Galectin-3 在动脉粥样硬化相关性脑卒中的研究进展

李金霞 王学新 陈 琦 王振宇 马甜甜

1）滨州医学院康复医学院，山东 烟台 264010 2）烟台毓璜顶医院，山东 烟台 264010

动脉粥样硬化是一种慢性疾病，其主要特征为动脉内膜下脂质沉积、平滑肌细胞增生和胶原纤维增多，最终形成粥糜样含脂坏死病灶和血管壁硬化。病变继续加重可出现斑块钙化、粥样溃疡、血栓形成和斑块内出血等继发病变，导致动脉狭窄或堵塞，影响关键组织的血供。动脉粥样硬化的患病率在世界范围内，尤其在中国人群中呈上升趋势［1］，其最常见并发症心肌梗死和脑卒中是全球最常见死亡原因。深入研究动脉粥样硬化的发病机制，改善动脉粥样硬化相关脑卒中的防治措施具有重要意义。

研究表明炎症在动脉粥样硬化的发病机制中起关键作用，多种炎症细胞（如单核-巨噬细胞、泡沫细胞、白细胞、淋巴细胞、肥大细胞）、炎症因子（肿瘤坏死因子、白细胞介素、干扰素等）参与了动脉粥样硬化的发生发展［2］。促炎标志物在动脉粥样硬化相关性疾病中的作用受到广泛关注。细胞因子、黏附分子等炎症介质相互关联、相互作用，构成了复杂的网络，其级联放大了炎症反应，共同促进了动脉粥样硬化的进展。如C反应蛋白（C-reactive protein，CRP）、可 溶 性 P- 选 择 素（soluble platelet-selectin，sP-selectin）、单 核 细 胞 趋 化 蛋 白1（monocyte chemotactic protein 1，MCP-1）等均被证实直接参与了动脉粥样硬化的形成，且能作为相关促炎标志物预测动脉粥样硬化的发展程度［3］。

半乳糖凝集素-3（Galectin-3，Gal-3）是一种炎症因子，与细胞生长、血管生成、肿瘤发生和炎症反应等多种生理和病理过程相关。在动脉粥样硬化过程中，Gal-3能驱动炎症反应、纤维化和氧化应激，参与脂质内吞、巨噬细胞活化、单核细胞趋化和细胞增殖黏附等过程［4］，促进动脉粥样硬化的进展。Gal-3 被认为是急性和慢性心力衰竭的独立预后标志物，美国心脏病学会基金会和美国心脏协会的指南提到Gal-3 对心衰的危险分层及预后具有独特优势［5］。但其在脑卒中及其他脑血管疾病中的作用尚不完全清楚。本文就Gal-3在动脉粥样硬化中的作用机制及其在动脉粥样硬化性脑卒中的研究作一综述。

1 Gal-3结构、分布及其生化活性

Gal-3 属于Galectin 家族，又称Mac-2 抗原或碳水化合物结合蛋白-35（CBP-35），是唯一的嵌合体型，同时是唯一含有C端碳水化合物识别域（CRD）和N 端肽的Galectin 成员［6］。Cal-3 的N 端肽包含12 个氨基酸和1个内部重复区域，CRD包含约130个氨基酸，能特异性识别并结合细胞表面的半乳糖苷和细胞外糖蛋白。Gal-3蛋白通常以单体形式存在，在高浓度时可通过N 端结构域缔合形成五聚体［7-9］。Gal-3由人类基因组14号染色体的LGALS3编码，在细胞质中合成后运输到细胞核、细胞器或分泌到细胞外［10-11］。Gal-3在多种组织（皮肤、大脑、肠、肝脏、肾脏、心脏、肿瘤）和细胞（上皮细胞、内皮细胞、活化的小胶质细胞、炎症细胞等）中表达［12］，并且参与细胞生长、血管生成、肿瘤发生和炎症反应等多种生理和病理过程［10］。Gal-3作为一种重要的炎性生物标志物，可通过剂量依赖的方式激活巨噬细胞，促进肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白介素-6（IL-6）等促炎因子的分泌［13］，在急慢性疾病的炎症过程中发挥重要作用。目前研究表明，Cal-3参与了神经退行性变、自身免疫性疾病、动脉粥样硬化、心力衰竭、糖尿病、伤口愈合、感染反应等多种疾病和病理过程［6］；此外，Gal-3还与肿瘤转移［14］、脑发育过程中成神经细胞的迁移［15］、心室重构和心肌纤维化［16］有关。

2 Gal-3在动脉粥样硬化中的调控作用

内皮细胞、巨噬细胞和血管平滑肌细胞是动脉粥样硬化发生发展过程中最关键的细胞类型，Gal-3作为重要的炎性调控因子，能通过影响上述细胞的生理功能，推动动脉粥样硬化的进展。此外，Gal-3还能诱导成纤维细胞活化和增殖，增强氧化应激反应，从而进一步加重动脉粥样硬化。

2.1 Gal-3和炎症反应

2.1.1 Gal-3加重内皮损伤并促进炎症细胞浸润：炎症刺激持续激活内皮细胞致其功能障碍被认为是动脉粥样硬化的基础和起始步骤［17-18］，Gal-3能直接作用于血管内皮细胞，促进其炎症反应，从而进一步加重内皮细胞损伤，推动动脉粥样硬化的发展。CHEN等［19］和OU等［20］分 别 报 道，Gal-3 能 通 过 激 活integrin β 1-RhoA-JNK 和LOX-1/ROS/p38/NF-κB 信号通路促进内皮细胞的炎症反应，加重低密度脂蛋白诱导的内皮损伤。此外，血管祖细胞功能障碍也是加重血管内皮损伤的重要因素，Gal-3在血管祖细胞介导的血管修复中起负面影响。PEI等［21］发现，Gal-3介导了香烟提取物诱导的血管祖细胞自噬和功能紊乱，阻断Gal-3的表达，能显著提高血管祖细胞的血管修复功能。

内皮损伤导致其释放炎症信号分子，募集单核细胞和巨噬细胞黏附并渗透到内膜，进而分泌大量炎症因子形成级联瀑布效应放大炎症，推动动脉粥样硬化进一步发展。在此过程中，Gal-3作为促炎因子能直接激活成纤维细胞及刺激巨噬细胞分泌大量炎症因子，如TNF-α 、IL-6、C-X-C 基 序 趋 化 因 子8（CXCL8）、C-C 趋化因子配体2/3/5（CCL2、CCL3、CCL5），加强血管炎症反应［22］，其中CCL2、CCL5 和CXCL8可招募单核细胞和巨噬细胞聚集于内皮损伤和斑块沉积处，促进脂质沉积，从而加重动脉粥样硬化［13］。

2.1.2 Gal-3与巨噬细胞分化及泡沫细胞形成：巨噬细胞是动脉粥样硬化斑块中的主要成分之一，巨噬细胞吞噬脂蛋白形成泡沫细胞，具有促进粥样硬化形成和增加斑块不稳定性的作用，Gal-3在巨噬细胞的分化和泡沫细胞形成中扮演重要角色。动脉粥样硬化斑块中高表达Gal-3主要与巨噬细胞有关。LIU等［23］报道，Gal-3表达升高是单核细胞分化为巨噬细胞的标志事件。MARIANNA 等［13］研究发现，在ApoE-/-mice动脉粥样硬化模型中，硬化斑块中的Gal-3主要由巨噬细胞表达，且其表达与粥样硬化程度呈正相关。同时，Gal-3 与泡沫细胞形成密切相关。Gal-3诱导渗透到内膜的巨噬细胞聚集，通过清道夫受体吞噬低密度脂蛋白胆固醇（ox LDL-C）转变为泡沫细胞［24］。ZHU等［25］报道，高表达Gal-3能促进泡沫细胞摄取脂蛋白，形成粥样硬化病变脂质条纹及不稳定斑块脂质成分，加重动脉粥样硬化。

2.1.3 Gal-3促进血管平滑肌细胞增殖和迁移：血管平滑肌细胞（VSMCs）的增殖和迁移是动脉粥样硬化的重要过程，Gal-3对VSMCs的增殖和迁移有促进作用。TIAN等［26］研究表明外源性Gal-3能通过激活经典Wnt/catenin信号通路促进VSMCs的增殖和迁移能力，VSMCs从中膜迁移至内膜并增殖，亦可吞噬脂质成为泡沫细胞的另一重要来源，形成粥样硬化病变脂质条纹。此外，Gal-3 作为晚期糖基化终末产物（advanced glycation end product，AGE）受体，可与细胞外AGE及其修饰蛋白在细胞表面结合形成蛋白复合物，抑制血管平滑肌细胞与基质糖蛋白的黏附，从而导致其增殖和迁移活跃［25，27］，促进动脉粥样硬化的进展。

2.2 Gal-3 和纤维化Gal-3 能促进内皮下的成纤维细胞活化增殖和细胞外基质沉积，导致纤维化形成，从而加速动脉粥样硬化的进展。内皮细胞受损后会分泌炎症因子募集巨噬细胞，NEIL等［28］发现，巨噬细胞来源的Gal-3 能激活静息状态的成纤维细胞增殖转化为肌成纤维细胞，并促进I型胶原蛋白沉积，而I型胶原蛋白又能进一步诱导成纤维细胞增殖从而加重纤维化［29］，促进动脉粥样硬化的发展。研究发现，VSMCs中Gal-3的过度表达诱导I型胶原蛋白合成增加，促进血管纤维化及重塑过程。此外，转化生长因子β（TGF-ß）是重要的促纤维化因子，Gal-3可在细胞表面形成凝集素晶格（galectin lattice）募集TGF-ß受体，从而放大促纤维化信号通路［30］，促进纤维化形成和动脉粥样硬化进展。

2.3 Gal-3 和氧化应激氧化应激存在于动脉粥样硬化的整个发展过程中，并介导了血管内皮细胞、平滑肌细胞及单核巨噬细胞功能改变及损伤。Gal-3与氧化应激关系密切，能通过加强氧化应激反应加重动脉粥样硬化。研究显示，外周动脉疾病患者血浆Gal-3 浓度升高，并与氧化应激的血清学标志物F2-异前列素水平呈正相关［31］。ALMKVIST 等［32］研究发现，Gal-3能通过激活还原型辅酶Ⅱ（NADPH Ⅱ），刺激中性粒细胞分泌过氧化物，促进氧化应激。同时，SUZUKI 等［33］报道Gal-3 与肥大细胞共培养，能促进其释放O2-，从而诱导氧化应激形成。

3 Gal-3和动脉粥样硬化性脑卒中

脑卒中（cerebral stroke）是一种严重的急性脑血管疾病，其病因主要是脑部血管突发破裂或血管阻塞，血液不能流入大脑而导致脑组织损伤，其高致残率、高病死率给患者、患者家庭以及社会带来沉重的负担。脑卒中分为缺血性脑卒中（ischemic stroke，IS）和出血性脑卒中（hemorrhagic stroke，HS），其中80%以上为IS［34］。大量研究表明，动脉粥样硬化是IS发病的主要病理生理机制，动脉粥样硬化斑块形成后导致的血管腔狭窄、闭塞以及不稳定斑块形成的血栓是导致IS 的重要因素。Gal-3 作为新型动脉粥样硬化生物标志物，不仅参与动脉粥样硬化的病理变化过程，也与动脉粥样硬化性脑卒中密切相关，深入研究Gal-3 与动脉粥样硬化性脑卒中的关系能为其防治提供新的思路。

3.1 Gal-3是潜在的急性缺血性脑卒中生物标志物

3.1.1 Gal-3与颈动脉粥样硬化：颈动脉是大脑的主要供血动脉，颈动脉粥样硬化是急性缺血性脑卒中的重要危险因素和病因，Gal-3高表达与颈动脉粥样硬化的发生密切相关。JULIO等［35］及ABAYOMI等［36］均报道，血清Gal-3 在颈动脉粥样硬化患者中高表达，且与粥样硬化程度呈正相关。此外，PAPASPYRIDON OS 等［37］研究发现，在颈动脉粥样硬化斑块中，Gal-3的表达在不稳定斑块中显著高于稳定斑块，而不稳定斑块的出现更易导致急性缺血性脑卒中，说明Gal-3有可能作为预测颈动脉粥样硬化相关急性缺血性脑卒中的危险因素，为预防急性缺血性脑卒中提供帮助。

3.1.2 Gal-3 与缺血性脑卒中：Gal-3 是动脉粥样硬化和心血管疾病的生物标志物，近期研究发现血清Gal-3升高是发生缺血性脑卒中的危险因素，且与卒中复发及预后不良密切相关。TAN等［38］进行的一项1 495例糖尿病患者的前瞻性队列研究发现，高表达血清Gal-3是2型糖尿病患者发生缺血性脑卒中的独立危险因素。ARORA等［39］进行的一项30 293个样本的前瞻性队列研究发现，血清高Gal-3是64岁以下人群发生缺血性脑卒中的独立危险因素，但在高于64岁以上的人群中Gal-3与脑卒中的发生无关。此外，ZENG等［40］及WANG等［41］进行的一项3 082例缺血性脑卒中患者的回顾性研究发现，在有高血糖症的人群中血清高Gal-3患者脑卒中的复发率显著升高；血清高Gal-3 是脑卒中患者死亡或严重残疾的独立风险因素，表明继续深入研究Gal-3与缺血性脑卒中发病及预后的关系，有望使Gal-3成为缺血性脑卒中的新生物标志物。

3.2 Gal-3参与缺血性脑卒中后病理进展在大脑中动脉短暂阻断的缺血性脑卒中大鼠模型中，缺血脑组织的Gal-3表达在术后60～96 h内显著升高，即使在事件发生后2个月缺血脑组织中Gal-3仍明显升高［42］，提示Gal-3 在缺血性脑卒中后的病理进展中发挥作用。近年越来越多的研究表明Gal-3 与缺血性脑卒中后病理进展密切相关，参与小胶质细胞激活、血管新生、神经元迁移和再髓鞘化等多个脑组织损伤修复过程。

3.2.1 Gal-3 与小胶质细胞激活：小胶质细胞，即脑部的巨噬细胞，作为大脑局部的免疫活性细胞和吞噬细胞在脑发生缺血性病变时起关键作用。Gal-3 作为重要的促炎因子，参与小胶质细胞的活化过程。BURGUILLOS 等［43］在缺血性脑卒中小鼠模型中发现，脑卒中事件后小胶质细胞分泌大量Gal-3，Gal-3通过内源性旁分泌途径激活Toll样受体4（TRL4），维持小胶质细胞的活化状态，从而延长脑组织的炎症反应；敲除小鼠的Gal-3基因能起到抗炎症反应和神经保护的作用。同时LALANCETTE-HÉBERT 等［44］报道，Gal-3 与小胶质细胞活化密切相关，敲除小鼠的Gal-3 基因会显著减少缺血性脑卒中后脑组织中活化的小胶质细胞，同时加剧脑组织的缺血性损伤和神经元凋亡。

3.2.2 Gal-3与血管新生：血管新生是卒中后缺血脑组织修复过程中的重要生理病理变化，对神经功能恢复意义重大，Gal-3具有促进缺血脑组织血管新生的作用。WESLEY等［45］报道，Gal-3能通过激活整合素连接激酶（integrin linked kinase）信号通路促进血管内皮细胞的新生作用，使用Gal-3中和抗体处理缺血性脑卒中小鼠模型会显著减少缺血灶内的微血管密度。此外YOUNG 等［46］研究发现，在Gal-3 敲除小鼠的大脑中动脉闭塞模型中，缺血脑组织的血管内皮生长因子（VEGF）表达水平较野生型小鼠显著下降，缺血脑组织的内皮增殖及血管新生水平也显著降低。

3.2.3 Gal-3与神经元迁移和再髓鞘化：除了血管新生，神经元迁移和再髓鞘化同样在缺血性脑卒中的恢复过程中发挥重要作用，Gal-3与神经元迁移及再髓鞘化密切相关。COMTE等［47］报道Gal-3中和抗体能在体外抑制神经母细胞的迁移能力，而外源性的Gal-3 能促进其迁移能力，敲除小鼠的Gal-3 基因会抑制神经母细胞从室管膜下区迁移至嗅球。目前已经证实由室管膜区迁移而来的神经母细胞在脑卒中后神经修复中发挥重要作用［48］，但Gal-3在其中扮演何种角色需要进一步研究。此外Gal-3 与少突胶质细胞分化成熟促进髓鞘再生有关。PASQUINI等［49］报道，分化过程中的少突胶质细胞高表达Gal-3，且外源性的Gal-3能促进少突胶质细胞在体外分化成熟，敲除小鼠的Gal-3 基因会导致髓鞘形成障碍，但Gal-3在髓鞘再生中的具体作用仍需深入研究。

4 展望

脑卒中是一类发病率高、致残性高、病死率高和复发率高的疾病，已成为我国民众的首位死因。脑梗死占脑卒中的绝大部分，其与动脉粥样硬化关系密切。深入研究动脉粥样硬化及缺血性脑卒中的发病机制可为脑梗死的防治提供新的思路。Gal-3 作为重要的促炎因子，不但参与动脉粥样硬化发生、发展的调控，还与缺血性脑卒中的发病、预后关系密切，有望成为新的缺血性脑卒中生物标志物。研究表明Gal-3参与缺血性脑卒中后的小胶质细胞激活、血管新生、神经元迁移和再髓鞘化等多个脑组织损伤修复过程，但Gal-3在这些过程中的具体调控机制尚不清晰。因此，进一步深入研究Gal-3在缺血性脑卒中后损伤修复过程中的调控机制，有望为脑卒中的治疗提供新策略。

利益冲突：无