血清胆红素在动脉粥样硬化中的研究进展

魏梦婷　孙曙光

【摘要】 动脉粥样硬化是一种慢性炎症性和脂质沉积性疾病，最终导致急性心血管事件，已经严重威胁人类健康。胆红素作为一种内源性抗氧化剂，在动脉粥样硬化的发生、发展和预后等多个阶段均发挥着重要作用。本文将对血清胆红素在动脉粥样硬化中的作用机制及临床研究做一综述，以期为动脉粥样硬化性疾病的防治提供参考。

【关键词】 胆红素 动脉粥样硬化 氧化应激 脂质代谢 慢性炎症

[Abstract] Atherosclerosis is a chronic inflammatory and lipid deposition disease that ultimately leads to acute cardiovascular events and has become a serious threat to human health. As an endogenous antioxidant， bilirubin plays an important role in the occurrence， development and prognosis of atherosclerosis. This article will review the mechanism and clinical research of serum bilirubin in atherosclerosis， in order to provide reference for the prevention and treatment of atherosclerotic diseases.

[Key words] Bilirubin Atherosclerosis Oxidative stress lipid metabolism Chronic inflammation

First-author’s address： Clinical Medicine College， Dali University， Dali 671000， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2021.19.044

动脉粥样硬化（atherosclerosis）是一种慢性炎症性疾病，其主要临床表现包括缺血性心脏病、缺血性卒中和外周动脉疾病。它起初从内皮细胞对损伤的反应开始，然后是血管壁中脂质的堆积，持续性炎症的受损消退，以及斑块破裂和血栓形成，最终引发急性心脑血管事件，甚至导致死亡。动脉粥样硬化斑块的形成和破裂是世界范围内急性缺血事件的主要原因，也是我国血管性疾病的主要死亡原因[1]。

近年来，大量证据表明氧化剂介导的血管损伤和脂蛋白氧化参与了动脉粥样硬化的发病。胆红素是目前研究较为热门的一种内源性抗氧化剂，其能够高效反应机体的抗氧化水平。随着研究的深入，其抗氧化和抗炎症的作用逐渐得到认识。近年来的数据也令人信服地表明，轻度升高的胆红素对各种氧化应激介导的疾病有保护作用，其中动脉粥样硬化的情况是最具临床意义的，然而具体机制尚未明确[2-3]。因此，了解并掌握动脉粥样硬化斑块形成的机制对寻求新的治疗策略是必不可少的。

1 胆红素的来源及代谢

胆红素是哺乳动物血红素降解途径的最终产物。主要由老化的红细胞崩解和降解或其他含有血红素辅因子的蛋白质分解而产生。血红素被血红素加氧酶（HO）还原为胆绿素、一氧化碳以及铁离子，胆绿素再经胆绿素还原酶进一步还原形成游离胆红素，占总胆红素来源的80%～85%。游离胆红素进一步与血清白蛋白结合后被输送至肝脏，又在肝细胞中经葡萄糖醛酸转移酶催化形成结合性胆红素被排泄到胆汁中。其后随胆汁排入肠道，被细菌酶分解还原为尿胆素原，小部分被肠道吸收后再次回到肝内循环，而大部分进一步被分解为尿胆素和粪胆素分别随尿液和粪便被排出体外[4]。

2 胆红素与动脉粥样硬化的机制研究

动脉粥样硬化是一种复杂的、累及体循环系统中、大型肌弹力型动脉内膜的慢性疾病。多年来，这也被认为是一个在衰老过程中难以避免的、被动的过程。研究表明，氧化应激、内皮功能障碍、脂质堆积、炎症、血管平滑肌细胞增殖、基质更新和钙化等多种致病机制相互影响、共同作用，最终导致动脉粥样硬化[5]。此外，本病是多因素作用所致，持续较高的血压、高血糖、胰岛素抵抗、肥胖、血脂异常、精神压力、饮酒、吸烟、血管壁炎症和遗传易感性等都与动脉粥样硬化的发展有关。

2.1 胆红素与氧化应激 众所周知，氧化应激在动脉粥样硬化的发生发展中起著关键作用。因此，预期内源性抗氧化剂可以对抗动脉粥样硬化过程。在这方面，胆红素作为一种内源性抗氧化剂，具有较强的抗氧化特性。研究表明，非结合胆红素在动脉粥样硬化病变中起主要的抗氧化作用[6]。它的抗氧化作用主要是由于其化学还原作用。它与白蛋白结合，可使C-10亚甲基轻松地为等离子体氧化剂提供电子，从而发挥其抗氧化作用。基于其亲脂性，通过抑制脂质过氧化过程的扩散，它也可以发挥显着的抗脂质过氧化作用。此外，胆红素还是一种天然的活性氧清除剂，1 mol胆红素与血浆白蛋白结合后，可清除2 mol氧自由基，从而防止ROS过量产生引起的组织损伤和脂质过氧化[7]。还有越来越多的证据表明，它可以转化细胞活性。在诱导血红素加氧酶（HO-1）并提供外源血红素作为底物的细胞中，只形成胆红素时，才能观察到对氧化剂介导的毒性的抵抗力增加[8]。也有报道提示，与脂溶性维生素E类似物相比，胆红素在预防低密度脂蛋白氧化方面几乎有效30倍[9]。另外，在保护脂质免受氧化方面，胆红素比谷胱甘肽等水溶性抗氧化剂更有效，后者主要保护蛋白质免受氧化[10]。当胆红素本身被活性氧物种氧化时，它会还原为其前体胆绿素，由胆绿素还原酶以抑制烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶活性为代价再循环为胆红素。其中，NADPH氧化酶是血管组织和吞噬细胞等各种组织产生活性氧（ROS）的主要来源。这种胆绿素-胆红素氧化还原循环被认为可以显著增强抗氧化的效力[11]。综上所述，胆红素可通过增强抗氧化效力、清除活性氧及抑制NADPH氧化酶活性以降低氧化应激，以改善动脉粥样硬化的预后。

2.2 胆红素与脂质堆积 胆红素是一种具有多种生物学功能的重要分子，也参与脂质代谢。Stec等[12]发现，小鼠被钴原卟啉（CoPP）处理后，胆红素水平会升高，进而导致脂肪燃烧核受体PPARa表达增加。而PPARa可通过上调与脂肪酸运输、过氧化物酶体和线粒体脂肪酸b氧化相关的基因来促进脂肪酸的吸收、利用和分解代谢。由此，过氧化物酶体增殖物激活受体-a（PPARa）的激动剂已被研发为合成药物，用以降血脂或抗糖尿病治疗。通过比较治疗高脂血症的WY14，643（PPARa激动剂）和非诺贝特，发现PPARa配体与胆红素有结构上的相似之处。并进一步使用了3T3-L1细胞脂肪生成模型以比较PPARa配体的降血脂性能，测定了它们对脂质积累的影响。结果发现同等剂量的胆绿素、WY14，643和非诺贝特治疗可显著减少脂肪形成过程中的脂质积累。其中胆红素减少了49%的脂质积累，WY14，643减少了56%，非诺贝特减少了48%。在这项研究中，较为清晰的是胆红素通过增强PPARa活性来上调脂质燃烧基因Cpt1和FGF21的表达，从而达到减少脂质堆积的目的。Hinds等[13]使用包含人类UGT1A1*28多态性（HuUGT*28）的GS人源化小鼠模型来模拟Gilbert综合征（GS）患者中出现的高胆红素状态。在HuUGT*28小鼠中，升高的未结合胆红素减少了高脂饮食下的肝脏脂质堆积，增加了PPARa活性，从而减少了肥胖。此外，几项大规模人群研究表明，血清胆红素水平在正常上限到轻微（50%～100%）升高的个体可以预防肝脏脂肪变性、糖尿病和代谢综合征[14-17]。以上数据表明胆红素可能通过调控脂代谢相关基因的表达来影响脂质的代谢及堆积。

2.3 胆红素与炎症 在生理浓度下，胆红素还具有强大的免疫调节特性。一项流行病学研究表明，当胆红素水平在正常范围内时，胆红素水平相对较高的患者慢性炎症性呼吸系统疾病的症状相对较轻[18]。另一项研究表明，血清胆红素浓度与心血管疾病呈负相关[19]。所有这些现象都反映了正常范围内稍高水平胆红素具有较强抗炎作用的可能性。Li等[20]研究通过用脂多糖（LPS）和各种炎症体刺激，分别建立了小鼠腹腔巨噬细胞（PM）和骨髓源性巨噬细胞（BMDM）的炎性细胞模型以及小鼠脓毒症模型，并注射小剂量胆红素进行干预。结果显示胆红素显著减轻脓毒症小鼠的全身炎症。并且，在生理浓度范围内可抑制NF-κB信号转导，并调节炎症小体的激活，对炎症反应起到强有力的调节作用，可以保护机体免受体内过度炎症的侵袭。综上，胆红素可以被认为是一种调节炎症的内源性调节分子。在规定的剂量下，胆红素可以作为一种潜在的药物应用于抗炎和炎症性疾病。在不受控制的炎症体与动脉粥样硬化的病理进程有关时，胆红素可能也作为其保护因素参与防御。

2.4 胆红素与平滑肌细胞增殖 除了影响炎症过程外，平滑肌细胞的增殖亦可被胆红素参与抑制，从而干预新生内膜的形成。在高胆红素血症的Gunn大鼠和野生型大鼠模型中，胆红素和胆绿素通过抑制丝裂原活化蛋白激酶信号转导通路抑制蛋白的磷酸化，将血清驱动的平滑肌细胞周期进展抑制在G1期，减弱球囊损伤诱导的新生内膜形成[21]。同类型的另一项研究报道，局部应用胆红素可减少大鼠颈动脉损伤后的新生内膜形成，并调节人动脉平滑肌细胞的增殖和迁移。以上研究表明，胆红素通过改变细胞周期调节蛋白的表达，将平滑肌细胞阻滞在细胞周期的G0/G1期，并阻止动脉平滑肌细胞的增殖和迁移，来抑制动脉损伤后新生内膜的形成[22]。

2.5 胆红素与内皮功能障碍 内皮功能障碍与活性氧（ROS）过量导致一氧化氮（NO）生物利用率下降相关。相关报道表明胆红素可通过清除ROS来降低氧化应激，从而改善内皮功能障碍[23]。已知的是，次氯酸（HOCl）诱导的血红素加氧酶-1（HO-1）基因表达上调，可提高内皮细胞存活率。HO-1又可通过产生CO、胆绿素和胆红素来反向限制HOCl的细胞毒效应。Wei等[24]研究进一步证实，经HOCl处理内皮细胞后可刺激线粒体功能障碍、caspase-3激活和细胞死亡，这种作用可被外源性给予胆绿素、胆红素或CO对抗甚至逆转。此外，经链脲佐菌素诱导建模成功的糖尿病动物中，给予适当的胆红素后，可通过减少氧化应激来阻止高血糖引起的内皮细胞塌陷、脱落[25]。这些结果均提示胆红素可能是维持血管炎症部位的内皮细胞的功能和活性的关键生理物质。

3 胆红素在动脉粥样硬化中的临床研究

3.1 胆红素与动脉粥样硬化相关的流行病学证

据 虽然几十年来胆红素一直被理解为是一种有害的物质，但最近的流行病学调查表明，胆红素可能是动脉粥样硬化的保护因素。在一项关于血清胆红素与无症状颅内动脉粥样硬化（aICAS）的横断面研究中，Zhong等[26]对2013名年龄≥40岁，无临床中风的参与者完成了aICAS的诊断程序。在调整所有混杂因素后，结果显示血清胆红素与aICAS和中至重度无症状性颅内动脉粥样硬化（m-saICAS）呈负相关。与胆红素低浓度组相比，其高浓度组参与者发生aICAS的概率分别降低了0.60、0.60和0.67倍。在按年龄分层后，在年龄≥60岁的参与者中，胆红素与aICAS显著负相关。提示胆红素可能对aICAS有保护作用，尤其对老年人有保护作用。Perlstein等[27]在国家健康和营养检查调查（NHANES）中发表了一项针对7 000多名成年人的关于这一关联的回顾性研究。血清胆红素水平每上升1.7 mol/L，周围动脉粥样硬化的患病概率可降低6%。Lee等[28]在一项观察性研究中，对1 381名19岁以上的2型糖尿病患者长达8年的重复颈动脉超声检查和血清总胆红素水平的数据进行分析，其中，599例（43.4%）被归类为颈动脉斑块进展。与無斑块进展者相比，有斑块进展者明显年龄更大，总胆红素浓度更低。多因素logistic回归分析显示，血清胆红素水平越高，发生颈动脉内膜中层厚度进展的风险越低[OR=0.584，95%CI（0.392，0.870），P=0.008]。结果还明确显示血清总胆红素与2型糖尿病患者颈动脉粥样硬化的进展独立相关。

3.2 胆红素在动脉粥样硬化临床诊治策略中的应用前景 近年来的数据表明，胆红素的保护特性与动脉粥样硬化进展的每个重要步骤息息相关[29]。流行病学证据也充分表明机体内胆红素浓度的改变与动脉粥样硬化发生有联系。胆红素浓度的监测在动脉粥样硬化的诊断中可能具有很大的潜能。结合动脉粥样硬化的传统诊断方法，通过对患者早期胆红素水平的监测，可以更好地预知和预防动脉粥样硬化及心血管疾病的发生和发展。

此外，许多实验和临床研究表明，较低浓度的血清胆红素与动脉粥样硬化性疾病的风险增加有关。而稍高浓度的胆红素水平在动脉粥样硬化的预防和治疗中有着一定的积极作用。根据动脉粥样硬化发展的“脂质”和“炎症”假说，目前降脂药物和抗炎药是动脉粥样硬化治疗的基石[5]。积极防治与本病相关的疾病也是关键。而胆红素所具有的抗氧化、抑制炎症反应及调节脂质代谢等特性与目前动脉粥样硬化的治疗原则十分契合。Strasky等[30]报道，藻胆素作为抗氧化营养食品。除了已知的降脂作用外，钝顶螺旋藻和藻蓝胆素可通过激活内皮细胞中的动脉粥样硬化保护性血红素加氧酶-1，增加胆红素浓度，进而激活动脉粥样硬化的保护机制。有鉴于此，一些研究报告了胆红素纳米颗粒的开发，该纳米颗粒在缺血/再灌注介导的肝损伤、癌症、结肠炎和急性哮喘等动物模型中显示出良好的治疗效果，并且尚未显示出毒性反应[31-32]。此外，胆红素作为一种主要的生物活性物质存在于中药牛黄中。研究表明，口服以牛黄为主要成分的传统中药八宝丹具有很强的抗炎作用[33]。综上研究，胆红素作为一种有效的ROS清除剂和免疫调节剂，在炎症及ROS介导疾病的诊治发挥着重要作用。因此，胆红素作为一种天然的活性氧清除剂，由于活性氧参与人体病理状态的广泛性，有望将其用于开发针对更多疾病包括动脉粥样硬化等炎性相关疾病的纳米药物。

總之，虽然目前关于胆红素与动脉粥样硬化的临床及动物研究较少，但由于胆红素具有良好的抗氧化、免疫调节和微生物调节活性，与动脉粥样硬化发病机制环环相扣，因此，其未来的应用价值是可观的。在对动脉粥样硬化病患者的病情监测中，临床应对给予血清胆红素指标更多的关注，以便有效观察其相关性，也能为该类疾病的治疗方案增加更多可能性。

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（收稿日期：2020-09-03） （本文編辑：田婧）