血管老化在腹主动脉瘤发病中的作用及潜在的治疗靶点

吴建强，王 威，郑月宏

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院 1医研中心 2血管外科，北京 100730

腹主动脉瘤(abdominal aortic aneurysm，AAA)为腹主动脉壁局部扩张，瘤体直径>3 cm或超过正常直径1.5倍以上。AAA为老年人中的常见疾病，AAA发病率随年龄的增长而增加，发达国家65岁以上男性发病率为5%～10%[1]，在74～84岁的男性中患病率可达12.5%[2]，腹主动脉瘤一旦破裂死亡率可达90%左右[3]，严重威胁患者的生命健康。目前临床上尚无有效抑制AAA进展的治疗药物，通常对于瘤体直径大于5.5 cm或直径每年增长超过1.0 cm的AAA患者，手术治疗(开放手术或腔内支架修复)为主要治疗手段[4]，达不到手术指征的患者则需长期随访，给患者带来沉重的经济负担和心理压力。寻找可以减缓动脉瘤进展或防止AAA破裂的潜在治疗药物具有十分重要的临床意义。

AAA发生发展的机制目前尚未完全明确，主要包括免疫炎症反应、平滑肌细胞凋亡、细胞外基质降解、氧化应激等。老年(>65岁)是AAA的一个显著危险因素，随着人口老龄化的发展，未来30年65岁以上人群的比例预计将从12%增加到22%以上[5]，因此了解衰老过程中主动脉发生的细胞和功能变化，更好地阐明主动脉老化在AAA发病过程中的作用将对AAA发病机制的研究提供帮助，同时，也能为开发抑制AAA扩张和破裂的新型治疗药物提供潜在的治疗靶点。

本文将从血管老化的角度综述衰老机制在AAA发生发展过程中的病理生理作用，包括慢性炎症、氧化应激、线粒体功能障碍、蛋白质稳态失衡、凋亡和坏死增加、细胞外基质重塑、营养感应失调、表观遗传改变、促衰老因子增加等。同时，基于目前对血管老化的认识，列举改善主动脉病理状态的一些潜在干预靶点。

血管老化与AAA

慢性炎症反应慢性轻度的炎症反应是衰老过程的一个特征，同时炎症反应也是AAA最重要的病理特征，贯穿AAA发生发展的整个过程。血管老化时内皮细胞和血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)的基因表达谱会发生促炎改变，诱导炎性因子、趋化因子、黏附分子等的表达增加，血管壁的炎性微环境促进主动脉功能障碍、损害细胞新陈代谢并增加VSMC细胞凋亡，最终促进AAA的发病。

越来越多的证据表明，衰老细胞的存在极大地促进了老年血管炎症状态[6]。如老化的内皮细胞和平滑肌细胞表现出显著的核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)激活，另外，内皮衰老与大量炎性因子和趋化因子的产生及释放有关，称为“衰老相关分泌表型”[7]。病原相关分子模式或损伤相关分子模式也加剧了血管壁的炎症，激活了天然免疫系统效应器Toll样受体和炎性小体[8]。其中衰老诱导的VSMC细胞的促炎表型部分是由Toll样受体4介导，而炎性小体和AAA的相关性也有综述阐述[9]。

在治疗靶点方面，选择性地抑制血管中的NF-κB可以改善血流调节和减少炎症。去乙酰化酶1(sirtuin 1，SIRT1)具有很强的抗炎作用，SIRT1的激活可以减轻老年小鼠的血管炎症，血管平滑肌SIRT1是预防AAA形成的重要靶点[10- 11]。白介素- 6在炎症反应中发挥核心作用，有研究显示用sgp130选择性地阻断白介素- 6反式信号传导可以提高AAA小鼠的生存率[12]。有研究显示可能AIM2炎性小体而非NLRP3炎性小体介导了AAA中的免疫炎症反应，有待进一步确定[13]。另外，半乳糖凝集素1可以促进AAA的炎症反应和细胞外基质(extracellular matrix，ECM)降解也是潜在的治疗靶点[14]。

氧化应激随着年龄的增长，主动脉氧化应激不断加重，NAD(P)H氧化和线粒体产生的活性氧(reactive oxygen species，ROS)增加会导致内皮细胞功能障碍和主动脉硬化。同时氧化应激和炎症反应之间存在重要的相互作用，如ROS作为信号分子可以激活促炎信号通路NF-κB，同时，炎症介质也是细胞氧化应激的强有力诱导剂如肿瘤坏死因子α可以激活NADPH氧化酶。另外，衰老过程中氧化应激抗性受损也会加剧心血管危险因素引起的血管炎症。

氧化应激可能通过氧化关键蛋白或诱导氧化还原转录因子而影响血管功能，其中最显著的是内皮源性一氧化氮的失活和利用减少。另外，血管氧化应激的许多结果通过产生高活性氧化剂过氧亚硝酸盐(ONOO-)介导，它是一氧化氮和超氧化物的反应产物。过氧亚硝酸盐促进血管老化的机制包括直接的细胞毒性、线粒体功能受损以及炎症通路的激活。血管氧化应激的增加也与基质金属蛋白酶的激活及主动脉结构完整性的破坏有关，这可能导致并加重AAA的发展。在临床前模型中，抗氧化治疗被报道可以预防AAA发生或发展[15]。

同时衰老过程的一个重要标志是衰老细胞应对分子应激和恢复内稳态的能力受损。核因子E2相关因子2是一种对氧化还原敏感的转录因子，协调抗氧化反应。衰老可以促进核因子E2相关因子2在主动脉中的功能障碍，加剧氧化应激并增加主动脉对ROS介导损伤的敏感性[16]。而且热量限制的抗衰老作用也与核因子E2相关因子2介导的通路诱导有关[17]。近年研究显示，血红素氧合酶- 1可以显著减少血管炎症和氧化应激，有望用于预防和缓解AAA[18- 19]，而二十二碳六烯酸可以上调血红素氧合酶- 1的表达，是AAA潜在的治疗靶点[20]。另有研究显示线粒体乙醛脱氢酶2缺乏会增加氧化应激并促进AAA的形成，也是潜在的靶点[21]。

线粒体功能障碍线粒体在调节衰老过程中起着核心作用，线粒体功能障碍可以促进衰老相关血管功能异常。研究表明靶向线粒体功能障碍可能是AAA治疗的一种创新选择[22]。衰老时主动脉内皮细胞和平滑肌细胞的线粒体生物发生受损，会对细胞能量产生负面影响，也会增加线粒体活性氧的产生。同时线粒体活性氧可以通过Bcl- 2依赖的通路诱导细胞凋亡促进血管老化。另外，线粒体DNA因靠近ROS产生的位点又缺乏组蛋白的保护，具有很高的突变率。这样，衰老可以增加线粒体DNA损伤(突变和缺失)，破坏线粒体的能量产生并促进血管老化，进而影响AAA的发生发展。

线粒体活性氧可以作为血管保护的靶点来开发药物，如线粒体抗氧化剂MitoQ[23]和白藜芦醇[24]以及强大的线粒体靶向抗氧化四肽SS- 31[25]。另外，去乙酰化酶家族成员也能影响线粒体功能，如SIRT1控制线粒体的生物发生、线粒体活性氧的产生和细胞能量代谢，以及通过自噬清除受损的线粒体；去乙酰化酶SIRT3调节许多参与线粒体能量代谢的关键酶。同时，去乙酰化酶蛋白的活性依赖细胞NAD+的供应，而NAD+随年龄的增长而下降。在老年小鼠中补充烟酰胺单核苷酸可以增强NAD+生物合成，逆转线粒体功能障碍[26]。有研究显示二氢叶酸还原酶缺乏可以导致线粒体功能障碍，促进高血压和AAA的发展[22]，而线粒体分裂蛋白1可以抑制线粒体分裂阻止AAA的形成[27]，他们都是AAA潜在的治疗靶点。

蛋白质内稳态失衡蛋白质合成、维持和降解之间的稳态失衡以及发生错误折叠蛋白聚体的增加都会损害主动脉健康。衰老会影响主动脉蛋白稳态系统的多个组分，主要包括泛素-蛋白酶体系统和溶酶体自噬系统[28]。泛素-蛋白酶体系统可以降解不需要或受损的蛋白质，衰老时蛋白酶体活性会降低，然而，在动物模型上发现用硼替佐米抑制蛋白酶体活性会减轻AAA发生发展[29]。自噬参与细胞成分的降解和再利用，自噬过程的失调可能促进血管老化和AAA的进展[30- 31]，而刺激自噬的药物如海藻糖或亚精胺可以逆转主动脉的部分老化[32- 33]。但自噬是否对抑制AAA进展有益尚不明确，近年个别研究显示激活自噬可以抑制小鼠在血管紧张素泵注过程中AAA的形成[34]。

细胞尤其ECM蛋白质的稳态失衡在AAA的发生发展中发挥重要作用，CCN家族成员3是ECM重要的节点调控因子，可能是AAA潜在的治疗靶点[35]。近年随着质谱技术的快速发展，蛋白质组学可以从系统水平解析主动脉组织或体液内蛋白质的表达、动态变化和翻译后修饰，势必会推动AAA发病机制和药物靶点的研究，值得关注。

细胞凋亡和坏死增加凋亡潜能的改变有助于一些衰老表型及衰老相关的血管疾病的发生。凋亡细胞尤其是平滑肌细胞死亡增加可能导致衰老诱导的AAA形成。程序性坏死是一种新发现的细胞程序性死亡，通过细胞碎片的释放导致组织促炎表型的变化并能激活炎性小体，从而在炎症过程中发挥作用。AAA患者组织中坏死性的标志物增加，小鼠模型中程序性坏死通路的激活促进了AAA的发展[36]。因此，通过凋亡和坏死等程序性细胞死亡通路有希望对AAA进行干预，发挥其血管保护的作用。近年研究显示，内质网应激可以介导VSMC细胞凋亡参与AAA的发生发展，内质网应激的抑制剂有望用于AAA的治疗[37- 38]。同时，最近以程序性坏死通路为靶点的抑制剂被开发，可以显著抑制主动脉细胞坏死和AAA的进展[39]。

细胞外基质重塑在主动脉中ECM除了提供机械支撑外还介导生物力学和信号传导。血管老化过程中ECM翻译后修饰和细胞-基质相互作用会发生改变，参与AAA的发生发展；同时血管老化时胶原的合成失调，弹力蛋白合成减少、降解或碎裂增加，共同削弱了主动脉的弹性和韧性；衰老也会改变内皮细胞和平滑肌细胞的分泌表型，增加基质金属蛋白酶的分泌，破坏主动脉结构的完整性并促进ECM重塑，导致AAA形成和破裂的风险增加。

另外，血管老化时晚期糖基化终产物(advanced glycation end products，AGEs)的生成增加，一方面可以与细胞表面的晚期糖基化终产物受体结合，通过氧化应激和炎症反应促进AAA的形成[40]；但同时AGEs也可以影响ECM成分的交联，抵抗蛋白酶的水解使主动脉壁更坚固。AGEs在AAA的发病过程中是一把双刃剑，利益权衡还有待进一步研究。

营养感知失调细胞能量感应通路通过控制细胞对营养供应和生长信号的反应调节衰老过程，包括哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)、磷酸腺苷活化蛋白激酶(adenosine 5’-monophosphate(AMP)-activated protein kinase，AMPK)和去乙酰化酶。低营养状态下，mTOR活性降低引起自噬抑制解除，可以延缓衰老。抑制mTOR具有抗血管老化的作用，可以调节VSMC的表型转换[41]。长期使用mTOR抑制剂雷帕霉素可以逆转衰老相关的动脉功能障碍、减少血管硬化和氧化应激[42]。去乙酰化酶和AMPK是重要的细胞能量感受器，低营养状态时被激活，可为细胞提供更强的抵抗性，防止细胞丢失或排列紊乱。

由于去乙酰化酶对血管的多种益处，去乙酰化酶激活剂如白藜芦醇和SRT1720在逆转血管衰老表型或AAA进展方面受到的关注越来越多[15]。去乙酰化酶活性依赖细胞NAD+的供应，NAD+会随衰老而减少，可以通过补充NAD+中间体激活去乙酰化酶。研究显示热量限制可以通过SRIT1抑制小鼠AAA的形成和发展，并且这种保护作用依赖p53信号通路[43]。衰老主动脉AMPK的活性降低，AMPK激活剂二甲双胍或氨基咪唑甲酰胺核苷酸具有抗衰老、血管保护和抑制炎症的作用。近年研究显示雷帕霉素可以抑制磷脂酰肌醇三激酶/丝氨酸苏氨酸激酶/mTOR通路影响VSMC表型转换，阻止小鼠AAA发病[44]。另有研究显示二甲双胍可以通过抑制磷脂酰肌醇三激酶/丝氨酸苏氨酸激酶/mTOR通路影响自噬从而保护AAA[45]，目前二甲双胍对AAA的保护机制还不是很清楚。值得关注的是糖尿病作为AAA的保护因素，究竟是高血糖还是二甲双胍治疗或是两者共同作用还值得进一步研究。

表观遗传学改变参与血管老化的表观遗传学改变包括DNA甲基化、组蛋白翻译后修饰、微小RNA(microRNA，miRNA)和长链非编码RNA(long noncoding RNA，lncRNA)、染色质重塑等。尤其DNA甲基化与AAA的危险因素如衰老、吸烟和炎症等都相关[46]。组蛋白的甲基化和乙酰化可以调节衰老表型，组蛋白去乙酰化酶的活性或表达减少会促进血管老化；组蛋白H3在小鼠AAA形成过程中会发生动态修饰[47]。染色质重塑因子通过重塑染色质使基因表达沉默，同时参与内皮祖细胞功能的调节。研究显示染色体重塑成分BAF60a通过表观遗传调节参与AAA发病，可作为潜在的治疗靶点[48]。microRNA是一类小的非编码RNA，异常表达可导致ECM的病理重塑、抑制细胞周期、加剧细胞衰老和炎症。lncRNA可以调控RNA转录和翻译，与促炎信号通路相互作用并调节衰老。研究表明microRNA和lncRNA的失调可以促进AAA的形成[49- 50]。值得注意的是表观遗传改变大多是可逆的，因此,未来可以开发影响表观遗传的干预措施预防或治疗AAA。

促衰老和抗衰老因子的作用衰老可以引起血管保护性内分泌因子的改变，如生长激素、胰岛素样生长因子1和雌激素水平的下降。AAA患者中男女比例约为6∶1[51]，提示雌激素对AAA潜在的血管保护作用。另外，随着年龄的增长，男性血液中睾酮水平逐渐下降，而且流行病学研究表明与非AAA患者相比AAA患者血清睾酮水平降低[52]。同时，动物实验显示睾酮可能通过调节巨噬细胞介导的炎症反应抑制AAA的形成[53]。在年轻和年老小鼠共生的动物模型中，年轻小鼠血液中可能存在某些抗衰老的因子，如生长分化因子11[54]。热量限制的研究也显示血液中抗衰老因子在抗炎和血管生成方面的作用[55]，具体有哪些抗衰老因子参与热量限制介导的血管保护作用还有待进一步研究。

总之，这些抗衰老因子可能是延长血管寿命的潜在治疗靶点。同样，随着年龄的增长血液中促衰老因子也会增加，破坏主动脉的稳态。随着近年蛋白质组学、代谢组学和脂质组学的不断进展，未来将在血液中发现更多的促衰老和抗衰老因子，需要进一步的研究来确定它们在AAA中的作用机制和治疗潜能。

总结及展望

AAA是衰老相关的主动脉疾病，随着人口老龄化的进展其发病率呈增长的趋势。目前其发病机制尚未完全明确，临床上也没有特效的药物可以抑制AAA的扩张和破裂。AAA手术治疗的费用比较昂贵，一旦AAA破裂将严重危及患者的生命。研究衰老相关病理生理因素在AAA发生发展中的作用将对AAA发病机制、生物标志物和药物研发提供帮助。随着生命科学技术的不断进展，多组学研究、单细胞测序、肠道菌群、非编码RNA、外泌体、纳米材料等新兴领域也将从血管老化的角度发现新的AAA生物标志物，可能对预测AAA扩张和未来破裂的风险有帮助，尤其在监测直径较小但不断进展的AAA患者方面提供显著的益处。同时考虑到主动脉壁细胞衰老在AAA发病中的潜在作用，干细胞治疗也将为AAA的治疗提供新的机遇。

不是所有衰老的人群都会发生AAA，在血管老化的基础上，吸烟、男性、AAA家族史、合并心血管疾病(如高血压、动脉粥样硬化或有主动脉附壁血栓)会诱导或加速AAA的发生发展。另外，流行病学研究表明氟喹诺酮类抗生素的应用也可能会促进AAA的形成或破裂[56- 57]。所以，除了关注衰老相关的潜在靶点外，戒烟、控制血压、体育锻炼、饮食调节等对AAA的防治作用也值得关注。同时，其他药物如β受体阻滞剂、肾素-血管紧张素系统抑制剂、金属蛋白酶抑制剂、抗生素类、他汀类药物和抗血小板药物等对AAA的作用正在进行大规模临床试验，但他们对延缓AAA生长和破裂是否有益还有待观察。

总之，近10年在动物模型上对AAA的发病机制有了更多的认识，但衰老相关的作用主要基于动物实验和临床前研究，尚需和临床研究相结合才能进行更好地转化来促进AAA的治疗。目前从实验室到病房转化的研究还很缺乏。近几年从衰老相关的基础研究和临床前研究中涌现出了各种候选药物，他们能否在AAA的防治中发挥有益作用尚需开展大规模的临床试验。