血管老化发生机制及相关靶点的研究进展

王凯 范小璇 王欢 杨永锋 马思田 赵晓平

作者单位：712000 陕西省咸阳市，陕西中医药大学第一临床医学院(王凯，王欢，杨永锋，马思田)；712000 陕西省咸阳市，陕西中医药大学附属医院脑外科，陕西省中医脑病临床研究中心(范小璇，赵晓平)

血管老化是指随着年龄增长，血管结构及功能发生的退行性改变[1]。在细胞层面表现为血管内皮细胞(ECs)和血管平滑肌细胞(VSMCs)的形态学改变；在组织学层面主要表现为血管内皮和中层结构及功能的改变，具体表现为血管内皮下层的结缔组织数量、脂质和钙的含量随年龄增长而增加，血管平滑肌层增厚，弹性蛋白减少，血管钙化发生[2]。研究认为，血管老化在人体衰老过程中起着决定作用，中老年人心脑血管疾病的发生与血管老化也存在着密切的联系[3]。因此，深入地探索研究血管老化的机制及相关靶点对心脑血管疾病的防治具有重要意义。

1 血管老化的发生机制

1.1 炎症反应 炎症是衰老最常见的生物学特征。即使在生理衰老过程中，血管基因表达谱中也存在炎性变化，例如炎性细胞因子、趋化因子、黏附分子和诱导型一氧化氮合酶变化。血浆中IL-6、IL-18、CRP和TNF-α等炎性标志物的浓度在衰老的人体中持续升高，而这些炎症介质的慢性升高会导致机体内活性氧(ROS)水平升高[4]。ROS形成的异常增加使ROS的产生与分解之间存在不平衡，自由基的蓄积会通过修饰或干涉细胞蛋白质、脂质和DNA引起细胞大分子的氧化损伤，进而发生氧化应激，而氧化应激发生后可通过缺氧诱导因子 1α(HIF-1α)和血管内皮生长因子/血管内皮生长因子受体2(VEGF/VEGFR-2)信号传导促使血管内皮损伤，从而加速血管老化进程。研究还发现，ROS异常增加可以促进炎症介质的分泌，当体内ROS不断产生导致氧化应激后，DNA的损伤、炎症因子的异常表达会再次引起炎症反应[5-6]。这一过程导致了“炎症反应-ROS异常升高-氧化应激”的恶性循环，从而反复损伤血管内皮，加速血管老化。

1.2 内皮功能障碍 内皮功能障碍是血管老化的主要特征之一，这与内皮一氧化氮(NO)的生物利用度降低有关。机体衰老过程中,与衰老相关的NO产量和生物利用度会明显下降，当NO生物利用度受到严重损害时，内皮型一氧化氮合酶(eNOS)及其辅酶四氢生物蝶呤(BH4)的表达也会随之降低[7]。NO是从血管内皮中释放出来的血管活性剂，NO生物利用度的减少是内皮功能障碍的重要特征之一。此外，NO生物利用度降低还可导致转谷氨酰胺酶2的分泌和活性增加，转谷氨酰胺酶2是一种多功能酶，可催化细胞外基质蛋白的交联并改变VSMCs的形态学结构[8]。研究也发现，BH4可以改善老年人的内皮功能，相反，血管中BH4的减少可直接导致eNOS的构象从二聚体变为单体状态，导致NO丢失[9]、内皮功能障碍及VSMCs形态学结构变化，进而加速血管老化的发生。

1.3 端粒缩短 端粒是位于真核染色体两端的DNA蛋白质复合物，他们的主要作用是防止双链DNA断裂，从而保留基因组的完整性和稳定性。端粒通过细胞衰老参与血管老化过程，细胞衰老主要表现为端粒酶活性下降和端粒功能异常。随着年龄的增长，端粒的缩短、损伤及端粒酶的活性下降会导致ECs和VSMCs的衰老及功能障碍，进而导致血管老化[10]。

1.4 线粒体 线粒体在调节衰老过程中起着重要作用。研究证实，细胞线粒体呼吸链产生的ROS会造成细胞DNA损伤，引起受损DNA附近组蛋白磷酸化，并激活共济失调毛细血管扩张突变激酶(ATM)活性，同时上调p53的活性，通过ATM/Akt/p53/p21依赖的信号通路，抑制细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)活性，并与周期蛋白cyclin协同调控细胞周期，造成血管内皮功能障碍和血管早衰的发生[11]。

2 血管老化的相关靶点

2.1 血管紧张素Ⅱ(AngⅡ) AngⅡ相关的炎性信号参与血管老化过程，AngⅡ可诱导TNF-α和单核细胞趋化蛋白(MCP)-1等炎性信号表达，NO及Sirt1活性降低，从而激活caspase-3/-9引起DNA断裂，最终导致ECs凋亡。研究发现，在衰老的血管壁中，VSMCs的增殖与衰老是共同存在的，衰老的VSMCs自身就能分泌大量的IL-1β、IL-6、IL-8、MCP-1及TNF-α等促炎因子，受AngⅡ诱导后，新增殖分化的VSMCs也可分泌大量的促炎因子，这些促炎因子可加剧机体的氧化应激反应，导致血管内皮损伤，加速VSMCs的衰老和凋亡。

2.2 Fos相关抗原1(Fra-1) Fra-1是Fos转录因子家族的成员。Fra-1转录因子参与炎症、免疫反应、细胞增殖和凋亡及细胞外重塑等过程，这与Fra-1的激活及Ang Ⅱ 引起的体内和体外血管细胞衰老有关。Fra-1在Ang Ⅱ 诱导的p21和p16途径中起着非常重要的作用，而该途径与细胞衰老密切相关。研究发现，Fra-1高表达可激活Ang Ⅱ 诱导的衰老表型和衰老相关的分泌表型因子包括p21、IL-6和血管细胞黏附分子(VCAM-1)等，从而加速血管老化进程[12]。

2.3 NF-κB NF-κB可通过调节炎症相关性基因的转录表达介导炎性反应。NF-κB的激活可促进机体ROS的产生增加，引起氧化应激反应，从而导致血管内皮损伤并激活p53、p21等目的基因调节ECs及VSMCs的凋亡和增殖，这一过程最终将加速血管老化[13]。

2.4 癌胚抗原相关细胞黏附分子1(CEACAM1) CEACAM1是免疫球蛋白家族的糖蛋白[14]。研究表明,CEACAM1也参与血管老化过程，而这一过程主要与促炎因子TNF-α的表达有关。CEACAM1能通过诱导血管发芽促进血管生成，并参与初始内皮屏障的建立，其在血管生成后的ECs中表达被上调[15]。CEACAM1以TNF-α依赖性方式调节内皮转化生长因子β/转化生长因子β受体1(TGF-β/TGF-βR1)信号传导，而TGF-β/TGF-βR1信号转导增强可能加速血管纤维化，导致血管老化。研究还发现，CEACAM1促进了血管系统中与年龄有关的氧化应激的增加，该氧化应激通过HIF-1α和VEGF/VEGFR-2信号传导促进了内皮屏障损伤[5-6]。

2.5 MicroRNA(miRNA) miRNA是一类非编码小分子RNA，参与细胞的增殖、分化和凋亡等过程。MiR-34a是miRNAs中的一种，参与ECs的表达，在ECs老化的过程中起关键作用。MiR-34a可以增强ECs对氧化损伤的敏感性，使血管内皮更易遭受氧化应激损伤，导致血管内皮功能障碍，进而加速血管老化[6]。

2.6 BubR1 BubR1是存在于哺乳动物有丝分裂检查点基因家族Mad3的同源基因，其参与细胞衰老进程。衰老相关的BubR1缺乏与ROS的反应会导致衰老的VSMC增殖能力降低。实验表明，丢失BubR1的小鼠动脉壁厚度减少，纤维化增加，弹性降低，血管老化加速，从而导致心血管疾病的高发[16]。

3 抑制血管老化的相关靶点

3.1 SIRTs SIRTs是高度保守的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD +)依赖性蛋白脱乙酰基酶家族，在炎症反应和抑制血管老化过程中起着重要作用。SIRTs家族由7个成员SIRT 1～7组成，参与多种细胞功能调节，如DNA损伤修复、细胞周期、代谢反应及神经变性保护等[17]。SIRT1是SIRTs家族中被研究最多的成员，SIRT1活性与氧化应激、炎症、凋亡信号转导、DNA损伤修复、胰岛素敏感性和端粒稳定性的改善有关[18]。有报道称，SIRT1激活可预防和(或)抑制年龄相关的血管功能障碍[19]。研究发现，烟酰胺单核苷酸(一种关键的NAD +中间产物)可增加SIRT1的激活，从而介导高龄时线粒体功能障碍的逆转，在老年小鼠中，补充慢性烟酰胺单核苷酸可增加SIRT1活性并逆转与年龄有关的内皮功能障碍和氧化应激[20]。SIRT1在预防动脉硬化中也起着重要作用，SIRT1的高表达可以阻止不利的血管结构变化，从而抑制血管老化的发生[21]。

3.2 Klotho Klotho基因是存在于人类第13号染色体上的一种抗衰老基因。有研究发现，Klotho通过抑制生长因子信号转导和氧化应激来发挥抗血管老化的作用。研究发现PPARγ通过Klotho的活化来调节VSMCs钙化[22]。同时，另一研究表明，Klotho的下调也参与了1型糖尿病病人的微量白蛋白调节[23]。此外，增加Klotho可增强大鼠的抗氧化防御能力，并增加基质金属蛋白酶(MMP)-2和MMP-9的表达[24]。因此，Klotho基因在抑制血管老化过程中发挥着重要作用。

3.3 雷帕霉素靶蛋白(mTOR) mTOR是高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，其具有免疫抑制、蛋白质合成、细胞生长调节、营养传递和能量代谢等功能，参与衰老调控和机体代谢等过程[25]。目前已知的mTOR信号复合物包括mTORC1和mTORC2，mTORC1对应于氧、氨基酸、能量水平及生长因子，主要促进蛋白质合成、脂肪生成、能量代谢、抑制自噬和溶酶体形成等，而mTORC2在肌动蛋白细胞骨架、细胞存活及代谢等方面发挥重要作用。有研究发现，经阿奇霉素处理的小鼠主动脉血管壁细胞内mTOR的表达被上调，而自噬作用显著下降，主动脉中层管壁厚度增加，VSMCs肥大增生，弹性膜排列紊乱、疏松，厚薄不均甚至断裂，部分内膜脱落，血管壁呈现出衰老的表型[26]。mTOR信号通路从诸多方面参与衰老及年龄相关疾病的发生、发展，抑制mTORC1信号通路已被证实能够延缓血管老化过程[27]。

3.4 AMP激活蛋白激酶(AMPK) AMPK是高度保守的异三聚丝氨酸-苏氨酸激酶，是生物能量代谢调节的关键分子，参与能量平衡、新陈代谢和细胞增殖等过程。AMPK由催化性α-亚基、β-亚基以及包含γ-亚基的AMPK结合位点构成。研究发现，血管老化过程伴随着 AMPK /mTOR通路的下调，AMPK激活会通过mTOR衔接蛋白导致mTOR抑制，而抑制mTOR信号通路已被证实能够延缓血管老化过程[28]。此外，氨基咪唑羧酰胺核糖核苷酸可通过在α2亚基上的磷酸化作用直接激活AMPK。重要的是，在培养的EC中，AMPK是eNOS的激活剂，他通过eNOS的直接磷酸化以及Rac1(与Ras相关的C3肉毒杆菌毒素底物1)和Akt信号转导，增加NO的产生及生物利用度[29]，而维持正常的NO生物利用度有助于缓解血管内皮功能障碍，抑制VSMCs异常增殖，从而达到抑制血管老化的作用[8]。

3.5 p53基因 p53抑癌基因是细胞中主要的肿瘤抑制因子之一，也是血管老化研究中重要的靶点。p53能够通过抑制细胞生长、诱导细胞凋亡、促进DNA损伤修复等过程延缓血管老化的发生发展[30]。p53协调细胞周期并促进DNA复制与修复的过程主要是通过抑制细胞周期素依赖激酶(CDKs)复合物活性完成的。有研究发现下调p53的表达可能会延缓血管老化进程[31]。

4 小结与展望

全身及局部炎症反应、内皮损伤、氧化应激及线粒体功能障碍等一系列病理变化导致血管老化的实质是血管基础性病变，而血管基础性病变所带来的疾病几乎贯穿整个医疗领域。目前对血管老化的机制研究已经有所收获，而如何抑制或逆转血管老化仍是我们未来研究的难点。虽然国内外最新研究已经寻找出部分抑制血管老化的靶点，但具体抑制血管老化的机制仍存在争议，这也导致其成果目前无法惠及临床。因此，未来的研究应把抑制血管老化的相关靶点作为研究重点，力求通过相关靶点准确地实现抑制或逆转血管老化，从而降低心脑血管疾病的发生率。