動脈粥樣硬化相關(guān)的炎性信號通路的研究進展

張 風(fēng),鄭 剛,,齊 婧,高 源

(1.陜西中醫(yī)藥大學(xué),陜西 咸陽,712046;2.陜西中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院 科研部,陜西 咸陽,712000)

動脈粥樣硬化(AS)是一種慢性血管炎性疾病，以脂質(zhì)代謝紊亂、炎性細胞浸潤、出血及血栓形成和纖維組織增生等為主要病理改變，是導(dǎo)致冠心病、高血壓病、腦卒中等心腦血管疾病的病理基礎(chǔ)，對人類健康造成極大威脅[1]。關(guān)于AS的發(fā)病機制尚未完全明了，目前有脂質(zhì)浸潤學(xué)說、平滑肌克隆學(xué)說、血栓形成學(xué)說、炎癥反應(yīng)學(xué)說等[2],其中炎癥反應(yīng)學(xué)說對AS發(fā)病過程的解釋較為全面，在學(xué)術(shù)界受到了廣泛認(rèn)可。本文對炎癥反應(yīng)參與AS的病理生理機制及相關(guān)信號通路進行深入探索，有助于發(fā)現(xiàn)新的藥物作用靶點，為防治AS提供研究思路。

1 炎癥反應(yīng)與AS的發(fā)生機制

AS曾被認(rèn)為是一種脂質(zhì)物質(zhì)在血管壁緩慢聚集的過程。20世紀(jì)末，國外專家ROSS R[3]提出AS的“損傷反應(yīng)”學(xué)說，表明AS是一種多因素誘導(dǎo)的慢性炎癥型疾病，隨后相關(guān)研究結(jié)果印證了這一觀點，AS涉及復(fù)雜的循環(huán)血細胞(如血小板、單核細胞)和血漿成分(如脂蛋白)，在高脂、高糖等外界因素刺激下與血管壁細胞(如內(nèi)皮細胞)相互作用，介導(dǎo)AS。

AS的早期機制是動脈內(nèi)膜的內(nèi)皮細胞滲透性屏障功能破壞，使循環(huán)血液中的脂蛋白等物質(zhì)沉積并最終依附在動脈管壁上，進而被氧化修飾為低密度脂蛋白膽固醇，在局部引發(fā)炎癥反應(yīng)。與此同時，血管細胞黏附分子-1(VCAM-1)、細胞間黏附分子-1(ICAM-1)分泌增多，白細胞在多種趨化因素介導(dǎo)下向內(nèi)皮損傷處遷移、黏附，從而在內(nèi)皮下集聚，其與內(nèi)皮細胞分泌的炎性介質(zhì)觸發(fā)血管局部慢性炎癥反應(yīng)，介導(dǎo)AS斑塊的形成[4]。

動脈管壁上一旦有白細胞附著，單核細胞趨化蛋白-1(MCP-1)促使單核細胞分化成巨噬細胞，氧化型低密度脂蛋白(OX-LDL)可被巨噬細胞清道夫受體(SR)快速識別并吞噬，趨化巨噬細胞轉(zhuǎn)化為泡沫細胞，泡沫細胞胞質(zhì)內(nèi)充滿脂質(zhì)小滴，相互聚集在血管壁上形成“脂質(zhì)條紋”[5]。同時，吞噬脂蛋白的巨噬細胞和受損的內(nèi)皮細胞合成并分泌白細胞介素(IL)-6、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)、血小板源生長因子(PDGF)、成纖維細胞生長因子(FGF)等促炎因子和生長因子，促使免疫細胞浸潤在局部形成脂質(zhì)池，促進炎癥反應(yīng)和斑塊的生長。

動脈中膜平滑肌細胞(SMC)在PDGF和FGF的共同趨化下，遷移至動脈內(nèi)膜下并增殖。SMC衍生膠原等細胞外基質(zhì)蛋白，形成具有保護作用的纖維帽覆蓋在斑塊上，使斑塊更加穩(wěn)定，而活化的巨噬細胞可分泌多種MMPs，胞外基質(zhì)蛋白和間質(zhì)膠原蛋白可被其降解，導(dǎo)致纖維帽變薄、斑塊易于破裂;同時，活化的白細胞可抑制間質(zhì)膠原蛋白的更新，增加斑塊的脆性，進一步增大斑塊破裂的可能性[4]。

AS斑塊一旦破裂，循環(huán)中血小板活化、激活凝血級聯(lián)反應(yīng)、多細胞啟動，參與血栓形成，阻塞血管，引發(fā)惡性缺血事件。研究[6-7]表明，血小板不僅介導(dǎo)AS血栓形成，也參與炎癥免疫反應(yīng)。當(dāng)血流剪切應(yīng)力發(fā)生改變，循環(huán)血液中的血小板通過表面受體響應(yīng)血流變化，結(jié)合黏附蛋白和細胞外基質(zhì)，使血小板黏附與活化，通過表達整聯(lián)蛋白、P-選擇素(P-selectin)和Toll樣受體進行免疫。血小板P-selectin 和白細胞表達的配體1(PSGL-1)相互作用，介導(dǎo)血小板-白細胞聚集體的形成，促進AS的發(fā)生。同時，激活的血小板啟動顆粒釋放，致密顆粒分泌神經(jīng)遞質(zhì)(5-HT)、磷酸腺苷(ATP/ADP)等介質(zhì);α顆粒釋放黏附蛋白、趨化因子、細胞因子等。這些分泌物通過正/反向調(diào)控內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞和白細胞，參與AS發(fā)展。

總結(jié)來說,AS包含復(fù)雜的基質(zhì)介導(dǎo)，多種細胞因子貫穿其發(fā)生、發(fā)展的全過程。

2 與AS有關(guān)的炎癥反應(yīng)信號通路

炎癥反應(yīng)貫穿AS的全過程，而介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的信號通路繁多且復(fù)雜，主要有以下6條信號通路。

2.1 酪氨酸激酶/信號傳導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子(JAK/STAT)信號通路

JAK/STAT是一種由細胞因子介導(dǎo)的信號傳遞通路，可被多種細胞因子激活，同時也調(diào)控多種細胞因子的表達，是細胞進行信號傳遞的主要途徑。JAK/STAT主要由酪氨酸激酶JAK及STAT蛋白構(gòu)成，JAK/STAT家族有4個Janus激酶(JAK1-3、TYK2)和7個STATs(STAT1、2、3、4、5a、5b、6)。通路激活過程如下:首先，細胞因子與細胞膜上的相應(yīng)受體相結(jié)合，驅(qū)使受體分子二聚化并招募受體偶聯(lián)的JAK激酶，通過交互的酪氨酸發(fā)生磷酸化并被激活，JAK激酶被活化后可催化受體上的酪氨酸殘基發(fā)生磷酸化，受體招募STAT,JAK激酶磷酸化STAT使其激活，活化的STAT脫離受體在胞漿中形成二聚體，進入細胞核內(nèi)和靶基因結(jié)合，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄和蛋白表達?；罨腏AK/STAT蛋白可增加多種炎性因子表達，如VCAM-1和MCP-1等，可加快細胞的增殖和遷移，趨化炎性細胞向動脈內(nèi)皮細胞的黏附與浸潤等[8]。JAK/STAT信號通路見圖1。

JAK/STAT信號通路從血管內(nèi)皮細胞(VECs)功能紊亂、血管平滑肌(VSMC)增殖和遷移、炎癥細胞浸潤等多方面介導(dǎo)AS形成。內(nèi)皮細胞的激活、增殖和遷移是生成新血管的基礎(chǔ)，新生血管的不成熟可造成AS斑塊不穩(wěn)定、甚至破裂。內(nèi)皮細胞的增殖和遷移是在血管內(nèi)皮因子(VEGF)的誘導(dǎo)下完成，而JAK/STAT信號通路是VEGF在細胞內(nèi)進行信號傳導(dǎo)的主要途徑。陳健芳等[9]發(fā)現(xiàn)，通過抑制JAK/STAT信號通路，可減輕高糖誘導(dǎo)的人臍靜脈血管內(nèi)皮損傷。血管中膜的SMC在正常情況下為靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)AS發(fā)生時，組織合成表達多種炎性介質(zhì)，刺激VSMC由靜止轉(zhuǎn)變?yōu)樵鲋尺w移狀態(tài)。研究[10]顯示，可通過抑制JAK/STAT信號通路抑制VSMC增殖和遷移。炎性浸潤是AS病變的重要因素，研究表明，炎癥細胞的增殖、分化等過程的調(diào)節(jié)與JAK/STAT信號通路密切相關(guān)。黃志敏等[11]發(fā)現(xiàn)通過阻斷JAK/STAT信號通路可降低阿霉素腎纖維化大鼠炎癥因子水平。

2.2 絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)依賴性信號通路

MAPK主要由蛋白激酶及蛋白激酶磷酸化作用構(gòu)成，是介導(dǎo)細胞內(nèi)外信息交流的重要通路，在哺乳動物細胞中存在14條通路，細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)、c-Jun氨基末端激酶(JNK)、p38 MAPK是其中3條經(jīng)典的信號通路[12]。MAPK傳導(dǎo)通路激活過程如下:MAPK激酶激酶(MAPKKK)受有絲分裂原刺激磷酸化而激活，在此基礎(chǔ)上MAPKKK轉(zhuǎn)而磷酸化激活MAPK激酶(MAPKK),最后由MAPKK磷酸化MAPK,使其活化，激活的MAPK分子活化核轉(zhuǎn)錄因子-κB (NF-κB),從而調(diào)節(jié)炎性細胞因子的表達，使細胞的通透性增加，加速細胞凋亡[13]。

研究[14]表明,AS與MAPK信號通路的激活密切相關(guān)。炎性細胞因子和各種細胞應(yīng)激信號主要由JNK、p38MAPK通路轉(zhuǎn)導(dǎo)，而細胞的生長、分裂等信號主要由ERK通路轉(zhuǎn)導(dǎo)，各通路間存在相互協(xié)同或抑制作用。靳昭輝等[15]發(fā)現(xiàn)，可通過干預(yù)p38MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，改善糖尿病AS兔的炎癥反應(yīng)。通過p38 MAPK、ERK1/2抑制劑分別抑制p38 MAPK、ERK信號通路，可對抗球囊損傷后大鼠頸動脈內(nèi)膜的新生[2]。

2.3 活性氧(ROS)依賴性信號通路

ROS主要由還原型輔酶Ⅱ(NADPH)氧化酶產(chǎn)生，是細胞內(nèi)傳遞信號的使者。血管NADPH氧化酶在生理狀態(tài)下活性較低，脂多糖(LPS)等因素的刺激可使其表達增加，導(dǎo)致血管內(nèi)皮功能障礙，誘發(fā)炎癥反應(yīng)，從而使血管平衡狀態(tài)遭到破壞[16]。致炎物質(zhì)激活ROS受體，使細胞內(nèi)生成大量的ROS，活化NF-κB蛋白，從而調(diào)節(jié)炎性因子的表達。

研究[17-18]發(fā)現(xiàn),ET-1通過ETA-ROS信號通路，誘導(dǎo)血管平滑肌細胞(VSMC)C反應(yīng)蛋白(CRP)的表達，同型半胱氨酸可以通過NMDAR/ROS/NF-κB信號通路誘導(dǎo)VSMC CRP表達。

2.4 TLR依賴性信號通路

TLR是一種新的炎性信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，是溝通脂質(zhì)代謝紊亂、免疫反應(yīng)和炎癥反應(yīng)之間的橋梁，TLR4信號通路激活可引起慢性炎癥反應(yīng)，促進AS形成。TLR4在內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞等細胞表面均有表達，其能夠識別LPS、OX-LDL等多種危險的信號分子。TLR4可以激活MyD88依賴型和MyD88 TLR4非依賴型2條通路，由MyD88和TRIF 2種銜接蛋白分別與相應(yīng)受體結(jié)合，激活下游信號分子，產(chǎn)生促炎細胞因子和干擾素，激活T、B淋巴細胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答[19]。

ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體G(ABCG1)是介導(dǎo)脂質(zhì)積聚和炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵基因，TLR4可下調(diào)其表達，誘導(dǎo)脂質(zhì)積聚和炎癥細胞浸潤血管平滑肌[20]，從而介導(dǎo)AS的形成。研究[21]發(fā)現(xiàn)，抑制ApoE-/-小鼠TLR4、MyD88基因的表達，可抑制主動脈粥樣硬化內(nèi)皮細胞對白細胞的黏附以及巨噬細胞的浸潤，使循環(huán)促炎細胞因子(IL-12、MCP-1)、斑塊脂質(zhì)含量顯著減少。研究[22]發(fā)現(xiàn)，OX-LDL通過TLR4/NF-κB依賴途徑，上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶-9(MMP-9),促使巨噬細胞表達TNF-α、IL-8、IL-1β等炎性因子，加速斑塊的破裂。TLR4信號通路見圖2。

2.5 NF-κB信號通路

NF-κB信號通路廣泛分布于哺乳動物細胞內(nèi)，具有多向性轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)作用，可由多種細胞因子和炎性因子誘導(dǎo)激活，該通路通過潛伏、誘導(dǎo)、應(yīng)答、消退4個階段介導(dǎo)炎癥反應(yīng)，在AS發(fā)病機制中占據(jù)核心地位[23]。

NF-κB信號通路可調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞的活化和促炎因子的表達,AS斑塊的形成與該通路調(diào)控相關(guān)細胞因子的表達密切相關(guān)。既往研究[24]發(fā)現(xiàn),TNF-α和IL-6基因的啟動子和增強子中均存在κB序列，活化的NF-κB與其特異性位點相結(jié)合，激活TNF-α、IL-6基因，使其表達和釋放增多。TNF-α生物學(xué)活性廣泛，可調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝，介導(dǎo)炎癥免疫反應(yīng)，刺激自身及IL-1、IL-6、ICAM-1等炎性因子的生成與釋放，發(fā)揮促炎作用，而TNF-α、IL-1又對NF-κB有反饋調(diào)節(jié)作用，細胞因子在前炎性因子TNF-α、IL-1等細胞因子正負反饋作用下不斷上調(diào)，使炎癥反應(yīng)持續(xù)存在，介導(dǎo)AS的發(fā)生與發(fā)展[25]。NF-κB信號通路見圖3。

2.6 CD40/CD40L信號通路

CD40是腫瘤壞死因子受體的家庭成員,CD40L是其配體,CD40/CD40L作為一對互補的跨膜糖蛋白，在免疫細胞、VECs、VSMC等多種細胞中均有表達，參與免疫、炎癥等生物學(xué)過程[26]。VSMC、VECs和巨噬細胞在CD40/CD40L信號通路介導(dǎo)下，可表達TNF-α、ILs、黏附分子等炎性介質(zhì)。當(dāng)發(fā)生AS時,CD40與CD40L結(jié)合并激活進入細胞，通過激活NF-κB等下游信號通路，上調(diào)促炎因子和促血栓形成基因的轉(zhuǎn)錄與表達，參與AS的進程[27]。

研究[28]發(fā)現(xiàn)，誘導(dǎo)VECs表達MMPs的主要信號通路是CD40/CD40L。CD40/CD40L信號通路激活，使血管ROS、脂肪因子含量增多、加速白細胞向內(nèi)皮損傷處的募集，促進AS斑塊的生成[29]。

3 總結(jié)與展望

隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)的發(fā)展，關(guān)于AS發(fā)病機制的研究已逐步深入到細胞、分子等微觀領(lǐng)域。AS的形成是包含多種機制的復(fù)雜過程，學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為AS病變是由VECs受損、內(nèi)皮功能障礙而導(dǎo)致的慢性炎癥反應(yīng)過程。與VECs炎性反應(yīng)相關(guān)的信號通路紛繁復(fù)雜，遠不上述幾條，這些通路之間相互關(guān)聯(lián)、相互影響，共同參與AS的形成與發(fā)展。理論上，阻斷相關(guān)炎性信號通路可阻斷AS的進程，事實上，這一猜想也已在許多臨床研究和動物實驗中被證實;Canakinumab抗炎藥血栓形成結(jié)果研究(CANTOS)[30]將AS中的炎癥作為靶點從推測轉(zhuǎn)變?yōu)榕R床現(xiàn)實，該研究以經(jīng)過大量研究并證實在AS形成中發(fā)揮重要作用的特異性促炎細胞因子IL-1β為靶點，成功突破了炎癥小體作為進一步治療干預(yù)的途徑;Nod樣受體家族含pyrin結(jié)構(gòu)域蛋白3 (NLRP3)炎癥體以及下游細胞因子IL-1β、IL-18、IL-6是有潛力的干預(yù)候選目標(biāo)。研究[31-32]表明，服用抗IL-1β抗體可減少心肌梗死后心血管穩(wěn)定患者心肌梗死的復(fù)發(fā)，以及根據(jù)指南(包括他汀類藥物)治療患者的主要心血管不良事件的發(fā)生。隨著CANTOS的成功，已經(jīng)有抑制炎癥體激活等干擾IL-1β及其產(chǎn)生過程的策略，某些趨化因子的選擇性中和作用在這方面也值得考慮。此外，目前有幾種有潛力的途徑尚未進入臨床試驗階段，但正處于積極探索階段。

AS是由多種因素共同介導(dǎo)的復(fù)雜性病變，實踐中若僅針對某單一靶點進行抗炎治療，難以達到理想的效果。因此，探索炎癥反應(yīng)與AS的關(guān)系以及各信號通路之間的聯(lián)系，有助于闡明AS的發(fā)病機制、尋找新型藥物的作用靶點，以及設(shè)計出更合理的防治AS的方案。