斑塊侵蝕在急慢性冠脈綜合征發(fā)生發(fā)展中的作用

朱晨晨 秦海東

研究證實,斑塊侵蝕以及繼發(fā)的血栓形成是急性冠脈綜合征(acute coronary syndrome,ACS)的重要病理生理機制[1]。侵蝕斑塊指具有完整纖維帽且伴有血栓形成的動脈粥樣斑塊,一般包括豐富的蛋白多糖和糖胺聚糖、中性粒細胞和中性粒細胞胞外陷阱(neutrophil extracellular traps,NETs)、豐富的平滑肌細胞及富含血小板的血栓,很少或幾乎沒有脂質(zhì)核心[2]。得益于強化降脂治療對斑塊破裂的抑制作用,斑塊侵蝕日益成為導致ACS和慢性冠脈綜合征(chronic coronary syndrome,CCS)發(fā)病的首要罪犯病變[3]。因斑塊侵蝕的脂質(zhì)核心較小,臨床試驗已經(jīng)證實目前的強化降脂治療對于斑塊侵蝕所致的冠脈綜合征可能存在未覆蓋的殘余風險[4]。因此,針對斑塊侵蝕引起的ACS和CCS,尋找新的治療靶點至關重要。

1 斑塊侵蝕在急慢性冠脈綜合征中的具體作用機制

病理研究提示,侵蝕斑塊表面缺乏完整的單層內(nèi)皮細胞(endothelial cells,ECs)。后續(xù)研究證實,內(nèi)皮功能障礙及血栓形成是斑塊侵蝕所致ACS發(fā)作的基本病理過程[2]。

1.1 ECs激活與內(nèi)皮功能障礙 炎癥介質(zhì)和氧化低密度脂蛋白(oxidized LDL,ox-LDL)可刺激巨噬細胞過度表達基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP),后者可降解血管內(nèi)皮基膜中的Ⅳ型膠原,導致ECs從基膜脫落或凋亡[2]。局部ECs脫落或凋亡時,鄰近ECs可迅速遷移填補間隙并恢復內(nèi)膜完整性。大量ECs凋亡可破壞單層血管內(nèi)皮的連續(xù)性,使血液中的血小板及凝血因子暴露于內(nèi)皮下基膜并激活凝血途徑,在局部形成富含血小板的血栓。持續(xù)性血栓形成可致血管明顯狹窄甚至閉塞,從而發(fā)生ACS。

髓過氧化物酶(myeloperoxidase,MPO)由巨噬細胞釋放,可促進次氯酸等氧化劑的生成,通過限制一氧化氮的生物利用及其受體可溶性鳥苷酸環(huán)化酶的氧化而導致內(nèi)皮功能障礙,使ECs繼而發(fā)生凋亡[5]。Tan等[6]證實,血漿MPO水平的升高與斑塊侵蝕的存在獨立相關;并且在ST段抬高型心肌梗死(ST-segment elevated myocardial infarction,STEMI)病人中,斑塊侵蝕者的血漿MPO水平明顯高于斑塊破裂者。而抑制MPO可減輕炎癥和動脈粥樣硬化小鼠模型的內(nèi)皮功能障礙,將不穩(wěn)定的斑塊轉化為穩(wěn)定斑塊[7-8]。體外實驗中,MPO和次氯酸還可誘導ECs產(chǎn)生大量組織因子(tissue factor,TF),激活外源性凝血途徑并促進血小板血栓的形成[2,5]。因此,MPO有望作為CCS與ACS二級預防治療的靶點。

人們首先發(fā)現(xiàn)頸動脈斑塊標本中狹窄下游的ECs凋亡更加顯著,提示血流紊亂也可能導致ECs凋亡[2]。斑塊所致的狹窄下游的內(nèi)皮剪切應力(endothelial shear stress,ESS)降低,低ESS可通過上調(diào)ECs中N-myc下游調(diào)控基因1(N-myc downstream-regulated gene 1,NDRG1)的表達激活ECs[9]。此外,體內(nèi)及體外研究均觀察到,抑制NDRG1可顯著減弱ECs的激活和血管重構。臨床研究進一步證實,與非侵蝕部位相比,斑塊侵蝕部位的ESS和ESS梯度值更高[10]。此外,高ESS可能在血栓啟動過程中起關鍵作用,具體機制與斑塊形狀有關[11]。即使在保守治療后,局部血流紊亂造成血栓形成微環(huán)境仍可持續(xù)長達12個月,提示通過抑制NDRG1來阻斷血流紊亂介導的損傷可能使ACS及CCS病人獲益[10]。

1.2 中性粒細胞與NETs形成 中性粒細胞可通過產(chǎn)生活性氧(reactive oxygen species,ROS)及形成NETs導致內(nèi)皮功能障礙并促進血栓形成。侵蝕斑塊遠端的血流紊亂首先在局部造成中性粒細胞聚集。肽基精氨酸脫亞胺酶-4(peptidyl arginine deiminase-4,PAD-4)是一種位于中性粒細胞核中的鈣依賴性酶,可破壞DNA與組蛋白之間的離子相互作用,導致中性粒細胞死亡并釋放NETs。NETs主要包含網(wǎng)狀DNA結構、組蛋白、MPO及多種絲氨酸蛋白酶等,可捕獲血液中的血小板、纖維蛋白和組織因子,從而促進血栓形成[2]。此外,NETs中的組蛋白也可激活血小板并促進凝血酶的生成,進一步促進凝血反應[12]。組織蛋白酶G作為NETs中的一種絲氨酸蛋白酶,可激活ECs表達白細胞黏附分子及組織因子[13]。同時,這些黏附分子還可在局部招募更多的中性粒細胞,通過正反饋機制進一步促進局部NETs形成。NETs還可激活ECs,進而促進內(nèi)皮功能障礙并誘導NETs形成,從而引發(fā)惡性循環(huán),導致ECs進一步損傷[14-15]。動物實驗表明,PAD-4基因敲除的動脈病變小鼠在NETs被破壞后,其動脈內(nèi)膜損傷程度顯著降低,內(nèi)皮細胞脫落及血栓形成也被抑制[16]。這提示PAD-4有望作為抗免疫血栓形成的治療靶點。Molinaro等[17]開發(fā)了Ⅳ型膠原靶向的納米顆粒,選擇性地將PAD-4抑制劑運送到ECs脫落和富含Ⅳ型膠原的基底膜暴露區(qū)域,結果顯示,內(nèi)皮損傷部位的NETs顯著減少且內(nèi)皮的連續(xù)性得到增強。這種靶向病變的給藥方式也更符合精準醫(yī)學的治療理念。此外,Du等[18]發(fā)現(xiàn),心肌梗死模型小鼠PAD-4的表達增加,而抑制PAD-4可減少心肌梗死誘導的中性粒細胞浸潤、NETs形成、炎癥反應及心肌細胞凋亡,改善心臟整體功能。臨床研究進一步證實,NETs與STEMI和主要心血管不良事件的發(fā)生有關,并且肝素及替羅非班等常規(guī)抗血栓藥對NETs結構無效[19]。這意味著,在斑塊侵蝕及NETs參與的STEMI病人的治療中,針對NETs的治療可以被納入考慮。因此,PAD-4可作為抗免疫血栓形成治療的新靶點,但在投入臨床應用前仍需大量動物實驗及臨床試驗進一步研究。

1.3 巨噬細胞胞外誘捕網(wǎng)(macrophage extracellular traps,METs)與NOD樣受體家族pyrin結構域(the NOD-like receptor family pyrin domain containing 3,NLRP3)炎癥小體 巨噬細胞也可形成胞外誘捕網(wǎng)。在血栓形成的晚期階段,METs的數(shù)量顯著增多。而在侵蝕斑塊中,METs含量較完整斑塊進一步升高,提示METs與斑塊侵蝕間可能存在一定的相互作用[20]。但METs在斑塊侵蝕中的具體作用尚不明確,仍需動物實驗及臨床試驗進一步探索。

盡管如此,巨噬細胞仍可通過NLRP3炎癥小體促進炎癥反應并使之持續(xù)存在。NLRP3炎癥小體是巨噬細胞在多種刺激下激活并釋放的、由多種蛋白質(zhì)組成的復合體,主要包括NOD樣受體蛋白(NOD-like receptor,NLR)、凋亡相關微粒蛋白(apotosis-associated speck-like protein,ASC)及半胱天冬酶-1前體(Pro-CASPase 1,Pro-CASP1)。其中,NLR是NLRP3炎癥小體的受體蛋白,Pro-CASP1是效應蛋白,而ASC起橋梁作用連接前兩者。NETs、ROS及膽固醇結晶均可激活NLRP3炎癥小體而使Pro-CASP1活化為半胱天冬酶-1(CASPase 1,CASP1),后者可分別活化IL-1β與IL-18。在此過程中,CAPS1誘導巨噬細胞發(fā)生焦亡,而IL-1β和IL-18被釋放到細胞外空間,誘導多種白細胞產(chǎn)生大量IL-6,引發(fā)炎癥瀑布效應,并介導炎癥對ECs的損傷,進一步募集白細胞參與內(nèi)皮功能障礙及血栓形成。敲除動脈粥樣硬化模型小鼠的IL-1β及IL-18基因均能顯著降低動脈粥樣硬化的程度[21]。CANTOS試驗證實,靶向抑制IL-1β可降低CCS病人心血管不良事件的復發(fā)率,且不依賴于血脂水平的下降[22]。此外,秋水仙堿可選擇性抑制NLRP3炎癥小體。LoDoCo2試驗表明,小劑量秋水仙堿可顯著降低CCS病人發(fā)生心血管事件的風險[23]。并且無論既往ACS病史和時間如何,CCS病人均可從秋水仙堿治療中獲益,提示低劑量秋水仙堿有望用于ACS的二級預防治療[24]。而持續(xù)應用小劑量秋水仙堿行抗炎治療被證實能夠減少冠脈血運重建及心肌梗死,進一步證實CCS病人中存在持續(xù)的血管炎癥[25]?？傊?抑制IL-1β等細胞因子及NLPR3炎癥小體均可能是未來CCS及ACS二級預防治療的新方向。

1.4 血小板來源的外泌體(platelet-derived exosomes,PLT-Exos) 血小板也參與了斑塊侵蝕中內(nèi)皮功能障礙及血栓形成。暴露于內(nèi)皮下基膜及NETs均可激活血小板,活化的血小板可產(chǎn)生PLT-Exos,從而發(fā)揮多種作用。PLT-Exos可促進斑塊處炎癥及中性粒細胞與ECs相互作用。首先,ECs損傷可促進血小板的活化和PLT-Exos的分泌,后者一方面可通過微小RNA(miRNA)的調(diào)節(jié)來保護ECs,另一方面可通過誘導ROS、一氧化氮和過氧亞硝酸鹽的產(chǎn)生而導致內(nèi)皮功能障礙[26]。具體的作用方向可能與PLT-Exos的來源有關,因為中性粒細胞和NETs也可激活血小板,使其分泌PLT-Exos。反之,PLT-Exos也可通過特定的趨化因子促進中性粒細胞黏附到ECs并增強炎癥反應[27]。

2 目前治療方案的殘余風險及可能的臨床策略

事實上,再灌注治療及指南指導藥物治療的最佳使用可降低CCS病人心肌梗死的風險,但仍有相當一部分病人出現(xiàn)ACS發(fā)作[28],表明炎性細胞及細胞因子參與CCS及ACS的發(fā)生與發(fā)展。并且,越來越多的臨床研究證實CCS及ACS病人存在慢性的血管炎癥[25]。因而,慢性炎癥可能是目前指南推薦的治療方案尚未覆蓋的殘余風險[29]。抑制MPO、PAD-4及IL-1β等的抗炎治療則可能是阻斷殘余炎癥風險的有效治療方向及手段。但是,更多的治療方法仍需基礎及臨床研究進一步探索。

3 總結

綜上所述,各種炎性細胞因子、ESS、中性粒細胞和NETs、METs和NLRP3炎癥小體以及血小板和PLT-Exos均參與斑塊侵蝕的病理過程,促進慢性炎癥持續(xù)存在,并通過介導內(nèi)皮功能障礙及血栓形成來促進CCS及ACS發(fā)生發(fā)展。盡管再灌注治療及指南指導藥物治療的最佳使用可降低CCS病人心肌梗死的風險,但仍有相當一部分病人出現(xiàn)ACS發(fā)作,提示目前的二級預防治療仍存在未覆蓋的殘余風險[28]。動物實驗及臨床試驗已經(jīng)證實阻斷上述炎癥途徑可預防CCS及ACS的發(fā)生發(fā)展,表明這些治療有望成為CCS及ACS新的二級預防治療方向,使CCS及ACS病人,尤其是老年病人獲益。當然,其安全性、有效性、藥效學及藥代動力學特征仍需大規(guī)模的動物實驗及臨床試驗進一步研究。