植物雌激素對心血管內皮祖細胞的類雌激素保護作用的研究進展

孟園，李平，劉欣，袁晶

(北京中醫(yī)藥大學第三附屬醫(yī)院心內科，北京 100029)

心血管疾病(cardiovascular diseases，CVD)是引起死亡率升高和生活質量下降的主要因素之一，女性絕經后CVD的發(fā)生風險顯著增加，可能與該時期雌激素水平降低有關[1]。研究發(fā)現，健康女性在絕經早期已出現明顯的內皮功能下降，這是CVD的重要危險因素[2]。炎癥、活性氧類及微RNA可導致內皮損傷及功能障礙，內皮損傷后可通過激活自身的吞噬功能進行修復，但損傷嚴重時則會出現炎癥反應、氧化應激和血小板激活等，加速CVD的發(fā)生發(fā)展[3]。內皮祖細胞(endothelial progenitor cells，EPCs)是內皮前體細胞，屬于干細胞系，在一定條件下可分化為內皮細胞，參與血管內皮修復，但其數量和功能有限，作用局限，且心血管危險因素的持久刺激亦會損傷EPCs的功能并致其老化。研究表明，雌激素能減輕炎癥反應和氧化應激，提高一氧化氮(nitric oxide，NO)利用率，改善內皮功能障礙[4]。而外源性雌激素可能通過血管內皮對絕經后女性的CVD產生一定的保護作用，但需要綜合評價開始治療時間、藥物劑型、劑量、配方及心血管不良事件評估等因素[5]。植物雌激素具有類雌激素樣作用，能通過提高EPCs的數量和功能等改善血管內皮功能，具有抑制血管平滑肌增殖、舒張血管、抗氧化、抗炎癥、抑制血栓形成等作用[6]，能延緩動脈粥樣硬化、高血壓、高血脂及糖尿病等的進展[7-8]?，F就植物雌激素對心血管EPCs的類雌激素保護作用的研究進展進行綜述。

1 內皮功能障礙與EPCs

血管內皮細胞為單層扁平細胞，具有一定的細胞再生能力，生理狀態(tài)下，血管內皮可隔離血液和平滑肌層發(fā)揮屏障作用，維持血管的基本結構和功能，并分泌抗凝物質和NO等血管活性物質和細胞因子等，發(fā)揮抗炎、保持抗凝和促凝的平衡及血管舒縮平衡的作用。年齡、性別、高血壓、高血脂、高血糖及高水平同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)等均是內皮功能障礙的獨立危險因素，機體在上述因素影響下通過炎癥、氧化應激及凋亡等介導造成血管內皮結構和功能損傷，即內皮功能障礙，其中NO的合成和利用障礙是發(fā)生內皮功能障礙的核心。內皮功能障礙主要表現為血管舒縮功能異常、促凝和抗凝失衡及炎癥反應等，因此是高血壓、動脈粥樣硬化等發(fā)生的重要因素。

內皮損傷后內質網膜可將損傷或壞死物質包裹形成自噬小體，細胞通過自噬作用將受損的蛋白質和細胞器降解或排出，從而改善細胞功能、減輕氧化應激和炎癥反應等，阻斷內皮細胞的深度損傷[9]。同時，損傷周邊區(qū)的內皮細胞可通過遷移、增殖等啟動內皮再生功能，填補損傷區(qū)域。但內皮損傷嚴重、出現內皮功能障礙時，細胞的自噬和再生能力也減弱，難以進行大面積修復。借助干細胞進行修復為改善內皮功能障礙提供了新思路。進行內皮功能修復的干細胞有EPCs、多能胚胎干細胞和誘導性多功能干細胞等，EPCs因具有自體獲得性、臨床安全性和遺傳譜系穩(wěn)定等特點備受關注，不僅能修復損傷內皮，還具有強大的血管生成作用。

EPCs是指能分化為成熟內皮細胞和促進血管形成的細胞，由骨髓基質細胞分化而來，主要分布于骨髓、外周血、脾臟以及胎肝中，具有增殖、遷移、黏附、血管形成及旁分泌等功能。當機體受到缺血、缺氧等刺激損傷內皮細胞時，一方面EPCs通過旁分泌功能促進損傷區(qū)周邊的內皮細胞增殖和遷移等，以修復損傷區(qū)域；另一方面EPCs在血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)和基質細胞衍生因子1等因子的動員下，可從成體骨髓遷移并黏附至損傷區(qū)，并不斷進行增殖、分化為成熟內皮細胞，在損傷部位合并入內皮細胞層以參與修復受損的內皮細胞。

EPCs具有較強的復制能力，能改善內皮功能障礙，衰老、高血壓、高脂血癥、糖尿病、代謝綜合征等對EPCs的數量和功能具有抑制作用[10-11]。EPCs對CVD的發(fā)生具有預測作用，循環(huán)EPCs水平降低及體外EPCs數量減少和功能下降可增加CVD的發(fā)生風險[12]。

2 雌激素的內皮保護作用及雌激素替代療法

研究顯示絕經前女性的循環(huán)EPCs水平明顯高于絕經后女性，絕經后女性的EPCs水平與年齡匹配的男性無明顯差別[13-14]，表明雌激素可能發(fā)揮了保護作用。雌激素能促進血管舒張、抑制氧化應激和炎癥反應、調節(jié)脂質水平等[15]，具有血管保護作用，同時還能促進EPCs的增殖、遷移和黏附能力[16]，并顯著改善由端粒酶活性和氧化應激損傷所致的EPCs衰老和凋亡[17]，抑制CVD的進程。

雖然雌激素能改善EPCs的數量和功能，具有一定的內皮保護作用，但目前激素替代療法在CVD的適應證(包括應用年齡等)、不良反應和禁忌證等方面還存在爭論。雌激素補充治療對絕經后CVD具有一定的治療作用，但可能增加高脂血癥、靜脈血栓和乳腺癌等發(fā)生風險[18]。研究表明激素替代療法能減少絕經早期婦女(絕經<10年)的心力衰竭、心肌梗死等CVD的發(fā)生而不增加癌癥、血栓的風險，但對于絕經晚期患者則無此作用[19]。有研究分別對絕經早期(絕經<6年)和絕經晚期(絕經≥10年)女性給予雌二醇干預，發(fā)現早期干預后動脈粥樣硬化進展明顯減緩，晚期則無明顯作用[20]。但有研究指出心肌梗死史、腦卒中史、凝血障礙史等應為雌激素應用的禁忌證[21]。

3 植物雌激素的心血管內皮保護作用

植物雌激素是一種天然的非甾體類化合物，主要來源于中藥材，可分為以下幾類。①異黃酮類：主要來源于豆類，包括大豆異黃酮、染料木黃酮(又稱染料木素)、葛根素等，也是研究較多的一類；②木脂素類：屬植物次生代謝物，可經體內腸道菌群的作用轉化而成，可來源于蔬菜、水果、谷物等，在芝麻和亞麻籽中含量最高，如去甲二氫愈創(chuàng)木酸、腸內酯和腸二醇等；③香豆素類：有補骨脂素、蛇床子素等；④萜類：如丹參酮ⅡA，三萜類(如三七皂苷R1、人參皂苷、柴胡皂苷d)；⑤其他：真菌類(如α-玉米赤霉醇)、二苯乙烯類(如白藜蘆醇)。

酚類環(huán)是植物雌激素發(fā)揮雌激素效應的關鍵結構[22]，在人體內對雌激素受體的親和力是雌二醇的萬倍以上，可迅速與雌激素受體結合，主要通過與雌激素受體結合、作用于下丘腦-垂體-性腺軸、與芳香化酶相互作用等方式[23]發(fā)揮弱雌激素和抗雌激素的雙重作用[24]。植物雌激素具有保護血管、改善血脂和血管炎癥以及抗氧化等作用，能減少CVD和危險事件的發(fā)生，現從抗衰老、抗高血壓、調節(jié)血脂、抗糖尿病和高糖狀態(tài)以及改善炎性狀態(tài)5個方面論述植物雌激素對心血管系統(tǒng)的保護作用。

3.1抗衰老 在沒有其他危險因素作用的情況下，衰老本身會對機體造成不利影響，主要體現在機體組織和器官等功能的逐漸喪失。目前認為衰老主要包括氧化應激、端粒損耗、細胞凋亡和干細胞枯竭等[25]。①抗氧化應激：正常狀態(tài)下，細胞線粒體、內質網及過氧化物酶體的代謝等均可產生自由基，通過機體的抗氧化酶系統(tǒng)(超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶等)和非酶類抗氧化劑(谷胱甘肽、維生素E、維生素C等)進行清除。機體自由基的產生與抗氧化系統(tǒng)發(fā)生失衡、自由基產生過多時，可造成細胞膜脂質過氧化增強、蛋白質功能障礙、核酸和染色體破壞等，引起細胞衰老和凋亡，導致細胞功能損傷和障礙。核因子E2相關因子2(nuclear factor-erythroid 2 related factor 2,Nrf2)是機體抗氧化通路的重要轉錄因子，細胞受到氧化刺激時，Nrf2解離并與抗氧化反應組件結合，啟動下游基因-血紅素加氧酶-1(heme oxygenase-1,HO-1)表達以抑制還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase，NOX)活性和減少活性氧類的產生。葛根素能調節(jié)超氧化物歧化酶和丙二醛水平、上調細胞HO-1和Nrf-2蛋白表達，減輕EPCs氧化損傷，其機制可能與Nrf2/HO-1通路的激活有關[26]。過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor,PPAR)是一類核轉錄因子，屬于核激素受體超家族，能調節(jié)脂質代謝、血管炎癥和細胞增殖等過程。白藜蘆醇通過激活PPARγ/HO-1信號通路，降低NOX表達，從而抑制氧化反應對EPCs的損傷[27]。沉默信息調節(jié)因子1屬于蛋白質脫乙酰基酶家族，可通過下游蛋白核因子κB、NOX和超氧化物歧化酶等來調控氧化應激、細胞衰老和凋亡，保護血管內皮[28]。但沉默信息調節(jié)因子1的水平和活性可隨年齡的增加而逐漸下降，柚皮苷能激活沉默信息調節(jié)因子1酶活性和增強沉默信息調節(jié)因子1表達，并抑制活性氧類、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和白細胞介素-6(interleukin-6,IL-6)的產生[29]。②抗端粒耗損：端粒酶可阻止端粒極短時激活的細胞衰老[30]，白藜蘆醇可通過激活蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)信號轉導提高端粒酶活性，延緩EPCs的衰老[31]。③抗細胞凋亡：胱天蛋白酶(caspase)是一類在細胞凋亡和炎癥反應中起關鍵作用的蛋白水解酶，caspase-3是細胞凋亡途徑中的必備物質，Bax和Bcl-2是細胞凋亡的關鍵蛋白，白藜蘆醇能抑制促凋亡蛋白Bax及caspase-3蛋白的表達，促進抗凋亡蛋白Bcl-2的表達，從而抑制EPCs凋亡，增加EPCs數量和功能[32]。槲皮素屬于黃酮類雌激素，能通過激活胞外信號調節(jié)激酶通路啟動EPCs自噬程序，保護EPCs免受氧化損傷[33]。

3.2抗高血壓 高血壓是CVD的重要危險因素，隨著雌激素水平的降低，絕經后高血壓的發(fā)生率不斷增加，能通過腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)機制和內皮系統(tǒng)機制等造成內皮功能障礙。高血壓患者發(fā)生內皮功能障礙的原因可能與氧化損傷[34]和炎癥[35]等有關。內皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)是NO合成中的關鍵酶，其活性與鈣調素有關。金雀異黃素[36]和槲皮素[37]均能降低自發(fā)性高血壓大鼠的血壓水平，其機制可能與增加鈣調素-1表達和減少活性氧類產生從而提高eNOS活性有關，金雀異黃素還能通過G蛋白偶聯途徑促進eNOS磷酸化和自發(fā)性高血壓大鼠的內皮舒張，改善內皮功能[38]。與周齡的京都Wistar大鼠組相比，自發(fā)性高血壓大鼠中骨髓來源的EPCs的增殖、遷移、黏附功能及NO分泌能力等明顯降低[39]。葛根素能抑制活性氧類生成、降低TNF-α、IL-6及黏附分子等的表達，減輕血管緊張素Ⅱ對EPCs的損傷，其可能是通過激活胞外信號調節(jié)激酶1/2-Nrf2通路抑制炎癥和氧化損傷發(fā)揮作用[40]。

H型高血壓是指伴有高水平Hcy的原發(fā)性高血壓，高水平Hcy是動脈粥樣硬化和血栓等CVD的重要危險因素。Hcy是蛋氨酸和半胱氨酸代謝的中間產物，當Hcy出現代謝障礙或肝腎功能不全時，體內Hcy升高，通過氧化應激、炎癥反應、細胞凋亡及甲基化等機制抑制EPCs的數量并削弱其功能。Hcy促進EPCs凋亡的途徑可能有激活促分裂原活化的蛋白激酶通路和caspase、抑制磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)/Akt等[41]。蛋白激酶C活化途徑是Hcy代謝障礙和氧化損傷的重要通路，其中蛋白激酶C亞型β是Hcy的主要靶點，嚴重的高Hcy血癥可通過蛋白激酶C激活單核細胞NOX，從而導致氧化應激和內皮功能障礙[42]。人參皂苷Rb1能激活PI3K/Akt通路，抑制蛋白激酶C活化，減輕Hcy誘導的氧化損傷和細胞凋亡[43]?；|細胞衍生因子1和VEGF是EPCs的重要動員因子，能將成體骨髓中的EPCs動員至外周血，基質細胞衍生因子1/CXC趨化因子受體軸在EPCs動員、歸巢和遷移中發(fā)揮重要作用。人參皂苷Rb1通過激活VEGF/p38促分裂原活化的蛋白激酶和基質細胞衍生因子1/CXC趨化因子受體4通路來改善EPCs的功能[44]。研究顯示，Hcy能通過Akt/eNOS通路抑制內皮功能[45]，α-玉米赤霉醇可升高主動脈eNOS表達水平，降低Hcy水平，減輕血管內皮損傷[46]。

3.3調節(jié)血脂 血脂水平在動脈粥樣硬化、冠心病等CVD中發(fā)揮著重要作用，與男性相比，絕經后女性脂質代謝開始出現紊亂，主要表現為總膽固醇、三酰甘油、低密度脂蛋白水平升高和高密度脂蛋白水平下降，并成為CVD的重要危險因素之一。載脂蛋白B是重要的脂解酶，主要通過結合和轉運脂質來調節(jié)血脂平衡。肝臟合成的載脂蛋白B減少能抑制極低密度脂蛋白的聚集和分泌，從而導致低密度脂蛋白合成減少。大豆異黃酮具有較強的雌激素活性，能明顯改善血脂代謝紊亂，可能與肝臟中載脂蛋白B mRNA的表達降低、調節(jié)肝代謝有關[47-48]。研究表明高脂血癥患者中EPCs功能降低，包括黏附、遷移和成管能力，同時NOX-2和NOX-4的表達和活性增加，NOX可促進組織活性氧類生成增加，表明高脂血癥患者中EPCs功能的損傷可能與氧化應激相關[49]。PPARα能促進三酰甘油的分解、脂肪酸的轉運、β-氧化及酮體生成等過程，提高脂蛋白脂酶活性促進極低密度脂蛋白和低密度脂蛋白降解；PPARβ能增強三酰甘油的代謝過程和調節(jié)載脂蛋白B水平，從而調節(jié)血脂水平。Formononetin(黃芪的根部提取物)的合成衍生物——XH601能顯著降低高脂飲食倉鼠的血清三酰甘油、總膽固醇、低密度脂蛋白、載脂蛋白B和載脂蛋白E水平，升高高密度脂蛋白水平，其機制可能與上調PPARα和PPARβ的表達有關[50]。人參皂苷Rg3能逆轉氧化型低密度脂蛋白誘導的內皮功能障礙，抑制內皮細胞中血管細胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)和細胞間黏附分子-1(intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1)的分泌及單核細胞黏附，還能降低高脂小鼠中低密度脂蛋白、VCAM-1和ICAM-1水平，升高高密度脂蛋白水平，其機制可能與上調PPARγ的表達和抗炎作用有關[51]。三七總皂苷可明顯改善血脂異?；颊逧PCs的數量[52]，葛根素不僅能改善高脂血癥患者的脂質代謝水平，還能提高NO并降低ET-1水平來改善內皮功能[53]。VEGF是EPCs的重要動員因子，可促進EPCs從成體骨髓動員至外周血，再歸巢至損傷區(qū)。人參皂苷Rh2可能通過升高外周血EPCs數量及血清VEGF水平來改善EPCs功能，以降低高脂飲食下缺血再灌注損傷大鼠的血脂水平，降低CVD發(fā)病率[54]。

3.4抗糖尿病和高糖狀態(tài) 糖尿病是一種慢性代謝疾病，可引發(fā)多種CVD和危險事件，并成為2型糖尿病患者死亡的主要原因。內皮功能障礙可能是糖尿病引發(fā)心血管并發(fā)癥的重要原因，而高血糖和胰島素抵抗能抑制EPCs的主要功能，促進其凋亡，加重內皮功能障礙[55]。有研究表明，糖尿病患者可通過抑制相關通路、增加晚期糖基化終末產物生成、促進氧化損傷和炎癥反應、影響細胞自噬及促進細胞凋亡等降低EPCs功能[56]。PI3K/Akt通路不僅通過調控eNOS來促進NO的生成，進而改善EPCs的遷移和動員，該通路本身對EPCs的增殖和動員也有調節(jié)作用。晚期糖基化終末產物是糖類、蛋白質和核酸上的氨基經非酶促反應和翻譯修飾而成的終末產物，并主要通過與血管內皮細胞上的晚期糖基化終末產物受體結合啟動炎癥反應和氧化應激，造成內皮功能障礙和血管損傷。晚期糖基化終末產物的累積可致Syndecan-4(Synd 4)脫落，進而損傷細胞功能。Synd 4是一種細胞表面硫酸乙酰肝素蛋白多糖，具有促進EPCs遷移、黏附及血管生成的作用[57]。淫羊藿苷能改善高糖誘導的EPCs功能障礙，提高其增殖、遷移和血管形成能力，可能與激活Akt/eNOS/NO通路有關[58]。白藜蘆醇能抑制晚期糖基化終末產物誘導的EPCs上的Synd 4脫落，改善EPCs的損傷及功能異常，并通過調節(jié)Synd 4/Akt/eNOS通路逆轉EPCs功能障礙[59]。丹參酮ⅡA能增加外周血中基質細胞衍生因子1水平和上調CXC趨化因子受體4表達，促進EPCs從骨髓動員至外周血[60]。有研究顯示，丹參酮ⅡA聯合葛根素可降低糖尿病大鼠血清胰島素水平及主動脈中單核細胞趨化蛋白-1、TNF-α、VCAM-1和ICAM-1表達等，其機制可能與抑制炎癥反應相關[61]。

3.5改善炎性狀態(tài) 長期慢性炎癥是多種CVD發(fā)生發(fā)展的核心過程和重要危險因素，炎癥分子、趨化因子、轉錄因子、黏附分子、白細胞介素和VEGF等是炎癥和慢性CVD發(fā)生的重要介質[62]。研究發(fā)現，木脂素的攝入量與血管炎癥和內皮功能障礙呈負相關[63]，核因子κB途徑是溝通炎癥反應和CVD的重要信號通路，正常狀態(tài)下存在于細胞質，與其抑制性蛋白結合而處于未活化狀態(tài)。內皮損傷后，在IL-6和TNF-α等炎癥因子刺激下，核因子κB與抑制性蛋白分離、活化并轉移至細胞核，可調控多種細胞因子、炎癥介質及氧化相關酶等的表達。丹參酮ⅡA具有抗炎作用，能抑制TNF-α誘導EPCs分泌VCAM-1和ICAM-1，可能與阻斷核因子κB途徑和降低EPCs黏附作用有關[64]。環(huán)腺苷酸是一種信號分子，能激活下游分子cAMP依賴性蛋白激酶A，并通過cAMP反應元件組合蛋白，引發(fā)內皮通透性增加和屏障受損，造成內皮功能障礙[65]。金雀異黃素能改善TNF-α誘導的血管內皮炎癥，降低ICAM-1、VCAM-1、單核細胞趨化蛋白-1和IL-6等炎癥因子水平，可能與抑制cAMP/蛋白激酶A通路有關[66]。Krüppel樣因子屬于轉錄因子家族，與細胞增殖、發(fā)育和凋亡等相關，Krüppel樣因子2則主要負責細胞遷移和血管運動功能等，白藜蘆醇能通過上調Krüppel樣因子2表達抑制TNF-α誘導的炎癥損傷，降低EPCs中VCAM-1、ICAM-1表達，提高EPCs的遷移、黏附和血管生成能力[67]。

4 展 望

作為干細胞系之一，EPCs有廣闊的臨床應用前景，但直接應用可能會由于缺氧和缺乏營養(yǎng)等導致EPCs功能下降或出現異常，因此需進行改良，如可將多種生長因子、基因、藥物等整合至EPCs中，增強其功能。EPCs作為干細胞療法目前仍處于基礎研究階段，需考慮其應用時機、應用方式、應用細胞類型等因素。盡管植物雌激素能顯著改善EPCs的功能，促進血管內皮修復，具有抗炎癥、抗氧化損傷和舒張血管等心血管保護作用，并可降低絕經后女性的CVD發(fā)病率，但目前植物雌激素的研究仍存在多種問題：①大多數研究處于基礎實驗階段，缺乏臨床研究；②植物雌激素種類繁多，生物特性和作用機制存在差異，無統(tǒng)一的評判標準；③植物雌激素的類雌激素作用機制闡述不深入且不全面等。因此，應以祖細胞為切入點，深入研究植物雌激素在心血管疾病中發(fā)揮的作用和機制，以更好地指導CVD的臨床治療。