慢性應激在血管內膜增生中的作用及分子機制的研究進展

王 錚(綜述)，李 香(審校)

血管內膜增生是一種以血管內膜過度增厚和管腔狹窄為主要特征的血管病變，其形成涉及內皮細胞功能紊亂、免疫炎癥反應和血管中膜平滑肌細胞增殖等過程。血管內膜增生也是動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)、血管成形術、冠狀動脈旁路移植術后再狹窄等心血管疾病共同的病理生理特征，與血管重塑關系密切。防止內膜增生及術后再狹窄一直是國內外研究的重要課題。慢性應激是指機體內外長期受到各種負面因素的刺激而產生的非特異性全身反應。在消極的生活事件中，慢性應激普遍存在，并與血管內膜增生密切相關。研究發(fā)現，慢性應激情況下，血管內膜增生是增強的。組織蛋白酶(cathepsin)是溶酶體蛋白酶家族的重要成員。目前已發(fā)現19種組織蛋白酶，可分為絲氨酸、天門冬氨酸和半胱氨酸組織蛋白酶三大類，cathepsin S(CatS)、cathepsin K(CatK)屬于半胱氨酸組織蛋白酶。以往研究表明，CatS、CatK兩種亞型可促進血管內膜增生病變的進展，慢性應激可使損傷血管增生內膜的CatS、CatK基因及蛋白表達增加，增加其在血管內膜病變中含量，增強其對下游信號通路激活作用，進而促進血管內膜增生。本文將慢性應激與CatS、CatK促進血管內膜增生的信號通路聯(lián)系進行闡述，以期人們更了解慢性應激對血管內膜增生的重要作用，進而從高危因素的源頭預防疾病的發(fā)生。

1 慢性應激在血管內膜增生中的作用

在傳統(tǒng)的危險因素中，例如高脂血癥，40%的AS危險因素與慢性應激有關。慢性應激引起血管內膜增生的作用分為以下幾方面：(1)慢性應激可引起血流動力學改變，導致局部內皮損傷。受損的血管內皮細胞可使受損的血管內膜暴露于多種致病因素下，激活內源性和外源性凝血途徑，進而導致血栓形成，而局部血栓形成可逐漸導致早期管腔狹窄或閉塞。(2)慢性應激造成血管內膜損傷后，局部受損的血管可產生多種細胞因子、趨化因子和炎癥介質，如血小板源性生長因子、胰島素樣生長因子等。在這些因素的刺激下，平滑肌細胞大量增殖，導致新生內膜增生，加重血管狹窄的病理轉歸。(3)長期的應激還可導致一氧化氮和內皮素之間的失衡，并導致內皮功能障礙，最終促進血管內膜增生。(4)慢性炎性應激可導致組織蛋白酶表達的增加，調節(jié)血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)在心血管炎癥和代謝紊亂中的細胞遷移、侵襲，這無疑加速了血管內膜增生的進程。在基礎研究方面，Meng等在應激小鼠模型實驗中，發(fā)現應激病變與非應激病變相比，基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)-2和MMP-9基因水平及凝膠溶解活性明顯升高，在血管重塑過程中，應激增強了細胞外基質蛋白的水解，最終導致血管內膜增生。而新生血管形成的過程與各種蛋白水解系統(tǒng)的細胞外基質重塑有關。大量研究支持MMP參與這一過程。Meng等通過建立新西蘭兔應激模型研究發(fā)現，與單純的高脂飲食組相比，高脂飲食增加慢性應激后，內膜及中膜厚度的增加更為顯著。該研究證實，慢性應激與其他危險因素[例如低密度脂蛋白膽固醇(low-density lipoprotein cholesterol,LDL-C)或總膽固醇(total cholesterol,TC)]相比更能促進血管內膜和中膜增生。它是內膜和中膜增生的重要的獨立危險因素之一。這為預防應激相關的血管內膜增生的發(fā)生發(fā)展提供了理論依據。

2 慢性應激參與血管內膜增生的分子機制

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慢性應激可通過CatS相關的信號通路促進血管內膜增生 組織蛋白酶家族是半胱氨酸組織蛋白酶的一種，其在人體各種細胞溶酶體中起“清道夫”作用。目前，人體組織及細胞內共發(fā)現19種組織蛋白酶，其中CatS具有較強的膠原蛋白和彈性蛋白分解活性，其表達水平可預測AS心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展及預后。研究發(fā)現，CatS存在于人AS病變中，而正常血管中CatS表達很少。早期AS斑塊中，CatS主要表達于內膜和中膜的平滑肌細胞，而在進展的粥樣斑塊中，CatS主要定位于纖維帽的巨噬細胞和平滑肌細胞中。動物實驗結果也表明，損傷后增生的新生內膜中CatS表達增高，并參與血管重構。過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPAR-γ)是可連接轉錄因子核超家族的成員，PPAR-γ通過與類視黃醇X受體結合作為專屬性異二聚體的PPAR反應調節(jié)元件，控制參與脂肪生成、血管生成和維持代謝穩(wěn)態(tài)的基因網絡的表達，PPAR-γ活化與多種細胞生物學事件的調節(jié)有關，包括細胞分化、遷移和增殖。2015年Li等報道了CatS介導的PPAR-γ活化以及PI3K/Akt-血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)信號轉導通路調節(jié)血管內皮細胞及其祖細胞增殖行為，促進血管再生的新機制。研究結果提示，CatS可能成為慢性應激導致的經皮冠狀動脈介入治療(percutaneous transluminal coronary intervention,PCI)術后血管增生性再狹窄的新靶點。周毅則通過實驗證明PPAR-γ活化后能夠通過上調VSMC中解偶聯(lián)蛋白2的表達，減輕了細胞的氧化應激，進而減輕因VSMC增殖、遷移引起的血管內膜增生。Wang等建立小鼠頸動脈結扎損傷模型，通過測量頸動脈橫切面的新生內膜面積和新生內膜/中膜面積的比值來評估慢性應激對損傷相關的新生內膜形成的影響。結果表明，與非應激對照組相比，慢性應激可顯著增加CatS小鼠血管新生內膜的面積及病變中新生內膜/中膜面積的比值。但其損傷的CatS小鼠與CatS小鼠相比頸動脈內膜病變明顯減少。其分子機制可能是在慢性應激條件下，小鼠損傷頸動脈的CatS基因和蛋白表達均增加，進而通過Toll樣受體-2/Toll樣受體-4(Toll-like receptor-2/Toll-like receptor-4，TLR-2/TLR-4)信號通路調節(jié)炎癥、免疫活動和平滑肌細胞增殖來促進血管內膜增生。Wu等研究發(fā)現，與CatS小鼠相比，CatS小鼠形成了明顯的內膜病變和長病變損傷，內膜/中膜面積比值也較高。定量檢測結果顯示CatS小鼠的內膜增生面積明顯低于CatS小鼠，增殖細胞核抗原染色顯示，CatS小鼠損傷的頸動脈內膜和中膜的增殖活性均低于CatS小鼠。最終得出結論：(1)在分子水平上，CatS的缺失延緩了損傷誘導的TLR-2基因及其下游炎癥基因以及p38MAPK、Akt和HDAC6信號的激活；(2)TLR-2沉默減輕了HDAC6、p38MAPK、Akt和VSMC功能的磷酸化，減輕了VSMC的增殖和遷移。由此可知，CatS可能通過TLR-2介導的p38MAPK/Akt信號通路激活和HDAC6介導的VSMC遷移和增殖控制損傷相關的血管修復。這與Muto等的研究結果一致，即p38MAPK、Akt和有絲分裂活化蛋白激酶1/2(mitogen-activated protein kinase 1/2,ERK1/2)信號通路在VSMC增殖、遷移和新生內膜形成過程中起重要作用。Yu等建立了兔的慢性應激模型，實驗結果顯示，手術+高脂飲食+慢性應激組與對照組、高脂飲食組、手術+高脂飲食組相比，血管生成素(angiogenin,Ang)蛋白增加了348.6倍。促血管生成基因Ang和VEGF-A的表達各增加了2.2倍。VEGF家族是最常見的促進血管生成的因子，VEGF-A作為重要的成員，可通過促進單核細胞活化、黏附和遷移，增加內皮細胞通透性，促進內膜增生。由此可見，慢性應激作為一種實驗條件，在增加此因素后，促血管生成的因素明顯增加，最終導致新生血管的增加。

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慢性應激可通過CatK相關的信號通路促進血管內膜增生 CatK屬于半胱氨酸組織蛋白酶的成員，CatS、CatK是發(fā)現在人類AS病變中表達的組織蛋白酶。以往研究表明，與非應激對照斑塊相比，應激AS斑塊含有高水平的CatK。除AS斑塊外，在球囊損傷性再狹窄模型中，也發(fā)現了動脈內膜病變中CatK的表達增加。慢性應激可加速炎癥和小鼠的血管內膜增生，在損傷后內膜增生的過程中，CatK參與應激誘導的血管重塑。Meng等通過建立小鼠結扎誘導頸動脈損傷模型以及增加慢性應激條件，觀察到慢性應激可增強CatK基因、CatK蛋白表達，慢性應激CatK小鼠中的受損頸動脈中p-p38、p-mTOR和p-Akt蛋白的水平以及CatK和AT1R蛋白的水平高于對照組小鼠，有助于結扎損傷后應激相關的血管重塑。CatK抑制劑降低了應激小鼠受損頸動脈中AT1R、p-p38、p-mTOR和p-Akt蛋白水平，減輕了應激小鼠損傷頸動脈中新內膜的形成和新內膜與中膜的比率。綜上表明，CatK可通過AT1R-Akt/mTOR和p38信號依賴的VSMC增殖，進而促進血管內膜增生。表明CatK有望成為血管內介入治療后慢性應激相關再狹窄的新治療靶點。Hu等建立小鼠結扎誘導頸動脈損傷模型的實驗結果顯示，CatK與CatK小鼠相比，動脈病變中TLRs(TLR-2/TLR-4)表達明顯減少。CatK的缺乏也降低了動脈病變中p-PI3K、p-Akt、p-p38MAPK和p-mTOR蛋白的水平。在分子水平上，CatK缺乏延緩損傷誘導的TLR-2/TLR-4及其下游炎癥基因和PI3K/Akt介導的p38MAPK和p-mTOR信號通路激活。利用CatK抑制劑后產生的抗增殖作用可能與TLR-2/TLR-4介導的PI3K/Akt-mTOR和PI3K/Akt-p38MAPK信號通路激活減少有關。綜上所述，CatK通過TLR-2/TLR-4介導的PI3K/Akt-p38MAPK和PI3K/Akt-mTOR信號通路可能是應激損傷誘導的血管重塑和新內膜形成的共同機制。內皮Notch1受體已被證明對血管生成至關重要。Jiang等建立了缺氧應激模型，在培養(yǎng)的內皮細胞中，缺氧應激增強了VEGF誘導的CatK表達和活性，基因或藥物干預對CatK的抑制損害了成熟內皮細胞和內皮祖細胞的促血管生成活性，并伴隨著與VEGF蛋白表達以及Akt磷酸化降低相關的c-Notch1的產生減少。綜上可知，慢性應激可通過激活CatS、CatK相關多種信號通路引起血管內膜增生。這些信號通路的級聯(lián)起點是CatS、CatK，由此假設是否可以通過應用以上兩種蛋白酶的抑制劑減輕病理性血管內膜增生，CatS、CatK是否可以成為防止血管內膜增生治療新靶點，有待更多的研究證實。

3 結語

大量研究均證實了慢性應激及CatS、CatK相關信號通路在血管內膜增生的關鍵作用。然而，目前對于慢性應激及其相關信號通路影響血管內膜增生的研究還不夠詳盡，還缺乏有關的臨床研究及證據去證實是否可以將CatS、CatK作為治療靶點減輕血管內膜增生。隨著科技不斷進步，CatS、CatK相關信號通路有望成為新的治療靶點來減少血管內膜增生性疾病的發(fā)生。