氧化應(yīng)激在動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)病中的作用研究進(jìn)展

侯雅新，林 飛，李奕帛，關(guān) 碩，孟衛(wèi)正，趙國(guó)安

(1．新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院心臟中心，河南 衛(wèi)輝 453100;2．河南省心血管損傷與修復(fù)國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，河南 衛(wèi)輝 453100；3.河南省心臟線(xiàn)粒體生物醫(yī)學(xué)工程研究中心，河南 衛(wèi)輝 453100)

冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病(coronary atherosclerotic heart disease，CAHD)在世界范圍內(nèi)占疾病總死亡率的30%左右，是心血管疾病患者最重要的死亡原因[1]。動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)是CAHD的主要病理機(jī)制。內(nèi)皮功能障礙、血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cells，VSMC)增殖遷移和泡沫巨噬細(xì)胞形成所引起的脂紋、粥樣斑塊以及纖維斑塊是AS形成與發(fā)展的首要因素[2]。氧化應(yīng)激(oxidative stress，OS)主要由活性氧(reactive oxygen species，ROS)和活性氮(reactive nitrogen species，RNS)增多引起，OS可使高活性反應(yīng)分子的產(chǎn)生和抗氧化作用之間長(zhǎng)期失衡導(dǎo)致血管內(nèi)皮重塑、組織損傷，最終發(fā)生AS[3]。大量研究顯示，在內(nèi)皮細(xì)胞(endothelial cell，EC)、VSMC和巨噬細(xì)胞中，線(xiàn)粒體功能紊亂和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase，NOX)可引起體內(nèi)ROS生成過(guò)多，并通過(guò)多種途徑造成EC功能受損、VSMC增殖遷移、巨噬細(xì)胞泡沫化和炎癥反應(yīng)，從而加速AS的發(fā)展[4]。本文旨在從EC、VSMC以及巨噬細(xì)胞3個(gè)方面論述OS對(duì)AS的影響，為冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的臨床治療提供參考。

1 OS的產(chǎn)生

生理情況下，機(jī)體氧化與抗氧化作用處于動(dòng)態(tài)平衡，體內(nèi)各種內(nèi)源性抗氧化酶可清除ROS[5]，維持細(xì)胞氧化還原自穩(wěn)態(tài)。ROS主要包括超氧陰離子(superoxide anion，O2-)、羥自由基(hydroxyl radical，OH-)和過(guò)氧化氫(hydrogen peroxide，H2O2)，同時(shí)OS相關(guān)酶如NOX、一氧化氮合酶(nitricoxide synthase，NOS)、血紅素氧合酶-1、髓過(guò)氧化物酶等參與ROS的形成。在心血管系統(tǒng)中，ROS主要由線(xiàn)粒體非偶聯(lián)呼吸和NOXs產(chǎn)生[6]。NOXs家族成員中NOX1、NOX2、NOX4和NOX5在心血管系統(tǒng)的細(xì)胞中表達(dá)，NOX2和NOX4存在于內(nèi)皮細(xì)胞中，NOX1和NOX5主要在VSMC表達(dá)，而巨噬細(xì)胞可能表達(dá)NOX1、NOX5，這些酶共同促成ROS的形成[7]。此外，轉(zhuǎn)錄活化因子、細(xì)胞間黏附分子-1(intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1)和血管細(xì)胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子、血小板生長(zhǎng)因子、缺氧復(fù)氧及缺血再灌注損傷等因素可以激活OS反應(yīng)，調(diào)控EC功能、VSMC的增殖遷移、缺血再灌注損傷以及炎癥反應(yīng)，促進(jìn)AS的形成與發(fā)展[8]。

2 OS與AS

2.1 OS調(diào)控血管內(nèi)皮細(xì)胞功能促進(jìn)AS的發(fā)展EC結(jié)構(gòu)和功能受損是AS早期發(fā)生與發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，受各種刺激因素如機(jī)械、血壓、血脂和吸煙等的影響。氧化損傷是EC結(jié)構(gòu)和功能障礙的主要原因，EC可因線(xiàn)粒體呼吸作用和NOXs生成增加使ROS產(chǎn)生過(guò)多，激發(fā)OS反應(yīng)，引起EC黏附或激活相關(guān)通路，造成EC結(jié)構(gòu)和功能受損。

2.1.1 線(xiàn)粒體呼吸作用和NOX介導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞生成ROS的機(jī)制線(xiàn)粒體膜去極化使復(fù)合物Ⅰ、Ⅲ的活性增加從而促進(jìn)ROS的產(chǎn)生，而線(xiàn)粒體膜的超極化會(huì)導(dǎo)致ROS的過(guò)量產(chǎn)生[9]。輔酶Q10(coenzyme Q10，CoQ10)是線(xiàn)粒體呼吸鏈的組成部分之一，具有減輕氧化應(yīng)激損傷、改善線(xiàn)粒體功能、促進(jìn)能量代謝等功能[10]。有研究報(bào)道，CoQ10可以通過(guò)抑制ROS的過(guò)度釋放，增加腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate,ATP)含量，從而改善線(xiàn)粒體功能，預(yù)防AS[11]。線(xiàn)粒體功能障礙介導(dǎo)的ROS生成增加可引起線(xiàn)粒體DNA功能失調(diào)，使氧化低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，ox-LDL)在血管壁沉積，導(dǎo)致AS發(fā)生[12]。

NOX是一種具有跨膜亞基的跨膜蛋白，是線(xiàn)粒體電子傳遞鏈重要組成部分和細(xì)胞產(chǎn)生ROS的重要來(lái)源。JING等[13]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)甲酚硫酸鹽可上調(diào)EC和單核細(xì)胞中NOX4表達(dá)，促進(jìn)ROS產(chǎn)生。在糖尿病胰島素抵抗模型大鼠的體內(nèi)中發(fā)現(xiàn)，NOX2可促進(jìn)ROS水平增加，且NOX抑制肽NOX2ds-ta在抑制NOX2活性后可降低胰島素抵抗的EC中OS水平，促進(jìn)一氧化氮(nitric oxide，NO)產(chǎn)生，使受損血管的舒張功能恢復(fù)并抑制AS的發(fā)展[14]。晚期糖基化終產(chǎn)物(advanced glycosylation end products，AGEs)在EC中可降低線(xiàn)粒體膜電位、ATP含量及過(guò)氧化氫酶(catalase，CAT)和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性，從而增強(qiáng)NOX活性，誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生，促進(jìn)OS； 另外，AGEs可作用于晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(receptor of advanced glycation endproducts，RAGE)而激活核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)，誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生和線(xiàn)粒體功能障礙[15-16]。

2.1.2 ROS介導(dǎo)EC損傷導(dǎo)致AS發(fā)生、發(fā)展的機(jī)制大量ROS作用于EC基底膜時(shí)可損傷機(jī)體抗氧化系統(tǒng)，降低SOD、CAT、谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶等抗氧化酶活性，導(dǎo)致EC基底膜中的脂質(zhì)氧化，引起EC屏障功能受損[17]，進(jìn)而引起血小板黏附、聚集，釋放出血小板源性生長(zhǎng)因子、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子等炎癥介質(zhì)，導(dǎo)致血管發(fā)生AS。EC屏障功能損傷引起EC中ICAM-1和VCAM-1顯著上調(diào)，進(jìn)而增強(qiáng)單核細(xì)胞對(duì)EC的黏附，并激活p38/磷脂酰肌醇-3-羥激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)/蘇氨酸激酶(serine threonine kinase,Akt)通路，產(chǎn)生ROS和激活I(lǐng)κB合酶(IκB kinase，IKK)，促進(jìn)AS的發(fā)展[18]。血管EC間縫隙連接蛋白43(connexin43，Cx43)介導(dǎo)的ROS傳遞導(dǎo)致酪氨酸激酶2(janus kinase 2，JAK2)/轉(zhuǎn)錄因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)信號(hào)通路失活，引起下游基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloprotein，MMP)-2和MMP-9表達(dá)減少[19]，降低黏附分子表達(dá)和單核-內(nèi)皮細(xì)胞黏附導(dǎo)致AS發(fā)生。有研究報(bào)道，在AS斑塊中ROS可以激活酪氨酸激酶，使血管EC間鈣黏蛋白等細(xì)胞連接分子磷酸化，促進(jìn)血管內(nèi)皮屏障功能受損，造成大量紅細(xì)胞和白細(xì)胞溢出、斑塊內(nèi)出血及斑塊破裂，使AS斑塊惡化導(dǎo)致心肌梗死[20]。

ROS通過(guò)多種通路發(fā)揮OS作用。研究顯示，刺激AMPK/沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silent information regulator，SIRT1)信號(hào)通路可增加細(xì)胞內(nèi)炎癥反應(yīng)，使細(xì)胞內(nèi)ROS水平明顯升高、線(xiàn)粒體膜電位水平顯著降低，導(dǎo)致膽固醇結(jié)晶誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞焦亡，促進(jìn)AS斑塊的發(fā)展[21]。ROS可通過(guò)干擾NO信號(hào)通路，介導(dǎo)內(nèi)皮功能障礙和血管異常，導(dǎo)致eNOS解偶聯(lián)。當(dāng)eNOS解偶聯(lián)時(shí)，使NO轉(zhuǎn)變?yōu)镺2-和過(guò)氧亞硝基陰離子，引起NO總量減少、生物利用度降低，導(dǎo)致血管舒張受限，促進(jìn)AS發(fā)展[22]。精氨酸酶上調(diào)可使eNOS解偶聯(lián)，導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙和血管僵硬。有研究報(bào)道，在高糖條件下，L-瓜氨酸和L-精氨酸均能降低ROS的產(chǎn)生和p67phox的表達(dá)，促進(jìn)eNOS解偶聯(lián)而轉(zhuǎn)化為NO，具有延緩EC衰老及抗AS作用[23]。DUBOIS-DERUY等[24]研究報(bào)道，血管緊張素II(angiotensin II，AngII)和NO之間的失衡可以抑制eNOS，加速apoE-/-小鼠的動(dòng)脈粥樣硬化；N-硝基-L-精氨酸甲酯激活腎素-血管緊張素系統(tǒng)可使ROS和誘導(dǎo)性NOS上調(diào)，促進(jìn)AS發(fā)展。MAEDA等[25]研究報(bào)道，利伐沙班可以激活eNOS，抑制p22phox，增加血漿NOX水平，降低O2-，抑制EC衰老，恢復(fù)EC功能，防止AS的發(fā)展。

2.2 OS通過(guò)調(diào)控VSMC增殖、遷移促進(jìn)AS發(fā)生、發(fā)展VSMC是組成血管壁的一種多潛能細(xì)胞，在維持血管壁的結(jié)構(gòu)、張力及血管重塑中發(fā)揮重要作用。在OS環(huán)境下，VSMC中的線(xiàn)粒體呼吸作用減弱引起過(guò)量ROS的產(chǎn)生，促使VSMC增殖、遷移以及細(xì)胞外基質(zhì)的大量蓄積，加速AS的發(fā)展及血管重塑。

2.2.1 線(xiàn)粒體呼吸作用和NOXs誘導(dǎo)VSMC中ROS的產(chǎn)生線(xiàn)粒體呼吸作用減弱使ATP生成減少，促進(jìn)AKT磷酸化、抑制基質(zhì)金屬蛋白酶-9活化，進(jìn)而促進(jìn)ROS產(chǎn)生[26]。肥胖、高血脂、高血壓、吸煙、糖尿病、衰老等多種因素均會(huì)引起線(xiàn)粒體中ROS產(chǎn)生增加，進(jìn)而損傷線(xiàn)粒體DNA；同時(shí)線(xiàn)粒體DNA損傷又可以削弱VSMC呼吸復(fù)合體的表達(dá)和線(xiàn)粒體呼吸，導(dǎo)致線(xiàn)粒體ROS水平增加并使ATP產(chǎn)生減少[27]，形成惡性循環(huán)，促進(jìn)AS的形成及發(fā)展[28]。

線(xiàn)粒體中NOXs可通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)電子跨膜，消耗O2發(fā)生催化反應(yīng)，所生成的O2-和H2O2是ROS合成的重要成分[8]。研究指出，AngⅡ可誘導(dǎo)NOX1刺激線(xiàn)粒體ROS產(chǎn)生，導(dǎo)致線(xiàn)粒體功能障礙和血管衰老[29]，且線(xiàn)粒體ROS可誘導(dǎo)吞噬細(xì)胞和心血管組織中NOX1的激活，進(jìn)而促進(jìn)AS[30]。聚合酶d-相互作用蛋白2(polymerase d-interacting protein 2，Poldip2)是協(xié)助NOX4參與OS的重要蛋白，Poldip2缺乏會(huì)誘導(dǎo)代謝重編程，抑制線(xiàn)粒體呼吸并增加糖酵解活性，促進(jìn)VSMC表型調(diào)節(jié)[31]，但Poldip2增多同時(shí)可使NOX4活性增強(qiáng)而刺激ROS的產(chǎn)生，促進(jìn)VSMC增殖遷移及新生內(nèi)膜的形成[32]。

2.2.2 ROS誘導(dǎo)VSMC遷移和增殖促進(jìn)AS發(fā)生、發(fā)展的機(jī)制ROS是保持細(xì)胞氧化穩(wěn)態(tài)和細(xì)胞信號(hào)通路的重要調(diào)節(jié)因子，在多種通路中均發(fā)揮關(guān)鍵作用。有研究報(bào)道，高糖可增加AGEs、ICAM-1和黏著斑激酶(focal adhesion kinase，F(xiàn)AK)等炎癥因子的表達(dá)及ROS的增加，促進(jìn)VSMC增殖、黏附和遷移；激活ROS后可觸發(fā)p38信號(hào)誘導(dǎo)NF-κB，增加白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-6產(chǎn)生而促進(jìn)VSMC發(fā)生分化、遷移和增殖，導(dǎo)致脂質(zhì)蓄積而促進(jìn)AS的發(fā)生、發(fā)展[15]。研究發(fā)現(xiàn)，AGEs通過(guò)刺激NOXs產(chǎn)生ROS在VSMC凋亡和鈣沉積中發(fā)揮重要作用[33]。核因子E2相關(guān)因子2/血紅素加氧酶-1(nuclear factor-E2-related actor 2/heme oxygenase，Nrf2/HO-1)信號(hào)軸是OS調(diào)節(jié)的重要信號(hào)軸之一，具有抗炎、抗氧化、減少線(xiàn)粒體損傷等作用。在體外誘導(dǎo)高糖情況下，上調(diào)microRNA-24可通過(guò)激活Nrf2/Ho-1信號(hào)抑制細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)性ROS的產(chǎn)生及丙二醛和NOX的活性，從而抑制OS反應(yīng)[34]，促進(jìn)糖尿病大鼠的血管重塑。

2.2.3 血紅素氧合酶-1和髓過(guò)氧化物酶參與VSMC增殖氧化應(yīng)激催化酶除NOXs和NOS參與ROS產(chǎn)生外，還有血紅素氧合酶-1、髓過(guò)氧化物酶，其也參與ROS的產(chǎn)生。研究指出，HO-1可以通過(guò)降解血紅素產(chǎn)生的一氧化碳抑制VSMC從動(dòng)脈中層向內(nèi)膜的遷移和增殖[35]。另有學(xué)者研究報(bào)道，抑制Krüppel樣因子10表達(dá)可上調(diào)HO-1，使ROS產(chǎn)生減少，進(jìn)而對(duì)高糖暴露的VSMC產(chǎn)生抗氧化作用。髓過(guò)氧化物酶作為體內(nèi)ROS產(chǎn)生的主要催化酶之一，可催化底物H2O2生成次氯酸，進(jìn)而釋放ROS，從而損傷血管壁，誘導(dǎo)炎癥介質(zhì)產(chǎn)生，促進(jìn)VSMC增殖，使管腔發(fā)生狹窄引起CAHD[36]。

2.3 OS通過(guò)調(diào)控巨噬細(xì)胞免疫炎癥參與AS發(fā)生、發(fā)展巨噬細(xì)胞是一種多功能的免疫細(xì)胞，在AS的形成和發(fā)展中發(fā)揮重要作用。ox-LDL、炎癥因子、NOXs等因素刺激引起的一系列OS反應(yīng)可使ROS生成過(guò)多，導(dǎo)致巨噬細(xì)胞源性泡沫細(xì)胞的形成和凋亡以及免疫炎癥反應(yīng)，致使AS形成。

2.3.1 巨噬細(xì)胞中NOXs誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生的機(jī)制NOX1和NOX5在巨噬細(xì)胞中發(fā)揮顯著的致AS作用。BARTON等[37]研究報(bào)道，糖尿病ApoE-/-小鼠敲除NOX1具有顯著的抗AS作用，這一作用與ROS生成減少、趨化因子表達(dá)減弱、白細(xì)胞黏附和巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)減少以及促炎和促纖維化標(biāo)志物表達(dá)降低有關(guān)。MANEA等[38]研究發(fā)現(xiàn)，NOX5調(diào)節(jié)Ca2+水平使血管發(fā)生OS，當(dāng)巨噬細(xì)胞暴露于較高濃度的γ-干擾素或ox-LDL時(shí)，NOX5蛋白表達(dá)會(huì)呈劑量依賴(lài)性增加，細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度也會(huì)升高；而應(yīng)用小干擾RNA沉默NOX5蛋白表達(dá)后，Ca2+依賴(lài)的NOX活性下降，促使選擇性Ca2+載體A23187誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞中ROS形成減少，從而減輕AS嚴(yán)重程度。

2.3.2 ROS誘導(dǎo)泡沫巨噬細(xì)胞的形成和凋亡參與AS的發(fā)生、發(fā)展ROS增加能夠促進(jìn)ox-LDL引起的泡沫細(xì)胞形成，從而加重炎癥反應(yīng)、巨噬細(xì)胞凋亡、易損斑塊破裂和繼發(fā)血栓的形成[39]。研究表明，ox-LDL能促進(jìn)ROS的生成增多，降低 SOD的活性及IL-37水平，使膽固醇在巨噬細(xì)胞內(nèi)聚集，產(chǎn)生泡沫細(xì)胞，加速AS[40]。同時(shí)，ox-LDL可上調(diào)氧化低密度脂蛋白受體-1(lectin-like oxidized low density lipoprotein receptor-1，LOX-1)基因調(diào)節(jié)鈣蛋白酶，引起巨噬細(xì)胞遷移和泡沫細(xì)胞形成。重組人硫氧還蛋白通過(guò)抑制ROS的產(chǎn)生，激活p38 絲裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPKs)和血凝素樣LOX-1表達(dá)，從而抑制ox-LDL刺激的泡沫細(xì)胞形成和巨噬細(xì)胞凋亡[41]，因此，這一通路可能成為治療AS的潛在機(jī)制。體外研究發(fā)現(xiàn)，ox-LDL刺激巨噬細(xì)胞后產(chǎn)生的ROS可以激活NLRP3炎癥小體引起 AS，硫氧還蛋白還原酶-1可以減少ROS進(jìn)而抑制NLRP3炎癥小體的作用，發(fā)揮抗AS作用[42]。巨噬細(xì)胞受體CD36結(jié)合ox-LDL后可介導(dǎo)血管生成、單核細(xì)胞分化、巨噬細(xì)胞中脂質(zhì)積累、脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)和細(xì)胞凋亡的負(fù)調(diào)控，促進(jìn)AS的發(fā)生[9]。Szeto-Schiller 31(SS-31)可特異性靶向清除線(xiàn)粒體內(nèi)膜的ROS。通過(guò)細(xì)胞內(nèi)油紅O染色和膽固醇含量的測(cè)定證明，SS-31可能通過(guò)清除ROS和抑制膽固醇流入而對(duì)泡沫細(xì)胞形成中的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生有益作用[43]。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

生理情況下，適當(dāng)?shù)腛S使得機(jī)體氧化與過(guò)氧化保持平衡，對(duì)機(jī)體具有保護(hù)作用；而線(xiàn)粒體功能紊亂和NOXs生成過(guò)多等因素可促使ROS生成過(guò)多及抗氧化酶活性降低，細(xì)胞內(nèi)DNA、RNA、蛋白質(zhì)以及脂質(zhì)等將受到過(guò)氧化損傷，引起不同細(xì)胞功能異常，促使內(nèi)皮功能障礙、VSMC遷移和增殖以及巨噬細(xì)胞免疫炎癥等病理反應(yīng)，導(dǎo)致AS的發(fā)生、發(fā)展。目前臨床中常用的維生素、葉酸可改善內(nèi)皮功能發(fā)揮抗氧化作用；多酚類(lèi)藥物可增加eNOS的表達(dá)和激活發(fā)揮抗炎和抗氧化作用。同時(shí)，通過(guò)線(xiàn)粒體靶向療法改善線(xiàn)粒體功能、抑制ROS的大量產(chǎn)生、減輕OS有望成為臨床治療AS的重要靶點(diǎn)，并可顯著降低AS患者的發(fā)病率及不良心血管事件，改善CAHD患者的預(yù)后。