氧化低密度脂蛋白及脂联素在动脉粥样硬化中的作用研究进展*

李玉成,杨 楠,海鹏丽 综述,徐 立 审校

吉林大学白求恩第二医院检验科,吉林长春 130022

2022年世界卫生组织(WHO)发布的世界卫生统计报告显示,心血管疾病仍然是全球死亡的主要原因,估计每年夺走1 790万人的生命[1]。动脉粥样硬化是最常见的心血管疾病之一,其特征是脂质和炎性细胞在大中型动脉壁上沉积[2]。动脉粥样硬化发生的初始事件是血管内皮细胞损伤,导致低密度脂蛋白(LDL)渗入血管内皮细胞并在血管内皮细胞中积累,LDL进而可被氧化为氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)。脂联素(APN)是一种特异性的脂肪因子,具有胰岛素增敏、抗炎、抗氧化、调节脂质代谢等生物学效应。APN具有抗炎和血管保护作用,可以通过多种途径保护血管内皮细胞,从而发挥抗动脉粥样硬化作用。本文就ox-LDL和APN在动脉粥样硬化中的相互作用进行综述。

1 ox-LDL及APN概述

1.1ox-LDL ox-LDL是循环LDL的衍生颗粒,其可在LDL分子内或与颗粒相关的身体其他部位产生过氧化物或其降解产物[3]。健康人体内的LDL是质量浓度通常为1.019～1.063 g/mL、成分为脂蛋白的颗粒,是人体内胆固醇的主要载体,在胆固醇脂质的转运和代谢中起关键作用,LDL通常经胞吞作用渗透进内膜,进入内膜后可被活性氧物质(ROS)氧化为ox-LDL[4]。ox-LDL是动脉粥样硬化的关键标志物,其可以诱导血管内皮细胞的激活和功能障碍,从而增加内皮细胞的促黏附特性并促进单核细胞的募集,导致炎症和富含脂质的巨噬细胞和促炎淋巴细胞在动脉壁内膜中的积聚,最终导致动脉粥样硬化斑块的形成[5]。

1.2APN APN是一种主要由脂肪细胞分泌的相对分子质量约为30 000的单体糖蛋白,属于补体1q(C1q)家族的同源物[6]。APN经翻译修饰后以低相对分子质量的三聚体、中相对分子质量的六聚体和高相对分子质量的多聚体等形式存在于血清中,它们在体内不会相互转化。健康人体内APN质量浓度为5～30 μg/mL,占血清蛋白的0.01%～0.05%[7-8]。APN发挥作用是由 G 蛋白偶联受体介导的,其受体有2种亚型(AdipoR1 和 AdipoR2)[9]。APN的2种受体在体内普遍表达,均能够结合APN的多聚化片段。AdipoR1 对三聚体和六聚体形式具有高亲和力,而 AdipoR2 优先与多聚体结合[10]。此外,APN还会以六聚体和多聚体形式与T钙黏蛋白(T-cadherin)结合,T-cadherin 是一种膜糖蛋白,主要由内皮细胞和平滑肌细胞表达,可将APN隔离在细胞表面[11]。

2 ox-LDL介导的血管内皮细胞损伤及APN的内皮保护作用

2.1对黏附分子及炎性因子的影响 ox-LDL通过与血管内皮细胞上的凝集素样氧化低密度脂蛋白受体-1(LOX-1)结合,激活核因子-κB(NF-κB)信号通路,介导内皮细胞释放多种黏附分子和趋化因子,如E-选择素(E-selectin)、细胞间黏附分子1(ICAM-1)和血管细胞黏附分子1(VCAM-1)[12-13],招募白细胞(主要是单核细胞和T淋巴细胞)到内皮下空间。ox-LDL与LOX-1的结合还可以激活丝裂原活化蛋白激酶(MAPK),导致单核细胞趋化蛋白(MCP-1)表达增加[14]。随着这些趋化蛋白和干扰素(IFN)-γ的相互作用,炎症细胞迁移到内膜,促进单核细胞分化为巨噬细胞,并内化ox-LDL形成泡沫细胞,这是动脉粥样硬化发生的关键步骤[15]。AOYAMA等[16]研究发现,ox-LDL与LOX-1结合激活NF-κB信号通路,其激活反过来增加内皮细胞中肿瘤坏死因子α(TNF-α)、黏附分子和LOX-1的表达,导致促炎信号释放的恶性循环。ox-LDL可以促进血管紧张素转换酶(ACE)和内皮素-1(ET-1)的表达,有研究显示,LOX-1的表达依赖于血管收缩因子(AngⅡ、ET-1)和炎症因子,如IFN-γ、TNF-α、白细胞介素(IL)-1β的表达[17]。ox-LDL 还可促进基质金属蛋白酶(MMP)-1、MMP-3 和 MMP-9 的合成,使得内皮细胞中MMPs表达不平衡,导致纤维帽的降解和动脉粥样硬化斑块形成增加[18-19]。

APN可以抑制VCAM-1、ICAM-1、IL-6、E-选择素的表达来调节内皮细胞炎症反应。这种抗炎活性主要是通过抑制NF-κB信号通路来调节的。研究发现,APN能够通过环腺苷酸/蛋白激酶A(cAMP/PKA)信号通路介导NF-κB活性下调[20]。APN还以cAMP依赖性方式保护由TNF-α诱导的内皮细胞通透性的增加,从而降低炎性反应水平[21]。APN可以降低ox-LDL诱导的人主动脉血管平滑肌细胞中MMP-9的表达,有助于稳定动脉粥样硬化病变并减少斑块破裂[22],APN还可抑制MMP-1的产生,并增加MMP的组织抑制剂TIMP-1的表达[23]。

2.2对血管内皮细胞舒张功能的影响 ox-LDL损伤血管内皮细胞依赖性舒张功能,这一作用主要通过减弱内皮型一氧化氮合酶(eNOS)的活性,抑制一氧化氮(NO)的产生来实现,并由血管内皮产生的NO发挥调节血管功能和结构的作用[24]。内皮细胞产生的NO减少时,血管壁易被血小板黏附,可引起血管内皮损伤。内皮细胞中的NO主要由eNOS催化产生,eNOS能够将左旋精氨酸(L-Arg)的末端胍基氮原子氧化生成NO[25]。ox-LDL可以上调精氨酸酶的活性,从而降低内皮细胞对L-Arg的利用,还可以使eNOS在苏氨酸(Thr)495和丝氨酸(Ser)1177位点的磷酸化减少,抑制eNOS的激活,从而使内源性NO生成减少[26]。此外,ox-LDL还能够通过增加烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶的活性来增加活性氧(ROS)的产生,过量的ROS可以下调eNOS基因的表达,抑制eNOS的活性[15],ROS家族中的超氧阴离子(O2-)还能与NO反应产生过氧亚硝酸根离子(ONOO-),从而降低NO的生物利用度[27]。

APN可通过AdipoR1/AdipoR2/APPL-1/AMPK介导的途径促进NO的产生[28]。APPL-1是APN受体的直接下游信号分子,APN通过APPL-1与含有AdipoR1/AdipoR2的内皮细胞的细胞质尾端链接,触发一系列组织依赖性信号转导时间,包括诱导AMPK在Thr172位点磷酸化,从而引起eNOS在Ser1117位点的磷酸化,并促进eNOS与热休克蛋白90(HSP90)的结合,激活eNOS,使NO生成增加[29]。有研究发现,APPL-1可能参与调节磷脂酰肌醇3-激酶-蛋白激酶B(PI3K-AKT)信号通路,PI3K-AKT通路的激活和HSP90与eNOS的结合有助于APN诱导的eNOS的磷酸化和NO产生[30]。

APN可以通过拮抗ROS的生成,提高NO的生物利用度。MOTOSHIMA等[31]研究表明,球状脂联素能够减弱质膜结合的NADPH氧化酶的活性来阻断暴露于ox-LDL中的内皮细胞中的ROS的生成。这种细胞内ROS水平的降低与ROS诱导的MAPK信号通路活性的降低和促炎信号通路的衰减有关。CHEN等[32]的动物实验研究也表明,APN可以降低ApoE基因敲除小鼠中ROS的产生。此外,APN还可以通过cAMP/PKA和AMPK信号通路抑制高水平葡萄糖和ox-LDL诱导的ROS的产生,从而提高NO的生物利用度[33]。APN还能有效抑制血管内皮生长因子(VEGF)诱导的ROS的产生。这些作用表明APN在血管系统中具有广泛的抗氧化作用。

2.3对血管内皮细胞凋亡的影响 ox-LDL在动脉粥样硬化斑块形成中诱导血管内皮细胞凋亡。血管内皮细胞的过度凋亡导致血管内皮完整性的破坏,触发和促进动脉粥样硬化的发生,还会使得血管平滑肌细胞增殖和凝血增强,促进新内膜形成和动脉粥样硬化的进展。ox-LDL可以通过内源性和外源性2种途径来增加内皮细胞凋亡。ox-LDL通过增加线粒体中细胞色素C(CytC)和Smac的释放来引起内源性凋亡途径中特异性半胱天冬酶(caspase)-3、caspase-9的激活,可以抑制抗凋亡蛋白如Bcl-xl的表达[34]。ox-LDL还可以上调内皮细胞表面外源性凋亡途径中Fas凋亡蛋白的表达,促进Fas与其配体FasL结合,启动致死性的信号转导,从而介导细胞凋亡[35]。

APN可抑制血管内皮细胞凋亡。KOBAYASHI等[36]的细胞水平实验研究表明,高相对分子质量多聚体脂联素(HMW)可以通过AMPK信号通路来抑制人脐静脉内皮细胞中caspase-3的活性。ZHANG等[37]研究发现,在人脐静脉内皮细胞中,APN的球状结构域以剂量依赖的方式抑制AngⅡ诱导的细胞凋亡,这可能与APN激活eNOS与HSP90的相互作用有关。此外,APN可以通过PI3K-AKT和AMPK信号通路减弱细胞凋亡和增加NO的合成,从而减少氧化应激和细胞凋亡[38],还可以通过涉及钙网蛋白的机制,以及下调全身炎症标志物/介质,如IL-6、IL-8和TNF-α来促进巨噬细胞清除早期凋亡细胞[39-40]。

3 APN对血管内皮的其他保护作用

3.1抑制细胞焦亡 APN可以抑制内皮细胞焦亡。细胞焦亡是caspase激活的消皮素D(gasdermin D)介导的炎性程序性细胞死亡,其特征是质膜快速破裂,随后释放促炎介质和细胞内容物,包括IL-1β、IL-18等[41]。内皮细胞焦亡会引起细胞炎症反应,促进动脉粥样硬化进程。介导焦亡的细胞机制与经典的凋亡途径有很大不同。焦亡是由caspase-1和caspase-11介导的。与细胞凋亡相比,焦亡细胞可保持核完整性。ZHANG等[42]研究发现,APN处理降低了脂多糖(LPS)暴露的人主动脉内皮细胞中FoxO4的表达,进而抑制了NOD样受体家族pyrin结构域3(NLRP3)炎症小体的活化,降低caspase-1的切割,以及成熟IL-1β和IL-18的分泌,进而抑制内皮细胞焦亡。

3.2影响内皮细胞增殖、迁移及血管形成 失调的血管生成有助于多种疾病的发病机制,这可能是由于构建新型和功能性血管所需的多种分子信号的复杂相互作用所致。体外试验结果表明,APN对内皮细胞增殖及和新血管的形成具有特定作用[43]。有研究显示,APN剂量依赖性地降低牛和猪内皮细胞的增殖[44]。对于人脐静脉内皮细胞,生理浓度的APN可以抑制其增殖,这是因为APN抑制了细胞周期,即抵消抗凋亡作用[45]。LU等[46]的细胞实验研究表明,APN能促进小窝蛋白1(Caveolin-1)的去磷酸化,使得eNOS和Caveolin-1的解离,促进eNOS的磷酸化,进而促进NO的合成,使得细胞内caspase-3和p21的表达增加,从而抑制人主动脉内皮细胞的异常增殖。

APN对内皮细胞迁移的影响可能因细胞条件不同而表现出不同的作用。有研究发现,APN可以诱导人脐静脉内皮细胞向毛细血管样结构分化[44],而对于人微血管内皮细胞(HMEC-1),APN不能改变其迁移能力。相反,MAHADEV等[47]报道,APN可以减少 VEGF 诱导的人冠状动脉内皮细胞迁移。此外,一种新型的APN受体激动剂AdipoRon被证明在人体外模型人脐静脉内皮细胞的活力、迁移和血管形成等方面发挥作用,这可能与AdipoRon增加人脐静脉内皮细胞中C-X-C基序趋化因子配体1(CXCL1)、MMP-2和MMP-9的表达有关[44]。

4 小 结

APN作为血管内皮细胞的保护剂可以通过多种途径拮抗ox-LDL所介导的内皮细胞损伤发挥抗动脉粥样硬化作用,其可作为动脉粥样硬化其患者的潜在预后生物标志物和治疗靶点。总结近年来APN在血管内皮细胞中的作用,不难发现APN对内皮细胞作用的复杂性。因此,APN对血管内皮细胞的保护作用的具体机制仍有待进一步研究,以便助力抗动脉粥样硬化靶点的选择及相关药物的研发。