犬尿氨酸代謝途徑與主動脈瘤的研究進展＊

陳協(xié)輝 陳繼承 楊建安

1.廣東省深圳市龍華區(qū)中心醫(yī)院心血管內(nèi)科 (廣東 深圳 518110)

2.廣東省深圳市孫逸仙心血管醫(yī)院心血管外科 (廣東 深圳 518110)

1 犬尿氨酸代謝途徑

必需氨基酸色氨酸(Trp)除了用于蛋白質(zhì)的合成以外，它還可以通過5-羥色胺途徑或犬尿氨酸代謝途徑產(chǎn)生多種生物活性分子，其中超過95%的色氨酸代謝來自于犬尿氨酸代謝途徑(kynurenine pathway，KP)，少部分通過色氨酸羥化酶代謝生成5-羥色胺[1]。2,3-色氨酸雙加氧酶(TDO或IDO)是KP的關(guān)鍵限速酶，TDO主要在肝臟和大腦組織中表達，一般情況而言，TDO只負(fù)責(zé)正常生理情況下KP的代謝，而IDO則更多在病理情況下發(fā)揮作用。IDO有IDO1和IDO2兩個亞型，IDO1廣泛表達在機體各個組織，而IDO2則主要表達在小鼠的肝臟和腎臟組織，以及人的肝臟、脾臟、胎盤、大腦等組織[2-4]。犬尿氨酸代謝有兩條途徑，犬尿氨酸(kynurenine，KYN)在犬尿氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(kynurenineaminitric oxidetransferaseIandⅡ，KATI/1I)的作用下生成犬尿喹啉酸(kynurenicacid，KYNA)。此外，KYN還可以在犬尿氨酸羥化酶、犬尿氨酸酶以及多個酶促反應(yīng)過程生成3-羥基犬尿氨酸、3-羥鄰氨苯甲酸(3-hydroxyanthranmcacids，3-HAA)、喹啉酸、吡啶羧酸類及尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)等中間代謝物活性分子[5]。越來越多的證據(jù)表明，KP代謝途徑在心血管疾病中有著重要的作用，脂多糖LPS、腫瘤壞死因子TNF-α、IFN-r、白介素1和白介素2等炎癥相關(guān)細胞因子能夠在很多種類型細胞中誘導(dǎo)IDO1的表達，催化色氨酸代謝生成多種犬尿氨酸通路生物活性分子。流行病學(xué)報道發(fā)現(xiàn)，色氨酸分解代謝物Kyn、AA、3-HK和XA均與心血管疾病的死亡率相關(guān)[6-8]。近年來，越來越多的文獻揭示犬尿氨酸代謝途徑與主動脈瘤及其相關(guān)風(fēng)險因素關(guān)系密切，本文主要綜述相關(guān)領(lǐng)域最新研究進展。

2 KP和主動脈瘤

主動脈瘤(aortic aneurysm，AA)是一種致死率很高的退行性血管疾病，主要病理表現(xiàn)為中膜層退化，細胞外基質(zhì)重塑，炎癥細胞浸潤至主動脈，預(yù)后極差，腹主動脈瘤(aabdominal aortic aneurysm，AAA)發(fā)病率較高，總?cè)巳喊l(fā)病率約21.1/10萬人，它是65歲以上老人患者十五大最主要死因之一[9-10]。主動脈瘤的研究已經(jīng)有幾十年的歷史，然而，目前仍缺乏有效的藥物控制手段, 除遺傳因素以外，主動脈瘤的發(fā)生與高血壓、動脈粥樣硬化、炎癥等多種因素有關(guān)。

作為誘導(dǎo)AAA發(fā)生的關(guān)鍵分子，二型血管緊張素AngⅡ在體內(nèi)能夠顯著上調(diào)小鼠主動脈中IDO的表達，提示激活的KP可能在AAA的發(fā)生發(fā)展中起作用[11]。在AngⅡ誘導(dǎo)的AAA小鼠或患者中T細胞來源的細胞因子IFN-γ升高，IFN-γ能夠顯著誘導(dǎo)人血管平滑肌中IDO1的表達，這一效應(yīng)在內(nèi)皮或T細胞中不顯著[12]。通過I-MT抑制IDO的表達能夠增強AAA中T細胞浸潤和平滑肌細胞凋亡[13]。此外，肥胖成年人的Kyn水平顯著提高，表明肥胖會激活I(lǐng)DO1，而肥胖是AAA形成的一個風(fēng)險因素，這些線索提示激活的KP可能在AAA的啟動和發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用，它可能通過抑制炎癥反應(yīng)參與主動脈瘤的發(fā)生過程[14-15]。在臨床上，血漿中C反應(yīng)蛋白(CRP)的水平是AAA發(fā)病的關(guān)鍵生物標(biāo)志物，CRP與Kyn、3-HK和3-HAA呈強正相關(guān)，而與XA呈負(fù)相關(guān)[16]。

基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)在AAA的發(fā)生和進展中發(fā)揮關(guān)鍵作用，Kyn可以通過MEK-Erk1/2信號通路或激活A(yù)HR上調(diào)成纖維細胞中MMP-1和MMP-3的表達，遺傳和藥理學(xué)方法將Erk1/2途徑作為CCN3依賴性AAA發(fā)展的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，結(jié)果表明，活化的KP分解產(chǎn)物可能在AAA的形成中起重要作用[17-18]。雖然有多條線索暗示KP參與AAA的發(fā)生和發(fā)展，然而，尚沒有非常直接的證據(jù)表明KP在AAA中的作用，因此，在接下來的研究中，探索KP在AAA中的作用及其機制非常有必要。

3 KP和動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化是AAA常見的風(fēng)險因素之一。有研究表明，在人類晚期動脈粥樣硬化斑塊的巨噬細胞中IDO表達顯著升高，血液中的IDO活性與晚期動脈粥樣硬化有顯著的正相關(guān)，表明激活的KP可能在動脈粥樣硬化的發(fā)生中起到重要作用[19]。用KP分解代謝物3-HAA治療8周能顯著降低血漿膽固醇和甘油三酯水平，抑制巨噬細胞攝取氧化低密度脂蛋白，并抑制LDLr-/-小鼠動脈粥樣硬化發(fā)生[20]。此外，用1-甲基色氨酸(1-MT)抑制IDO能夠促進血管炎癥，加重高脂飲食(HFD)誘導(dǎo)的載脂蛋白E敲除小鼠(ApoE-/-)動脈粥樣硬化病變，上調(diào)血管細胞粘附分子-1(VCAM-1)和趨化因子MCP1的表達，導(dǎo)致浸潤至主動脈的巨噬細胞增加[21]。VCAM-1表達的增加并不局限于主動脈斑塊，也在中膜層的VSMC中發(fā)現(xiàn)，外源性使用Trp分解代謝物3-HA可以逆轉(zhuǎn)IDO抑制誘導(dǎo)的動脈粥樣硬化[21]。所有這些數(shù)據(jù)都提示，IDO介導(dǎo)的KP分解代謝物3-HAA會阻止動脈粥樣硬化的發(fā)生，研究小鼠血漿和動脈粥樣硬化區(qū)域的3-HAA水平，并確定內(nèi)源性3-HAA是否可以作為動脈粥樣硬化開始和進展的生物標(biāo)志物非常有意義。然而，KP對動脈粥樣硬化的作用存在一定爭議，一方面，IDO對動脈粥樣硬化的發(fā)生起到保護作用。據(jù)報道，它通過下調(diào)外周血、脾臟和淋巴結(jié)B細胞的抗炎細胞因子，加速ApoE-/-小鼠動脈粥樣硬化早期病變的形成[22]。然而，IDO1缺失會增加動脈粥樣硬化斑塊中巨噬細胞和T細胞的浸潤，此外，培養(yǎng)的脾B細胞中的IL-10的產(chǎn)生可由3,4，二甲氨基甘氨酰蒽酸(3,4-DAA)誘導(dǎo)，DAA是色氨酸分解代謝物AA的口服活性合成衍生物[23]。最后，DAA治療可抑制ApoE-/-小鼠動脈血管損傷后的炎癥和損傷形成，并減少細胞因子和趨化因子的產(chǎn)生。這些數(shù)據(jù)表明，IDO的上調(diào)可能在早期對動脈粥樣硬化起到保護作用。更重要的是，表達IDO1的主動脈樹突狀細胞(pDCs)通過誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細胞起保護作用，暗示IDO1可能在維持斑塊穩(wěn)定性方面發(fā)揮關(guān)鍵作用[24]。然而，另一方面，與正常飲食小鼠相比，HFD能夠顯著增加巨噬細胞和主動脈血管平滑肌細胞IDO活性，以及動脈粥樣硬化小鼠循環(huán)血中的KA和QA水平，在喂食HFD的LDLr-/-小鼠的脾臟提取物中發(fā)現(xiàn)，Kyn、KA和QA的水平均較高。此外，KP分解代謝物KA通過激活cAMP依賴途徑和抑制Erk1/2磷酸化來抑制巨噬細胞分泌IL-1[24]。人動脈粥樣硬化斑塊中高濃度的KA與不穩(wěn)定的斑塊表型有關(guān)，而在穩(wěn)定的纖維斑塊中只有低水平的KA，因此，測試內(nèi)源性KA是否可以作為動脈粥樣硬化發(fā)展斑塊不穩(wěn)定的生物標(biāo)志物很有意義。推測，IDO1在動脈粥樣硬化發(fā)生中功能差異的原因可能是由于不同的動物遺傳背景，涉及到的不同細胞類型，以及特定的KP下游突變產(chǎn)物所致。

4 KP和高血壓

高血壓是AAA發(fā)生的常見風(fēng)險因素之一，研究表明，Trp和Kyn均可以劑量依賴性的方式擴張豬冠狀動脈和小鼠主動脈血壓[6]。Trp的擴血管作用依賴于內(nèi)皮細胞并需要有活性的IDO，而Kyn的擴張血管作用與內(nèi)皮無關(guān)，它通過激活腺苷酸環(huán)化酶和可溶性鳥苷酸環(huán)化酶途徑來介導(dǎo)。靜脈注射Kyn能劑量依賴性的降低自發(fā)性高血壓大鼠的血壓，此外，IDO1在抵抗性血管的內(nèi)皮中表達，是導(dǎo)致人類敗血癥導(dǎo)致的低血壓的潛在新原因。通過1-MT抑制IDO會增加小鼠的血壓，但在缺乏IDO1的小鼠中血壓不會升高，IDO缺失會加劇缺氧誘導(dǎo)的小鼠肺動脈高壓(PH)。相比之下，通過在小鼠內(nèi)皮細胞中過表達IDO可保護缺氧誘導(dǎo)肺動脈高壓、右心室肥大以及血管重塑[25]。臨床上，高血壓患者Kyn平均水平高于普通人。此外，腎動脈手術(shù)誘導(dǎo)的雄性腎血管性高血壓大鼠血漿Kyn、KA、3-HK、AA水平較高，肝TDO活性較高，提示腎血管性高血壓與KP激活相關(guān)[26]。自發(fā)性高血壓大鼠大腦不同區(qū)域的關(guān)鍵分解代謝物KA水平明顯低于血壓正常的大鼠[27]。KA是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中煙堿受體的拮抗劑，通過注射冰凍切片KA可以降低自發(fā)性高血壓大鼠的血壓[28]。在自發(fā)性高血壓大鼠中發(fā)現(xiàn)的一種KATI錯義突變，能夠?qū)yn代謝成KA，這表明該突變可能會抑制KATI的活性，KYNU分解Kyn為AA或3-HAA也控制KA水平[26]。與正常高血壓對照組相比，自發(fā)性高血壓大鼠腦干的KYNU mRNA水平升高[29]。此外，KYNUArg188Gln突變與漢族人群的KYNU活性降低和原發(fā)性高血壓均有關(guān)。所有這些數(shù)據(jù)都表明，KA可能具有抗高血壓的功能。

5 結(jié)論與展望

盡管有多條證據(jù)表明犬尿氨酸代謝物與主動脈瘤發(fā)生關(guān)系密切，某些代謝物也可以作為疾病進展的生物標(biāo)記物，KP代謝物在其發(fā)病中具有廣泛的抗炎作用，然而，對其作用機制的研究目前仍然欠缺，炎癥廣泛參與主動脈瘤的發(fā)生過程，特異性阻斷重要炎癥信號通路如IL-1β或CCL2等。因此，通過使用特異性酶抑制劑來調(diào)節(jié)KP代謝或許未來可以作為緩解主動脈瘤的新的治療策略。