微量元素參與主動(dòng)脈疾病發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展

邢凱，王志維

人體中含量低于體質(zhì)量0.01%的元素被稱為微量元素，世界衛(wèi)生組織推薦了14種人體必需微量元素，包括鐵、銅、鋅、硒、碘、錳、鈷、鉬、鉻、鎳、釩、氟、硅、錫，其在生理生化過程中發(fā)揮著不可替代的作用，如能夠作為生物酶的輔酶或輔基調(diào)節(jié)多種生化反應(yīng)，是合成部分維生素和激素的重要物質(zhì)，是許多功能蛋白質(zhì)合成的必需原料［1-2］。此外，微量元素還參與維持免疫平衡［3］。主動(dòng)脈瘤和主動(dòng)脈夾層是心血管外科的常見主動(dòng)脈疾病，其可威脅患者的生命安全，主要病理改變包括炎癥、氧化應(yīng)激和細(xì)胞外基質(zhì)破壞等［4-6］。有基礎(chǔ)研究證實(shí)，微量元素異?？赡軈⑴c主動(dòng)脈疾病的發(fā)生發(fā)展［7-10］。本文主要綜述了微量元素參與主動(dòng)脈疾病發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展，以期為明確主動(dòng)脈疾病的發(fā)病機(jī)制提供一定幫助。

1 鐵與主動(dòng)脈疾病

1.1 主動(dòng)脈疾病患者鐵含量異常 EDVINSSON等［8］通過調(diào)查21例Stanford A型主動(dòng)脈夾層患者發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，其血清鐵含量增加38%、動(dòng)脈組織鐵含量增加93%。KOKSAL等［11］研究發(fā)現(xiàn)，40例腹主動(dòng)脈瘤患者動(dòng)脈壁組織中也存在鐵過載情況。SAWADA等［12］對(duì)19例腹主動(dòng)脈瘤患者主動(dòng)脈活檢組織進(jìn)行普魯士藍(lán)染色，結(jié)果顯示，主動(dòng)脈活檢組織出現(xiàn)明顯的鐵沉積，并在組織勻漿中檢測(cè)到更高含量的鐵。MARTINEZ-PINNA等［13］在普魯士藍(lán)染色的動(dòng)脈組織標(biāo)本中同樣觀察到鐵含量增加，但其在檢測(cè)血清樣本時(shí)發(fā)現(xiàn)，腹主動(dòng)脈瘤患者血液循環(huán)中鐵含量明顯低于對(duì)照組，與EDVINSSON等［8］研究結(jié)果相反。LI等［7］研究結(jié)果顯示，200例主動(dòng)脈瘤或主動(dòng)脈夾層患者血清Fe3+含量低于對(duì)照組，并呈現(xiàn)出貯存鐵耗竭的情況，與MARTINEZ-PINNA等［13］研究結(jié)果相似。但LI等［7］進(jìn)一步對(duì)主動(dòng)脈瘤或主動(dòng)脈夾層患者主動(dòng)脈組織進(jìn)行普魯士藍(lán)染色，結(jié)果發(fā)現(xiàn)患者動(dòng)脈壁鐵含量低于正常組織。上述研究表明，主動(dòng)脈疾病患者存在鐵含量異常情況，但主動(dòng)脈壁中鐵含量是否異常尚未明確，仍需要更多大樣本量的研究進(jìn)一步證實(shí)。

此外，鐵含量異常是否影響主動(dòng)脈疾病患者預(yù)后也存在爭議。MARTINEZ-PINNA等［13］研究發(fā)現(xiàn)，腹主動(dòng)脈瘤患者較動(dòng)脈閉塞癥患者更易發(fā)生貧血，而發(fā)生貧血的腹主動(dòng)脈瘤患者較未發(fā)生貧血的腹主動(dòng)脈瘤患者死亡風(fēng)險(xiǎn)更高。LI等［7］研究表明，貯存鐵耗竭是主動(dòng)脈內(nèi)膜變性的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。但MOXON等［14］分析了293例腹主動(dòng)脈瘤患者的危險(xiǎn)因素后發(fā)現(xiàn)，可反映血清鐵貯存狀態(tài)的指標(biāo)——鐵蛋白濃度與腹主動(dòng)脈瘤患者主動(dòng)脈直徑及主動(dòng)脈瘤增長無相關(guān)性。因此，鐵含量對(duì)主動(dòng)脈疾病患者預(yù)后的影響仍需要大樣本量研究進(jìn)一步證實(shí)。

1.2 鐵含量異常參與主動(dòng)脈疾病的發(fā)病機(jī)制 鐵不僅在血紅蛋白合成和多種酶功能中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，且鐵過載可通過芬頓/哈伯-韋斯反應(yīng)而產(chǎn)生過氧化物，進(jìn)而毒害細(xì)胞［15］。因此，主動(dòng)脈壁中鐵過載造成氧化損傷可能是動(dòng)脈壁組織損傷的重要機(jī)制之一。KOKSAL等［11］通過檢測(cè)脂質(zhì)氧化損傷標(biāo)志物硫代巴比妥酸反應(yīng)產(chǎn)物（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）發(fā)現(xiàn)，腹主動(dòng)脈瘤患者較動(dòng)脈閉塞癥患者TBARS水平更高，提示鐵過載可造成主動(dòng)脈壁組織脂質(zhì)氧化損傷。8-羥基脫氧鳥苷（8-hydroxy-2-deoxyguanosine，8-OHDG）是鳥嘌呤氧化損傷產(chǎn)物。SAWADA等［12］研究發(fā)現(xiàn)，腹主動(dòng)脈瘤患者動(dòng)脈壁組織中8-OHDG水平升高，而低鐵飲食的血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的腹主動(dòng)脈瘤小鼠模型未檢測(cè)到8-OHDG［16］，表明腹主動(dòng)脈瘤可能通過鐵過載而介導(dǎo)氧化損傷。

鐵含量異常引起的炎癥可能參與動(dòng)脈損傷過程。在SAWADA等［12］構(gòu)建的腹主動(dòng)脈瘤小鼠模型中，炎性細(xì)胞浸潤增加，單核細(xì)胞趨化蛋白1和白介素6（interleukin-6，IL-6）表達(dá)增加，而這些效應(yīng)在低鐵飲食的腹主動(dòng)脈瘤小鼠模型中被抑制。研究表明，巨噬細(xì)胞與鐵過載關(guān)系密切［17］。SAWADA等［12］研究表明，高鐵飲食的小鼠可表達(dá)更多的巨噬細(xì)胞成熟標(biāo)志物F4/80。巨噬細(xì)胞在調(diào)節(jié)鐵穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著重要作用，尤其是M1型巨噬細(xì)胞富含鐵蛋白，其在組織內(nèi)的聚集容易造成鐵沉積［17-18］。因此，主動(dòng)脈組織內(nèi)鐵增多可能是巨噬細(xì)胞聚集的結(jié)果。但也有研究指出，鐵增多可以引起巨噬細(xì)胞增多并向M1型極化［18］，因此，在主動(dòng)脈疾病中鐵過載與巨噬細(xì)胞聚集的因果關(guān)系尚未明確。此外，SAWADA等［12］在腹主動(dòng)脈瘤小鼠模型中檢測(cè)到c-Jun氨基端蛋白激酶（c-Jun N-terminal protein kinase，JNK）及基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）-2、MMP-9表達(dá)增加。JNK通路是絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）通路的分支之一，其被炎癥和氧化應(yīng)激等因素激活后能引起一系列基因表達(dá)［19］。既往研究表明，MMP是JNK的下游通路之一，具有降解細(xì)胞外基質(zhì)的作用［20］。上述研究表明，鐵過載可能通過炎癥和氧化應(yīng)激而激活JNKMMP通路，進(jìn)而破壞動(dòng)脈壁組織，與SAWADA等［12］在動(dòng)脈組織切片中觀察到彈性蛋白降解和細(xì)胞外基質(zhì)變薄相一致。

除鐵過載對(duì)主動(dòng)脈壁具有破壞作用外，鐵缺乏也可以破壞動(dòng)脈壁的正常結(jié)構(gòu)。LI等［7］研究發(fā)現(xiàn)，在主動(dòng)脈疾病患者和主動(dòng)脈疾病小鼠模型組織切片中均發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈壁中彈性纖維萎縮、膠原沉積增加，并檢測(cè)到f-肌動(dòng)蛋白表達(dá)明顯減少及肌球蛋白輕鏈磷酸化水平降低等情況。肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白與細(xì)胞骨架、平滑肌收縮功能有關(guān)，這就提示細(xì)胞骨架破壞和平滑肌功能失調(diào)可能是主動(dòng)脈壁破壞的原因之一。

2 鋅與主動(dòng)脈疾病

2.1 主動(dòng)脈疾病患者鋅缺乏 有前瞻性臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，主動(dòng)脈疾病患者存在鋅缺乏情況。如SOCHA等［21］調(diào)查了108例主動(dòng)脈瘤患者發(fā)現(xiàn)，胸主動(dòng)脈瘤患者每克主動(dòng)脈壁組織中鋅含量為18.54 μg，低于對(duì)照組的29.90 μg；腹主動(dòng)脈瘤患者每克組織中鋅含量為12.90 μg，低于對(duì)照組的14.71 μg。PINCEMAIL等［22］和KURIANIUK等［23］研究也證實(shí)，主動(dòng)脈瘤患者主動(dòng)脈壁中亦存在鋅缺乏情況。但KOKSAL等［11］分析40例腹主動(dòng)脈瘤患者鋅含量發(fā)現(xiàn)，動(dòng)脈瘤組織和正常動(dòng)脈壁組織中鋅含量比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。CHEN等［10］進(jìn)行的Meta分析結(jié)果支持主動(dòng)脈瘤患者鋅減少的結(jié)論，但考慮該Meta分析存在較高的統(tǒng)計(jì)學(xué)異質(zhì)性和發(fā)表偏倚，所得結(jié)論仍需要高質(zhì)量證據(jù)的支持。此外，CHEN等［10］研究還發(fā)現(xiàn)，動(dòng)脈瘤患者血漿鋅含量降低。但上述研究主要測(cè)量血漿及動(dòng)脈壁組織中鋅含量，很少分析維持鋅穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵指標(biāo)——鋅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和金屬硫蛋白的改變，故無法進(jìn)一步分析鋅的分布情況。

2.2 鋅缺乏參與主動(dòng)脈疾病的發(fā)病機(jī)制 鋅對(duì)氧化損傷具有保護(hù)作用［24-25］，因此鋅缺乏會(huì)加重細(xì)胞的氧化損傷。研究表明，鋅能增加谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH）和金屬硫蛋白表達(dá)，其可以充當(dāng)超氧化物歧化酶的輔助因子，從而利于清除活性氧，發(fā)揮抗氧化作用；此外，鋅還可以結(jié)合脂質(zhì)中的負(fù)電荷和肽鏈中的巰基，從而發(fā)揮保護(hù)作用［10，23-26］。因此，動(dòng)脈瘤患者脂質(zhì)氧化標(biāo)志物TBARS［11］和鳥嘌呤氧化產(chǎn)物8-OHDG［12］升高可能不單純是鐵過載導(dǎo)致的結(jié)果，鋅缺乏也可能參與其中。

鋅缺乏導(dǎo)致的慢性炎癥對(duì)主動(dòng)脈結(jié)構(gòu)的完整性具有破壞作用。YAN等［27］在動(dòng)脈瘤大鼠模型動(dòng)脈組織中檢測(cè)到巨噬細(xì)胞和B細(xì)胞浸潤增加，而這一情況在補(bǔ)鋅后改善。核因子κB（nuclear factor-к B，NF-κB）通路是炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵通路［28］，YAN等［27］研究發(fā)現(xiàn)，腹主動(dòng)脈瘤大鼠模型動(dòng)脈組織中NF-κB的p65亞基、磷酸化IκB激酶β（phosphorylated inhibitor kappa B kinaseβ，p-IKKβ）及磷酸化IκBα表達(dá)明顯升高。p-IKKβ能夠激活NF-κB及其下游通路，而IκBα是NK-κB的抑制因子，但磷酸化后就失去了抑制作用［28］，表明動(dòng)脈瘤小鼠模型的NF-κB通路被激活；但補(bǔ)鋅后，NF-κB通路的激活被抑制，提示在主動(dòng)脈疾病中缺鋅誘發(fā)的炎癥反應(yīng)可能是由NF-κB通路介導(dǎo)的。SAWADA等［12］實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氧化損傷和炎癥可能通過JNK-MMP通路分解彈性蛋白，破壞細(xì)胞外基質(zhì)。WU等［29］研究表明，JNK通路與NF-κB通路具有部分相同的上游通路，故存在協(xié)同作用。YAN等［27］在鋅缺乏大鼠模型中檢測(cè)到MMP-2、MMP-9表達(dá)升高，而補(bǔ)鋅能夠降低MMP-2、MMP-9表達(dá)。因此，主動(dòng)脈疾病患者M(jìn)MP激活可能涉及JNK和NF-κB通路的協(xié)同作用。

3 銅與主動(dòng)脈疾病

3.1 主動(dòng)脈疾病患者銅含量 目前，主動(dòng)脈疾病患者銅含量是否改變尚存在爭議。EDVINSSON等［8］在21例胸主動(dòng)脈夾層患者中檢測(cè)到血清和主動(dòng)脈壁中銅含量均減少。ISKRA等［30］和PIORU?SKA-STOLZMANN等［31］研究發(fā)現(xiàn)，與動(dòng)脈閉塞癥患者相比，動(dòng)脈瘤患者血清和動(dòng)脈壁組織中銅含量呈降低趨勢(shì)。但SOCHA等［21］分別觀察胸主動(dòng)脈瘤和腹主動(dòng)脈瘤患者銅含量發(fā)現(xiàn)，胸主動(dòng)脈瘤患者主動(dòng)脈壁組織中銅含量降低，但腹主動(dòng)脈瘤患者主動(dòng)脈壁組織中銅含量無明顯改變。上述研究表明，主動(dòng)脈疾病患者存在銅含量降低情況，但有其他研究結(jié)果正好相反。如KOKSAL等［11］研究發(fā)現(xiàn)，40例腹主動(dòng)脈瘤與動(dòng)脈閉塞癥患者動(dòng)脈壁中銅含量均升高。KURIANIUK等［23］研究將正常組織作為對(duì)照，同樣發(fā)現(xiàn)27例腹主動(dòng)脈瘤患者動(dòng)脈壁中銅含量升高。此外，PINCEMAIL等［22］與DUBICK等［32］研究未發(fā)現(xiàn)主動(dòng)脈疾病患者銅含量存在明顯改變。CHEN等［10］進(jìn)行的Meta分析結(jié)果顯示，主動(dòng)脈疾病患者與正常對(duì)照者血液循環(huán)和主動(dòng)脈組織中銅含量無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但該Meta分析納入研究的樣本量有限，且銅含量的檢測(cè)方法不一致，故無法對(duì)主動(dòng)脈疾病患者血液循環(huán)和主動(dòng)脈組織中銅含量改變做出確切的判斷。

3.2 銅含量異常參與主動(dòng)脈疾病的發(fā)病機(jī)制 與鐵相似［15］，銅過載也能夠通過芬頓/哈伯-韋斯反應(yīng)而產(chǎn)生過氧化物，從而導(dǎo)致氧化損傷［33］。因此，動(dòng)脈壁中銅過量與鐵過量均可能同時(shí)加重組織氧化損傷，破壞動(dòng)脈壁的完整性，該觀點(diǎn)在KOKSAL等［11］構(gòu)建的動(dòng)脈瘤小鼠模型中得到證實(shí)，該實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈瘤小鼠模型脂質(zhì)氧化標(biāo)志物TBARS及銅、鐵含量均升高。在動(dòng)脈粥樣硬化模型中，蛋白質(zhì)氧化標(biāo)志物——鄰位酪氨酸被發(fā)現(xiàn)能在銅的誘導(dǎo)下升高［34］，也進(jìn)一步說明銅過量的促氧化作用。

銅含量升高或降低均對(duì)動(dòng)脈壁具有破壞性。銅缺乏能夠抑制賴氨酰氧化酶（lysyl oxidase，LOX）的活性。LOX是一種銅依賴的胺氧化酶，負(fù)責(zé)催化膠原蛋白和彈性蛋白的交聯(lián)，對(duì)維持主動(dòng)脈壁的抗張強(qiáng)度和彈性非常重要，其過度激活會(huì)加速膠原沉積，從而導(dǎo)致動(dòng)脈壁纖維化；相反，其抑制則會(huì)引起動(dòng)脈壁彈性和抗張強(qiáng)度下降，從而導(dǎo)致動(dòng)脈壁擴(kuò)張［35］。OKUYAMA等［36］使用LOX抑制劑β-氨基丙腈處理小鼠后發(fā)現(xiàn)，小鼠主動(dòng)脈明顯擴(kuò)張和增寬。STAICULESCU等［37］研究報(bào)道，LOX基因敲除的純合子小鼠易罹患動(dòng)脈瘤，且出現(xiàn)主動(dòng)脈壁細(xì)胞紊亂情況。上述研究表明，銅缺乏可能通過抑制LOX活性而加重主動(dòng)脈疾病。

LOX活性受到JNK通路和NF-κB通路的調(diào)節(jié)。YOSHIMURA等［38］研究發(fā)現(xiàn)，在血管平滑肌細(xì)胞中JNK通路可抑制LOX活性，故使用JNK抑制劑有助于腹主動(dòng)脈瘤小鼠的恢復(fù)。ADAMOPOULOS等［39］研究則表明，炎癥反應(yīng)可能通過JNK通路和NK-κB通路而使血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)更多的LOX，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂。SAWADA等［12］和YAN等［27］在小鼠模型中也觀察到JNK通路和NK-κB通路的激活。因此，主動(dòng)脈疾病中LOX功能紊亂可能受到多因素的影響，但銅含量降低在其中的具體作用尚有待進(jìn)一步探究。

4 硒與主動(dòng)脈疾病

硒是鋅之外的另外一種具有重要抗氧化作用的微量元素。SOCHA等［9］研究報(bào)道，49例腹主動(dòng)脈瘤患者血清硒含量低于對(duì)照組。WITKOWSKA等［40］研究發(fā)現(xiàn)，腹主動(dòng)脈瘤患者血清硒含量下降，且血清硒含量與動(dòng)脈瘤直徑呈負(fù)相關(guān)，提示硒缺乏可能是主動(dòng)脈疾病的危險(xiǎn)因素。但EDVINSSON等［8］通過檢測(cè)21例主動(dòng)脈夾層患者硒含量發(fā)現(xiàn)，患者血清和主動(dòng)脈壁組織中硒含量比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。此外，多項(xiàng)Meta分析結(jié)果表明，硒對(duì)冠心病等多種心血管疾病具有保護(hù)作用［41-42］。但就硒與主動(dòng)脈疾病的關(guān)系而言，目前相關(guān)報(bào)道仍十分有限。

研究表明，硒參與多種氧化還原酶如GSH、硫氧還蛋白還原酶等含硒酶的構(gòu)成，而這些含硒酶在清除細(xì)胞內(nèi)活性氧的過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用［3，42］；長期硒攝入缺乏能有效降低GSH1活性和機(jī)體總抗氧化能力，并加重血管損傷［43］。因此，硒缺乏可能加重主動(dòng)脈壁細(xì)胞的氧化損傷。SHARMA等［44］研究發(fā)現(xiàn)，在GPX1基因敲除小鼠中，JNK通路和NF-κB通路均被激活，推測(cè)缺硒還可能通過JNK通路和NF-κB通路而增加MMP-2、MMP-9表達(dá)，進(jìn)而造成細(xì)胞外基質(zhì)破壞［27］。此外，缺硒引起的活性氧增多還能夠促進(jìn)腫瘤壞死因子α表達(dá)、趨化單核細(xì)胞遷移、加重動(dòng)脈組織的慢性炎癥［3，43］。但硒與主動(dòng)脈瘤或主動(dòng)脈夾層的關(guān)系尚未在動(dòng)物模型中開展。

5 小結(jié)與展望

綜上所述，主動(dòng)脈瘤和主動(dòng)脈夾層患者存在微量元素紊亂，主要表現(xiàn)為鐵和鋅缺乏，而銅和硒的變化是復(fù)雜的，仍需要進(jìn)一步研究。微量元素紊亂可能引起主動(dòng)脈壁的炎癥和氧化損傷，進(jìn)而破壞動(dòng)脈組織，微量元素參與主動(dòng)脈疾病發(fā)病機(jī)制見圖1（發(fā)病機(jī)制圖使用Adobe Illustrator繪制，部分素材來自https://www.scidraw.io/）。但目前的研究仍存在一定局限性：（1）大部分研究納入的樣本量相對(duì)有限；（2）微量元素紊亂與主動(dòng)脈疾病的因果關(guān)系尚不清楚；（3）血漿和主動(dòng)脈壁中微量元素分布差異的機(jī)制很少涉及，雖然鐵蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白等調(diào)節(jié)鐵的蛋白質(zhì)已經(jīng)得到臨床學(xué)者的重視，但調(diào)節(jié)鋅、銅轉(zhuǎn)運(yùn)和分布的蛋白質(zhì)很少被研究；（4）主動(dòng)脈疾病患者可能存在多種微量元素異常，故微量元素間的比值如鐵/鋅、鋅/銅等可能較單一微量元素的變化更有價(jià)值；（5）目前，鐵、鋅、銅、硒之外的其他微量元素鮮有報(bào)道，其是否也參與主動(dòng)脈疾病的發(fā)生、發(fā)展尚不明確。

圖1 微量元素參與主動(dòng)脈疾病的發(fā)病機(jī)制Figure 1 Trace elements are involved in the pathogenesis of aortic disease

作者貢獻(xiàn)：邢凱、王志維進(jìn)行文章的構(gòu)思與設(shè)計(jì)；邢凱進(jìn)行文獻(xiàn)/資料收集、整理，并撰寫、修訂論文；王志維進(jìn)行文章的可行性分析，負(fù)責(zé)文章的質(zhì)量控制及審校，并對(duì)文章整體負(fù)責(zé)、監(jiān)督管理。

本文無利益沖突。