细胞焦亡与PCSK9在动脉粥样硬化中的研究进展

张梁 李婧

[摘要] 动脉粥样硬化（AS）是多种心脑血管疾病的病理基础，严重威胁人类健康安全。AS的发病机制目前尚不完全清楚。最新的研究发现，AS的发生发展与前白蛋白转化酶枯草溶菌素9（PCSK9）以及细胞焦亡具有密切关系。本文就AS中PCSK9、细胞焦亡及PCSK9抑制剂的临床应用进展等方面进行综述。

[关键词] 动脉粥样硬化;前白蛋白转化酶枯草溶菌素9;细胞焦亡;炎症小体;半胱氨酸天冬酶

[中图分类号] R543.5          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2020）07（c）-0054-04

Research progress of pyroptosis and PCSK9 in atherosclerosis

ZHANG Liang   LI Jing

Department of Cardiovascular， Tianyou Hospital Affiliated to Wuhan University of Science and Technology， Hubei Province， Wuhan   430064， China

[Abstract] Atherosclerosis （AS） is the pathological basis of a variety of cardiovascular and cerebrovascular diseases， while seriously threatens human health and safety. The pathogenesis of AS is not yet fully understood. The latest research found that the occurrence and development of AS is closely related to the proprotein convertase subtilisin kexin type 9 （PCSK9） and pyrolysis. This article reviews PCSK9 and pyrolysis in atherosclerosis and the clinical application progress of PCSK9 inhibitors.

[Key words] Atherosclerosis; Proprotein convertase subtilisin kexin type 9; Pyroptosis; Inflammasome; Caspase

动脉粥样硬化（AS）的病理机制尚未完全明确，一般认为AS是一种多环节参与的血管壁慢性炎症性疾病，主要危险因素包括血压、血脂、血糖、同型半胱氨酸、吸烟等。目前，临床预防及治疗AS的主要手段即控制血压、血脂、血糖，尤其是控制低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）。LDL-C主要通過肝细胞表面低密度脂蛋白受体（LDLR）代谢。国内外众多研究显示，前白蛋白转化酶枯草溶菌素9（PCSK9）具有促进LDLR降解的作用，不仅可以通过降解LDLR抑制LDL-C分解代谢，还可以通过促细胞焦亡（Pyroptosis）机制来促进AS的进展。

1 细胞焦亡及病理生理机制

细胞焦亡是一种新程序性坏死形式，结合坏死和凋亡的特征，包括细胞膜孔形成、细胞肿胀和膜破裂及类似细胞凋亡的核固缩和DNA裂解[1]。细胞焦亡在多种类型的细胞中均可见到，包括免疫细胞（如巨噬细胞、中性粒细胞、树突细胞）及血管内皮细胞、平滑肌细胞、心肌细胞、肾小管上皮细胞等。细胞焦亡信号通路可分为两种：半胱氨酸蛋白酶-1（Caspase-1）介导的经典通路以及Caspase-4/5/11介导的非经典通路。

1.1 Caspase-1介导的经典细胞焦亡通路

在经典细胞焦亡信号通路中，核苷酸结合寡聚化结构域样受体（NLR）家族（NLRP3、NLRP1、NLRC4、NLRP9和NLRP6）、热蛋白及造血相关干扰素可诱导型核蛋白（PYHIN）[2]和热蛋白（Pyrin）[3]等炎症小体识别病原体相关分子模式（PAMPs）或损伤相关分子模式（DAMPs）后激活Caspase-1，已活化的Caspase-1不仅可以使白细胞介素（IL）-1β/IL-18成熟，还可以切割gasdermin蛋白D（GSDMD），形成N端结构域（GSDM-N）和C端结构域（GSDM-C）。GSDM-N通过低聚反应与细胞膜形成10～15 nm直径的微孔，较小直径的底物如IL-1β和IL-18可直接通过该微孔分泌。随着微孔数量的增加，细胞内容物被彻底释放，最终导致细胞焦亡[4]。

1.2 Caspase-4/5/11介导的非经典细胞焦亡通路

在非经典细胞焦亡途径中，脂多糖（LPS）中的脂质A与Caspase-4/5/11的CARD结构域结合后激活Caspase-4/5/11，活化的Caspase-4/5/11同样以裂解GSDMD产生GSDM-N并形成膜孔形成的方式引发细胞焦亡[4-7]。与经典Caspase-1途径不同的是：活化的Caspase-4/5/11还可以通过K+外流或裂解泛连接蛋白-1（Pannexin-1）经ATP/P2X嘌呤受体7（P2X7）/NLRP3途径环状激活Caspase-1介导的经典通路。

2 AS中的细胞焦亡

2.1 内皮细胞（EC）焦亡

国内外众多学者发现在早期内皮损伤或功能障碍后，炎症小体通过损伤相关分子模式（DAMPs）识别内皮下沉积的脂质及炎症介质，并激活Caspase-1引发细胞焦亡[8-10]。研究发现：在单核细胞募集前，沉积的脂质可通过Caspase-1-去乙酰化酶-1激活蛋白-1（S1AP1）途径促进EC应激，并激活Caspase-1促进EC焦亡，增加细胞黏附分子-1（ICAM-1）和血管细胞黏附分子-1（VCAM-1）等黏附分子的表达水平，以促使单核细胞黏附EC[8，11]。此外，EC焦亡导致促炎细胞因子（如IL-1β、IL-18）的释放，激活血管炎症并吸引单核细胞黏附并向内皮下迁移[8-9，12]。

2.2 血管平滑肌细胞（VSMC）焦亡

随着EC的数量减少和完整性降低，内皮层渗透性不断增加并导致VSMC迁移和沉积。在VSMC中，氧化修饰的低密度脂蛋白（ox-LDL）诱导黑色素瘤缺乏因子2（AIM2）、GSDM-N、凋亡相关点状蛋白（ASC）和Caspase-1的表达及DNA片段化，提示AIM2参与VSMC焦亡[13]。此外，VSMC吞噬脂质形成的泡沫细胞焦亡后释放IL-1β及胆固醇，胆固醇通过竞争性结合ATP结合盒转运子1（ABCA1）进入巨噬细胞进一步加强斑块内炎症反应并加速斑块进展[13-15]。

2.3 巨噬细胞焦亡

巨噬细胞焦亡也被证明在AS中起着重要作用。Lin等[16]研究显示，NLRP3-Caspase-1依赖性细胞焦亡发生在ox-LDL诱导的人巨噬细胞中。而焦亡的巨噬细胞产生细胞因子，如IL-1β、IL-18和基质金属蛋白酶（MMP）等可导致强烈的炎症反应，并通过IL-1β/LPS/神经氨酸酶1（NEU1）正反馈环路诱导单核巨噬细胞焦亡促进AS的进展[13，15]。Ye等[17]研究证据显示：在ox-LDL处理的EC中，沉默调节相关蛋白6（Sirt6）诱导的自噬反应可以限制髓样细胞炎症触发体1（TREM-1）介导的细胞焦亡。而高sTREM-1与低sSirt6是内皮微粒（EMPs）增加的独立预测因子，并与急性心肌梗死患者的全因死亡率及主要不良心血管事件相关[17]。

3 PCSK9与AS及细胞焦亡的关系

3.1 PCSK9与AS

PCSK9是蛋白转化酶家族的成员之一，基因编码产物为一种由692个氨基酸构成的糖蛋白，其主要作用是通过促进LDLR降解从而影响脂质代谢。PCSK9以肝脏合成为主，肝脏合成的PCSK9分泌入血后与细胞表面LDLR的表皮生长因子样重复序列a（EGFA）结合形成LDL-LDLR-PCSK9三分子复合物并内吞形成内涵体，该内涵体随后被运送至溶酶体中进行降解[18]。

3.2 PCSK9与细胞焦亡间接关系

因PCSK9的主要作用是促进LDLR降解，肝细胞表面LDLR数量减少可导致血浆脂代谢紊乱，尤其以LDL-C代谢障碍为主。当内皮损伤或功能障碍时，无法及时通过肝脏LDLR代谢的过多的LDL-C在血管内皮下沉积氧化形成ox-LDL，NLRP3炎症小体通过损伤相关分子模式（DAMPs）识别内皮下沉积的脂质及炎症介质，并激活Caspase-1引发内皮细胞焦亡，释放IL-1β、IL-18等促炎因子[8]。EC焦亡后的DNA片段可以通过AIM2途径激活ASC，并进一步激活Caspase-1诱发VSMC焦亡。焦亡的VSMC除释放促炎因子加重斑块内炎症外，还因无法合成细胞外基质而使纤维帽稳定性减弱，增加斑块破溃的风险[10]。

3.3 PCSK9与细胞焦亡的直接关系

胆固醇是AS发展的重要促进因素，然而有研究显示，PCSK9还可通过不依赖胆固醇的途径参与AS的过程。Giunzioni等[19]研究揭示PCSK9对AS病变具有直接影响，但其作用主要依赖于LDLR，而与胆固醇水平无关。Cheng等研究[20]发现，血清PCSK9水平与冠状AS中坏死核心组织的数量线性相关，与LDL水平和他汀类药物的使用无关。Ding等[21]研究发现，低剪切应力可诱导EC、平滑肌细胞、巨噬细胞中PCSK9的表达，并通过调节Toll样受体4（TLR4）表达和核因子（NF）-κB的活化促进AS斑块内炎症的发生。Tang等[22]研究显示，PCSK9基因干扰可通过抑制TLR4/NF-κB信号通路减轻巨噬细胞内炎症反应直接抑制AS，而不影响高脂饮食喂养的apoE基因敲除小鼠血浆胆固醇水平。同时，Kong等[23]研究发现：抑制巨噬细胞中TLR4/骨髓分化因子88（MyD88）/NF-κB信号通路激活可以降低NLRP3的表达并抑制Caspase-1的激活，减少IL-1β产生。提示PCSK9激活TLR4/NF-κB途径与巨噬细胞焦亡、AS炎症进展密切相关。而斑块微环境中的细胞焦亡都有共同的结果，即IL-1β、IL-18等促炎因子释放导致斑块内炎症反应加重。抑制PCSK9可降低C-C趋化因子受体2型在上述细胞中的表达，并诱导内皮基因编码表达的TLR4、血凝集素样氧化型低密度脂蛋白受体-1（Lox-1）、CAM-1、C-C趋化因子配体2（CCL2）、IL-6、IL-1β、自噬基因Beclin-1等减少，这些效应与AS发展显著减少有关[21，24-26]。

3.4 PCSK9抑制剂的临床应用

目前能进行临床应用的PCSK9抑制剂以单克隆抗体为主，主要包括alirocumab、evolocumab等。在一项纳入18 924例患者的随机双盲对照实验中[27]，alirocumab减少了冠心病死亡、非致命性心肌梗死、致命或非致命性缺血性脑卒中、不稳定型心绞痛住院、非致命性心血管事件及全因死亡等主要复合终点的出现。另一项为期24周的随机双盲对照试验显示[28]，在他汀类药物不耐受患者中，alirocumab具有良好的疗效及安全性，骨骼肌相关不良事件较依折麦布减少32.5%。而据一项共计纳入32个随机双盲对照试验的meta分析显示[29]，另一种PCSK9抑制剂evolocumab与alirocumab具有类似的疗效与安全性。更进一步的荟萃研究显示[30]，PCSK9抑制剂在降低超敏C反应蛋白（hsCRP）方面具有轻微的功效，hsCRP是AS的炎癥标志物，同时也是细胞焦亡的产物之一，提示PCSK9抑制剂独立于降脂外的抗焦亡功效。

4 总结

NLRP3/ASC/Caspase-1介导的经典细胞焦亡途径在AS中的作用已被越来越多的研究证实，对于高心血管风险患者启用相应的抗炎治疗已被证实有更积极的结果[31]。至于PCSK9与炎症在基础实验中已展现出越来越多的联系需要进一步明确其机制。鉴于目前AS中的细胞焦亡机制尚未完全明确，PCSK9抑制剂虽能轻微降低焦亡的炎症标志物，但心血管获益的主要作用仍是以降低LDL-C为主。因此，进一步研究AS中的焦亡及炎症机制并开发出相应的治疗药物，是未来治疗AS极具潜力的发展方向之一。另外，目前关于细胞焦亡的研究多集中在Caspase-1依赖的经典焦亡途径，Caspase-4/5/11介导的非经典焦亡途径是否也在AS中发生作用仍需进一步研究。

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