瘦素參與動脈粥樣硬化形成機制的研究進展

杜昭啟，臧晗偉，楊麗娟，李偉

（1.濱州醫(yī)學院附屬醫(yī)院心臟大血管外科，山東濱州 256600；2.濱州醫(yī)學院附屬醫(yī)院醫(yī)學研究中心，山東濱州 256600）

據(jù)報道，2019 年我國罹患心血管疾病人數(shù)達3.3億，其發(fā)病原因與飲食結(jié)構(gòu)改變、吸煙、肥胖及糖尿病等有關(guān)，心血管疾病的發(fā)病率和死亡率居我國所有疾病之首［1］。動脈粥樣硬化是冠狀動脈和大血管最常見的病變，也是大部分心血管疾病發(fā)病的重要原因，如心肌梗死、腦梗死、大血管及周圍血管病。內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞、巨噬細胞功能改變和炎性細胞浸潤在動脈粥樣硬化的形成過程中起著至關(guān)重要的作用。瘦素（leptin）是脂肪細胞合成和分泌的激素，除調(diào)節(jié)機體代謝外，還參與了心血管功能、免疫功能、內(nèi)分泌功能的調(diào)節(jié)以及腫瘤的進展［2］。在心血管系統(tǒng)，瘦素通過調(diào)控血管內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞和巨噬細胞等的功能參與了動脈粥樣硬化的形成?，F(xiàn)就瘦素對動脈粥樣硬化形成過程中相關(guān)細胞的調(diào)控進行綜述。

1 瘦素概述

Friedman等通過實驗發(fā)現(xiàn)并首次合成了由肥胖（ob）基因編碼的多肽類激素，命名為瘦素。瘦素是由167 個氨基酸組成的多肽，主要由白色脂肪細胞合成和分泌，瘦素通過與下丘腦弓狀核的受體結(jié)合，可以減少飲食并參與能量穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)，此外瘦素廣泛參與了心血管、免疫和內(nèi)分泌等多系統(tǒng)的功能活動及腫瘤的發(fā)生發(fā)展。瘦素的分泌具有晝夜節(jié)律性，夜間分泌量明顯比日間多，且呈脈沖式分泌［3］。在生理濃度下，瘦素對心血管系統(tǒng)表現(xiàn)為保護作用，但濃度超過生理范圍或處于高瘦素血癥狀態(tài)下，其保護作用則變成危險因素。如瘦素在生理水平具有舒張血管作用，對心肌無明顯影響；超過生理范圍的瘦素則促進氧自由基生成，導(dǎo)致心肌細胞損傷，促進動脈粥樣硬化進程。進入血液循環(huán)的瘦素以游離或與球蛋白結(jié)合的形式運輸，到達靶細胞后與瘦素受體（obese receptor，ob?R）結(jié)合發(fā)揮生物學作用。ob?R是由糖尿病基因（diabetes gene，db）編碼的跨膜受體，有胞外結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域和胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域，根據(jù)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域的不同分為6 種異構(gòu)體（ob?Ra～f）［4］。其中，ob?Rb 具有較長的胞內(nèi)區(qū)，稱為長型受體；ob?Ra、ob?Rc、ob?Rd、ob?Rf 為短型受體；ob?Re 只含胞外結(jié)構(gòu)域，為可溶性受體。除下丘腦外，ob?R 還廣泛分布于血管、消化道、肺、性腺、胎盤、胸腺等組織器官。ob?R 在正常血管、病變血管和粥樣硬化斑塊中均有表達［5］。瘦素與其受體結(jié)合通過調(diào)控下游信號通路從而影響血管內(nèi)皮細胞、血管平滑肌細胞和巨噬細胞的生物學功能，參與動脈粥樣硬化的進展。

2 瘦素與血管平滑肌細胞

2.1 瘦素對血管平滑肌增殖、遷移能力的影響

生理情況下，血管平滑肌細胞通過舒縮功能調(diào)節(jié)血管壁的張力，維持管腔的形狀和大小。在各種致病因素刺激下，血管平滑肌細胞被激活發(fā)生表型轉(zhuǎn)換。血管平滑肌細胞由收縮表型轉(zhuǎn)換為合成表型，合成和分泌多種基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）和趨化因子，且分泌表型的血管平滑肌細胞具有更強的增殖和遷移能力。血管平滑肌細胞的增殖導(dǎo)致血管壁增厚，管腔變小，收縮能力降低。增殖的血管平滑肌細胞向內(nèi)皮下遷移，吞噬脂肪細胞成為泡沫細胞，促進動脈粥樣硬化的發(fā)生［6?7］。外源性瘦素與小鼠血管平滑肌細胞上的ob?R 結(jié)合，促進血管平滑肌細胞的增殖和遷移，且呈現(xiàn)出明顯的劑量依賴性［8］。瘦素不但促進血管平滑肌細胞的增殖和遷移，還可抑制其凋亡［9］。進一步研究提示，瘦素對血管平滑肌細胞的作用是通過激活絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路和磷脂酰肌醇?3 激酶（PI3K）通路實現(xiàn)的［6］。Shan等［10］構(gòu)建瘦素基因純和突變（ob/ob）和ob?R 基因純和突變（db/db）小鼠，研究瘦素對血管平滑肌細胞的作用及其作用機制，證實瘦素促進小鼠血管平滑肌細胞增殖的作用是通過磷脂酰肌醇?3 激酶?蛋白激酶B?哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（PI3K?AKT?mTOR）信號通路實現(xiàn)的。對人血管平滑肌細胞的研究也得到了同樣的結(jié)論［11］。此外，多項研究表明瘦素還可通過酪氨酸激酶2/轉(zhuǎn)錄激活因子3（JAK2/STAT3）和核因子κB（NF?κB）通路調(diào)節(jié)血管平滑肌細胞的肥大、增殖［12］。血小板反應(yīng)蛋白1（thrombospondin?1，TSP?1）是一種重要的細胞外基質(zhì)糖蛋白，可促進血小板聚集和激活、血管平滑肌細胞增殖和遷移，從而導(dǎo)致動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展［13］。高濃度的瘦素可上調(diào)人和大鼠血管平滑肌細胞TSP?1 的表達，提高血管平滑肌細胞的增殖能力［14］。以上研究表明高濃度的瘦素通過多種分子和信號通路促進血管平滑肌細胞的增殖，加速動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展。然而也有不同的研究結(jié)果，Bohlen 等［15］用高濃度的瘦素處理血管平滑肌細胞，與對照組相比，ob?R 的表達下調(diào)，血管平滑肌細胞的數(shù)量明顯減少。血管緊張素Ⅱ可引起血管平滑肌細胞的增殖，Rodríguez 等［16］收集Wistar 大鼠、自發(fā)性高血壓大鼠和ob?R 缺陷的胰島素抵抗大鼠（Zucker fa/fa 大鼠）的血液及動脈血管，分析瘦素對血管平滑肌細胞的影響，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)瘦素通過一氧化氮依賴機制抑制血管緊張素II誘導(dǎo)的血管平滑肌細胞增殖。出現(xiàn)上述不同的實驗結(jié)果可能是由于瘦素抵抗或動物實驗時胰島素抵抗的影響。

2.2 瘦素促進血管平滑肌細胞分泌MMPs

MMPs 是一類可以廣泛降解細胞外基質(zhì)中各種蛋白的酶，MMPs 參與粥樣硬化血管內(nèi)膜損傷，通過分解細胞外基質(zhì)促進血管平滑肌細胞從中膜向內(nèi)膜下的遷移和泡沫細胞的形成、血管重構(gòu)，與動脈粥樣硬化的形成密切相關(guān)。MMP?2、MMP?9 和MMP?3是動脈粥樣硬化形成的關(guān)鍵酶［11，17］。瘦素刺激血管平滑肌細胞分泌MMP?2，促進血管平滑肌細胞增殖和從中膜向內(nèi)膜的遷移，且在斑塊破裂中也發(fā)揮著重要作用［18］。liu 等［19］利用ob/ob 小鼠通過頸動脈結(jié)扎法建立頸動脈內(nèi)膜損傷斑塊形成動物模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與ob/ob 組小鼠相比，給予外源性瘦素處理可明顯提高血管平滑肌細胞MMP?9 表達，加速血管重構(gòu)；進一步實驗證實瘦素通過ob?R/MAPK/ERK 通路激活轉(zhuǎn)錄因子活化蛋白1（activating protein?1，AP?1），AP?1 與MMP?9 啟動子區(qū)結(jié)合促進MMP?9轉(zhuǎn)錄。

2.3 瘦素促進血管平滑肌的鈣化

血管鈣化是動脈粥樣硬化常見的病理表現(xiàn)，以往的研究認為鈣磷代謝紊亂導(dǎo)致鈣鹽沉積于血管壁從而引發(fā)了血管鈣化，但近來研究認為血管鈣化更加類似于一種骨形成的病理過程［20］。瘦素可誘導(dǎo)血管平滑肌細胞轉(zhuǎn)變?yōu)槌晒羌毎硇?，瘦素激活細胞外信號調(diào)劑激酶1/2（ERK1/2）信號通路，促進成骨細胞和鈣化特異性蛋白的表達，如轉(zhuǎn)錄激活因子Runx2、核因子κB受體活化因子配體（RANKL）和骨形成蛋白4（BMP4）等，誘導(dǎo)血管平滑肌細胞鈣化［21?22］。Zeadin 等［23］研究 顯示，載脂蛋白E 敲 除（ApoE?/?）小鼠每日腹腔注射瘦素（125 μg/只），8 周后，與對照組相比，血管粥樣硬化面積差異無統(tǒng)計學意義，但Von Kossa硝酸銀鈣鹽染色結(jié)果顯示主動脈根部鈣化程度明顯升高，堿性磷酸酶染色和成骨鈣化特異性標志物顯著增加，提示瘦素促進平滑肌細胞的成骨分化和鈣化從而增加了心血管疾病的風險。Szulc等［24］收集了社區(qū)548例50～85歲男性血液樣本檢測瘦素水平，并隨訪了448名男性3～7.5年的胸部正側(cè)位片，通過Kauppila’s 半定量統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，老年男性瘦素水平與腹主動脈鈣化嚴重程度、快速進展的腹主動脈鈣化呈正相關(guān)，且此因素是不依賴于吸煙、低密度脂蛋白和三酰甘油的獨立因素。因此，無論是細胞水平、實驗動物水平和人類整體水平的研究均提示瘦素具有促血管平滑肌細胞鈣化的作用。

3 瘦素與巨噬細胞

巨噬細胞是人體內(nèi)重要的免疫細胞，根據(jù)活化途徑和功能不同，分為經(jīng)典活化型（M1型）和替代活化型（M2 型）［25?26］。巨噬細胞吞噬氧化的低密度脂蛋白（oxLDL）形成巨噬細胞源性泡沫細胞，從而加速動脈粥樣硬化的形成。膽固醇穩(wěn)態(tài)的變化可影響巨噬細胞炎性狀態(tài)，降低膽固醇可促進M1 型巨噬細胞轉(zhuǎn)變?yōu)榭寡椎腗2 型。?；o酶A?膽固醇酰基轉(zhuǎn)移酶（ACAT?1）是一種催化膽固醇合成的酶，可抑制巨噬細胞中膽固醇酯的外流，促進膽固醇酯在巨噬細胞的累積；瘦素可上調(diào)ACAT?1 合成，加速動脈粥樣硬化的進展［27］。Kjerrulf 等［28］利用流式細胞術(shù)分析小鼠腹腔巨噬細胞發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，ob/ob 小鼠巨噬細胞和巨噬細胞源性泡沫細胞明顯減少；高效液相色譜分析膽固醇在巨噬細胞的累積，顯示ob/ob 小鼠巨噬細胞攝取乙酰化低密度脂蛋白（Ac?LDL）的能力降低，提示瘦素促進巨噬細胞的活化和炎性反應(yīng)，促進巨噬細胞源性泡沫細胞形成。另一方面，瘦素通過ob?R 促進巨噬細胞的自噬，降低動脈粥樣硬化的發(fā)生。瘦素上調(diào)巨噬細胞自噬相關(guān)基因（如ATG5）表達，自噬增加，從而使胞內(nèi)膽固醇等脂質(zhì)降解，預(yù)防泡沫細胞的形成。細胞實驗發(fā)現(xiàn)，在小鼠單核巨噬細胞白血病細胞（RAW264.7細胞）中，瘦素表現(xiàn)出了輕度促自噬作用，在小鼠脂肪細胞則表現(xiàn)出中度促自噬作用，且其作用可被瘦素受體拮抗劑完全阻斷，說明瘦素通過ob?R 發(fā)揮促自噬作用，但對不同細胞表現(xiàn)出不同的自噬動力學特點［29］。以上研究顯示瘦素對巨噬細胞的作用呈現(xiàn)多樣性，可能由于實驗條件的不同，且動物水平的實驗不能排除瘦素通過如下丘腦等非直接機制影響巨噬細胞功能。

4 瘦素與內(nèi)皮細胞

4.1 內(nèi)皮細胞功能障礙

內(nèi)皮細胞功能障礙是指內(nèi)皮細胞功能的非適應(yīng)性改變，是動脈粥樣硬化的早期病變，主要體現(xiàn)在血管局部張力改變，炎癥反應(yīng)和氧化還原失衡等［30］。大量臨床和動物實驗證實高瘦素血癥是導(dǎo)致內(nèi)皮細胞功能障礙的重要危險因素之一。研究發(fā)現(xiàn)，高濃度瘦素處理人或動物內(nèi)皮細胞，將提高多種炎性因子的表達，如C 反應(yīng)蛋白（CRP），腫瘤壞死因子α（TNF?α），白細胞介素6（IL?6）和單核細胞趨化蛋白1（MCP?1）等［31?33］。瘦素與內(nèi)皮細胞膜受體結(jié)合影響內(nèi)皮細胞氧化應(yīng)激和內(nèi)皮祖細胞的血管修復(fù)，導(dǎo)致內(nèi)皮細胞功能障礙。研究發(fā)現(xiàn)JAK2/STAT3，PI3K/AKT，NF?κB等信號通路在其中具有關(guān)鍵作用，且處理因素不同、瘦素劑量不同內(nèi)皮細胞對瘦素的反應(yīng)不同［32，34］。Wang 等［35］以隔日給藥的方式腹腔注射重組瘦素1 周，通過腸系膜小動脈造影術(shù)發(fā)現(xiàn)瘦素處理的腹腔神經(jīng)節(jié)切除組小鼠血管內(nèi)皮依賴性血管舒張功能嚴重受損，去除腸系膜交感神經(jīng)可逆轉(zhuǎn)瘦素的作用，這一結(jié)果提示瘦素可能與交感神經(jīng)共同作用導(dǎo)致內(nèi)皮細胞功能障礙。

4.2 氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激是體內(nèi)氧化?抗氧化作用失衡，大多表現(xiàn)為氧化增強、大量活性氧（reactive oxygen species，ROS）產(chǎn)生的一種狀態(tài)。早在1999 年就有研究人員發(fā)現(xiàn)100 ng/mL 濃度下，瘦素與內(nèi)皮細胞膜上的受體結(jié)合，導(dǎo)致內(nèi)皮細胞ROS 生成和氧化應(yīng)激損傷［36］。瘦素通過調(diào)控ROS 的生成觸發(fā)內(nèi)皮細胞氧化應(yīng)激，導(dǎo)致內(nèi)皮細胞舒張功能障礙，加速動脈粥樣硬化形成［33］。Teixeira等［34］發(fā)現(xiàn)1，25?二羥膽鈣化醇可通過核因子?紅細胞2相關(guān)因子2（Nrf2）信號通路減少高濃度瘦素引起的超氧陰離子生成和內(nèi)皮細胞炎癥損傷，提示瘦素可導(dǎo)致內(nèi)皮細胞氧化應(yīng)激損傷和炎癥反應(yīng)。然而，瘦素濃度、處理時間和內(nèi)皮細胞處理條件的不同，可能出現(xiàn)不同的研究結(jié)果。體外細胞實驗發(fā)現(xiàn)瘦素通過AMPK/AKT 途徑促進內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）增加，一氧化氮（NO）產(chǎn)生增加而舒張血管。長時間給予瘦素導(dǎo)致瘦素抵抗此作用消失，出現(xiàn)內(nèi)皮細胞舒張功能障礙［37］。楊濤等［38］對人臍靜脈血管內(nèi)皮細胞（EVC?304 細胞）進行缺氧?復(fù)氧處理，測定乳酸脫氫酶（LDH）、丙二醛（MDA）和超氧化物歧化酶（SOD）的釋放量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同濃度瘦素預(yù)處理均可降低缺氧、缺氧?復(fù)氧所導(dǎo)致的內(nèi)皮細胞氧化應(yīng)激損傷。

5 總結(jié)與展望

綜上所述，瘦素作為脂肪細胞分泌的激素，除影響能量代謝外，對心血管系統(tǒng)也有重要的作用，瘦素通過不同的信號通路影響血管平滑肌細胞、巨噬細胞、內(nèi)皮細胞等的表型和功能，進而影響動脈粥樣硬化的形成，這些研究為動脈粥樣硬化和相關(guān)疾病的防治提供了新思路。但瘦素在心血管尤其是動脈血管的研究尚不完善，在不同的實驗條件下瘦素呈現(xiàn)不同的作用，這可能是由于瘦素濃度和處理時間不同、實驗對象不同，且在體條件下，不能排除瘦素通過下丘腦間接發(fā)揮作用及瘦素抵抗的存在。隨著高通量測序和生物信息學等技術(shù)的迅速發(fā)展，建立瘦素調(diào)控動脈粥樣硬化形成的網(wǎng)絡(luò)，以全面系統(tǒng)了解瘦素在動脈粥樣硬化發(fā)病進程中的作用將成為可能。不僅僅局限于動脈粥樣硬化，瘦素調(diào)節(jié)血管平滑肌細胞、內(nèi)皮細胞和巨噬細胞等的功能也可為其他血管性疾病，如動脈夾層、動脈瘤和動脈炎等的預(yù)防、診斷和治療拓展新思路。