替佐米抑制蛋白酶體活性會減輕AAA發(fā)生發(fā)展[29]。自噬參與細(xì)胞成分的降解和再利用，自噬過程的失調(diào)可能促進(jìn)血管老化和AAA的進(jìn)展[30- 31]，而刺激自噬的藥物如海藻糖或亞精胺可以逆轉(zhuǎn)主動脈的部分老化[32- 33]。但自噬是否對抑制AAA進(jìn)展有益尚不明確，近年個別研究顯示激活自噬可以抑制小鼠在血管緊張素泵注過程中AAA的形成[34]。

細(xì)胞尤其ECM蛋白質(zhì)的穩(wěn)態(tài)失衡在AAA的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，CCN家族成員3是ECM重要的節(jié)點調(diào)控因子，可能是AAA潛在的治療靶點[35]。近年隨著質(zhì)譜技術(shù)的快速發(fā)展，蛋白質(zhì)組學(xué)可以從系統(tǒng)水平解析主動脈組織或體液內(nèi)蛋白質(zhì)的表達(dá)、動態(tài)變化和翻譯后修飾，勢必會推動AAA發(fā)病機(jī)制和藥物靶點的研究，值得關(guān)注。

細(xì)胞凋亡和壞死增加凋亡潛能的改變有助于一些衰老表型及衰老相關(guān)的血管疾病的發(fā)生。凋亡細(xì)胞尤其是平滑肌細(xì)胞死亡增加可能導(dǎo)致衰老誘導(dǎo)的AAA形成。程序性壞死是一種新發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞程序性死亡，通過細(xì)胞碎片的釋放導(dǎo)致組織促炎表型的變化并能激活炎性小體，從而在炎癥過程中發(fā)揮作用。AAA患者組織中壞死性的標(biāo)志物增加，小鼠模型中程序性壞死通路的激活促進(jìn)了AAA的發(fā)展[36]。因此，通過凋亡和壞死等程序性細(xì)胞死亡通路有希望對AAA進(jìn)行干預(yù)，發(fā)揮其血管保護(hù)的作用。近年研究顯示，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可以介導(dǎo)VSMC細(xì)胞凋亡參與AAA的發(fā)生發(fā)展，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的抑制劑有望用于AAA的治療[37- 38]。同時，最近以程序性壞死通路為靶點的抑制劑被開發(fā)，可以顯著抑制主動脈細(xì)胞壞死和AAA的進(jìn)展[39]。

細(xì)胞外基質(zhì)重塑在主動脈中ECM除了提供機(jī)械支撐外還介導(dǎo)生物力學(xué)和信號傳導(dǎo)。血管老化過程中ECM翻譯后修飾和細(xì)胞-基質(zhì)相互作用會發(fā)生改變，參與AAA的發(fā)生發(fā)展；同時血管老化時膠原的合成失調(diào)，彈力蛋白合成減少、降解或碎裂增加，共同削弱了主動脈的彈性和韌性；衰老也會改變內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞的分泌表型，增加基質(zhì)金屬蛋白酶的分泌，破壞主動脈結(jié)構(gòu)的完整性并促進(jìn)ECM重塑，導(dǎo)致AAA形成和破裂的風(fēng)險增加。

另外，血管老化時晚期糖基化終產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)的生成增加，一方面可以與細(xì)胞表面的晚期糖基化終產(chǎn)物受體結(jié)合，通過氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)促進(jìn)AAA的形成[40]；但同時AGEs也可以影響ECM成分的交聯(lián)，抵抗蛋白酶的水解使主動脈壁更堅固。AGEs在AAA的發(fā)病過程中是一把雙刃劍，利益權(quán)衡還有待進(jìn)一步研究。

營養(yǎng)感知失調(diào)細(xì)胞能量感應(yīng)通路通過控制細(xì)胞對營養(yǎng)供應(yīng)和生長信號的反應(yīng)調(diào)節(jié)衰老過程，包括哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)、磷酸腺苷活化蛋白激酶(adenosine 5’-monophosphate(AMP)-activated protein kinase，AMPK)和去乙酰化酶。低營養(yǎng)狀態(tài)下，mTOR活性降低引起自噬抑制解除，可以延緩衰老。抑制mTOR具有抗血管老化的作用，可以調(diào)節(jié)VSMC的表型轉(zhuǎn)換[41]。長期使用mTOR抑制劑雷帕霉素可以逆轉(zhuǎn)衰老相關(guān)的動脈功能障礙、減少血管硬化和氧化應(yīng)激[42]。去乙酰化酶和AMPK是重要的細(xì)胞能量感受器，低營養(yǎng)狀態(tài)時被激活，可為細(xì)胞提供更強(qiáng)的抵抗性，防止細(xì)胞丟失或排列紊亂。

由于去乙?；笇ρ艿亩喾N益處，去乙?；讣せ顒┤绨邹继J醇和SRT1720在逆轉(zhuǎn)血管衰老表型或AAA進(jìn)展方面受到的關(guān)注越來越多[15]。去乙?；富钚砸蕾嚰?xì)胞NAD+的供應(yīng)，NAD+會隨衰老而減少，可以通過補(bǔ)充NAD+中間體激活去乙酰化酶。研究顯示熱量限制可以通過SRIT1抑制小鼠AAA的形成和發(fā)展，并且這種保護(hù)作用依賴p53信號通路[43]。衰老主動脈AMPK的活性降低，AMPK激活劑二甲雙胍或氨基咪唑甲酰胺核苷酸具有抗衰老、血管保護(hù)和抑制炎癥的作用。近年研究顯示雷帕霉素可以抑制磷脂酰肌醇三激酶/絲氨酸蘇氨酸激酶/mTOR通路影響VSMC表型轉(zhuǎn)換，阻止小鼠AAA發(fā)病[44]。另有研究顯示二甲雙胍可以通過抑制磷脂酰肌醇三激酶/絲氨酸蘇氨酸激酶/mTOR通路影響自噬從而保護(hù)AAA[45]，目前二甲雙胍對AAA的保護(hù)機(jī)制還不是很清楚。值得關(guān)注的是糖尿病作為AAA的保護(hù)因素，究竟是高血糖還是二甲雙胍治療或是兩者共同作用還值得進(jìn)一步研究。

表觀遺傳學(xué)改變參與血管老化的表觀遺傳學(xué)改變包括DNA甲基化、組蛋白翻譯后修飾、微小RNA(microRNA，miRNA)和長鏈非編碼RNA(long noncoding RNA，lncRNA)、染色質(zhì)重塑等。尤其DNA甲基化與AAA的危險因素如衰老、吸煙和炎癥等都相關(guān)[46]。組蛋白的甲基化和乙?；梢哉{(diào)節(jié)衰老表型，組蛋白去乙?；傅幕钚曰虮磉_(dá)減少會促進(jìn)血管老化；組蛋白H3在小鼠AAA形成過程中會發(fā)生動態(tài)修飾[47]。染色質(zhì)重塑因子通過重塑染色質(zhì)使基因表達(dá)沉默，同時參與內(nèi)皮祖細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)。研究顯示染色體重塑成分BAF60a通過表觀遺傳調(diào)節(jié)參與AAA發(fā)病，可作為潛在的治療靶點[48]。microRNA是一類小的非編碼RNA，異常表達(dá)可導(dǎo)致ECM的病理重塑、抑制細(xì)胞周期、加劇細(xì)胞衰老和炎癥。lncRNA可以調(diào)控RNA轉(zhuǎn)錄和翻譯，與促炎信號通路相互作用并調(diào)節(jié)衰老。研究表明microRNA和lncRNA的失調(diào)可以促進(jìn)AAA的形成[49- 50]。值得注意的是表觀遺傳改變大多是可逆的，因此,未來可以開發(fā)影響表觀遺傳的干預(yù)措施預(yù)防或治療AAA。

促衰老和抗衰老因子的作用衰老可以引起血管保護(hù)性內(nèi)分泌因子的改變，如生長激素、胰島素樣生長因子1和雌激素水平的下降。AAA患者中男女比例約為6∶1[51]，提示雌激素對AAA潛在的血管保護(hù)作用。另外，隨著年齡的增長，男性血液中睪酮水平逐漸下降，而且流行病學(xué)研究表明與非AAA患者相比AAA患者血清睪酮水平降低[52]。同時，動物實驗顯示睪酮可能通過調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)抑制AAA的形成[53]。在年輕和年老小鼠共生的動物模型中，年輕小鼠血液中可能存在某些抗衰老的因子，如生長分化因子11[54]。熱量限制的研究也顯示血液中抗衰老因子在抗炎和血管生成方面的作用[55]，具體有哪些抗衰老因子參與熱量限制介導(dǎo)的血管保護(hù)作用還有待進(jìn)一步研究。

總之，這些抗衰老因子可能是延長血管壽命的潛在治療靶點。同樣，隨著年齡的增長血液中促衰老因子也會增加，破壞主動脈的穩(wěn)態(tài)。隨著近年蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)和脂質(zhì)組學(xué)的不斷進(jìn)展，未來將在血液中發(fā)現(xiàn)更多的促衰老和抗衰老因子，需要進(jìn)一步的研究來確定它們在AAA中的作用機(jī)制和治療潛能。

總結(jié)及展望

AAA是衰老相關(guān)的主動脈疾病，隨著人口老齡化的進(jìn)展其發(fā)病率呈增長的趨勢。目前其發(fā)病機(jī)制尚未完全明確，臨床上也沒有特效的藥物可以抑制AAA的擴(kuò)張和破裂。AAA手術(shù)治療的費用比較昂貴，一旦AAA破裂將嚴(yán)重危及患者的生命。研究衰老相關(guān)病理生理因素在AAA發(fā)生發(fā)展中的作用將對AAA發(fā)病機(jī)制、生物標(biāo)志物和藥物研發(fā)提供幫助。隨著生命科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)展，多組學(xué)研究、單細(xì)胞測序、腸道菌群、非編碼RNA、外泌體、納米材料等新興領(lǐng)域也將從血管老化的角度發(fā)現(xiàn)新的AAA生物標(biāo)志物，可能對預(yù)測AAA擴(kuò)張和未來破裂的風(fēng)險有幫助，尤其在監(jiān)測直徑較小但不斷進(jìn)展的AAA患者方面提供顯著的益處。同時考慮到主動脈壁細(xì)胞衰老在AAA發(fā)病中的潛在作用，干細(xì)胞治療也將為AAA的治療提供新的機(jī)遇。

不是所有衰老的人群都會發(fā)生AAA，在血管老化的基礎(chǔ)上，吸煙、男性、AAA家族史、合并心血管疾病(如高血壓、動脈粥樣硬化或有主動脈附壁血栓)會誘導(dǎo)或加速AAA的發(fā)生發(fā)展。另外，流行病學(xué)研究表明氟喹諾酮類抗生素的應(yīng)用也可能會促進(jìn)AAA的形成或破裂[56- 57]。所以，除了關(guān)注衰老相關(guān)的潛在靶點外，戒煙、控制血壓、體育鍛煉、飲食調(diào)節(jié)等對AAA的防治作用也值得關(guān)注。同時，其他藥物如β受體阻滯劑、腎素-血管緊張素系統(tǒng)抑制劑、金屬蛋白酶抑制劑、抗生素類、他汀類藥物和抗血小板藥物等對AAA的作用正在進(jìn)行大規(guī)模臨床試驗，但他們對延緩AAA生長和破裂是否有益還有待觀察。

總之，近10年在動物模型上對AAA的發(fā)病機(jī)制有了更多的認(rèn)識，但衰老相關(guān)的作用主要基于動物實驗和臨床前研究，尚需和臨床研究相結(jié)合才能進(jìn)行更好地轉(zhuǎn)化來促進(jìn)AAA的治療。目前從實驗室到病房轉(zhuǎn)化的研究還很缺乏。近幾年從衰老相關(guān)的基礎(chǔ)研究和臨床前研究中涌現(xiàn)出了各種候選藥物，他們能否在AAA的防治中發(fā)揮有益作用尚需開展大規(guī)模的臨床試驗。