方海洋 综述,吴延庆审校
(南昌大学第二附属医院心内科,南昌330006)
动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)是众多心脑血管疾病共同的病理基础,严重危害人类的健康。随着对AS的不断研究,认为AS是一种炎症性自身免疫性疾病,慢性炎症和免疫功能失调在AS的形成中起着重要作用[1]。近年来,各种炎症以及免疫相关的因子与AS的关系是当今研究的热点。现对AS的相关因子作一综述。
Endoglin又名CD105或EDG,为转化生长因子-β(transforming growth factor-beta,TGF-β)超家族受体复合物成分之一,并在多种TGF-β信号通路中起调节作用,在心血管发育、血管生成和重构等方面起着关键作用[2]。Endoglin是一个由二硫键相连的相对分子质量为95×103的亚基组成的二聚体。研究表明Endoglin影响TGF-β信号通路主要与激活素受体样激酶(activin receptor-like kinases,ALKs)和称为SMADs蛋白的细胞间信号能量转换器的活性调节有关[3]。
无论在健康还是AS的小鼠血管,Endoglin几乎仅在血管腔内皮细胞中表达,而在血管平滑肌细胞或巨噬细胞中并不表达[4]。最近,在-ApoE-/-/LDL-/-小鼠 AS斑块的内皮 细 胞发现Endoglin的表达,同时伴有ALK-1、ALK-5、内皮型一氧化氮合酶(eNOS)、SMAD1、SMAD2和血管内皮生长因子(VEGF)这些TGF-β信号分子的表达[5]。这些研究提示Endoglin的表达多数都伴随有TGF-β信号通路的其他相关因子的表达,但对Endoglin在动脉硬化形成中是否直接在内皮细胞通过ALKs和SMADs作用于TGF-β尚无直接的证据。对人类AS的研究中表明Endoglin在正常的动脉几乎不表达,而在AS的动脉则高表达,且它的表达与TGF-β1的表达明显相关[6]。
血清中可发现可溶性Endoglin,也称S-Endoglin,是蛋白水解酶通过水解Endoglin透明带的437氨基酸位点,向血清中释放可溶性Endoglin。Li等[7]认为AS形成的早期S-Endoglin水平升高是内皮细胞损伤所致,而严重的冠心病患者SEndoglin水平下降为Endoglin与TGF-β1在血清中形成复合物所致。阿托伐他汀能降低血浆胆固醇和血清Endoglin水平并减小动脉粥样斑块体积,同时能增加主动脉Endoglin、ALKs、SMADs、VEGF和eNOS的表达。这些具有动脉硬化保护作用的信号通路的激活和粥样斑块体积的减小可能支持阿托伐他汀具有抗AS作用,而Endoglin可能成为AS治疗的新标记物[8]。最近,对经皮冠脉介入治疗(PCI)后稳定的冠心病患者的随访研究中发现,血清S-Endoglin水平最高的组主要不良心血管事件(MACE)发生率明显高于S-Endoglin水平最低组。多因素分析显示血清S-Endoglin水平与左室射血分数及慢性肾衰均为MACE的独立预测因子,提示血清S-Endoglin水平为PCI术后慢性冠心病患者预测心血管事件的一个标记物[9]。
综合以上研究,Endoglin明显的与AS的形成和进展相关,检测血中S-Endoglin水平可能有助于判断动脉硬化病变的进展和治疗效果的评判。但Endoglin在AS中是促进还是抵抗作用目前尚无证据支持。
Toll样受体(Toll-Like Receptors,TLRs)是在人和小鼠细胞上发现的一种介导天然免疫的跨膜信号传递受体家族,是联系天然免疫与获得性免疫的桥梁。迄今为止,已在哺乳动物中发现了13种TLRs分子,相对分子质量为(90~115)×103。TLRs能识别在哺乳动物组织中缺少而常由病原微生物刺激释放的多种分子,称为病原相关分子模式(PAMPs)或模式识别受体(PRRs)[10]。对于冠状AS,研究最多的TLR配体是内源性配体,称为损伤相关分子模式(DAMPs)如人热休克蛋白-60(HSP-60)和氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)。PAMPs和DAMPs刺激TLR会导致细胞间信号通路真核转录因子-κB(NF-κB)和丝裂原活化蛋白激酶(MAP-k)激活,之后会产生一系列免疫防御分子和促AS因子[11]。
TLR2和TLR4与AS及其并发症相关。Higashimori等[12]在ApoE-/-小鼠中发现TLR4能促进主动脉AS易病变区早期内膜泡沫细胞的累积,TLR2也有同样的作用,只是程度较轻。病变区围绕及渗透着SMCs,这些区域血脂水平升高可增强TLR4信号及促进病变进展。在心梗患者血液及斑块破裂处TLR4呈高表达[13],TLR4在急性冠脉综合征炎症因子激活中起着关键作用。一些研究显示在AS患者的血单核细胞中TLR2和TLR4的表达明显高于健康对照组[14-15]。
然而,并非所有的TLRs对AS的影响都是相似的。Cole等[16]发现给予TLR3激动剂可以减少颈动脉套诱导损伤模型中新内膜的形成,TLR3-/-小鼠在颈动脉套诱导损伤后出现了明显的弹力膜损伤,ApoE-/-/TLR3-/-小鼠形成 AS病变的面积在早期要明显的大于ApoE-/-小鼠。这些现象表明TLR3在血管壁中具有保护作用。在ApoE-/-小鼠,TLR7功能失活会加速AS病变的形成、加剧管腔狭窄和增加斑块的不稳定性。TLR7能干扰巨噬细胞对TLR2和TLR4配体的促炎症反应,减少单核细胞趋化激活因子-1(MCP-1)的产生。在人AS组织中TLR7的激活显著的抑制促AS关键因子MCP-1和肿瘤坏死因子的产生。这些现象表明TLR7可以抑制炎症因子的激活和细胞因子的释放,有抗AS的作用[17]。
TLRs成员较多,具有AS保护性和有害性的TLR调节机制的平衡被打破可能与AS的发生和进展有关。
miRNAs是一类生物进化过程中高度保守的,由内源基因编码的,含19~25个核苷酸的非编码单链RNA分子。miRNAs通过降解mRNA或抑制蛋白质翻译,调控人类20%~30%的基因表达。正在不断积累的研究证据表明,很多miRNAs与炎症、冠心病、心衰等心血管疾病相关[18]。
内皮细胞特异性表达miR-126,可通过减少TNF-α诱导的血管细胞黏附蛋白-1(VCAM-1)的表达。降低内源性miR-126水平可增加白细胞对内皮细胞的黏附。这些结果表明miR-126可以调节黏附分子的表达,对血管的炎症有一定控制作用,在AS中可能有保护作用[19]。miR-155和 miR-221/222在内皮细胞炎症分子的表达中也有调节作用。研究发现在人脐静脉内皮细胞(HUVECs)中血管紧张素Ⅱ1型受体(AT1R)为miR-155的靶点,转染 miR-155和 miR-221/222的 HUVEC,在血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)刺激下,miR-155和miR-221/222出现过表达,可降低黏附细胞对的HUVECs的黏附。通过与AT1R的结合,miR-155也能减少HUVECs对AngⅡ的迁移[20]。而AngⅡ在心脏重构、心衰和AS方面起着关键作用,故miR-155可能是通过AngⅡ诱导的信号通路拮抗AS的发生、发展。
粥样硬化斑块破裂是急性缺血事件发生的主要机制。炎症、纤维帽变薄、新生血管和凋亡等在斑块不稳定中起着关键作用。有研究发现某些miRNAs的表达与人动脉粥样斑块的不稳定性有关[21]。miR-133a和miR-145的高表达与不稳定型斑块明显相关,经体外实验发现转染了miR-133a和miR-145的HUVECs卒中相关蛋白MMP-9的表达降低。而事实上,在正常内皮细胞,MMPs的表达是有有益的,然而在动脉粥样斑块内MMP的激活将导致胶原蛋白的消耗,使纤维帽变薄,并最终导致斑块破裂。此外,miR-100、miR-133a/b和miR-127表达的上调可以帮助鉴别易发生临床事件的不稳定斑块。
miRNAs在AS形成的炎症机制中起着重要作用。但目前miRNAs与AS的研究尚处于起步阶段,仅有少数miRNAs的靶点被验证,仍有系列问题需深入研究才能有助于对AS的认识和治疗的提高。
HN是一个由线粒体16SrRNA编码的含24个氨基酸的肽链。最早由日本科学家在2001年从阿尔兹海默症(AD)患者脑内未受损的脑区发现的[22]。对HN家族肽的分子研究发现HN有明显的结构和功能联系,具有信号肽和神经保护双重作用。这种信号肽序列含有带正电的N端区,中央为疏水区以及带负电的C端区[23]。已有研究显示这种蛋白在神经系统以外的其他组织如内皮细胞中具有防止细胞死亡的作用[24]。
Adi等[24]最先在人血管内皮细胞中检测到HN的表达。体外实验显示预先经HN处理的内皮细胞明显的减少了ox-LDL诱导的活性氧的产生和细胞凋亡。这些现象表明HN在人类早期AS中可能具有保护作用。高脂饮食喂饲的ApoE-/-小鼠每天腹腔注射 HN类似物 HNGF6A共16周后,可防止内皮功能障碍和减小近端主动脉处斑块面积。表明HN对内皮功能和AS进展可能具有保护作用[25]。在34位患者行颈动脉内膜切除术获得的颈动脉斑块的研究中发现,不稳定斑块中HN的表达明显高于无症状患者(P<0.01)。有明显症状的患者的斑块与症状患者的斑块相比,斑块中含有更多的凋亡小体。经双重免疫荧光标记显示HN的表达与巨噬细胞、平滑肌细胞、树突状细胞以及炎症标记物 MMP-2和MMP-9呈共同表达。这些现象表明HN参与了AS,并可能是一种对AS斑块内炎症和凋亡过程的内源性反应[26]。目前,对HN最新的研究提示HN可能成为减轻早期AS肾损害的新的治疗靶点[27]。这些研究表明HN在AS中具有保护作用,可能与抗细胞凋亡、抗炎和抗氧化有关,但还需要进一步的研究明确。
AS仍然是现代社会致病和死亡的主要因素。对任何机制的理解都能帮助寻求新的治疗来改善众多患者的生活质量。无论是基础研究人员还是临床医生对AS的研究也从来没有停止过。然而AS的发生、发展受多种因素包括各种细胞因子、免疫分子、相关基础疾病以及环境因素共同作用,因此对AS相关分子进行研究将有利于进一步的阐明AS的发生机制,也将有利于临床治疗策略的改进和疗效的观察。本文选取了4种AS的相关因子,对他们的最新研究进行了综述,发现他们对AS的治疗可能有一定的帮助,但尚需进一步的基础和临床研究来验证。
[1]Stojanovich L.Autonomic dysfunction in autoimmune rheumatic disease[J].Autoimmun Rev,2009,8(7):569-572.
[2]Lopez-Novoa JM,Bernabeu C.The physiological role of endoglin in the cardiovascular system[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2010,299(4):H959-974.
[3]Tian F,Zhou AX,Smits AM,et al.Endothelial cells are activated during hypoxia via endoglin/ALK-1/SMAD1/5 signaling in vivo and in vitro[J].Biochem Biophys Res Commun,2010,392(3):283-288.
[4]Strasky Z,Vecerova L,Rathouska J,et al.Cholesterol effects on endoglin and its downstream pathways in ApoE/LDLR double knockout mice[J].Circ J,2011,75(7):1747-1755.
[5]Vecerova L,Strasky Z,Rathouska J,et al.Activation of TGF-beta receptors and smad proteins by atorvastatin is related to reduced atherogenesis in ApoE/LDLR double knockout mice[J].J Atheroscler Thromb,2012,19(2):115-126.
[6]Piao M,Tokunaga O.Signicant expression of endoglin(CD105),TGFbeta-1and TGFbeta R-2in the atherosclerotic aorta:an immunohistological study[J].J Atheroscler Thromb,2006,13(2):82-89.
[7]Li CG,Bethell H,Wilson PB,et al.The signicance of CD105,TGFbeta and CD105/TGFbeta complexes in coronary artery disease[J].Atherosclerosis,2000,152(1):249-256.
[8]Rathouska J,Vecerova L,Strasky Z,et al.Endoglin as a possible marker of atorvastatin treatment benet in atherosclerosis[J].Pharmacol Res,2011,64(1):53-59.
[9]Ikemoto T,Hojo Y,Kondo H,et al.Plasma endoglin as a marker to predict cardiovascular events in patients with chronic coronary artery diseases[J].Heart Vessels,2012,27(4):344-351.
[10]Kawai T,Akira S.The role of pattern-recognition receptors in innate immunity:update on toll-like receptors[J].Nat Immunol,2010,11(5):373-384.
[11]Stassen FR,Vainas T,Bruggeman CA.Infection and atherosclerosis:an alternative view on an outdated hypothesis[J].Pharmacol Rep,2008,60(1):85-92.
[12]Higashimori M,Tatro JB,Moore KJ,et al.Role of tolllike receptor 4inintimal foam cell accumulation in apolipoprotein E-decient mice[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2011,31(1):50-57.
[13]Ishikawa Y,Satoh M,Itoh T,et al.Local expression of tolllike receptor 4at the site of ruptured plaques in patients with acute myocardial infarction[J].Clin Sci,2008,115(4):133-140.
[14]Kuwahata S,Fujita S,Orihara K,et al.High expression level of toll-like receptor 2on monocytes is an important risk factor for arteriosclerotic disease[J].Atherosclerosis,2010,209(1):248-254.
[15]Shiraki R,Inoue N,Kobayashi S,et al.Toll-like receptor 4expressions on peripheral blood monocytes were enhanced in coronary artery disease even in patients with low C-reactive protein[J].Life Sci,2006,80(1):59-66.
[16]Cole JE,Navin TJ,Cross AJ,et al.Unexpected protective role for Toll-like receptor 3in the arterial wall[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2011,108(6):2372-2377.
[17]Salagianni M,Galani IE,Lundberg AM,et al.Toll-like receptor 7protects from atherosclerosis by constraining′inflammatory′macrophage activation[J].Circulation,2012,126(8):952-962.
[18]Schroen B,Heymans S.Small but smart-microRNAs in the centre of inflammatory processes during cardiovascular diseases,the metabolic syndrome and ageing[J].Cardiovasc Res,2012,93(4):605-613.
[19]Harris TA,Yamakuchi M,Ferlito M,et al.MicroRNA-126regulates endothelial expression of vascular cell adhesion molecule 1[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2008,105(5):1516-1521.
[20]Zhu N,Zhang D,Chen S,et al.Endothelial enriched microRNAs regulate angiotensinⅡ-induced endothelial inflammation and migration[J].Atherosclerosis,2011,215(2):286-293.
[21]Cipollone F,Felicioni L,Sarzani R,et al.A unique microRNA signature associated with plaque instability in humans[J].Stroke,2011,42(9):2556-2563.
[22]Hashimoto Y,Niikura T,Tajima H,et al.A rescue factor abolishing neuronal cell death by a wide spectrum of familial alzheimer′s disease genes and abeta[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2001,98(11):6336-6341.
[23]Niikura T,Yamada M,Chiba T,et al.Characterization of V642I-A PP-induced cytotoxicity in primary neurons[J].J Neurosci Res,2004,77(1):54-62.
[24]Adi R,Bachar L,Lea S,et al.Humanin is expressed in human vascular walls and has a cytoprotective effect a-gainst oxidized LDL-induced oxidative stress[J].Card Res,2010,88(2):360-366.
[25]Yun K,Adi R,David G,et al.Humanin preserves endothelial function and prevents atherosclerotic plaque progression in hypercholesterolemic ApoE decient mice[J].Atherosclerosis,2011,219(1):65-73.
[26]David G,Zacharias SG,Alfonso EM,et al.Humanin,a cytoprotective peptide,is expressed in carotid artherosclerotic plaques in humans[J].PLoS One,2012,7(2):e31065.
[27]Xin Z,Victor H,Urbieta-Caceres,AE,et al.Human in prevents intra-renal microvascular remodeling and inflammation in hypercholesterolemic ApoE deficient mice[J].Life Sci,2012,91(5/6):199-206.