动脉粥样硬化斑块形成过程中的炎性转导信号

梁运 邹萍 陈宋明

动脉粥样硬化性疾病被定义为慢性炎症性疾病已经被普遍接受，其中低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)的渗出起着核心的作用。研究发现正常情况下LDL并没有免疫源性，但是一旦被氧化修饰成氧化型LDL(ox-LDL)就可被抗原递呈细胞识别并递呈抗原［1］，特异性激活辅助性T细胞(Th1)，产生大量的Th1细胞因子［2］，如肿瘤坏死因子 α(TNF-α)、干扰素 γ(IFN-γ)、白介素1(IL-1)，进一步扩大炎症，其中单核细胞的激活、渗出、分化和泡沫细胞的形成是动脉粥样硬化(AS)斑块的典型特征。近年来大量的文献报道了单核细胞趋化分化及泡沫细胞形成过程中的信号变化，在斑块局部炎性环境下，这些信号变化奠定了AS进展的病理生理基础。

1 过氧化物酶增殖物激活受体(PPAR s)在AS斑块发展中的作用

PPAR s是一类配体激活的核转录因子超家族成员，分为 PPARα、PPARβ/δ及 PPARγ 这3种表型，PPAR s激活可调节一系列下游基因的活性。研究发现PPAR s在胆固醇代谢，糖代谢及炎症调控中发挥了重要的作用，其中以PPAR γ的作用尤为显著。AS标记性的病理生理改变是泡沫细胞的形成，其中胆固醇、脂质代谢紊乱是泡沫细胞形成的重要因素。现有证据表明降脂药物贝特类［3］、他汀类［4］可激活单核巨噬细胞PPAR α、PPAR γ的活性，增加胆固醇代谢，从而达到降脂的目的。因其出色的炎症调控能力，也有研究将激活PPAR s作为治疗冠心病AS的药物靶点［5］。

巨噬细胞是斑块内胆固醇代谢的核心细胞。ox-LDL被巨噬细胞膜上的CD36和清道夫受体A(SR-A)介导摄取后，经溶酶体分解成游离胆固醇(FC)和游离脂肪酸。巨噬泡沫细胞依赖ATP结合盒转运子A1(ABCA1)及ATP结合盒转运子G1(ABCG1)完成FC的跨膜转运，通过清道夫受体B(SR-BⅠ)向无脂或贫脂高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)流出并组装成功能性的HDL。FC在胞内具有毒性，会诱导细胞的凋亡，其很快会被胆固醇酰基转移酶1(ACAT1)重新酯化成胆固醇酯并在细胞内堆积形成脂滴。因为胆固醇的流出依赖于FC，理论上抑制ACAT1提高胞内FC浓度可以增加FC的游出。有研究证实ox-LDL经CD36被巨噬细胞摄取后的 代 谢 产 物 9，13-羟 基-亚 油 酸 (9-，13-HODE，Hydroxyoctadecadienoic acid)可激活 PPAR γ［6］和一系列的下游基因，包括增加SR-BⅠ、ABCA1、ABCG1、血红蛋白氧合酶1(HO-1)，抑制基质金属蛋白酶9(MMP-9)、ACAT1、CC趋化因子受体2(CCR2)及核因子κB(NF-κB)表达水平［7］。其中CCR2是诱导单核细胞向斑块部位趋化的重要因子;HO-1是抗氧化血管保护因子;NF-κB激活发挥着重要的炎性作用，Th1因子得以表达，大多依靠NF-κB的活性;MMP-9溶解纤维帽结构，造成斑块不稳定性。由此可以看出，巨噬细胞吞噬ox-LDL后引起的效应是增加胆固醇的代谢，抑制炎症反应，诱导HO-1的表达，避免胆固醇酯堆积及减少泡沫细胞的形成。实际上是否如此呢?虽然我们的早期研究证实了在冠心病患者外周血单个核细胞HO-1的表达水平与病情严重程度呈正相关［8］，但是AS斑块的组织学检查却发现在早期斑块中HO-1是低表达的［9］，而且SR-BⅠ在斑块中也低表达，但斑块进展程度越高，NF-κB的活性也越高［10］。

LDL氧化修饰的过程中产生大量的活性氧自由基(ROS)，形成氧化应激对正常组织造成损伤并激活NF-κB，这是单核细胞等炎性细胞趋化、募集的基础。NF-κB的活化发挥重要的促炎作用，包括提高促炎基因的转录表达并激活机体免疫反应，如产生大量的炎性细胞因子 TNF、IFN-γ、IL-1，单核细胞趋化因子1(MCP-1)，黏附分子E选择素、ICAM-1、VCAM-1 等［11］，促进炎性细胞的趋化。NF-κB 是维持病理生理稳态的一个重要物质，既可以协助病原体的清除，在异常因子的持续刺激下也会造成炎症持续存在并形成炎症性疾病。ox-LDL诱导产生的自由基和炎性因子使NF-κB持续激活，而且炎症本身可以促进内皮功能紊乱，增加LDL的渗出，形成恶性循环。而促炎性细胞因子可以抑制PPAR γ 的活性［12］，使 PPAR γ 激活的一系列保护作用被限制。如图1所示。

图1 ox-LDL的代谢产物有利于激活PPAR γ，但LDL氧化修饰的过程中产生的大量自由基和炎性因子可以抑制PPAR γ的活性及其后续效应

2 HO-1的激活

HO-1是血红蛋白氧合酶三个同工酶之一，又称为诱导型，氧自由基及氧化应激可诱导产生。HO-1的高表达对AS斑块有保护的作用，而低表达则可促进促炎细胞因子的产生和泡沫细胞的形成［13］。我们的早期研究同样发现了HO-1表达对冠心病患者的保护作用［8］。PPAR α，PPAR γ 活化的靶基因是 HO-1［14］，促进 HO-1转录表达。

另一条HO-1激活途径是经典的氧化应激诱导。在ROS、炎性因子等氧化应激刺激分子的作用下胞浆内的磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)及丝裂原激活蛋白激酶p38(mitogenactivated protein kinase，p38MAPK)被活化，这两个酶的直接活化或直接在氧化应激分子的作用下，胞浆内的氧化还原敏感性转录因子(nuclear factor-erythroid 2-related factor，Nrf2)得以游离并转入核内。转入核内的Nrf2与相应的应激反应元件结合并启动HO-1的转录表达。

血红素也可以诱导HO-1高表达，原理与氧化应激类似。研究发现，AS斑块内出血可以诱导一种特异的巨噬细胞亚型的出现，这种巨噬细胞亚型的特征是高表达HO-1。这种巨噬细胞因对坏死组织具有强大的吞噬清除功能和炎症消退作用而发挥重要的斑块保护作用［15］。

由以上HO-1诱导的通路特征来看，斑块HO-1理论上是高表达的，因为即使PPAR γ被促炎性细胞因子抑制，失掉了一条HO-1激活的通路，但是促炎性细胞因子本身就可以促进Nrf2转运入核并促进HO-1表达。但事实上，HO-1仅仅在成熟斑块中高表达，而在早期斑块是低表达甚至检测不到的。HO-1被什么机制阻断了呢?

3 HO-1和巨噬细胞亚型

单核细胞游出后在局部微环境的作用下分化成巨噬细胞，但是在不同的微环境下分化形成的巨噬细胞功能是迥异的。分化成熟的巨噬细胞主要为两种亚型，分为经典途径激活的巨噬细胞，称为M1;替代激活途径为M2。M1表达大量的促炎细胞因子，如 TNF-α，IL-1，IL-12，IL-23，IFN γ 及ROS［16-17］，这些细胞因子为Th1细胞的激活提供了必要的微环境［18］，而且M1具有低效率的清除坏死产物功能，主要是免疫激活作用，特别是在病原体的清除和免疫反应中发挥重要的作用。相反，M2高表达抗炎因子，如IL-4，IL-10，HO-1，CD163及各类清道夫受体，具有很强的清除坏死产物的功能，发挥重要的组织修复，免疫耐受和炎症抑制作用［19-20］。有大量的证据将高表达HO-1及CD163作为M2的标记。PPAR α，PPAR γ在单核细胞、巨噬细胞中都有表达，在巨噬细胞中以PPAR γ为主。研究发现PPAR γ激活使单核细胞向M2分化［21］。前面提及HO-1的两条激活通路，其中一条因为大量的炎症因子直接阻断了PPAR γ的活性，使HO-1表达受抑制，而为什么炎症因子直接激活Nrf2，HO-1的表达同样受抑制呢?我们可以得出结论，由于斑块局部大量的炎性因子存在，PPAR γ受到抑制，M2巨噬细胞分化受阻，HO-1也失去了得以表达的微环境。单核细胞以M1分化为主，使斑块炎症持续存在。如图2所示。

4 TLR4受体和肝X受体(LXR)与免疫反应

LDL是人体正常物质，不会引起免疫反应，但是LDL一旦被氧化修饰，就可以被免疫细胞(如巨噬细胞、树突状细胞)识别，从而诱导免疫反应。已知革兰阴性菌脂多糖(LPS)是重要的细菌抗原，在细菌的清除和免疫反应的诱导中发挥作用。LPS可与单核巨噬细胞CD14特异性识别结合，启动炎症过程。但CD14本身不能将信号转入细胞内，需要膜结合分子TLR4的协同作用。研究表明TLR4在动脉斑块处，尤其是巨噬细胞浸润、脂质丰富的部位表达丰富［22］，低度修饰的 LDL 可以激活 TLR4，最终激活 NF-κB。而且ox-LDL被CD36识别后，可刺激了CD36、TLR4的组装及表达，表明TLR4是CD36的共同受体，参与ox-LDL的摄取并产生炎性因子［23］。也就是说，ox-LDL也是TLR4的配体。

LXR是胆固醇敏感转录因子，在肝中最丰富，因此而得名。巨噬细胞也有LXR表达，而且在斑块中LXR是胆固醇代谢的重要通路信号［24］。胆固醇及一些胆固醇代谢的产物，如氧甾醇等可作为配体，激活LXR并启动下游基因的表达。LXR激活可提高ABCA1、ABCG1的表达，增加胆固醇逆转运，且在没有下调ACAT1的情况下减少胆固醇酯在泡沫细胞内堆积［25］。在人类中LXR配体可以增加TLR4的表达，并增强TLR4对LPS的反应性［26］。而且LXR的激活对TLR4途径增强的免疫炎症反应起到允许作用［27］。TLR4在宿主免疫反应中作用是复杂的，其与内源性调节因子相互作用使机体不至于免疫过激，可见TLR4的活性处在中心环节。我们认为斑块巨噬泡沫细胞的富脂状态对LXR的激活及ox-LDL对TLR4的配体作用，是炎症持续存在的另一个机制。

图2 LDL氧化修饰的过程中产生大量的ROS和Th1炎性细胞因子，抑制PPAR-γ的活性使单核细胞向炎性M1分化，是斑块进展的重要机制，相反，M2分化则有利于炎症的调控，脂质高效代谢及最终斑块回缩

综上所述，虽然机体对ox-LDL的形成有一定的保护机制，如PPAR s的激活，HO-1的上调及LXR表达，减少胆固醇的堆积及调控局部炎症，但本身ox-LDL诱导的一系列免疫特征使这些保护机制失效或功能下降，正是这些特征造就了AS斑块的高炎症水平和泡沫细胞的形成，并最终导致斑块的发生和进展。

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