纤溶酶原激活物抑制物与动脉粥样硬化及急性冠脉事件的关系

2014-09-26 03:23
中国医药导报 2014年22期
关键词:酶原纤溶主动脉

田 伟 栗 超

山东大学齐鲁医院心血管内科,山东济南250012

纤溶酶原激活物抑制物与动脉粥样硬化及急性冠脉事件的关系

田 伟 栗 超▲

山东大学齐鲁医院心血管内科,山东济南250012

纤溶功能减低是血液高致栓性的一个重要组成部分,常见于急性冠脉综合征患者,尤以纤溶酶原激活物抑制物(plasminogen activator inhibitor-1,PAI-1)水平升高为著。PAI-1通过抑制纤维溶解,促进血栓形成,对急性心脑血管疾病病情进展及预后具有重要影响。PAI-1除了抑制纤溶,促进血栓形成外,还参与动脉粥样硬化的发生发展过程,一方面通过促进纤维蛋白在局部沉积,为细胞黏附,迁移和增殖提供必要基质,另一方面参与调节细胞增殖、迁移、粘附及凋亡,细胞外基质产生与降解等多种过程。

动脉粥样硬化;易损血液;纤溶酶原激活物抑制物;急性冠脉综合征

动脉粥样硬化血栓形成(atherothrombosis)多由动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)斑块破裂或糜烂引起,可导致动脉管腔完全或不完全堵塞,是急性冠脉综合征、中风等急性心脑血管疾病的主要病因和发病机制[1]。近年来研究表明,除了斑块具有易损性(具有纤维帽/脂质核比值小、炎症细胞多、胶原含量少等特征)外,血液的高致栓性,是促进AS斑块破裂伴发血栓形成的另一关键环节[2-3]。血液的高致栓性主要表现为血小板活化增多,凝血反应增强,纤溶功能减低。血小板活化与凝血反应已引起临床非常重视,而对纤溶功能在动脉粥样硬化及急性冠脉事件中的作用关注较少。本文将探讨PAI-1与动脉粥样硬化发生发展及急性冠脉综合征的关系。

纤溶系统是体内保障血流顺畅的重要角色,包括纤溶酶(原),抗纤溶酶原,纤溶酶原激活物(tissue/urokinaseplasminogen activator,t-PA/u-PA),纤溶酶原激活物抑制物(plasminogen activator inhibitor-1,PAI-1)。其中PAI-1是纤溶系统的重要调节因子,可与循环中的t-PA不可逆性结合,并通过细胞表面的低密度脂蛋白受体相关蛋白(lowdensity lipoprotein receptor related protein,LRP)内化至内质网清除,从而抑制纤维蛋白的降解[4-5]。

1 PAI-1与AS血栓形成

PAI-1主要由血管内皮细胞合成,分泌后主要储存于血小板中,循环中PAI-1含量很低,但仍然高于t-PA血浆含量。循环中PAI-1有三种存在状态,非活性状态、潜存状态及活性状态,其中活性状态半衰期很短,1~2 h,PAI-1可与外联蛋白Vitronectin结合保持其活性。另外,人血小板中PAI-1 mRNA含量丰富,可自主合成PAI-1。血小板在黏附聚集后释放有活性的PAI-1,减少附着于血小板表面的纤维蛋白被溶解,这可能是血小板具有稳定血栓及抗血栓溶解作用的重要原因[6]。

PAI-1在很多缺血性心血管疾病及相关临床状态中均有所增高。流行病学研究结果显示,年轻的急性心肌梗死患者血浆PAI-1含量明显增高[7],增高的PAI-1活性与再发心肌梗死密切相关[8]。目前血浆中PAI-1水平增高已作为中年人群发生心肌梗死的独立危险因素[9]。不稳定型心绞痛(UAP)患者血浆中t-PA,PAI-1亦显著增高,且UAPⅢ级明显高于UAPⅠ级和Ⅱ级,这提示UAP患者存在纤溶功能紊乱,随病情进展,血液纤溶功能紊乱加重,斑块不稳定状态恶化[10]。

Schafer等[11]发现,与同龄非高脂饮食野生型小鼠相比,高脂饮食4个月后,野生型小鼠血浆PAI-1水平升高1倍[(1.1±0.2)ng/mL比(0.6±0.1)ng/m L],而ApoE-/-小鼠血浆PAI-1水平是对照组的4倍[(2.3±0.3)ng/m L比(0.6±0.1ng/mL)];血脂水平与PAI-1的相关性研究提示PAI-1水平的增高并非血脂水平增高所致。采用FeCl3外敷颈动脉,ApoE-/-小鼠堵塞性血栓形成时间明显减少,且试验时间内(25min)血管再通率减低。但在实验时间内仍未见AS血栓形成。

人PAI-1经替换个别氨基酸后(PAI-1.stab),其活性状态半衰期可延长至145 h以上[12]。Eren等[13]利用具有血管壁靶向作用的mPPET作为启动子,构建p5.9-PAI-1.stab,制作PAI-1.stab转基因小鼠,旨在研究在非脂质异常的遗传背景下,PAI-1高表达对心血管系统的影响。研究结果显示,随鼠龄的增长,血浆中PAI-1的含量[(23.4±12.1)ng/mL],及PAI-1在各组织中的表达量,均明显高于对照组,但在时间轴上(2,4,6,8,11,19个月)并无统计学差异;小于4个月龄的转基因小鼠在任何血管床内均无血栓形成的迹象,在个别4个月龄小鼠的冠脉内发现有小的冠脉血栓形成,而90%(n=10)的6个月龄纯合子小鼠出现冠脉内自发血栓形成以致管腔闭塞,在年龄性别均匹配的野生型小鼠血管床内未发现任何血栓形成的迹象。该研究证实了PAI-1的高致栓性在心血管疾病中的重要作用。

2 PAI-1与AS斑块易损性

研究发现,人AS斑块中PAI-1含量增加,且与AS程度呈正相关。Schafer等[11]的研究也发现,在AS斑块中有较多PAI-1表达,主要来源于VSMC和巨噬细胞;位于非损伤部位的激活的内皮细胞(VCAM-1,P-selectin表达阳性)表达PAI-1,PAI-1阳性表达已作为内皮细胞活化的重要指标之一。那么,除了抑制纤溶,促进血栓形成外,PAI-1是否参与AS的发生发展,这一问题目前尚存在争议。

2.1 PAI-1抑制纤溶,促进纤维蛋白在局部的沉积

纤维蛋白及其降解产物(fibrin degeneration products,FDPs)是人类AS斑块中的重要组成成分。血浆纤维蛋白(原)(fibrinogen/fibrin,Fbg/Fbn)水平增高是心血管疾病的重要危险因子。Fbg/Fbn在血管壁局部的沉积,可为参与AS发生发展的多种细胞的黏附,迁移和增殖提供必要的基质,进而促进斑块生长。

Eitzman等[14]利用PAI-1-/-/ApoE-/-小鼠,以PAI-1+/+/ApoE-/-小鼠为对照(均给予普通饮食)研究PAI-1在AS发生发展中的作用。该研究结果显示,与同龄PAI-1+/+/ApoE-/-小鼠相比,PAI-1-/-/ApoE-/-小鼠颈动脉分叉处AS斑块明显减少,但两组主动脉部位均形成较多AS斑块,且无统计学差异。对PAI-1+/+/ApoE-/-组小鼠进行Fbn/Fbg染色,结果显示颈动脉分叉处分布较多Fbg/Fbn,而主动脉处Fbn/ Fbg含量甚微。PAI-1-/-/ApoE-/-小鼠由于颈动脉分叉处AS斑块很少,Fbn/Fbg染色结果与对照组无可比性。这一研究提示:①PAI-1对AS形成的影响存在血管床的差异,在颈动脉分叉处AS发生发展中具有重要作用,但对主动脉AS的形成作用甚微;②Fbg/Fbn的局部沉积可促进颈动脉AS斑块形成及进展;③由于两组颈动脉Fbg/Fbn染色结果不具有可比性,因此,除了Fbg/Fbn的局部沉积增多外,PAI-1可能还存在其他途径影响颈动脉分叉处AS斑块的形成。

纤溶酶活化后降解纤维蛋白,是纤溶系统反应链的最终环节。Plg/Pln除了降解Fbg/Fbn外,Plg激活所介导的蛋白水解作用也可能参与AS的发生发展:①活化转录生长因子β(transforming growth factorβ,TGF-β)。TGF-β是体内重要的VSMC增殖迁移抑制因子。理论上Pln介导的TGF-β活化受抑制,可促进斑块的形成。②降解Fbg/Fbn后产生FDPs,FDPs是AS斑块的重要成分之一。③降解细胞外基质成分。④活化多种蛋白酶酶原,如基质金属蛋白酶。理论上,Pln介导的后三条途径可促进AS斑块的发生发展,并可使斑块趋于不稳定。Xiao等[15]利用Plg-/-,Plg-/-/ ApoE-/-小鼠,以C57BL/6,Plg+/+/ApoE-/-小鼠为对照(低脂饮食),以主动脉弓及主动脉根部为研究部位,探讨纤溶系统在AS发生发展中的作用。该研究结果显示,Plg-/-单独并不能引起AS的发生,但在ApoE-/-遗传背景下(Plg-/-/ApoE-/-)可明显加速AS的形成和发展。Plg-/-/ApoE-/-小鼠在主动脉弓及主动脉根部所形成的AS斑块明显大于Plg+/+/ApoE-/-小鼠,且斑块脂质核心大,富含巨噬细胞(macrophage,MΦ)来源的泡沫细胞。Plg-/-/ApoE-/-和Plg+/+/ApoE-/-小鼠AS斑块部位uPA,PAI-1 mRNA均增高,且主要来源于VSMC和MΦ。与Plg+/+/ApoE-/-小鼠相比,Plg-/-/ApoE-/-小鼠泡沫细胞周围弥散分布着纤维素,AS斑块部位中膜出现弹力纤维断裂的现象。但该研究未报道TGF-β表达水平及VSMC的增殖迁移情况。该研究结果提示了在脂质代谢异常的前提下,Plg缺陷可加速AS的发生发展,并使斑块具有易损性特征,这极有可能是Fbn/Fbg在局部沉积的结果。

相反的意见也有报道。Sjoland等[16]将PAI-1转基因(PAI-1 Tg+)小鼠,PAI-1-/-小鼠,分别与ApoE-/-小鼠和LDLR-/-小鼠杂交,制作PAI-1 Tg+/ApoE-/-,PAI-1-/-/ApoE-/-,PAI-1野生型ApoE-/-小鼠(PAI-1+/+/ApoE-/-),及PAI-1 Tg+/ LDLR-/-,PAI-1-/-/LDLR-/-,PAI-1+/+/LDLR-/-小鼠,自4周龄起分别给予6、15、30周高脂饮食,选择主动脉根部为研究部位,观察在PAI-1遗传背景差异对ApoE-/-及LDLR-/-小鼠AS形成及发展的影响。该研究结果显示各组均形成较好的AS斑块,富含泡沫细胞,且随高脂时间延长斑块程度加重。但AS程度在不同的PAI-1遗传背景中并无统计学差异。PAI-1 Tg+/ApoE-/-,PAI-1-/-/ApoE-/-,PAI-1+/+/ApoE-/-三组小鼠主动脉AS斑块纤维素含量亦无统计学差异。Xiao Q等[17]研究发现Fbg-/-/ApoE-/-小鼠主动脉根部AS程度与Fbg+/+/ApoE-/-小鼠无明显差异。鉴于Eitzman等[14]研究结果提示PAI-1对主动脉根部AS发生发展影响甚微,这种矛盾的结果可能是由于Sjoland等[16]及Xiao等[15]研究采用主动脉根部为研究部位,而并未观察颈动脉分叉处的AS发生发展。

2.2 PAI-1与细胞增殖、迁移、粘附、凋亡及细胞外基质

PAI-1除了通过上述抑制纤溶,纤维蛋白清除减少外,还参与调节细胞增殖、迁移(主要是VSMC),细胞黏附以及细胞凋亡,细胞外基质(excellularmatrix,ECM)产生与降解等多种过程。然而,PAI-1对上述过程的调节表现为促进还是抑制却因情况而异。

2.2.1 PAI-1与细胞增殖

当发生外源性血管损伤时,如外伤,FeCl3损伤(氧化损伤),支架置入术,球囊拉伤等,PAI-1可促进细胞增殖迁移,促进新生内膜的形成[18]。在冠状动脉支架置入术后,支架内再狭窄的发生与PAI-1高表达促进细胞增殖迁移有着密切关系[19]。在内在因素所致的血管损伤时,如AS,动脉瘤等,PAI-1具有抑制细胞迁移的作用[20]。Schneider等[20]构建PAI-1(带有SM22α启动子)转基因ApoE-/-小鼠,并给予高脂饮食。研究结果显示PAI-1 Tg/ApoE-/-小鼠血管壁PAI-1表达量为ApoE-/-小鼠的三倍,血管病变处新生内膜细胞减少26%。体外研究表明,自PAI-1 Tg/ApoE-/-小鼠主动脉分离的VSMCPAI-1表达量为对照组的两倍,细胞迁移减低27%。血管壁高表达PAI-1通过抑制VSMC迁移,使AS斑块具有易损性。但骨髓细胞来源的PAI-1并不能改变ApoE-/-小鼠的AS斑块大小,这是由于AS斑块中PAI-1主要来源于VSMC,而不是巨噬细胞。

2.2.2 PAI-1与细胞凋亡

目前研究表明PAI-1可通过三条途径影响细胞凋亡[21]。

2.2.2.1 纤溶酶原的激活可诱导细胞凋亡,且凋亡程度与纤溶酶原激活程度呈正相关[22]。PAI-1抑制纤溶酶原激活,从而抑制凋亡。从PAI-1-/-小鼠体内提取的VSMC,与野生型小鼠VSMC相比更易于凋亡。PAI-1高表达对内皮细胞、VSMC、成纤维细胞、瘤细胞的凋亡均显示类似的抑制作用。

2.2.2.2 PAI-1与细胞表面的vitronection(VN,又称S蛋白)相结合,从而竞争性抑制VN所介导的细胞黏附,诱导细胞凋亡[23]。u-PA与细胞表面uPA受体(uPAR)结合后,除了表现出蛋白水解酶活性外,同时增加了uPAR对VN的亲和力,进而促使uPAR和多种整合素(integrin)形成稳定的复合物,激活调节细胞迁移的重要细胞内信号通路。PAI-1,uPAR,integrin在VN上的结合位点非常接近,均位于VN分子的氨基末端生长介素B(somatomedin B,SMB)结构域,这使得PAI-1可竞争性抑制uPAR及integrin与VN的结合。VN所介导的细胞黏附是一个特殊而复杂的过程,因为细胞可通过uPAR和integrin中的1个或者2个介导。PAI-1与VN的SMB结构域的结合可同时抑制uPAR和integrin两个结合位点,从而抑制其所介导的细胞连接(cellattachment)。PAI-1可通过与uPA的结合形成PAI-1-uPA-uPAR-integrin复合物,通过低密度脂蛋白受体相关蛋白(low-density lipoprotein receptor-related protein,LRP)内化只内质网,从而诱导细胞分离。PAI-1所介导的细胞分离呈非VN依赖性。

体外人脐静脉内皮细胞培养和VSMC培养显示PAI-1的抗粘附作用可诱导培养细胞凋亡。Al-Fakhri等[24]对发生AS的血管切片进行免疫组化染色,发现PAI-1与VN在病变处凋亡细胞呈一致性表达。PAI-1诱导AS病变处细胞发生失巢凋亡(anoikis,decreased tethering or adherence of cells)。

2.2.2.3 PAI-1对caspase 3具有直接抑制其活性的作用。PAI-1还可通过抑制caspase 3,进而影响细胞凋亡。一方面PAI-1可通过caspase信号通路进而作用于信号蛋白Akt,促进凋亡。PAI-1-/-内皮细胞信号蛋白Akt活性明显增高,caspase-9失活增多,caspase-3裂解片段减少,表现出凋亡抵抗能力[25]。另一方面,有研究表明表达PAI-1的VSMC凋亡减少,增殖增加。这可能是由于PAI-1抑制了caspase 3的活性,从而增加了FLIP(FLICE-like inhibitory protein)的表达及其裂解物的产生。FLIP在淋巴细胞中可使Fas所介导的信号通路由诱导凋亡转换为诱导增殖[26]。因此PAI-1可通过抑制capspase-3,促进了FLIP活化,进而通过NfκB的诱导和ERK信号通路的激活促进细胞增殖,减少凋亡的发生。

2.2.3 PAI-1与细胞外基质

在非脂质代谢异常背景下,PAI-1过表达的小鼠出现周围血管及心脏瓣膜环出现纤维化迹象。PAI-1高水平与体内多个器官纤维化关系密切。但在血管非外源性损伤情况下,PAI-1是否会促进纤维化化过程尚不明了。

活化的Pln可通过多种途径影响细胞外基质降解,Pln自身蛋白水解酶活性可直接降解ECM;Pln可通过激活TGF-β1和MMPs间接影响ECM降解。Luttun等[27]利用PAI-1-/-/ApoE-/-小鼠,高脂饮食25周,PAI-1缺陷对AS斑块的影响。研究结果显示,与PAI-1+/+/ApoE-/-小鼠相比,PAI-1-/-/ApoE-/-小鼠主动脉(胸、腹主动脉)斑块体积增大,且这种增大与高脂饮食无关;AS斑块内成纤维细胞减少,巨噬细胞增多;细胞外基质,包括胶原(collagen)、黏蛋白C(tenascin-C),多能聚糖(versican,成纤维细胞分泌的一种蛋白聚糖),纤维连接蛋白(fibronectin)等明显增多;胶原呈细束紊乱排列,天狼猩红染色偏振光显微镜下为黄绿色荧光,胶原降解产物COL2-3/4cshort明显增多;TGF-β1含量增高20倍,activated/latent由1/2升为2/3。该研究首次阐述PAI-1遗传背景对AS细胞成分及ECM的影响。该研究结果与Eitzman等[14]的研究结论几乎相反,作者分析可能是由于该研究小鼠遗传背景为87.5%C57BL/6,12.5% 129/SvJ,而后者小鼠遗传背景为100%C57BL/6,这种遗传背景的差异导致存在不可测的调节因子影响PAI-1对AS发生发展的作用。

综上所述,基础实验研究提示PAI-1可能参与动脉粥样硬化的发生发展过程,并且对斑块破裂后血栓形成的发生具有较为重要的作用。需要更多的基础实验及临床研究探讨PAI-1在AS及急性心脑血管事件中的作用,为PAI-1作为AS的一个新治疗靶点提供更多的实验依据。

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Relationship of p lasm inogen activator inhibitor-1 and atherosclerosis and acute coronary events

TIANWei LIChao▲
Department of Cardiology,Shandong University Qilu Hospital,Shandong Province,Ji'nan 250012,China

Fibrinolytic dysfunction,especially the elevated level of plasminogen activator inhibitor(PAI-1),is an important part of blood thrombogenecity which is common in patients with acute coronary syndrome.PAI-1 has an important influence on the progress and prognosis of acute cerebrovascular disease by inhibiting fibrinolysis and promoting thrombus formation.In addition to play an important role in the occurrence of atherothrombosis,PAI-1 might be involved in atherosclerosis.On the one hand,PAI-1 inhibits fibrinolysis and promotes fibrin in the local area,which provides the necessarymatrix for cell adhesion,migration and proliferation.On the other hand,PAI-1 is also involved in the regulation of cell proliferation,migration,adhesion and apoptosis,as well as the production and degradation of extracellularmatrix.

Atherosclerosis;Vulnerable blood;Plasminogen activator inhibitor-1;Acute coronary syndrome

R543.3

A

1673-7210(2014)08(a)-0165-04

2014-05-07本文编辑:苏畅)

▲通讯作者

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