納米材料參與巨噬細(xì)胞自噬及抗動(dòng)脈粥樣硬化的研究進(jìn)展

宋宇健，陳 蕓

（1.佛山市第一人民醫(yī)院超聲診療中心，廣東 佛山 528000；2.北京大學(xué)深圳醫(yī)院超聲影像科，廣東 深圳 518036；3.汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院，廣東 汕頭 515041）

動(dòng)脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）是危害人體健康的心血管系統(tǒng)疾病之一，巨噬細(xì)胞與AS 關(guān)系密切。自噬是細(xì)胞的自我保護(hù)機(jī)制，調(diào)控巨噬細(xì)胞自噬可調(diào)節(jié)斑塊內(nèi)脂質(zhì)流出、減少炎癥小體的產(chǎn)生及氧化應(yīng)激對(duì)血管的損傷，從而延緩AS的發(fā)展。在AS的治療上，納米材料與傳統(tǒng)藥物相比更具有精準(zhǔn)化、靶向化的優(yōu)勢(shì)。本文闡述自噬相關(guān)機(jī)制及巨噬細(xì)胞自噬對(duì)干預(yù)AS的意義。

1 自噬及其調(diào)控機(jī)制

自噬是存在于大多數(shù)真核細(xì)胞的一種保護(hù)機(jī)制。自噬啟動(dòng)時(shí)，胞內(nèi)形成雙層脂質(zhì)吞噬泡來吞噬降解的物質(zhì)、錯(cuò)誤折疊的蛋白及受損的細(xì)胞器等，吞噬后形成的自噬體隨后與溶酶體相結(jié)合，轉(zhuǎn)變?yōu)閱螌幽さ淖允?溶酶體結(jié)構(gòu)，溶酶體內(nèi)的各種水解酶把底物分解為小分子物質(zhì)予細(xì)胞重新利用，廢物則與細(xì)胞膜融合后排出細(xì)胞[1]。

自噬的啟動(dòng)主要依賴于自噬相關(guān)基因（autophagyassociated gene，Atg）及由Atg基因編碼的相關(guān)蛋白。微管相關(guān)蛋白輕鏈3（microtubule- associated protein light chain 3，LC3） 由Atg8編碼，隨后被活化的 Atg4 切割形成LC3-I。LC3-I 在 Atg12-Atg5-Atg16L 復(fù)合體的作用下聚集形成LC3-II，促進(jìn)自噬小體的產(chǎn)生。目前常用LC3-II/LC3-I 的比例來評(píng)估自噬水平的高低。調(diào)控自噬的信號(hào)通路主要可分為2類：（1）經(jīng)典I型：磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/雷帕霉素靶蛋白（phosphatidylinositol 3 kinase/Protein kinase B/mammalian target of rapamycin，PI3K/Akt/mTOR） 抑制性通路[2]；（2） 經(jīng)典III 型：PI3K/Beclin-1 激活性通路。在營(yíng)養(yǎng)條件充足等有利于細(xì)胞生長(zhǎng)的情況下，I 型信號(hào)通路激活，活化的蛋白激酶解除下游結(jié)節(jié)硬化復(fù)合物對(duì)mTOR 復(fù)合體，尤其是mTOR 復(fù)合物1 的抑制作用，增加mTOR 復(fù)合體的活性。mTOR 復(fù)合物1 隨后磷酸化下游的真核啟動(dòng)因子4E 結(jié)合蛋白1 和S6 蛋白激酶1[3]，促進(jìn)生長(zhǎng)因子的表達(dá)，抑制自噬的發(fā)生，同時(shí)誘導(dǎo)細(xì)胞周期進(jìn)入G1-S期，促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)增殖[4]。而在營(yíng)養(yǎng)不足、應(yīng)激等不利于細(xì)胞生長(zhǎng)的情況下，III 型信號(hào)通路激活，Atg8-LC3 復(fù)合體及Atg12-Atg5-Atg16L 復(fù)合體增多，誘導(dǎo)自噬的發(fā)生。除此之外，胞質(zhì)Ca2+的含量變化也會(huì)影響mTOR信號(hào)通路從而間接影響胞內(nèi)自噬水平的變化。

2 巨噬細(xì)胞自噬與動(dòng)脈粥樣硬化

2.1 巨噬細(xì)胞自噬與脂質(zhì)調(diào)控

AS 的發(fā)展與斑塊內(nèi)部的脂質(zhì)水平有關(guān)，于微觀上體現(xiàn)在巨噬細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)的含量。誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞自噬有利于促進(jìn)斑塊內(nèi)膽固醇流出。依目前觀點(diǎn)來看，存在于巨噬細(xì)胞內(nèi)部的脂滴可相當(dāng)于一種細(xì)胞器。固醇和磷脂等單層極化脂質(zhì)構(gòu)成脂滴的外膜，而疏水的膽固醇酯、固醇酯及三酰甘油酯等則構(gòu)成脂滴的核心。當(dāng)自噬發(fā)生時(shí)，巨噬細(xì)胞內(nèi)的脂滴被運(yùn)送至溶酶體，與其內(nèi)的酸性脂肪酶相接觸，進(jìn)而分解產(chǎn)生單分子脂質(zhì)，最后通過相關(guān)的膽固醇流出載體蛋白（ATP結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)盒1等）運(yùn)送至胞外[5]，過程中高密度脂蛋白及載脂蛋白A-I 可分別參與對(duì)不同載體蛋白的調(diào)控。該過程稱之為脂自噬。

巨噬細(xì)胞自噬與脂質(zhì)流出關(guān)系密切。Zhang等[6]使用木犀草素對(duì)經(jīng)過氧化低密度脂蛋白處理后的巨噬細(xì)胞的治療作用進(jìn)行研究，提示在經(jīng)木犀草素處理后，細(xì)胞內(nèi)自噬相關(guān)蛋白LC3-II/LC3-I 的比例上升，伴隨著脂質(zhì)流出基因ABCA-1表達(dá)的蛋白含量升高，膽固醇和膽固醇酯含量下降。同樣，Wang等[7]在經(jīng)過白楊素處理的泡沫細(xì)胞脂質(zhì)流出的實(shí)驗(yàn)中，也表明膽固醇可通過ABCA-1介導(dǎo)的途徑流出，體現(xiàn)在ABCA-1基因表達(dá)的蛋白含量升高。脂自噬在調(diào)控AS上起著重要的作用。

2.2 巨噬細(xì)胞自噬與炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激

巨噬細(xì)胞參與血管壁的炎癥反應(yīng)，適當(dāng)激活巨噬細(xì)胞自噬可以減少炎癥小體的產(chǎn)生及炎癥因子的釋放從而對(duì)血管壁起保護(hù)作用，延緩AS 的進(jìn)展。核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3 （nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3）炎癥小體是溝通AS與炎癥的橋梁。受激活的Toll樣受體活化核因子-κB等轉(zhuǎn)錄因子，從而激活NLRP3、前體白介素1β及前體白介素18 基因的轉(zhuǎn)錄。活化的NLRP3 激活半胱氨酸蛋白酶-1，促使其切割前體白介素1β及前體白介素18，形成白介素1β及白介素18分泌至胞外。白介素1β和白介素18在AS 中起誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞遷移和增殖、刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖及促進(jìn)泡沫細(xì)胞形成等作用[8]。兩者協(xié)同可增加斑塊的不穩(wěn)，導(dǎo)致易損斑塊的形成與破裂[9]。使用藥物提高巨噬細(xì)胞自噬水平，可以抑制NLRP3 炎癥小體的產(chǎn)生，在AS 中起保護(hù)作用。阿格拉賓從亮綠蒿中提取而得，其可通過激活自噬途徑，抑制NLRP3 炎癥小體產(chǎn)生，降低白介素1β及白介素18 的水平，從而達(dá)到抑制斑塊形成和降低膽固醇水平的目的[10]。

氧化應(yīng)激中活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平與自噬相輔相成。聚集的ROS可激活細(xì)胞自噬從而反向清除ROS。聲動(dòng)力療法可有效增加細(xì)胞內(nèi)的ROS，研究表明該療法可通過抑制PI3K/Akt/mTOR 信號(hào)通路和調(diào)控ROS依賴性的轉(zhuǎn)錄因子EB 核轉(zhuǎn)位等途徑來激活巨噬細(xì)胞自噬[11]。國(guó)內(nèi)相關(guān)研究表明，聲動(dòng)力療法對(duì)AS的影響可分為三個(gè)方面：誘導(dǎo)斑塊內(nèi)巨噬細(xì)胞凋亡、改善斑塊炎癥環(huán)境及促進(jìn)斑塊內(nèi)脂質(zhì)的流出。在AS 發(fā)展嚴(yán)重時(shí)，細(xì)胞基礎(chǔ)自噬被打破，由功能失調(diào)的線粒體產(chǎn)生的ROS 降解受抑。以ROS為主的氧化應(yīng)激反應(yīng)直接損傷DNA、蛋白質(zhì)等的構(gòu)象，繼發(fā)誘導(dǎo)自噬產(chǎn)生，大體上減少膠原合成致局部纖維帽變薄、易損斑塊破裂、脫落及血栓形成。反之激活自噬，可清除線粒體源性ROS的產(chǎn)生且抑制NLRP3激活或通過泛素化來捕獲和降解NLRP3炎癥小體[12]。研究表明，巨噬細(xì)胞Atg5基因缺陷的低密度脂蛋白受體敲除的小鼠在AS晚期表現(xiàn)出氧化應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng)，加速了斑塊發(fā)展[13]。提示巨噬細(xì)胞自噬與細(xì)胞氧化應(yīng)激水平關(guān)系密切，為未來研究AS治療提供了新的思路。

3 納米材料對(duì)自噬的干預(yù)在動(dòng)脈粥樣硬化中的作用

納米材料因其在光、電、磁和熱等方面具有卓越的物理特性而廣泛運(yùn)用于檢驗(yàn)診斷、負(fù)載藥物及基因靶向治療等生物醫(yī)藥領(lǐng)域。目前應(yīng)用于AS 的納米材料可分為以下幾類：（1）可生物降解的天然高分子化合物，如多糖類（透明質(zhì)酸、殼聚糖等）、蛋白類（白蛋白、酪蛋白等）。此類材料有良好的生物安全性與較低的毒副作用，通過分子修飾后可大幅提高其在人體內(nèi)對(duì)病灶的靶向能力。研究報(bào)道通過使用CD44 受體與透明質(zhì)酸相結(jié)合，可靶向識(shí)別巨噬細(xì)胞，間接顯示巨噬細(xì)胞豐度較高的斑塊[14]；（2）可生物降解的合成高分子化合物，如聚乳酸聚乙醇酸共聚物。通過使用以聚乳酸聚乙醇酸共聚物為材料制成的納米顆粒，包裹他汀類藥物，可延長(zhǎng)有效藥物的體內(nèi)半衰期以治療AS[15]；（3）不可生物降解材料，如碳納米管等。

納米材料是目前研究的新興熱點(diǎn)，其與傳統(tǒng)藥物相比，在對(duì)慢性代謝性疾病的治療上更具有精準(zhǔn)化、靶向化的優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)外部分研究也揭示了納米材料可調(diào)控巨噬細(xì)胞自噬以治療AS的效果。Han等[16]的研究顯示，轉(zhuǎn)換熒光納米粒子可通過誘導(dǎo)急性單核細(xì)胞白血病細(xì)胞源性巨噬細(xì)胞自噬來治療AS。體現(xiàn)在使用轉(zhuǎn)換熒光納米粒子后，胞內(nèi)的膽固醇流出增多，ABCA-1、mTOR基因表達(dá)的蛋白含量增多，LC3-II/LC3-I 的比例升高，間接地反映該粒子可通過參與調(diào)控PI3K/Akt/mTOR 信號(hào)通路來影響自噬與脂質(zhì)水平。雷帕霉素是一種常用的自噬誘導(dǎo)劑，主要通過抑制mTOR 復(fù)合物1 而調(diào)控PI3K/Akt/mTOR 信號(hào)通路來誘導(dǎo)自噬。Dou 等[17]通過把游離的雷帕霉素包裝成基于乙?；h(huán)糊精材料的可生物降解和生物相容性納米載體，使雷帕霉素得以在體內(nèi)外以良好控制的方式維持釋放，且復(fù)合材料與單純游離雷帕霉素相比，能更有效地抑制病變的炎癥反應(yīng)，維穩(wěn)斑塊，延緩AS的進(jìn)展。Gao等[18]發(fā)現(xiàn)在近紅外輻射下硫化銅—瞬時(shí)受體電位香草醛亞家族1 （copper sulfide-transient receptor potential vanilloid subfamily 1，CuS-TRPV1）可激活TRPV1 從而通過激活Ca2+-AMPK 信號(hào)通路和增加ABCA-1依賴性膽固醇外流來挽救氧化低密度脂蛋白損傷的自噬。且CuS-TRPV1 可以靶向顯示容易發(fā)生AS 病變的區(qū)域，如主動(dòng)脈弓、頸動(dòng)脈和股動(dòng)脈等，使病灶位置可視化，成為指導(dǎo)治療的分子探針。Craparo等[19]通過使用與巨噬細(xì)胞CD36 受體有高親和力的氧化磷脂1-（棕櫚酰）-2-（5-酮基-6-辛烯二酰）磷脂酰膽堿來包埋雷帕霉素，形成的載藥聚合物納米粒靶向作用于巨噬細(xì)胞，進(jìn)而通過抑制PI3K/Akt/mTOR 信號(hào)通路來誘導(dǎo)自噬治療AS。Zhang 等[20]使用納米二氧化硅處理小鼠單核巨噬細(xì)胞白血病細(xì)胞后，反映Beclin-1、LC3 和綠色熒光蛋白結(jié)合的LC3點(diǎn)狀蛋白的表達(dá)顯著增加，提示該材料可能通過抑制PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路誘導(dǎo)自噬。

4 總結(jié)與展望

目前研究表明，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞自噬能促使斑塊內(nèi)脂質(zhì)的流出、降低炎癥小體水平及減少炎癥因子釋放等以減緩AS 的發(fā)展。使用納米材料與傳統(tǒng)藥物相比，在AS 的治療上展現(xiàn)出精準(zhǔn)化、靶向化等優(yōu)點(diǎn)。然而針對(duì)納米材料本身的特性、生物安全性及其治療AS 上的自噬機(jī)制仍有許多未知。未來探索納米材料應(yīng)用于治療AS 的安全性、最優(yōu)性及精準(zhǔn)性均具有一定挑戰(zhàn)。