α1-抗胰蛋白酶与动脉粥样硬化及冠心病关系的研究进展

谭迎，钟建开

(南方医科大学顺德医院，广东佛山528300)

冠心病已成为全球头号“健康杀手”，其发展潜在的病理学机制主要是动脉粥样硬化(AS)。AS的主要特征为炎症和脂质在血管壁的累积，其中炎症、免疫反应在AS的形成及AS斑块进展为不稳定斑块的过程中发挥着至关重要的作用[1]。α1-抗胰蛋白酶(A1AT)是一种主要由肝细胞合成的丝氨酸蛋白酶抑制蛋白，为一种急性期反应蛋白，可抑制中性粒细胞弹性蛋白酶等多种丝氨酸蛋白酶，具有抗炎及调节免疫反应的作用。有研究利用蛋白质组学技术发现，A1AT在AS斑块中存在差异表达，急性冠脉综合征(ACS)和稳定型心绞痛患者血浆中A1AT浓度亦较正常对照组明显升高[2,3]，提示A1AT在AS及冠心病发生发展过程中扮演着重要角色。而目前国内外关于A1AT与AS及冠心病关系的研究进展尚少有报道，本文就当前关于A1AT与AS及冠心病关系和其可能的作用机制作一综述。

1 A1AT的理化性质

A1AT又称α1胰蛋白酶抑制剂，主要是由肝细胞合成的一种丝氨酸蛋白酶抑制蛋白，单核细胞、肺泡巨噬细胞和上皮细胞也能合成，相对分子质量为52 kD，正常人体内血清中A1AT浓度的参考值是(2.90±0.45) g/L，但是人体内 A1AT浓度随蛋白酶抑制表型不同而出现差异。 A1AT在正常的血浆中能抑制90% 以上的蛋白酶活性，是人体内最重要的蛋白酶抑制物，属于丝氨酸蛋白酶抑制剂家族的成员，它能对抗多种以丝氨酸为活动中心的蛋白酶，尤其对中性粒细胞弹性蛋白酶具有很强的专一性，除此之外它能抑制多种蛋白酶，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、尿激酶、肾素、胶原酶、纤溶酶、凝血酶、激肽释放酶等的活性，同时也能抑制激活的补体[4]。A1AT作为人类血浆中抑制丝氨酸蛋白酶的主要蛋白之一及中性粒细胞弹性蛋白酶内源性抑制剂，可抑制炎症反应时蛋白酶诱导的组织损伤。

2 A1AT与AS的关系

A1AT对AS的发生发展有抑制作用。 AS是一个复杂的慢性炎症过程，各种危险因素激活内皮细胞使其分泌促炎分子是AS形成及进展的最重要环节[5]，而研究已证实肿瘤坏死因子α(TNF-α)诱发的促炎信号通路在AS进展中占据中心地位。A1AT已被报道可通过抑制TNF-α 等炎症信号通路抑制炎症反应[6]。近年来研究发现，A1AT在AS早期粥样斑块中几乎无表达，而在进展期斑块中高表达，A1AT可作为预测AS进展的生物标志物。有研究通过对人离体AS斑块进行蛋白组组学分析及质谱鉴定，发现在稳定斑块组，A1AT几乎无表达，而在不稳定斑块组，A1AT则高度表达。研究表明[7]，A1AT可通过抑制AS斑块处弹性蛋白酶及胶原酶诱导的细胞外基质、胶原的降解，促进纤维化的形成进而稳定斑块；另一方面，还可通过其抑制弹性蛋白酶作用，阻止炎性细胞入侵斑块，减轻炎症反应从而发挥抗AS作用，而缺乏抗弹性蛋白酶活性的A1AT则可促进炎性细胞的聚集，加剧斑块的不稳定甚至导致斑块破裂。

AS斑块主要由巨噬细胞、血管平滑肌细胞(VSMCs)、脂质和胶原组成，VSMCs作为AS斑块的一重要组成成分，其增殖及凋亡的动态平衡在AS斑块形成及进展中扮演者重要作用，AS斑块中VSMCs凋亡的减少可延缓斑块向不稳定斑块进展。PetracheI等发现A1AT与高密度脂蛋白(HDL)结合后，可抑制AS斑块中弹性蛋白酶诱导的VSMCs 的凋亡，其具体机制可能与其抑制细胞凋亡蛋白酶3有关。

AS发生与血浆HDL胆固醇水平呈负相关，而与血浆低密度脂蛋白(LDL)胆固醇水平呈正相关。研究还发现，A1AT与HDL、LDL具有高度的结合能力，在脂质代谢中扮演重要角色[7]。Dichtl等发现A1AT可促进单核细胞转化为巨噬细胞进而促进氧化型LDL的摄取。2014年本课题组通过蛋白质组学分析发现在ACS患者HDL中A1AT较正常对照组表达增加[8]，以上均提示A1AT可能亦在胆固醇转运等脂质代谢中发挥重要作用。

3 A1AT与冠心病的关系

血浆A1AT水平升高与各种冠心病发生独立相关。冠心病是炎症介导的AS性疾病，其临床分型包括稳定型心绞痛、ACS等。ACS患者血浆中A1AT浓度升高已被大量研究证实。1983年，Gilutz等研究首次证实急性心肌梗死患者血浆中A1AT水平升高。随后，Brunetti等发现在不稳定型心绞痛患者血浆中A1AT水平亦升高。因此，A1AT已被作为ACS的一个风险标志物。2015年， Zhao等[3]研究首次发现，稳定型心绞痛患者血浆中A1AT浓度较健康对照人群明显升高，且与冠状动脉狭窄的严重程度成正相关关系， 血浆A1AT水平是冠心病的一个独立危险因素，血浆A1AT浓度的检测可用来预测稳定型心绞痛患者冠状动脉狭窄的严重性。

A1AT作为一种急性期反应蛋白，在炎症反应时多种细胞因子刺激下血浆A1AT水平迅速增加[9]。冠心病是一种炎症介导的AS性疾病，炎症和免疫反应在AS各个阶段起重要作用，稳定型心绞痛及ACS患者血浆A1AT水平的升高可能是机体处于炎症状态下的结果。上述研究结果提示，A1AT在AS及冠心病的发生发展中扮演重要角色。

4 A1AT抑制AS及冠心病发生发展的机制

4.1 A1AT抑制炎症反应 氧化应激是炎症的特征之一，氧化应激不仅可以导致组织损伤，还可以促进炎症反应。氧化应激所致的炎症反应的加剧在AS及冠心病发生发展过程中起重要作用，在急性心肌梗死缺血再灌注损伤中活性氧化产物所致的氧化应激损伤亦扮演关键角色。研究发现，A1AT具有抑制氧化应激介导的炎症反应的作用，蛋氨酸是一种强有力的抗氧化剂，而A1AT有4个蛋氨酸残基，因而A1AT抗炎机制之一可能与其所致氧化产物失去活性有关[6]。1992年Bucurenci等研究发现，A1AT可通过抑制活化的中性粒细胞产生的超氧化物产物，进而减少氧化应激诱导的炎症反应的放大。超氧化物歧化酶(SOD)对于超氧化物的清除有很高的特异性，Feng等[10]研究发现，缺血再灌注损伤时SOD活性下降，过表达A1AT或外源性A1AT治疗可增加SOD的活性，从而减少缺血再灌注所致的氧化应激损伤。

炎症瀑布是炎症的另一特征，各种炎症细胞的激活和聚集称之为炎症瀑布。1995年，Lomas等进行体外实验发现，A1AT可减少中性粒细胞趋化性，这可反应它具有抑制细胞组织蛋白酶G的能力。因而，A1AT抗炎的另一机制可能为A1AT通过抑制细胞组织蛋白酶G进而减少中性粒细胞趋化性，抑制各种炎症细胞的聚集及下游炎症反应。

TNF-α是一种常见的促炎因子，它可激活中性粒细胞，上调黏附分子的表达，刺激其他炎性细胞因子的产生和释放。A1AT可通过抑制TNF-α的产生和释放发挥抗炎作用。有动物实验证实，A1AT可防止TNF-α注射后诱导的小鼠死亡及TNF-α诱导的凋亡。此外，研究发现，尽管在A1AT存在下，TNF-α可刺激内皮细胞增加TNF-α基因的表达，但随后，TNF-α的分泌却减少，这可能与细胞膜TNF-α转化酶失活有关[11]。更多相似的研究已证实，A1AT可阻止内毒素诱导的单核细胞、中性粒细胞及肺上皮细胞TNF-α和其他细胞因子的释放。体外实验发现，在A1AT缺乏时，中性粒细胞对外源性TNF-α的反应提高，脱颗粒增加，TNF-α产生增加[10]。因而，A1AT可通过抗TNF-α作用抑制炎症反应。此外，A1AT还可抑制基质金属蛋白酶的产生，且通过增加环磷酸腺苷(cAMP) 水平激活cAMP依赖的蛋白激酶A进而增加巨噬细胞抗炎因子白介素-10的分泌[4]。Dichtl等发现，A1AT还可通过其C末端肽段激活过氧化物酶体增殖物激活受体α和过氧化物酶体增殖物激活受体г抑制核转录因子(NF-κB) 炎症通路发挥抗炎作用。A1AT不仅能抑制各种促炎因子的释放，还能极大提高炎症因子诱导的抗炎因子的分泌。

上述研究表明，A1AT可通过酶抑制和/或非抑制性的机制抑制炎症反应通路发挥抗炎作用。A1AT抑制炎症反应的作用可能是其抗AS及冠心病的重要作用机制。

4.2 A1AT抑制免疫反应 研究证实，A1AT缺陷患者有着更高的血管炎发病率，该病的发病与抗中性粒细胞胞质抗体有关。此外，有报道A1AT缺陷患者自身免疫性甲状腺功能减退症的发病增加[12]。上述研究提示A1AT在抑制免疫反应中起重要作用。

免疫反应包括固有免疫与适应性免疫(特异性免疫)。固有免疫又称非特异性免疫，是个体在长期进化中所形成的、与生俱有的抵抗病原体侵袭、清除体内抗原性异物的防御能力。AS发生早期固有免疫已被启动，常表现为固有免疫系统对动脉内膜下积累修饰的脂蛋白和一些微生物产物如脂多糖(LPS)产生免疫应答，加剧炎症反应，促进AS进展。病原体介导的炎性反应是固有免疫的关键步骤。大量研究已证实A1AT在各种促炎及抗炎因子产生中的作用。A1AT可抑制人单核细胞和外周血单核细胞释放各种促炎因子，抑制免疫反应主要信号通路中NF-κB 核易位，抑制LPS诱导的细胞因子的释放，通过与白细胞介素-8结合控制 Fc受体 FcγRIIIb的膜表达从而抑制中性粒细胞的激活和迁移，中断其与可溶性免疫复合物的趋化反应[13,14]，A1AT可通过其天然的抗炎作用抑制固有免疫反应。

然而，A1AT作为一种抗炎分子，其抑制炎症反应的作用并不能用来充分解释它在适应性免疫及相关免疫通路中的作用。树突细胞作为一种抗原呈递细胞是固有免疫与适应性免疫反应之间的关键环节，研究发现，A1AT虽不能抑制树突细胞活性，但可通过改变树突细胞的成熟及促进树突细胞及巨噬细胞的免疫耐受反应，诱导抗炎因子白细胞介素-10的产生，提示A1AT的促免疫耐受作用可能是其治疗免疫缺陷病的一重要机制[13, 15]。目前国内外关于A1AT参与免疫系统的研究主要集中在破译它所致的免疫耐受活动机制。此外，Diffenderfer等[16]发现循环中A1AT主要与HDL和LDL颗粒结合。脂筏是HDL调节固有免疫和获得性免疫的关键结构，具有激活免疫系统的作用，HDL可通过崩解脂筏抑制免疫反应，减轻AS[17]。而有研究发现，A1AT可聚集在单核细胞中富含胆固醇的脂筏上，抑制脂质相关活性[15]。巨噬细胞和树突细胞膜脂筏是Toll样受体(TLR)-2 和TLR-4的位点，二者的表达均被A1AT下调，因而，A1AT可抑制LPS诱导的细胞因子和一氧化氮的释放，减少体内LPS诱导的损伤[18]。

适应性免疫包括特异性抗原，B淋巴细胞、T淋巴细胞和抗体。Mizrahi等[19]发现，A1AT可选择性地减少B淋巴细胞活化相关性能，例如在体外，A1AT可减少抗原和T淋巴细胞受刺激后依赖的B淋巴细胞的增殖和活化。然而，提高A1AT水平并不会使抗原特异性抗体的产生受损，但A1AT可通过抑制CD40调节通路影响抗体亚型之间的转换。目前的研究证实A1AT对体外T淋巴细胞没有直接作用，但对体内T细胞亚群有影响，提示A1AT间接调节T淋巴细胞参与适应性免疫。在各种自身免疫疾病及异体移植术模型中，A1AT治疗可减少淋巴细胞浸润、改变T细胞受体性能、扩增调节T细胞改变调节T细胞与T效应细胞的比例，均通过间接作用于T淋巴细胞抑制适应性免疫反应[13]。

A1AT参与免疫反应的机制主要为：抑制各种促炎因子的释放，增加抗炎因子白细胞介素-10的分泌，抑制炎症反应；抑制B淋巴细胞活性，影响抗体亚型之间的转换之间的转换；诱导树突细胞的免疫耐受；作用于T细胞亚群改变调节T细胞与T效应细胞比例等，A1AT可通过其抗炎等多种作用机制抑制免疫反应，可能是其发挥抗AS作用的另一重要机制，有待进一步深入研究。

综上所述，A1AT作为一种丝氨酸蛋白酶及中性粒细胞弹性蛋白酶抑制剂，具有抑制炎症反应及免疫反应的作用，可能通过抑制AS过程中的炎症、免疫反应及VSMCs凋亡，延缓斑块向不稳定斑块进展，发挥抗AS作用。目前国内外相关研究已证实，血浆A1AT水平是冠心病的一个独立危险因素，血浆A1AT浓度的检测可用来预测稳定型心绞痛患者冠状动脉狭窄的严重性。可见，深入研究A1AT作用于AS及冠心病的具体机制，可为AS及冠心病的防治指明新的靶向。然而，目前关于A1AT在AS及冠心病中作用机制的研究仍然较少，具体的作用机制仍有许多未明之处，需要大量研究加以明确。在不久的将来，我们期望能够从A1AT抑制炎症及免疫反应的机制中，发掘新的AS及冠心病治疗靶点，从而为现有AS及冠心病治疗方案的发展提供新的思路。

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