胸主动脉瘤发生发展过程中端粒长度及端粒酶活性改变的影响因素研究进展

徐泓杰，王国坤，刘洋，徐志云

(海军军医大学长海医院，上海200433)

胸主动脉瘤(Thoracic aortic aneurysm, TAA)是严重的心血管疾患，易出现破口形成主动脉夹层而威胁到生命，是现代老年人群中重要致死性疾病之一。TAA是指胸主动脉持续的、局限性的扩张，其直径超过正常胸主动脉内径的150%。主动脉张力增加和主动脉退行性变是TAA的主要发病原因。TAA的主要病理特征为胸主动脉中膜的退行性变，具体包括外弹力膜的破坏、血管平滑肌的丢失、蛋白聚糖的沉积等。除遗传等内在因素以外，氧化应激、高热量营养素摄入、高血压和糖尿病等是导致胸主动脉退行性变的主要外在因素。端粒是指真核生物细胞染色体末端高度保守的重复DNA序列，和端粒结合蛋白结合具有稳定基因组结构完整的作用。随着细胞的分裂，端粒的长度也会随之缩短，也预示着细胞的衰老。端粒随年龄的增长逐渐缩短，被认为是退行性疾病发生、血管病理改变的分子基础之一。端粒酶是一种核糖核蛋白复合物，高表达于生殖细胞、肿瘤细胞和干细胞等能广泛复制的细胞中，由端粒酶RNA和端粒酶逆转录酶组成，可维持染色体端粒末端长度[1]。端粒长度缩短和端粒酶活性异常导致的细胞衰老与退行性变性心血管疾病密切相关[2]。因此各种危险因素可能通过影响端粒及端粒酶的活性，进一步导致TAA的发生和发展。研究发现，氧化应激、高热量营养素摄入、高血压、糖尿病等均为端粒长度及端粒酶活性改变的影响因素。现将TAA发生发展中端粒长度及端粒酶活性的影响因素综述如下。

1 氧化应激

氧化应激被定义为细胞内活性氧簇(Reactive oxygen species, ROS)浓度的增加。ROS是在常规的线粒体电子传递链中产生的，其他种类的ROS可以衍生自超氧化物和过氧化氢，它们与细胞外基质蛋白的耗竭有关[3]。与非动脉瘤性主动脉相比，动脉瘤患者的主动脉组织中检测到ROS水平增加，分析认为ROS在动脉瘤的发生、发展中起重要作用[4]。另一方面，电子呼吸传递链中烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)/烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶的有效激活在动脉瘤的形成中起重要作用，侧面反映了氧自由基在主动脉瘤形成中的特殊作用[5]。ROS是血管平滑肌细胞(Vascular smooth muscle cell, VSMCs)表型的直接调节因子，ROS积累与培养基层变性、结缔组织生长因子(Connective tissue growth factor，CTGF)表达增加有关，从而调节VSMs的合成表型促进TAA的发生发展；并通过血管紧张素II诱导小鼠TAA模型在体外加以验证[4]。此外，ROS还诱导DNA稳定因子的丢失导致基因组的不稳定，这是TAA患者VSMCs在分子水平上的重要改变[6]。因此ROS被认为和TAA的发展有密切的关联。

在腹主动脉瘤(Abdominal aortic aneurysm, AAA)患者的VSMCs、内皮细胞(Endothelial cell, ECs)和白细胞(White blood cells, WBCs)中发现的氧自由基显示端粒缩短与氧化应激有关[7]。最近，Rehh等[8]研究证明，端粒TTAGG重复序列中存在的三联体鸟嘌呤核苷酸与端粒氧化应激相关损伤的积累有关。在动脉瘤患者的WBCs中，端粒长度与高水平的氧化性DNA损伤之间呈负相关[9]。这表明氧化应激具有系统效应，端粒缩短也可能是系统效应的结果。氧化应激抑制端粒增长并导致端粒消耗，但是端粒缩短和氧化应激之间的具体关系目前仍处于研究阶段。

端粒酶不仅位于细胞核和细胞质中，而且在线粒体中也有发现。细胞核中的端粒酶在端粒伸长、基因表达调控、染色质组织和DNA损伤反应中起关键作用[9]。线粒体中的端粒酶参与调控并影响细胞凋亡、应激保护、tRNA依赖性逆转录酶和RNA依赖性RNA聚合酶。在ROS的氧化应激处理的细胞中发现线粒体端粒酶可以减少ROS的产生并保护线粒体DNA免受损伤[10]。端粒酶还具有通过阻断线粒体和死亡受体途径达到抗凋亡的潜能[11]。

Beyer等[12]研究发现增加端粒酶活性可逆转心血管疾病的病理表型，这项研究支持线粒体中的端粒酶活性可以调节ROS产生直接生理影响这个假设。此外，有研究[13]表明在心血管疾病中端粒酶活性改变早于端粒缩短。还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶在TAA的发生、发展中起重要作用。NADPH氧化酶增加了与动脉粥样硬化斑块易感性相关的VSMCs表型的比例[14]。此外，端粒酶RNA逆转录酶(telomerase reverse transcriptase, TERT)的非经典线粒体特异性作用主要集中在抗氧化应激的保护上。因此，TERT的调节将成为在衰老和端粒相关疾病中发展影响端粒酶的治疗方法的一个有前途的靶点。

2 高热量营养素摄入

增加热量摄入可导致人体肥胖，平均寿命降低。高热量营养素摄入作为ROS的来源，可加速细胞衰老，在心血管系统的功能和结构完整性改变中起着关键的作用[15]。不健康的饮食、高糖(如果糖)和低密度脂蛋白摄入增加心血管疾病发生的风险[16]。此外，热量限制可能通过降低动脉粥样硬化性胆固醇和脂质过氧化，提高某些酶的抗氧化活性而参与心血管系统的抗氧化防御，这有利于降低心肌代谢相关风险[17]。同时在一项对人群的纵向观察研究[18]中发现多不饱和脂肪酸的过度摄入会加速端粒的缩短，而且能量限制与白细胞端粒缩短成负相关。精制面粉、谷类、肉类和肉类产品及加糖饮料带来的总脂肪和饱和脂肪摄取量加高与TAA患者心血管组织中较短的端粒有关，相比之下，膳食抗氧化剂以及食用富含抗氧化剂的植物性食物有助于维持端粒长度[19]。动物哺乳期限制蛋白质的摄入会导致子代出现DNA损伤和主动脉组织中端粒的缩短，这些结果与氧化应激的标志8-羟基-2-脱氧鸟苷的减少有关，而8-羟基-2-脱氧鸟苷其对儿童生长和心血管疾病有积极的影响[20]。因此，高热量营养素摄入对端粒及端粒酶生物学的影响很大程度上是通过氧化应激起作用。

3 高血压

高血压是TAA发生以及破裂的重要危险因素[19]。但高血压与端粒生物学之间的关系众说纷纭。一方面高血压是端粒消耗的重要因素，而端粒的缩短会促进高血压的进展[21]。在对端粒和人类高血压之间的潜在关系进行的一些研究中，Framingham心脏研究和心血管健康研究[22]表明血流动力学应激与端粒缩短有关，具体而言，高血压男性受试者的白细胞端粒显著短于正常血压的同龄人。端粒酶缺陷小鼠的血浆中内皮素转换酶-1增加，使得血压明显升高，直接反映了高血压与端粒消耗之间的联系[23]。动脉血管壁细胞的异常生长是高血压血管重构的基础。因此，端粒酶的激活对VSMCs的增殖至关重要。此外， p53似乎对VSMCs增长率的增加也起着同样重要的作用，这种活性增加的分子靶点可能是预防高血压的机会窗口[24]。另一方面，来自Dimitroulis的研究[25]表明，AAA与对照组端粒酶RNA表达的差异独立于其他因素，如年龄和高血压。综上所述，高血压能否影响端粒生物学的变化以及引起怎样的改变还需要更加深入的验证。

4 糖尿病

糖尿病患者的血管疾病风险较高，因为餐后高血糖可增加患者发生心血管疾病的风险，包括TAA的发生和破裂[26]。同时有研究[27]表明白细胞端粒的缩短与糖尿病之间存在一定的相关性。糖尿病和高同型半胱氨酸血症是CVD进展的独立危险因素，包括TAA和AAA，暴露于高水平葡萄糖或/和同型半胱氨酸的VSMCs培养物显示端粒酶活性增加，从而导致VSMCs的增殖反应[28]。相比之下，Matsui等[29]研究发现，高浓度的胰岛素治疗可能加速血管内皮细胞(ECs)衰老。暴露于高糖的人ECs表现出衰老标志物增加和端粒酶活性降低。

综上所述，TAA发生、发展过程中中端粒长度及端粒酶活性改变的影响因素包括氧化应激、高热量营养素摄入、高血压、糖尿病等。端粒长度与高水平的氧化性DNA损伤之间呈负相关。线粒体端粒酶可通过降低活性氧簇的浓度，保护线粒体DNA免受损伤。端粒酶RNA逆转录酶的非经典线粒体特异性作用主要集中在抗氧化应激的保护上。高热量营养素摄入可导致主动脉组织出现较短端粒。高血压是端粒缩短的重要影响因素，而端粒的缩短会进一步促进TAA的发生发展。高浓度的胰岛素治疗可能加速ECs衰老，导致细胞端粒变短，同时高水平葡萄糖可增加血管平滑肌细胞端粒酶活性，在TAA的发生、发展中发挥重要作用。虽然高血压病对主动脉VSMCS的端粒影响还有待考究，但是活性氧、高热量的摄入、糖尿病对主动脉以及主动脉组织端粒的负性作用是肯定的，而这些外因引起的端粒缩短和端粒酶活性降低与TAA发生发展之间的具体关联和具体的分子机制还有待深入探究。