血管老化發(fā)生機制及相關(guān)靶點的研究進展

王凱 范小璇 王歡 楊永鋒 馬思田 趙曉平

作者單位：712000 陜西省咸陽市，陜西中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院(王凱，王歡，楊永鋒，馬思田)；712000 陜西省咸陽市，陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院腦外科，陜西省中醫(yī)腦病臨床研究中心(范小璇，趙曉平)

血管老化是指隨著年齡增長，血管結(jié)構(gòu)及功能發(fā)生的退行性改變[1]。在細胞層面表現(xiàn)為血管內(nèi)皮細胞(ECs)和血管平滑肌細胞(VSMCs)的形態(tài)學(xué)改變；在組織學(xué)層面主要表現(xiàn)為血管內(nèi)皮和中層結(jié)構(gòu)及功能的改變，具體表現(xiàn)為血管內(nèi)皮下層的結(jié)締組織數(shù)量、脂質(zhì)和鈣的含量隨年齡增長而增加，血管平滑肌層增厚，彈性蛋白減少，血管鈣化發(fā)生[2]。研究認為，血管老化在人體衰老過程中起著決定作用，中老年人心腦血管疾病的發(fā)生與血管老化也存在著密切的聯(lián)系[3]。因此，深入地探索研究血管老化的機制及相關(guān)靶點對心腦血管疾病的防治具有重要意義。

1 血管老化的發(fā)生機制

1.1 炎癥反應(yīng) 炎癥是衰老最常見的生物學(xué)特征。即使在生理衰老過程中，血管基因表達譜中也存在炎性變化，例如炎性細胞因子、趨化因子、黏附分子和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶變化。血漿中IL-6、IL-18、CRP和TNF-α等炎性標志物的濃度在衰老的人體中持續(xù)升高，而這些炎癥介質(zhì)的慢性升高會導(dǎo)致機體內(nèi)活性氧(ROS)水平升高[4]。ROS形成的異常增加使ROS的產(chǎn)生與分解之間存在不平衡，自由基的蓄積會通過修飾或干涉細胞蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和DNA引起細胞大分子的氧化損傷，進而發(fā)生氧化應(yīng)激，而氧化應(yīng)激發(fā)生后可通過缺氧誘導(dǎo)因子 1α(HIF-1α)和血管內(nèi)皮生長因子/血管內(nèi)皮生長因子受體2(VEGF/VEGFR-2)信號傳導(dǎo)促使血管內(nèi)皮損傷，從而加速血管老化進程。研究還發(fā)現(xiàn)，ROS異常增加可以促進炎癥介質(zhì)的分泌，當體內(nèi)ROS不斷產(chǎn)生導(dǎo)致氧化應(yīng)激后，DNA的損傷、炎癥因子的異常表達會再次引起炎癥反應(yīng)[5-6]。這一過程導(dǎo)致了“炎癥反應(yīng)-ROS異常升高-氧化應(yīng)激”的惡性循環(huán)，從而反復(fù)損傷血管內(nèi)皮，加速血管老化。

1.2 內(nèi)皮功能障礙 內(nèi)皮功能障礙是血管老化的主要特征之一，這與內(nèi)皮一氧化氮(NO)的生物利用度降低有關(guān)。機體衰老過程中,與衰老相關(guān)的NO產(chǎn)量和生物利用度會明顯下降，當NO生物利用度受到嚴重損害時，內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)及其輔酶四氫生物蝶呤(BH4)的表達也會隨之降低[7]。NO是從血管內(nèi)皮中釋放出來的血管活性劑，NO生物利用度的減少是內(nèi)皮功能障礙的重要特征之一。此外，NO生物利用度降低還可導(dǎo)致轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶2的分泌和活性增加，轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶2是一種多功能酶，可催化細胞外基質(zhì)蛋白的交聯(lián)并改變VSMCs的形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)[8]。研究也發(fā)現(xiàn)，BH4可以改善老年人的內(nèi)皮功能，相反，血管中BH4的減少可直接導(dǎo)致eNOS的構(gòu)象從二聚體變?yōu)閱误w狀態(tài)，導(dǎo)致NO丟失[9]、內(nèi)皮功能障礙及VSMCs形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)變化，進而加速血管老化的發(fā)生。

1.3 端?？s短 端粒是位于真核染色體兩端的DNA蛋白質(zhì)復(fù)合物，他們的主要作用是防止雙鏈DNA斷裂，從而保留基因組的完整性和穩(wěn)定性。端粒通過細胞衰老參與血管老化過程，細胞衰老主要表現(xiàn)為端粒酶活性下降和端粒功能異常。隨著年齡的增長，端粒的縮短、損傷及端粒酶的活性下降會導(dǎo)致ECs和VSMCs的衰老及功能障礙，進而導(dǎo)致血管老化[10]。

1.4 線粒體 線粒體在調(diào)節(jié)衰老過程中起著重要作用。研究證實，細胞線粒體呼吸鏈產(chǎn)生的ROS會造成細胞DNA損傷，引起受損DNA附近組蛋白磷酸化，并激活共濟失調(diào)毛細血管擴張突變激酶(ATM)活性，同時上調(diào)p53的活性，通過ATM/Akt/p53/p21依賴的信號通路，抑制細胞周期蛋白依賴性激酶(CDK)活性，并與周期蛋白cyclin協(xié)同調(diào)控細胞周期，造成血管內(nèi)皮功能障礙和血管早衰的發(fā)生[11]。

2 血管老化的相關(guān)靶點

2.1 血管緊張素Ⅱ(AngⅡ) AngⅡ相關(guān)的炎性信號參與血管老化過程，AngⅡ可誘導(dǎo)TNF-α和單核細胞趨化蛋白(MCP)-1等炎性信號表達，NO及Sirt1活性降低，從而激活caspase-3/-9引起DNA斷裂，最終導(dǎo)致ECs凋亡。研究發(fā)現(xiàn)，在衰老的血管壁中，VSMCs的增殖與衰老是共同存在的，衰老的VSMCs自身就能分泌大量的IL-1β、IL-6、IL-8、MCP-1及TNF-α等促炎因子，受AngⅡ誘導(dǎo)后，新增殖分化的VSMCs也可分泌大量的促炎因子，這些促炎因子可加劇機體的氧化應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致血管內(nèi)皮損傷，加速VSMCs的衰老和凋亡。

2.2 Fos相關(guān)抗原1(Fra-1) Fra-1是Fos轉(zhuǎn)錄因子家族的成員。Fra-1轉(zhuǎn)錄因子參與炎癥、免疫反應(yīng)、細胞增殖和凋亡及細胞外重塑等過程，這與Fra-1的激活及Ang Ⅱ 引起的體內(nèi)和體外血管細胞衰老有關(guān)。Fra-1在Ang Ⅱ 誘導(dǎo)的p21和p16途徑中起著非常重要的作用，而該途徑與細胞衰老密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)ra-1高表達可激活A(yù)ng Ⅱ 誘導(dǎo)的衰老表型和衰老相關(guān)的分泌表型因子包括p21、IL-6和血管細胞黏附分子(VCAM-1)等，從而加速血管老化進程[12]。

2.3 NF-κB NF-κB可通過調(diào)節(jié)炎癥相關(guān)性基因的轉(zhuǎn)錄表達介導(dǎo)炎性反應(yīng)。NF-κB的激活可促進機體ROS的產(chǎn)生增加，引起氧化應(yīng)激反應(yīng)，從而導(dǎo)致血管內(nèi)皮損傷并激活p53、p21等目的基因調(diào)節(jié)ECs及VSMCs的凋亡和增殖，這一過程最終將加速血管老化[13]。

2.4 癌胚抗原相關(guān)細胞黏附分子1(CEACAM1) CEACAM1是免疫球蛋白家族的糖蛋白[14]。研究表明,CEACAM1也參與血管老化過程，而這一過程主要與促炎因子TNF-α的表達有關(guān)。CEACAM1能通過誘導(dǎo)血管發(fā)芽促進血管生成，并參與初始內(nèi)皮屏障的建立，其在血管生成后的ECs中表達被上調(diào)[15]。CEACAM1以TNF-α依賴性方式調(diào)節(jié)內(nèi)皮轉(zhuǎn)化生長因子β/轉(zhuǎn)化生長因子β受體1(TGF-β/TGF-βR1)信號傳導(dǎo)，而TGF-β/TGF-βR1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)增強可能加速血管纖維化，導(dǎo)致血管老化。研究還發(fā)現(xiàn)，CEACAM1促進了血管系統(tǒng)中與年齡有關(guān)的氧化應(yīng)激的增加，該氧化應(yīng)激通過HIF-1α和VEGF/VEGFR-2信號傳導(dǎo)促進了內(nèi)皮屏障損傷[5-6]。

2.5 MicroRNA(miRNA) miRNA是一類非編碼小分子RNA，參與細胞的增殖、分化和凋亡等過程。MiR-34a是miRNAs中的一種，參與ECs的表達，在ECs老化的過程中起關(guān)鍵作用。MiR-34a可以增強ECs對氧化損傷的敏感性，使血管內(nèi)皮更易遭受氧化應(yīng)激損傷，導(dǎo)致血管內(nèi)皮功能障礙，進而加速血管老化[6]。

2.6 BubR1 BubR1是存在于哺乳動物有絲分裂檢查點基因家族Mad3的同源基因，其參與細胞衰老進程。衰老相關(guān)的BubR1缺乏與ROS的反應(yīng)會導(dǎo)致衰老的VSMC增殖能力降低。實驗表明，丟失BubR1的小鼠動脈壁厚度減少，纖維化增加，彈性降低，血管老化加速，從而導(dǎo)致心血管疾病的高發(fā)[16]。

3 抑制血管老化的相關(guān)靶點

3.1 SIRTs SIRTs是高度保守的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD +)依賴性蛋白脫乙酰基酶家族，在炎癥反應(yīng)和抑制血管老化過程中起著重要作用。SIRTs家族由7個成員SIRT 1～7組成，參與多種細胞功能調(diào)節(jié)，如DNA損傷修復(fù)、細胞周期、代謝反應(yīng)及神經(jīng)變性保護等[17]。SIRT1是SIRTs家族中被研究最多的成員，SIRT1活性與氧化應(yīng)激、炎癥、凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、DNA損傷修復(fù)、胰島素敏感性和端粒穩(wěn)定性的改善有關(guān)[18]。有報道稱，SIRT1激活可預(yù)防和(或)抑制年齡相關(guān)的血管功能障礙[19]。研究發(fā)現(xiàn)，煙酰胺單核苷酸(一種關(guān)鍵的NAD +中間產(chǎn)物)可增加SIRT1的激活，從而介導(dǎo)高齡時線粒體功能障礙的逆轉(zhuǎn)，在老年小鼠中，補充慢性煙酰胺單核苷酸可增加SIRT1活性并逆轉(zhuǎn)與年齡有關(guān)的內(nèi)皮功能障礙和氧化應(yīng)激[20]。SIRT1在預(yù)防動脈硬化中也起著重要作用，SIRT1的高表達可以阻止不利的血管結(jié)構(gòu)變化，從而抑制血管老化的發(fā)生[21]。

3.2 Klotho Klotho基因是存在于人類第13號染色體上的一種抗衰老基因。有研究發(fā)現(xiàn)，Klotho通過抑制生長因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和氧化應(yīng)激來發(fā)揮抗血管老化的作用。研究發(fā)現(xiàn)PPARγ通過Klotho的活化來調(diào)節(jié)VSMCs鈣化[22]。同時，另一研究表明，Klotho的下調(diào)也參與了1型糖尿病病人的微量白蛋白調(diào)節(jié)[23]。此外，增加Klotho可增強大鼠的抗氧化防御能力，并增加基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)-2和MMP-9的表達[24]。因此，Klotho基因在抑制血管老化過程中發(fā)揮著重要作用。

3.3 雷帕霉素靶蛋白(mTOR) mTOR是高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，其具有免疫抑制、蛋白質(zhì)合成、細胞生長調(diào)節(jié)、營養(yǎng)傳遞和能量代謝等功能，參與衰老調(diào)控和機體代謝等過程[25]。目前已知的mTOR信號復(fù)合物包括mTORC1和mTORC2，mTORC1對應(yīng)于氧、氨基酸、能量水平及生長因子，主要促進蛋白質(zhì)合成、脂肪生成、能量代謝、抑制自噬和溶酶體形成等，而mTORC2在肌動蛋白細胞骨架、細胞存活及代謝等方面發(fā)揮重要作用。有研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)阿奇霉素處理的小鼠主動脈血管壁細胞內(nèi)mTOR的表達被上調(diào)，而自噬作用顯著下降，主動脈中層管壁厚度增加，VSMCs肥大增生，彈性膜排列紊亂、疏松，厚薄不均甚至斷裂，部分內(nèi)膜脫落，血管壁呈現(xiàn)出衰老的表型[26]。mTOR信號通路從諸多方面參與衰老及年齡相關(guān)疾病的發(fā)生、發(fā)展，抑制mTORC1信號通路已被證實能夠延緩血管老化過程[27]。

3.4 AMP激活蛋白激酶(AMPK) AMPK是高度保守的異三聚絲氨酸-蘇氨酸激酶，是生物能量代謝調(diào)節(jié)的關(guān)鍵分子，參與能量平衡、新陳代謝和細胞增殖等過程。AMPK由催化性α-亞基、β-亞基以及包含γ-亞基的AMPK結(jié)合位點構(gòu)成。研究發(fā)現(xiàn)，血管老化過程伴隨著 AMPK /mTOR通路的下調(diào)，AMPK激活會通過mTOR銜接蛋白導(dǎo)致mTOR抑制，而抑制mTOR信號通路已被證實能夠延緩血管老化過程[28]。此外，氨基咪唑羧酰胺核糖核苷酸可通過在α2亞基上的磷酸化作用直接激活A(yù)MPK。重要的是，在培養(yǎng)的EC中，AMPK是eNOS的激活劑，他通過eNOS的直接磷酸化以及Rac1(與Ras相關(guān)的C3肉毒桿菌毒素底物1)和Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，增加NO的產(chǎn)生及生物利用度[29]，而維持正常的NO生物利用度有助于緩解血管內(nèi)皮功能障礙，抑制VSMCs異常增殖，從而達到抑制血管老化的作用[8]。

3.5 p53基因 p53抑癌基因是細胞中主要的腫瘤抑制因子之一，也是血管老化研究中重要的靶點。p53能夠通過抑制細胞生長、誘導(dǎo)細胞凋亡、促進DNA損傷修復(fù)等過程延緩血管老化的發(fā)生發(fā)展[30]。p53協(xié)調(diào)細胞周期并促進DNA復(fù)制與修復(fù)的過程主要是通過抑制細胞周期素依賴激酶(CDKs)復(fù)合物活性完成的。有研究發(fā)現(xiàn)下調(diào)p53的表達可能會延緩血管老化進程[31]。

4 小結(jié)與展望

全身及局部炎癥反應(yīng)、內(nèi)皮損傷、氧化應(yīng)激及線粒體功能障礙等一系列病理變化導(dǎo)致血管老化的實質(zhì)是血管基礎(chǔ)性病變，而血管基礎(chǔ)性病變所帶來的疾病幾乎貫穿整個醫(yī)療領(lǐng)域。目前對血管老化的機制研究已經(jīng)有所收獲，而如何抑制或逆轉(zhuǎn)血管老化仍是我們未來研究的難點。雖然國內(nèi)外最新研究已經(jīng)尋找出部分抑制血管老化的靶點，但具體抑制血管老化的機制仍存在爭議，這也導(dǎo)致其成果目前無法惠及臨床。因此，未來的研究應(yīng)把抑制血管老化的相關(guān)靶點作為研究重點，力求通過相關(guān)靶點準確地實現(xiàn)抑制或逆轉(zhuǎn)血管老化，從而降低心腦血管疾病的發(fā)生率。