皮肤组织胆固醇与动脉粥样硬化关系的研究进展

陈婉姣，周忠，麦一峰

心血管疾病（CVD）是世界上疾病负担的主要原因，而动脉粥样硬化性心血管疾病（ASCVD）约占全球CVD 死亡人数的三分之二[1]。胆固醇代谢紊乱是动脉粥样硬化的重要病理基础。20 世纪70 年代，尸检发现动脉粥样硬化患者同时存在脂质在皮肤沉积。皮肤组织胆固醇（SkinTc），特别是角质层（SC）胆固醇，被认为是组织胆固醇的替代指标，能在一定程度上反映胆固醇在血管中的蓄积情况。本文将阐述SkinTc 与动脉粥样硬化的关系，报道如下。

1 胆固醇在皮肤中积累的机制

SC由角质细胞、经过终末分化的角质形成细胞组成，细胞外基质主要由神经酰胺、胆固醇和游离脂肪酸组成[2]。皮肤中胆固醇含量约占人体总胆固醇的11%，且主要存在于表皮中[3]。角质形成细胞既可以从头合成胆固醇，又有从循环中吸收脂质的能力。

1.1 吸收循环脂质

1.1.1 通过低密度脂蛋白（LDL）受体（LDL-R）获取胆固醇 LDL-R作为皮肤摄取脂蛋白的介质获得胆固醇的作用已被描述。血浆中约有五分之一的LDL含量到达了表皮的基底层[4]。角质细胞从表皮最内层向角质层分化迁徙的过程中，LDL-R 的数量及结合能力有明显的变化。在基底细胞及其上层中含有大量的LDL-R，前者均匀分布在细胞表面和细胞内，而后者几乎完全存在细胞内[5]。但在表皮的上层（颗粒层及角质层），LDL-R 分子很少被检测到，且与LDL 的结合能力较低[4]，见图1。

图1 表皮结构及角质细胞脂质转运受体分布

有研究发现，LDL-R 基因敲除（LDL-R-/-）小鼠经过7 个月的高脂肪饮食后，出现了明显的主动脉和冠状动脉的粥样硬化，主动脉瓣叶堆积了大量富含胆固醇的巨噬细胞。与此同时，大量脂质堆积在皮肤和皮下组织，形成浸润性黄质瘤[6]。这些变化在正常饮食的LDL-R-/-小鼠或高脂肪饮食的野生型小鼠中均没有发现。这些证据表明LDL-R 在动脉粥样硬化病变和皮肤脂质沉积中起着重要作用，并且这些病变在一定程度上具有同步性。此外，皮肤组织可能比其他器官对高脂血症更加敏感。在饮食喂养的LDL-R和Apo A 双基因敲除小鼠中，皮肤出现了大量的胆固醇积累，且并发了严重的脂质性皮炎，比其他主要器官的病变更为显著[7]。

1.1.2 通过B 类I 型清道夫受体（SR-BI）转运胆固醇 SR-BI通过摄取高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）介导反向胆固醇转运，在胆固醇稳态、脂蛋白代谢和动脉粥样硬化中发挥关键作用。除了在肝脏和类固醇生成组织中的高表达外，SR-BI 表皮基底层的角质形成细胞中亦有表达，见图1。在SB-BI 的介导下，HDL-C 从血液进入到皮肤中。事实上，皮肤是人体最大的HDL 储存库之一。然而，在SR-BI 单基因敲除小鼠模型中，表皮胆固醇含量没有明显变化，仅表现为表皮脂质组成的改变，这表明在角质层胆固醇的转运中，SR-BI并未处于主体地位，且皮肤脂质生成及转运具有很强的代偿补充机制[8]。

1.1.3 载脂蛋白的作用 载脂蛋白E（Apo E）主要在肝脏中合成，与富含三酰甘油的脂蛋白结合介导其残基的清除，与动脉粥样硬化的发生发展密切相关[9]。其在皮肤脂质转运中机制不明。在高脂或低脂饮食喂养纯合子Apo E 缺陷的小鼠中，表现为富含脂滴的巨噬细胞蓄积在真皮层，并伴有弥漫性炎症浸润，而后者的病变有相对局灶性和不明显[10]。与此类似，在Apo A-I/Apo E 双敲除小鼠中，真皮厚度增加，泡沫细胞和T淋巴细胞蓄积在网状真皮中[11]。这些实验证实了Apo E、Apo A-I 同样存在于皮肤，并且当Apo E缺陷时会导致皮肤泡沫细胞形成并诱导炎症反应，该过程与动脉粥样硬化病变相似。

1.1.4 ATP结合盒（ABC）转运体、酰基辅酶A-胆固醇酰基转移酶（ACAT）的参与 ABC转运蛋白包括一个大的跨膜蛋白家族，并在细胞内胆固醇的分布中发挥生化作用。ABC 转运体A1（ABCA1）、ABC转运体G1（ABCG1）可与HDL 颗粒相互作用，促进过量胆固醇的细胞外排[12]。目前研究已证实其在人角质形成细胞和小鼠表皮中均有表达，并参与调节皮肤脂质分布及渗透屏障的稳态[13]。当皮肤脂质屏障被破坏后，无论在颗粒层或是其下层均能观察到ABCA1 表达的下降[13]。

ACAT 催化细胞内胆固醇的酯化反应，有助于游离胆固醇中和及形成酯化胆固醇储存在细胞内，长期以来一直被怀疑会影响动脉粥样硬化的发生和发展。一方面该反应可降低游离胆固醇的蓄积，以防止动脉粥样硬化的发生；另一方面由于酯化胆固醇无法被有效清除，其在泡沫细胞中蓄积是早期动脉粥样硬化发生脂纹发展的一部分[14]。与此相同，ACAT在皮肤胆固醇稳态的调控中起到了重要作用。对ACAT 缺陷的小鼠模型的研究显示：未酯化胆固醇在皮肤和大脑广泛沉积，并出现了严重的皮肤损伤，如脱发、脱皮，伴剧烈瘙痒，最终不得不实施安乐死[15]。

1.2 角质形成细胞自身合成胆固醇 吸收循环胆固醇的同时，基底层细胞也会积极地从头合成胆固醇[16]。然而有研究表明，循环中胆固醇的可用性并不影响皮肤中胆固醇的从头化合成，这可能是SkinTc值和循环胆固醇水平并不完全平行的原因。羟基甲基戊二酰辅酶A（HMG-CoA）还原酶是脂质合成的关键酶[17]。局部应用HMG-CoA 还原酶抑制剂，可抑制表皮的从头胆固醇合成，延缓脂质屏障的修复[18]。

2 SkinTc 与动脉粥样硬化的关系

在临床事件之前直接测量亚临床阶段动脉粥样硬化是提高对未来CVD 事件预测的最佳方法[19]。一些筛查试验，包括冠状动脉钙化（CAC）、颈动脉内侧内膜厚度（CIMT）、颈动脉斑块等已成为经济有效的替代方法，并在临床广泛应用[19]。一项纳入了222例受试者的多种族研究发现，颈动脉钙化的白种人，SkinTC 值更高（P=0.04）。并且在对年龄、性别、血脂进行调整后，这种相关性仍然存在，表现为SkinTc每升高1 个单位，高加索人的CAC 风险提升1.87倍。然而，在非裔美国人，这种相关性不存在[20]。此外，Stein 等[21]对来自北美6 个地点的565 例无症状受试者进行了SkinTc 与CIMT 相关性研究，发现SkinTc 每上升10 个单位，CIMT 患病率增加12%，颈动脉斑块的患病率增加15%。他们还发现当SkinTC＞110 U 时，与CIMT 存在的风险比为2.19（95%CI=1.25 ～3.85，P=0.006），与颈动脉斑块存在的风险比为2.89（95%CI=1.61 ～5.19，P ＜0.05）。并推断SkinTc 值升高与CIMT 及颈动脉斑块存在相关，并可能是预测心血管风险的有用的无创检测方式。Tzou等[22]也发现了相似的结果，SkinTc升高与CIMT存在显著相关（P=0.011）。即使在对年龄、性别、空腹血糖、收缩压、总/高密度脂蛋白胆固醇比和使用降脂治疗后等传统风险因子进行调整后，相关性仍然存在。一项入了11 项临床研究的meta 分析表明，SkinTc 独立与传统的心血管疾病标记物，如血脂值或炎症标记物，独立于各项风险评分，与潜在的动脉粥样硬化证据（CAC、CIMT、颈动脉斑块等）相关[23]。

一系列的临床研究表明，SkinTc可以为了解ASCVD 的存在和/或严重程度提供见解。自2001 年Zawydiwski 等[24]首先提出SkinTc 值与压力负荷测试显著相关，SkinTc 与冠脉疾病的相关性被关注。一项纳入了648 例接受冠脉造影术且未使用调脂药物患者的研究表明，冠脉造影阳性患者的SkinTc值显著升高（P=0.02）。即使在对传统风险因素进行调整后，SkinTc每上升10个单位，冠心病患病率升高7%[25]。Sprecher 等[26]对SkinTc 与心肌梗死的相关性进行研究发现，有心肌梗死病史患者的SkinTc 值显著高于无心肌梗死者。在对传统风险因素进行调整后，SkinTc与心肌梗死的相关性比值比为1.6（95%CI=1.1 ～2.6，P=0.01）。他们在另一项研究中发现SkinTc 高值与冠脉多支血管狭窄相关，当同时存在Framingham 风险升高时，多支血管疾病的风险增加了4.3 倍[27]。

3 SkinTc 测量方法的研究进展

在20 世纪70 年代，研究皮肤脂质和动脉粥样硬化之间关系的方法主要依赖于皮肤活检[28]，使用扁桃体穿孔器从前臂的皮肤褶皱中取出直径约4 mm的皮肤[3]。然而获得皮肤样本的损伤和感染风险阻碍了这种方法的广泛使用。

胆固醇分子含有羟基（3 -OH），可以与洋地黄苷结合。洋地黄苷用辣根过氧化物酶（HRP）标记，然后滴加HRP 底物以产生有色产物，最后通过检测有色产品的含量，得到皮肤胆固醇的相对含量。基于此原理，于2001 年提出了测量皮肤胆固醇的“三滴法”“胆固醇1、2、3(TM)”。“胆固醇1、2、3(TM)”使用手持仪器，通过反射率测量的颜色发展来估计皮肤胆固醇值，于2002 年6 月获得了美国食品和药物管理局（FDA）的批准[29]。然而，在研究过程中暴露了该方法的一些缺点：（1）由于该方法直接在皮肤表面检测，存在检测结果受到皮肤颜色影响的风险；（2）试验要求操作人员手持检测仪器，由于施加压力不同，皮肤表面变形可能导致检测试剂形状和测量光路的改变，影响检测结果的稳定性；（3）检测试剂含有生物大分子（酶）、聚合物等易受温度、pH 等环境因素的影响。近年来，许多研究人员致力于改进该方法。

2018 年我国提出了一种利用吸收光谱代替反射光谱的检测方法，其基本检测原理与“胆固醇1、2、3(TM)”相同。但将有色产物从皮肤表面提取移动到样品平台上，减除皮肤背景及操作者压力变化的干扰，光源发出的光通过待测液体后被微光谱仪接收。测试剂中有色产物的数量是通过测量被测试液体前后的光强变化来获得的[30]。另外一种改良测试方法，通过测量荧光标记的皮肤荧光光谱信息来反演测量部位皮肤胆固醇含量。目前这些新方法仍在基于前瞻性观察研究阶段，其准确性和再现性还待验证。

随着质谱（MS）等技术的发展，脂质组学成为过去十年增长最快的研究领域之一[31]。胶带剥离是获取角质层样品的一种有价值的技术。脂质组学是分析和定量角质层中脂质的有力工具。目前常用的皮肤脂质组学分析方法包括：高效液相色谱法、质谱法、鸟枪法质谱分析、色谱-质谱联用法等[32]。脂质分析的一个主要障碍是许多脂质间具有相似的结构，在质谱中或在色谱中难以有效区分。皮肤脂质组学分析在探索皮肤稳态和疾病方面很有价值，并已经用于探索皮肤或非皮肤疾病的生物标记物研究中。

4 总结与展望

基因敲除动物模型及临床观察性研究证实了皮肤胆固醇蓄积与动脉粥样硬化发生发展的相关性。然而，胆固醇在皮肤中积累的机制可能比目前了解的更为复杂。作为组织胆固醇的替代指标，SkinTc可能在早期阶段预测动脉粥样硬化，但仍缺乏足够的循证医学证据支持，随着无创测量技术的改良及脂质组学快速发展的，期待更多的研究和探索。

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