內(nèi)皮細(xì)胞氧化應(yīng)激對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)病過(guò)程的作用機(jī)制*

王 玲綜述 蒲里津?qū)徯?/p>

內(nèi)皮損傷-反應(yīng)學(xué)說(shuō)是目前最為公認(rèn)的動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)病機(jī)制之一，而內(nèi)皮細(xì)胞損傷則是動(dòng)脈粥樣硬化形成的起始步驟和最重要因素。內(nèi)皮細(xì)胞在生理情況下將血液和血管、器官組織分離開(kāi)來(lái)，發(fā)揮抗凝、調(diào)節(jié)血管穩(wěn)態(tài)、維持血管緊張度、調(diào)節(jié)血液和組織之間液體及分子交通等重要作用[1]。內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙在粥樣硬化中的重要作用表現(xiàn)在以下方面：(1)內(nèi)皮細(xì)胞通透性改變導(dǎo)致循環(huán)低密度脂蛋白(Low Density Lipoprotein，LDL)滲透至內(nèi)皮下增多，繼之形成氧化型低密度脂蛋白(Oxidized Low Density Lipoprotein，ox-LDL)，是粥樣硬化斑塊的主要成分,也是驅(qū)動(dòng)泡沫細(xì)胞形成的關(guān)鍵因素。(2)內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙引發(fā)血管內(nèi)環(huán)境促凝和促炎傾向。受損的內(nèi)皮細(xì)胞釋放炎癥因子增多，導(dǎo)致平滑肌細(xì)胞增殖及循環(huán)血單核細(xì)胞趨化形成巨噬細(xì)胞，吞噬ox-LDL形成泡沫細(xì)胞，后者分泌的細(xì)胞因子進(jìn)一步加劇炎癥、氧化應(yīng)激和血小板激活黏附，終致粥樣硬化斑塊形成[2]。(3)內(nèi)皮細(xì)胞分泌舒血管活性物質(zhì)減少、縮血管活性物質(zhì)增加，引起血管收縮舒張功能紊亂[3]，為粥樣硬化形成奠定有利條件。而在內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙致動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，氧化應(yīng)激誘導(dǎo)細(xì)胞肥大和信號(hào)傳導(dǎo)異常，引起細(xì)胞壞死和凋亡[4]，和/或直接導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞通透性增加，內(nèi)皮下LDL積聚增多，氧化應(yīng)激同時(shí)干擾體內(nèi)脂質(zhì)代謝，參與LDL氧化，造成ox-LDL形成增加，泡沫細(xì)胞顯著增多[5]，加速動(dòng)脈粥樣硬化的疾病進(jìn)程；氧化應(yīng)激還能活化炎癥因子，加重內(nèi)皮細(xì)胞損傷，引起膠原合成減少、纖維帽變薄和斑塊失穩(wěn)，誘發(fā)急性血栓事件。因此，氧化應(yīng)激是導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙的首要原因之一，對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化的形成具有重要意義。本文綜述氧化應(yīng)激損傷內(nèi)皮細(xì)胞在動(dòng)脈粥樣硬化過(guò)程中的作用機(jī)制。

1 氧化應(yīng)激的直接作用機(jī)制

機(jī)體氧化還原體系的平衡維持著生物體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，在細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)、基因表達(dá)、抵御外來(lái)微生物入侵、維持細(xì)胞正常生長(zhǎng)和壞死等進(jìn)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。活性氧(Reactive Oxygen Species, ROS)生成增加和/或抗氧化體系活性減弱將導(dǎo)致氧化還原平衡打破，對(duì)DNA、脂類(lèi)和蛋白質(zhì)等細(xì)胞大分子造成損傷。

1.1 氧化應(yīng)激導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞一氧化氮合成減少、生物利用度降低

血管內(nèi)皮細(xì)胞是一氧化氮(Nitric Oxide，NO)產(chǎn)生的主要場(chǎng)所。NO對(duì)血管舒張的調(diào)節(jié)是血管系統(tǒng)中最重要的動(dòng)脈粥樣硬化防御機(jī)制。腺苷5'-單磷酸依賴(lài)的蛋白激酶(Adenosine 5’-Monophosphate - Activated Protein Kinase, AMPK)作為還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(Reduced Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate Oxidase, NOX)負(fù)調(diào)節(jié)劑，通過(guò)降低NOX的表達(dá)，從而預(yù)防血管氧化損傷和內(nèi)皮功能障礙，是他汀類(lèi)藥物作用靶標(biāo)之一。NO能激活A(yù)MPK，促進(jìn)內(nèi)皮祖細(xì)胞動(dòng)員并向內(nèi)皮細(xì)胞分化，修復(fù)內(nèi)皮細(xì)胞的損傷。氧化損傷引起NO減少，AMPK通路抑制，延遲內(nèi)皮細(xì)胞的修復(fù)，為粥樣硬化形成提供有利條件。除導(dǎo)致NOX增加外，氧化應(yīng)激引起黃嘌呤氧化酶、環(huán)氧合酶、脂氧合酶、髓過(guò)氧化物酶和細(xì)胞色素P450單加氧酶等多種氧化酶上調(diào)，產(chǎn)生大量ROS，均能夠迅速與NO結(jié)合，形成高活性的過(guò)氧亞硝酸鹽中間體，導(dǎo)致NO含量和生物利用率降低[9]，同時(shí)促進(jìn)蛋白質(zhì)硝化，引起內(nèi)皮功能障礙和死亡[10]。過(guò)量ROS干擾內(nèi)皮細(xì)胞NO信號(hào)傳導(dǎo)、介導(dǎo)NO合酶解耦連[11]，使內(nèi)皮細(xì)胞介導(dǎo)的血管舒張和收縮功能紊亂，血管壁張力增加，加速粥樣硬化形成。

1.2 氧化應(yīng)激是ox-LDL生成的直接驅(qū)動(dòng)力

Ox-LDL具有顯著細(xì)胞毒性，很容易被巨噬細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞吞噬,引起膽固醇積聚和泡沫細(xì)胞形成，是動(dòng)脈粥樣硬化形成的最主要驅(qū)動(dòng)因素。過(guò)度氧化是LDL形成ox-LDL的主要原因[12]。Ox-LDL通過(guò)丙二醛依賴(lài)途徑，破壞動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞的完整性并影響細(xì)胞壽命[13]。Ox-LDL誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)細(xì)胞間黏附因子、血管-細(xì)胞黏附因子、P選擇素、E選擇素等，調(diào)控如核因子κB(Nuclear Factor Kappa-B, NF-κB)、絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-Activated Protein Kinase, MAPK)、Toll樣受體(Toll-like Receptors, TLR)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(Transforming Growth Factor-β, TGF-β)等氧化還原及炎癥相關(guān)信號(hào)通路，引起下游ROS的產(chǎn)生超過(guò)生理需要，正反饋加重脂蛋白氧化修飾、內(nèi)皮細(xì)胞活化、巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)等過(guò)程。另一方面，LDL氧化修飾過(guò)程中形成的中間產(chǎn)物溶血磷脂酰膽堿作為趨化因子，協(xié)同內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)的黏附分子驅(qū)動(dòng)單核細(xì)胞的募集、黏附和分化，最終吞噬ox-LDL形成泡沫細(xì)胞[14]。Ox-LDL通過(guò)與細(xì)胞膜上清道夫受體(Scavenger Receptors, SCRs)和凝集素樣氧化低密度脂蛋白受體-1(Lectin Like Low-density Lipoprotein Receptor, LOX-1)結(jié)合，促進(jìn)平滑肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞來(lái)源的泡沫細(xì)胞形成，后者分泌腫瘤壞死因子-α(Tumor Necrosis Factor-α, TNF-α)，白細(xì)胞介素-1(Interleukin , IL-1)等促炎物質(zhì)，加速動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程[15]。同時(shí)，ROS能夠引起巨噬細(xì)胞表面的LOX-1發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化而顯著提升膽固醇與巨噬細(xì)胞表面受體的積聚效率，使巨噬細(xì)胞更迅速的轉(zhuǎn)化為泡沫細(xì)胞，促進(jìn)粥樣硬化形成過(guò)程。氧化應(yīng)激也是巨噬細(xì)胞晚期凋亡的主要原因，如凋亡的巨噬細(xì)胞清除不足，將加速粥樣斑塊的破潰、壞死，是急性心血管事件的致病因素之一[16]。

2 氧化應(yīng)激的間接作用機(jī)制

2.1 氧化應(yīng)激觸發(fā)炎癥介導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞損傷

炎癥是機(jī)體對(duì)有害刺激的適應(yīng)性反應(yīng)，炎癥的調(diào)控不當(dāng)將直接導(dǎo)致組織器官的損傷。氧化應(yīng)激可激活包括NF-κB在內(nèi)的多種轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)，繼而使炎性因子和趨化因子增加，將炎癥播散到不用組織，引起包括動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞的損傷[17]，致其分泌金屬蛋白酶增多、活性增強(qiáng)，同時(shí)促進(jìn)膠原蛋白降解，不僅為動(dòng)脈粥樣硬化提供條件，也是粥樣斑塊破潰的主要機(jī)制[18]。此外，被激活的炎癥因子通過(guò)多種途徑正反饋加重氧化應(yīng)激對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的損傷，如TNF-α、IL-6通過(guò)阻礙內(nèi)皮型一氧化氮合酶(Endothelial Nitric Oxide Synthase, eNOS)磷酸化，影響NO生成[19]；IL-17可致NO的超氧反應(yīng)物過(guò)氧亞硝酸鹽增多[20]，使NO含量和生物利用率降低而引起內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙，影響血管舒縮功能；IL-1β和γ干擾素 (Interferon γ, IFN-γ)通過(guò)線(xiàn)粒體和NOX途徑誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生而上調(diào)SCRs表達(dá)，SCRs通過(guò)攝取凋亡細(xì)胞片段、細(xì)菌內(nèi)毒素及ox-LDL，進(jìn)一步加重脂質(zhì)積聚和泡沫細(xì)胞形成[21]。因此，氧化應(yīng)激觸發(fā)炎癥不斷循環(huán)往復(fù)，不斷加重內(nèi)皮細(xì)胞損傷，從而加速粥樣硬化進(jìn)程。

2.2 氧化應(yīng)激導(dǎo)致自噬功能失調(diào)

自噬作為一種生理模式，通過(guò)清除受損的細(xì)胞器和潛在的具有毒副作用的產(chǎn)物，保護(hù)細(xì)胞處于正常生物學(xué)功能狀態(tài)，是一種有效的修復(fù)系統(tǒng)。研究發(fā)現(xiàn)自噬基因Atg5敲除小鼠的粥樣斑塊形成增加，而基礎(chǔ)水平的自噬能夠在動(dòng)脈粥樣硬化中起保護(hù)作用；粥樣硬化的主動(dòng)脈中自噬蛋白p62/ SQSTM1表達(dá)水平的升高，提示粥樣硬化過(guò)程中發(fā)生了自噬功能失調(diào)[22]。自噬在維持NO生物利用度方面起關(guān)鍵作用，還能調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)剪切應(yīng)力的反應(yīng)，保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞維持正常功能[23]。氧化應(yīng)激通過(guò)多種途徑引起自噬功能失調(diào)，使其喪失在動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)展中對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的保護(hù)作用。氧化損傷早期，溶酶體可與自噬體融合形成自噬溶酶體，以清除細(xì)胞內(nèi)有害成分，但由于溶酶體內(nèi)富含不穩(wěn)定鐵，對(duì)氧化應(yīng)激十分敏感，長(zhǎng)期暴露于ROS導(dǎo)致溶酶體膜不穩(wěn)定[24]，不能與自噬體融合形成自噬溶酶體，而喪失自噬的保護(hù)性機(jī)制；并且，溶酶體溶解后釋放水解酶到細(xì)胞質(zhì)中，破壞蛋白質(zhì)和細(xì)胞器，引起細(xì)胞損傷[25]。受到氧化應(yīng)激損傷的線(xiàn)粒體DNA能夠通過(guò)逃避自噬，誘導(dǎo)強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)而促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展[26]。有報(bào)道，正常組織的自噬反應(yīng)有助于ox-LDL的降解，保護(hù)細(xì)胞免受ox-LDL毒性損害，但這種效應(yīng)僅對(duì)相對(duì)低濃度ox-LDL起效，過(guò)度氧化應(yīng)激形成的高水平ox-LDL，使自噬功能受到抑制，細(xì)胞凋亡顯著增加[26]。

2.3 氧化應(yīng)激加速衰老導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙

動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生率隨年齡的增長(zhǎng)而增加，氧化應(yīng)激導(dǎo)致的衰老是內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙的關(guān)鍵因素。動(dòng)物研究中，敲除抗氧化酶類(lèi)基因的小鼠壽命縮短[27]，提示氧化還原穩(wěn)態(tài)的失衡與機(jī)體衰老直接相關(guān)。冠狀動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞的體外培養(yǎng)顯示，隨著細(xì)胞傳代增加，細(xì)胞逐漸表現(xiàn)出的功能障礙、增殖能力降低與氧化應(yīng)激密切相關(guān)[28]。氧化應(yīng)激激活p38MAPK/ p53通路，上調(diào)內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)NOX2和NOX4，促進(jìn)黏附分子、白細(xì)胞介素和趨化蛋白的表達(dá)，引起內(nèi)皮細(xì)胞促血栓形成傾向[29]，同時(shí)使細(xì)胞進(jìn)入不可逆周期停滯，促進(jìn)細(xì)胞衰老，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙[30]。

3 內(nèi)皮細(xì)胞氧化應(yīng)激的表觀(guān)遺傳學(xué)改變

3.1 非編碼RNA對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞氧化應(yīng)激的雙向調(diào)節(jié)作用

研究發(fā)現(xiàn)，多種微小RNA(Micro RNA ，miRNA) 在內(nèi)皮細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷中發(fā)揮重要作用。miRNA-106a-5p通過(guò)調(diào)節(jié)信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3(Stat3)，參與ox-LDL刺激的內(nèi)皮細(xì)胞氧化損傷和凋亡[31]；miRNA-338-3p的下調(diào)能夠靶向抑制甲基胞嘧啶雙加氧酶2促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞氧化損傷[32]；氧化應(yīng)激導(dǎo)致miR-103高表達(dá)，通過(guò)抑制終末期自噬導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞損傷[33]。具有正向調(diào)節(jié)作用的miRNA，如miR-328可通過(guò)靶向動(dòng)脈粥樣硬化中的高遷移率族蛋白B1，改善ox-LDL誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞損傷[34]，miR-210可通過(guò)減少ROS生成，抑制氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，阻止動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展[35]，miRNA-200-3p可靶向組蛋白脫乙酰酶4改善氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡[36]。

新近發(fā)現(xiàn)作用于內(nèi)皮細(xì)胞氧化應(yīng)激的長(zhǎng)鏈非編碼RNA(Long Non-coding RNA，lncRNA)和環(huán)狀RNA (Circle RNA，circRNA)，絕大部分以miRNA為作用靶點(diǎn)。LncRNA OIP5-AS1通過(guò)TLR4/NF-κB信號(hào)通路調(diào)節(jié)miR-98-5p介導(dǎo)的高遷移率族蛋白B1，加速ox-LDL誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞損傷[37]；而LncRNA XIST、LncRNA PVT1、LncRNA SNHG6基因敲除可分別靶向miR-204-5p/TLR4、miR-153-3p/GRB2、miR-135a-5p/ROCK軸在動(dòng)脈粥樣硬化中減輕ox-LDL誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷[38-40]。Circ RNA中Circ-BPTF通過(guò)靶向miR-384，增加內(nèi)皮細(xì)胞的氧化應(yīng)激和炎癥損傷，導(dǎo)致糖尿病血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙，誘發(fā)動(dòng)脈粥樣硬化[41]；Circ_0000231通過(guò)下調(diào)miR-135a-5p參與ox-LDL誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞損傷[42]；Circ_0004104、Circ_0003204、Circ-USP9X基因沉默分別通過(guò)靶向動(dòng)脈粥樣硬化中的miR-328-3p/TRIM14、miR-942-5p/HDAC9、miR-599/CLIC4減輕ox-LDL誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞損傷[43-45]。

3.2 DNA甲基化

DNA甲基化是內(nèi)皮細(xì)胞轉(zhuǎn)錄過(guò)程中重要的表觀(guān)遺傳調(diào)節(jié)因素，與血流紊亂的動(dòng)脈粥樣硬化易感區(qū)相關(guān)。Jiang等[46]利用免疫沉淀測(cè)序?qū)Σ煌赘胁课坏闹鲃?dòng)脈弓和胸降主動(dòng)脈的內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行了全基因組DNA甲基化分析，發(fā)現(xiàn)了5500多個(gè)差異甲基化區(qū)域在氧化應(yīng)激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激方面具有豐富的功能。另有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，同型半胱氨酸通過(guò)TLR4/NF-κB/DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1(DNA Methyltransferase, DNMT1)誘導(dǎo)LOX-1 DNA甲基化引起LOX-1表達(dá)水平增高，導(dǎo)致氧化應(yīng)激和內(nèi)皮細(xì)胞損傷，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化形成[47]。

3.3 乙酰化和去乙?；?/h3>

真核生物的DNA盤(pán)繞在組蛋白上，通過(guò)組蛋白翻譯后修飾,能夠精確地控制基因表達(dá)。其中，精氨酸和賴(lài)氨酸殘基乙酰化在動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。阿司匹林是廣泛應(yīng)用于治療和預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化的藥物，低濃度阿司匹林發(fā)揮血管保護(hù)的作用機(jī)制之一即為通過(guò)誘導(dǎo)eNOS的賴(lài)氨酸乙?；鳛橐环N翻譯后蛋白質(zhì)修飾，增加NO含量，改善血管內(nèi)皮細(xì)胞功能[48]。LDL在動(dòng)脈粥樣硬化的形成中發(fā)生多重修飾，氧化型修飾LDL形成的ox-LDL對(duì)動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞具有脂質(zhì)毒性，而去乙酰化修飾的LDL亦能夠誘導(dǎo)細(xì)胞中的脂質(zhì)積聚[49]。

4 結(jié)語(yǔ)

內(nèi)皮細(xì)胞氧化應(yīng)激在動(dòng)脈粥樣硬化中的損傷機(jī)制是涉及多水平、多維度的復(fù)雜生物學(xué)過(guò)程，盡管目前對(duì)這一領(lǐng)域有了一定認(rèn)識(shí)，但尚缺乏針對(duì)該機(jī)制作用效果明確的臨床治療。隨著科學(xué)研究的日新月異，更加深入和全面地認(rèn)知氧化應(yīng)激損傷對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的損傷機(jī)制，有助于更好的理解動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)病過(guò)程，并為臨床治療提供更多理論依據(jù)。

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本文作者簡(jiǎn)介：

王 玲(1989-)，女，漢族，博士研究生，研究方向冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病