动脉粥样硬化炎症相关信号通路的研究进展

王怡茹，张一凡，韦 婧，刘 萍

动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)性心血管事件是全球范围内人口死亡的最主要原因，AS基础上的血栓事件明显增加，包括急性心肌梗死、急性脑血管事件、心绞痛及心源性猝死，发病率和死亡率随年龄增长而增加[1]。AS主要病理特征是脂质沉积于动脉内膜，同时伴有平滑肌细胞和纤维增生、血小板聚集，最终形成粥样硬化斑块，引起血管狭窄或闭塞，导致急性心血管疾病[2]。但是，近年来研究认为引发AS的原因不仅仅是脂质代谢紊乱，亦由免疫系统参与的过度炎症反应引起，炎症贯穿AS发生、发展全过程中的生理病理变化，故AS被认为是一种慢性炎症性疾病[3-4]。炎症相关信号通路在AS过程中扮演重要角色，信号通路繁多复杂，且各信号通路之间存在交错。本研究就信号通路在AS炎症反应中的研究进展进行综述。

1 丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)

丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶是存在于细胞表面的一种信号物质，多种刺激(如神经递质、细胞因子、内毒素及血液剪切力等)能够激活MAPK，其中细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated protein kinase，ERK)1/2通常被有丝分裂原激活，而p38和Jun氨基末端激酶(Jun N-terminal kinase，JNK)大多被细胞应激或细胞因子生成的信号激活，最终将活化的激酶易位至细胞核，多种靶标磷酸化，引发细胞产生相应变化[5]。研究得出，MAPK可能介导内皮细胞活化、平滑肌细胞增殖、炎症过程和细胞趋化等AS发展过程中重要的病理环节[6-8]。

MAPK信号通路级联的3个主要臂是ERK1-7、JNK1-3和p38。其中，p38家族的4个成员(p38-α、p38-β、p38-γ和p38-δ)在AS的泡沫细胞形成中发挥重要作用，p38-α和p38-β亚型被蛋白激酶(protein kinase kinase，MKK)3和MKK6激活，发挥应对炎性细胞因子、生长因子和应激环境等刺激的作用[9-11]。通过刺激ERK1/2、p38-α和p38-β可上调关键的炎性转录因子，如核转录因子-κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)、信号传导与转录激活因子(signal transducer and activator of transcription，STAT)-1和STAT-3，同时，激活p38-α会使肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor α，TNF-α)、白细胞介素(interleukin，IL)-1等炎性因子的表达量增加，这些分子在促AS发展的各阶段均发挥十分重要的作用[12-13]。

2 NF-κB

NF-κB存在于大多数细胞类型的细胞质中，参与调节细胞活性，如炎症和免疫应答，细胞生长、分化和增殖，是一种普遍存在于真核细胞中的多效性转录调节因子[14-15]。哺乳动物NF-κB家族由p65(RelA)、RelB、c-Rel、p50(NF-κB1)和p52(NF-κB2)5个成员组成，以结构相关蛋白家族的同二聚体(如p50)或异二聚体(如p50/p65)形式存在。在AS病变的纤维增生内膜/介质和粥样硬化区的人类平滑肌细胞、巨噬细胞和内皮细胞中已经检测到NF-κB的活化，但在缺乏AS的血管中没有检测到NF-κB，研究证明，抑制内皮NF-κB信号通路或其靶基因的表达能改善AS，因此NF-κB被认为是致AS因子[16]。

静息状态下，NF-κB与κB抑制剂(I-κB)结合，以无活性的复合物形式存在于胞浆之中。NF-κB可通过激活经典(规范)途径和替代(非规范)途径发挥功能。在经典途径中，NF-κB二聚体连接到细胞胞质中的I-κB蛋白，通过炎性刺激(TNF-α、脂多糖或IL等)激活包含Iκ-Bα激酶的抑制性κB激酶(IKK)复合物的活化亚基，磷酸化IKK复合物与蛋白酶体发生泛素诱导下的降解，活化的NF-κB进入细胞核，调控炎性相关分子的转录与表达，启动免疫应答反应。在替代途径中，NF-κB激活则依赖于p100的诱导处理而不是Iκ-Bα降解的机制。NF-κB参与AS病理过程的可能机制[17-21]：①调节泡沫细胞形成。泡沫细胞形成是AS早期病理发展过程的关键事件，越来越多的证据表明，NF-κB具有促进泡沫细胞形成的效应，从而增加粥样硬化斑块面积。②介导炎性反应及相关分子表达。NF-κB信号可调控多种炎症反应和免疫应答的相关基因表达，如TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8和黏附分子等，从而影响局部或全身性炎症反应，其中，TNF-α和IL-1β既是NF-κB信号通路激活后的下游产物，也可以诱导激活NF-κB通路；NF-κB激活黏附分子(如细胞间黏附分子-1、血管细胞黏附分子-1和选择素蛋白等)的过度表达，增加炎症期间单核细胞的附着能力，提高单核细胞从血管募集至局部病变血管壁的机率；研究显示，替代激活NF-κB元件基因p100缺失的小鼠，其胸腺发育正常，但可抑制调节性T细胞的表达，抑制NF-κB的激活，还可以减少巨噬细胞极化为M1型促炎巨噬细胞的数量，防止AS发展全程中的过度炎症反应进一步加重。③促进血管平滑肌细胞增殖和转移。在冠状动脉平滑肌细胞中，TNF-α激活的NF-κB迁移至细胞核并发挥转录活性，介导平滑肌细胞大量增殖并转移至局部病灶。④NF-κB会损伤内皮细胞、加重动脉血管钙化、促进血小板形成和破裂等。

3 Toll样受体4(Toll-like receptor 4，TLR4)

TLR4是固有免疫反应中典型的模式识别受体，在AS中扮演重要角色，对于炎症和脂质积聚的激活起着重要作用，与粥样硬化斑块的进展和脆弱性关系密切，因此，TLR4信号可能是干扰AS进展的理想靶点[22]。其参与AS形成过程的可能机制有：①介导炎症反应。TLR4可以激活NF-κB产生促炎细胞因子；诱导白细胞募集于主动脉平滑肌细胞中，并增加促炎性细胞因子的表达量，如单核细胞趋化因子、IL-1α和IL-6的释放；氧化型低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，ox-LDL)通过尿激酶受体与CD36及TLR4反应，可增强血管平滑肌细胞的炎症反应[23-25]。②调节三磷酸结合盒转运体G1(ATP binding cassette G1，ABCG1)分子。ABCG1是抑制炎症和细胞脂质蓄积于血管平滑肌细胞的关键基因，TLR4通过过氧化物酶体增殖物激活受体γ表达(PPARγ)下调ABCG1表达[26-27]。③促进泡沫细胞形成。TLR通过与内外源性配体结合而激活，在高血脂微环境中，ox-LDL诱导的TLR4及酪氨酸激酶依赖的胞饮作用增强，导致病灶处的单核-巨噬细胞内大量脂质堆积，从而导致AS中泡沫细胞含量增加，进一步加剧AS的病理过程。④影响血管功能及重构和动脉粥样斑块的稳定性，从而影响疾病的发生和发展。

4 Janus激酶/STAT(JAK/STAT)

JAK信号转导子和STAT转录激活子是多种细胞因子和生长因子在细胞内传递信号的共同途径，JAK激酶(JAK1、JAK2、JAK3)和酪氨酸激酶可激活细胞因子的通路，从而参与机体免疫反应、血管细胞迁移增殖和凋亡等多种生物学活动，同时也是调节AS启动和进展的重要信号通路[28-29]。大多数细胞因子(如巨噬细胞集落刺激因子、IL和干扰素等)与特异性受体结合后，形成受体二聚体并募集JAK家族成员发生磷酸化，随后与胞质内的STAT特定结合，STAT二聚化后并转移到细胞核中，激活相关的基因转录和蛋白表达。

JAK/STAT信号通路通过增强和延长可使巨噬细胞向促炎症表型分化，并分泌大量的促炎细胞因子，如IL-6和血管细胞黏附分子-1等[30-31]。在AS模型小鼠中，当p-STAT3水平升高时，血浆和主动脉组织中的IL-6和TNF-α水平明显升高，STAT1和STAT3的持续磷酸化会加重AS病变发展[32-33]。此外，IL-12则可激活STAT4，继而促使T细胞分化为T辅助(Th)1表型，后者分泌大量的干扰素和TNF-α，介导巨噬细胞的活化，并促进AS的发展和斑块的扩大[34]。但是，IL-4可以激活STAT6促进Th2细胞的分化，而Th2细胞具有抗动脉粥样硬化活性[35]。

5 Notch信号通路

哺乳动物的Notch信号通路高度保守，由4个受体(Notch 1-4)、5个配体(Jagged1、Jagged2、DLL-1、DLL-3、DLL-4)、细胞内效应分子、调节分子及其他的效应物组成。配体与跨膜的Notch信号分子结合后，Notch受体蛋白发生降解并激活Notch信号通路，调控相关转录因子的表达，进而调控细胞分化。该信号通路主要与胚胎发育、肿瘤以及免疫应答等息息相关。

研究显示，巨噬细胞的Notch活化情况在一定程度上可影响AS的进展。配体DLL-4结合Notch信号受体，不仅可以促分化为M1促炎表型巨噬细胞，还可抑制M2抗炎表型巨噬细胞的分化[36]。Notch信号与巨噬细胞是相互促进的，巨噬细胞释放炎症介质并激活Notch信号通路，使Notch受体、配体表达增多；反过来，Notch通路的激活促进巨噬细胞合成分泌更多的炎性因子，如基质金属蛋白酶等加重炎症反应[37]。Notch信号与巨噬细胞的相互作用被认为是由Toll样受体介导的，Toll样受体是固有免疫与适应性免疫之间的桥梁，而NF-κB通路则是Toll样受体与Notch的交集通路，脂多糖等Toll样受体激动剂引起的巨噬细胞Notch1表达上调，是通过激活NF-κB信号通路实现的[38]。内源性配体如ox-LDL，与Toll样受体结合会激活细胞间NF-κB信号通路，产生一系列促炎分子和促AS因子[39-40]。

6 磷酸肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(phosphatidylinositol-3-kinases/protein kinase B，PI3K/Akt)

Akt也称PKB，是PI3K最关键的效应因子，由3种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(Akt1-3)组成，PI3K被激活后将信号传至下游分子Akt和哺乳动物雷帕霉素靶标(mTOR)，参与细胞多重生物学过程。PI3K/Akt信号通路参与巨噬细胞极化过程，促进巨噬细胞分化为M1型，加速AS发展进程[41-42]。

7 小 结

慢性炎性反应在AS的形成过程中发挥重要作用，对于相关信号通路的理解和研究，有助于深入认识AS及其引起的相关心脑血管疾病，有利于探索有效的防治药物和措施。但是若将抑制信号通路相关分子的药物应用于AS治疗，目前存在以下问题和挑战：大多数分子的作用存在两面性，对斑块的促进或抑制作用取决于AS的不同阶段，所以药物研发和使用具有矛盾性；某些信号通路的生物学功能尚未完全阐释清楚，贸然抑制或者激活某条通路，极有可能增加临床研究受试者的风险；人体是一个非常复杂的结构，抑制或激活某条信号通路也许可以抑制AS发展进程，但与此同时亦可能影响其他脏器的正常生理功能。

综上所述，对于信号通路在AS中的作用研究应当谨慎且全面，应该针对AS不同时期分别探索信号通路对炎症和斑块产生的作用，同时结合病人是否患有其他疾病的临床实际情况，将有助于信号通路相关研究的成果及早应用于临床。