HDL功能特性及其与心血管疾病关系的研究进展▲

张斌强 王 豪 魏 英 王 翔 王靳琎 黄慧敏 徐先琳

(湖北医药学院附属国药东风总医院1 实验中心,2 ICU,湖北省十堰市 442008;3 十堰市中西医结合医院检验科,湖北省十堰市 442008)

【提要】 传统观点认为HDL具有逆向转运胆固醇、抗炎、抗氧化等作用,并且HDL-C是心血管疾病的有效预测因子。但近年来越来越多研究显示HDL的生物学功能及调控因素远比预想复杂,临床上关注HDL水平的同时还应关注HDL的特性与功能,针对HDL与心血管疾病关系的研究也应从单纯的HDL水平变化转到对HDL颗粒、结构、内容物及功能水平的研究,从而更准确地预测心血管疾病发生风险。本文就HDL功能特性及其与心血管疾病的关系进行综述。

近年来,随着心血管疾病患病率的持续升高,如何尽早诊治心血管疾病成为人们关注的重点。动脉粥样硬化是多数心血管疾病的病理基础,而动脉粥样硬化与HDL密切相关[1]。HDL由多个分散的微粒亚群组成,这些微粒在大小、形状、电荷及脂质上均与蛋白质等不同,其以单个成分进入血浆后形成HDL颗粒[2]。既往观点认为,高浓度HDL可以预防动脉粥样硬化,降低心血管疾病发生风险,而低浓度HDL是心血管事件发生的独立预测因子[3]。但最近研究显示,过高浓度的HDL-C也是多种疾病的危险因素[4]。相对于HDL的浓度,HDL的结构和功能与心血管疾病的关系更密切[5]。因此在临床工作中,我们在关注HDL浓度的同时,也应进一步了解HDL的功能及相关特性,从而更好地预防心血管不良事件的发生。本文就HDL的成分变化、化学修饰及其功能对心血管疾病的影响进行综述。

1 血浆HDL水平与心血管疾病的关系

血脂异常会增加心血管疾病的发病风险,其中胆固醇、三酰甘油、LDL-C、载脂蛋白a是心血管疾病发生的危险因素,而HDL则被证实是心血管疾病发生的保护因素,低水平的HDL会增加心血管事件发生风险[3,6-7]。HDL可以预防动脉粥样硬化,降低心血管事件发生风险,主要与HDL能够逆向转运胆固醇到肝脏有关[8]。另外,HDL的抗炎、抗氧化和抗血栓特性,以及促胰岛素分泌的功能对心脏也起到一定的保护作用[9-10]。基于此,有学者尝试通过提高机体内HDL的水平以降低心血管疾病风险,结果显示,通过静脉注射HDL或者通过基因转染过表达ApoA1基因来增加小鼠体内的HDL水平后,可以降低小鼠动脉粥样硬化易感性[11]。但给予心血管疾病患者胆固醇酯转运蛋白抑制剂或烟酸等药物以提高血浆HDL水平后,患者的病情和死亡率并没有获得明显改善[12-13]。而最近的流行病学研究证实,血浆HDL-C浓度和心血管疾病死亡率之间呈正U型关系,即低浓度与过高浓度的HDL-C均可以增加心血管疾病患者的死亡风险[4]。还有学者发现,在未合并心血管疾病的其他疾病患者中,过高水平的HDL-C会导致其死亡率增加[14]。这可能与HDL-C水平升高或者HDL微粒内部结构损坏和功能异常导致某些疾病进展有关,但相关机制目前尚未明确。

2 HDL的胆固醇摄取及排出能力与心血管疾病的关系

研究表明,提高血浆HDL水平并不能直接降低心血管事件的死亡概率,这提示血浆HDL水平并不能直接反映机体HDL的功能状态,HDL的功能或许与其结构有关。HDL介导的胆固醇逆向转运是预防心血管疾病发生的重要生物学过程,在此过程中外周组织的胆固醇分子被转运到肝脏内,最终通过胆汁和粪便排出体外,这个过程一旦受阻,将会加速动脉粥样硬化[15]。

HDL的胆固醇外流能力(cholesterol efflux capacity,CEC)是指HDL促进胆固醇从巨噬细胞流出的能力,该指标可以反映胆固醇从外周组织移动到肝脏的速率和数量的动态过程。CEC是评估人类和动物模型中胆固醇逆向运输的可测量指标,可用于预测动脉粥样硬化和冠状动脉疾病的发生[16]。临床研究表明,相比于HDL-C,CEC预测冠状动脉疾病发生的效能更佳[17-18]。一项有关膳食模式对人类HDL功能影响的研究显示,地中海饮食能够在不改变HDL水平的情况下提升CEC,这可能是地中海饮食可以减少心血管疾病患病风险的原因之一[19]。以上研究显示CEC与心血管事件发生率呈负相关,并且不会受到HDL、LDL等其他心血管危险因素的干扰。有学者在调整HDL或ApoA-Ⅰ浓度后依然得到上述结果,但在调整CEC后,HDL或ApoA-Ⅰ浓度与心血管事件发生率的相关性变得不明显[5,20]。以上研究显示,CEC可能比HDL更具有潜力成为心血管疾病的独立预测因子,但CEC的检测涉及HDL的分离、放射性同位素标记胆固醇和巨噬细胞培养,该过程耗时较长且对设备要求较高,难以在临床普及推广。

由于CEC的检测难度较大,难以在临床上普及,有学者提出采用HDL的胆固醇摄取能力(cholesterol uptake capacity,CUC)来代替CEC用于评估HDL对胆固醇排出能力的影响[21]。CUC检测过程较为简单,不需要进行巨噬细胞培养和放射性同位素标记,只需采用荧光标记和酶联免疫法检测荧光值,可降低实验耗材和时间成本。研究显示,调整LDL水平后,CUC与血运重建后冠状动脉病变的复发率呈负相关[21]。有学者通过测量CUC对HDL的功能进行评估,结果显示,CUC可作为预测进展性心血管疾病的潜在生物标志物,其水平与心血管事件的发生率呈负相关[23],CUC还有助于评价支架植入患者的预后情况,可作为警示指标预测患者术后再狭窄的发生[24]。有学者发现,CUC与斑块负荷、巨噬细胞积累程度呈负相关,可用于评估心血管疾病风险分层[25]。但目前有关CUC与心血管疾病相关性的研究报告较少,其具体机制还有待进一步研究。

3 HDL miRNA变化与心血管疾病的关系

miRNA是一类非编码小RNA,长度约22 nts,通过与mRNA非翻译区互补结合调控基因表达。目前研究显示,miRNA介导的基因调控涉及炎症、胆固醇稳态、氧化应激、高血压等与心血管相关的生物过程,在冠心病、周围血管疾病、脑卒中和其他血管病变患者的体内均存在miRNA表达失调[26]。动脉粥样硬化是冠心病、脑卒中、高血压和外周动脉疾病等心血管疾病的病因之一,而miRNA 已被证实是内皮基因表达和功能动力的调节因子,其与动脉粥样硬化的形成密切相关[27]。miRNA存在于生物体液中,并通过与细胞外囊泡、脂质、蛋白载体结合而免受核酸酶的攻击[28]。血浆中的HDL可以储存和运输miRNA,这类储存在HDL中的miRNA被称为HDL-miRNA,且已有研究证实高胆固醇血症、冠心病和心肌梗死等心血管疾病患者的HDL-miRNA水平明显异常[29]。

目前关于HDL-miRNA的研究主要集中在两个方面,一方面主要探讨HDL作为miRNA的载体,将miRNA传递到受体细胞,从而引起受体细胞的基因表达及功能的改变[29]。例如,Tabet等[30]的研究显示,采用1 mg HDL干预人冠状动脉内皮细胞16～24 h后,细胞中的miRNA-223水平明显升高,且HDL可通过将HDL-miR-223传递到内皮细胞,使内皮细胞中细胞间黏附分子1的表达受到抑制,从而发挥抗炎作用。另一方面是通过分析HDL-miRNA的表达变化,将其作为诊断与评估心血管疾病的生物标志物。研究显示,人类HDL中存在大量与血管生物学和炎症反应相关的miRNA,如miRNA-223、miRNA-126、miRNA-92a、miRNA-146a、miRNA-155、miRNA-378等[31]。Ouimet等[32]研究表明,健康人群和家族性高胆固醇血症患者的HDL-miRNA表达水平存在明显差异,家族性高胆固醇血症患者的HDL中miRNA-223、miRNA-105、miRNA-106a表达水平更高。另外,有学者对不同心血管疾病患者的HDL亚型及其miRNA含量进行分析,发现冠状动脉性疾病、不稳定型心绞痛患者HDL3中miRNA-92a表达水平较高,而心肌梗死、不稳定型心绞痛、稳定型心绞痛患者HDL2中miRNA-486表达水平较高[33]。以上研究提示,不同心血管疾病患者的HDL亚型中miRNA存在差异表达,其有望成为心血管疾病新的生物分子标志物。

总之,在不同的疾病状态下,HDL可以将miRNA传递给受体细胞,通过调节受体细胞基因的表达影响疾病的进程[29],而HDL-miRNA可能具有作为心血管疾病新的生物标志物或药物靶点的价值。

4 HDL的化学修饰与心血管疾病的关系

HDL由磷脂、载脂蛋白、胆固醇和少量的脂肪酸组成,这些物质是HDL发挥生物学功能的基础,HDL及其组分的化学修饰如氧化、甲酰化、糖化均可影响心血管疾病的发生与发展[34]。

氧化是机体内常见的化学修饰之一,高胆固醇血症、高血压、糖尿病和吸烟等均可诱发体内的氧化应激,从而导致动脉粥样硬化的发生和发展[35]。HDL通过将脂质过氧化物转变为脂质氢氧化物,从而减少LDL等脂蛋白引起的氧化应激,但HDL被过度氧化后该功能将会减弱[36]。HDL的氧化修饰主要有两种,一种是磷脂酰胆碱氧化后生成溶血磷脂酰胆碱,溶血磷脂酰胆碱不仅可以促进LDL诱发动脉粥样硬化,还可以通过改变HDL的ApoA-Ⅰ和ApoA-Ⅱ结构影响HDL逆向转运胆固醇的功能[37-38];另一种是HDL的ApoA-Ⅰ被髓过氧化物酶(myeloperoxidase,MPO)氧化后生成甲硫氨酸残基,导致ApoA-Ⅰ失活[39],使得周围免疫细胞产生促炎症细胞因子[40],加速动脉粥样硬化的发展。

氨基甲酰化是HDL的另一种化学修饰,由异氰酸和蛋白质的氨基基团相互作用产生,尿素分解代谢和炎症诱导的MPO活化过程中产生大量的异氰酸,并堆积在动脉粥样硬化病变部位[41]。这些堆积的异氰酸与HDL的ApoA-Ⅰ氨基基团在MPO作用下发生氨基甲酰化,生成氨甲酰赖氨酸基团,带有氨甲酰赖氨酸基团的HDL可促进巨噬细胞中B1型清道夫受体依赖的胆固醇积累和脂滴形成,同时抑制卵磷脂胆固醇脂酰转移酶和对氧磷酶1活性,影响HDL对心血管的保护功能[42-43]。流行病学调查发现,机体内的氨甲酰赖氨酸含量与动脉粥样硬化病变的严重程度相关,其可独立预测心血管疾病的发生风险[44]。

还有一种常见的化学修饰是糖基化。HDL糖基化在糖尿病患者中较为常见,HDL微粒发生糖基化可诱导内皮细胞凋亡,促进氧化应激[45],从而促进平滑肌细胞增殖和迁移,加速动脉粥样硬化进程[46]。在2型糖尿病患者中,糖基化ApoA-Ⅰ与冠心病的严重程度及冠状动脉斑块的进展有关[47]。

综上所述,在氧化应激和高糖等刺激下,HDL可发生氧化、甲酰化、糖基化等化学修饰,从而使其心血管保护功能降低,加速动脉粥样硬化的进展。

5 小 结

HDL与心血管疾病的发生和发展密切相关,越来越多研究显示仅根据HDL水平评估其对心血管的保护作用并不全面,且极高水平的HDL是心血管疾病患者死亡率升高的独立预测因素。因此,了解HDL各类成分及其功能特性,对研究HDL与心血管疾病发生和发展的关系有积极作用。但HDL各类成分改变及功能失调对心血管疾病的影响还有待进一步研究。