高同型半胱氨酸血症导致动脉粥样硬化氧化应激机制的研究进展

陈宝丽(综述)，潘达亮(审校)

(深圳市第四(福田)人民医院肾内科，广东 深圳518033)

终末期肾脏疾病患者中85%以上患有高同型半胱氨酸血症，40%～50%的患者死于心血管疾病。同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)是心血管疾病的独立危险因素，而动脉粥样硬化则是心血管疾病的主要病理基础。目前学者认为高Hcy与心血管疾病的相关性主要从下面几个方面考虑：①内皮细胞损伤与血管内皮功能受损[1]；②胆固醇与三酰甘油的生物合成失调；③刺激血管平滑肌细胞增殖[2]；④血栓形成激活；⑤激活单核细胞[3]。

1 氧化应激

活性氧类(reactive oxygen species，ROS)自由基是正常细胞代谢的产物，其发挥着既有害又有利的双重作用。ROS可以攻击细胞，使细胞结构、性质以及功能发生变化。ROS的反应体系包括：超氧阴离子、H2O2、羟自由基(OH-)、一氧化氮、过氧亚硝基阴离子自由基及脂质自由基等。人类存在许多抗ROS的保护机制，酶的抗氧化防御系统(超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶)及非酶性抗氧化剂(还原型谷胱甘肽、维生素C、维生素E、类胡萝卜素、黄酮类化合物、亚牛磺酸及牛磺酸等)。生理条件下，氧化和抗氧化之间可以相互转化，维持平衡。但是，当氧化和抗氧化平衡被打破，使ROS产生过多或抗氧化保护降低，这种现象被称为氧化应激[4-5]。低水平的硫化氢通过降低Hcy诱导O2-和H2O2产生，减少ROS，从而提高细胞活力，限制由Hcy诱导的氧化应激对细胞的损伤[4]。

2 ROS的来源

ROS的主要形式是超氧阴离子，在细胞质主要由蛋白二硫化物还原酶(protein-disulfide reductase，NADPH)氧化酶和黄嘌呤氧化酶还原形成，与细胞质或膜结合的ROS主要来源于解偶内皮型一氧化氮合酶[6]。但是，线粒体呼吸链是大多数哺乳动物细胞ROS的主要来源[7]。

3 Hcy诱导氧化应激产生ROS的机制

Hcy诱导氧化应激产生ROS的机制与线粒体损伤、NADPH氧化酶表达增加、不对称二甲基精氨酸(asymmetric dimethyl arginine，ADMA)的积累及硫氧还原蛋白和内皮型一氧化氮合酶的降低等有关[8]。

3.1线粒体损伤 线粒体具有有氧呼吸的功能，在正常情况下绝大多数的氧是与线粒体内膜上电子传递链传来的电子结合，然后进行一系列的氧化还原反应最终生成水，但也有极小部分氧被电子传递链中“漏出”的电子单价还原，形成超氧阴离子。线粒体DNA可能是ROS最敏感的靶细胞，ROS的产生增加会引起氧化应激反应，导致内皮细胞功能障碍，血管平滑肌细胞和单核巨噬细胞增殖，导致血管炎性反应，进而导致动脉粥样硬化。线粒体损伤主要由还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、5,10-亚甲基四氢叶酸还原酶辅酶释放电子到电子传输链产生ROS引起，线粒体外膜的α-酮戊二酸脱氢酶单胺氧化酶也可以产生大量的ROS。线粒体ROS的产生受多种因素的影响，包括电子传递链的效率、O2浓度、电子供体(如还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和还原型黄素腺嘌呤二核苷酸)的可用性、解偶联蛋白及细胞因子的活性、抗氧化防御系统的活性以及核因子的调节等[9]。Hcy诱导ROS的产生是通过促进线粒体损伤，改变线粒体基因表达及对其功能的影响而实现的。Hcy预处理后的细胞中通过增加细胞内ROS产生及诱导核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)活化，促进核转录因子1的表达，使内皮细胞线粒体质量增加，并使线粒体DNA编码的呼吸链组件细胞色素C氧化酶显著升高[10]。已确定Hcy蛋白酶与蛋白酶相关的线粒体功能异常有关[11]。

3.2NADPH氧化酶 NADPH氧化酶被认为是巨噬细胞(如中性粒细胞和单核细胞)中的超氧阴离子的主要来源。Hcy通过NADPH氧化酶上调氧化还原因子1的表达和易位，氧化还原因子1在人单核细胞/巨噬细胞中通过增加NF-κB活性、促进单核细胞趋化蛋白1分泌，而促使血管细胞和组织的氧化应激反应[12]。

3.3ADMA Hcy增加氧化应激反应与ADMA的积累密切相关，Hcy通过减少二甲精氨酸-二甲赖氨酸水解酶的表达，间接降低内皮型一氧化氮合酶，导致ADMA积累，直接产生ROS[8]。

4 发生氧化应激的信号通道

大量的研究表明，高水平的Hcy可以引起ROS的大量生成，发生氧化应激反应，并通过相关氧化还原信号通路最终影响细胞的结构和功能。

4.1细胞外信号调节激酶通路 Luo等[13]在小鼠血管平滑肌细胞的实验中，认为血浆Hcy水平升高会诱导血管平滑肌细胞的增殖和迁移，促进动脉粥样硬化，其机制与细胞外信号调节激酶通路有关。

4.2Toll样受体4/NF-κB信号通路 NF-κB是一个具有多向性核转录调节因子，可调节与炎症、免疫及生长调控有关的蛋白基因的表达。Toll样受体4(toll-like receptor-4，TLR4)识别配体后经过细胞内一系列信号转导过程，最终活化NF-κB，诱导靶基因的表达。Hcy作用下细胞内产生的ROS超出了细胞的清除能力，破坏了细胞的防御性保护反应，故出现内皮细胞的损伤[14]。研究发现，ROS大量产生的同时，细胞内TLR4/NF-κB的表达也显著上升，而抗氧化剂可以抑制这一现象，提示氧化应激可增加TLR4的表达[15-16]。因此认为，在Hcy作用下产生大量ROS，进而激活TLR4/NF-κB的表达引发炎症，这可能是动脉粥样硬化发生、发展的始动机制之一。

4.3促分裂原活化的蛋白激酶信号通路 Bao等[17]认为，Hcy通过激活NADPH氧化酶相关的氧化应激引起ROS积累，诱导内皮细胞功能障碍；在内皮祖细胞抑制Akt/内皮型一氧化氮合酶激活p38促分裂原活化的蛋白激酶和胱天蛋白酶3，进而导致细胞凋亡。

5 小 结

目前对Hcy的研究多为体外实验，可以排除体内其他因素的影响，但使用Hcy预处理后培养细胞、动物的作用时间少于Hcy作用于人体的时间，所以体外实验仍不能完全模仿体内条件[18]。氧化应激贯穿高Hcy引起动脉粥样硬化发生和发展的全过程。因此，从氧化应激的角度阐明Hcy致动脉粥样硬化的机制，深入研究其具体的机制，将为早期防治动脉粥样硬化提供新的理论依据，有利于探索潜在的治疗途径。如能从氧化应激的角度进一步研究高Hcy在各环节信号转导分子的调节因素及其相互之间的作用机制，鉴定出关键点，设计相关药物靶点，对治疗和预防高Hcy引起的动脉粥样硬化具有重要的理论指导意义。另一方面，氧化应激反应是氧化和抗氧化失衡所致，适度的进行抗氧化抑制ROS产生过多，可能也是一个潜在的预防或延缓Hcy导致动脉粥样硬化的治疗策略。

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