脂质、炎症在动脉粥样硬化发展机制中的研究进展

(中国药科大学基础医学与临床药学学院，江苏 南京 211198)

动脉粥样硬化是大动脉血管壁内脂质驱动的慢性炎症过程，导致脂质积聚、细胞外基质蛋白沉积、动脉内膜和介质中的钙化，导致动脉僵硬，降低其弹性[1-2]，是发达社会病死率较高的疾病。动脉粥样硬化发生早期，白细胞募集，促炎细胞因子参与。动脉粥样硬化形成动脉粥样硬化斑块是一个复杂的过程，涉及多种机制，包括内皮功能障碍、新血管形成、血管增生、细胞凋亡、基质降解、炎症和血栓形成。不同学者对动脉粥样硬化的发病机制和进展有不同的解释。

1 脂质假说

动脉粥样硬化是一种脂蛋白驱动的疾病，通过内膜炎症、坏死、纤维化和钙化导致在动脉树的特定部位形成斑块。这些斑块可能导致威胁生命的冠状动脉血栓形成，表现为急性冠状动脉综合征。最常见的原因是斑块破裂，暴露于高度血栓形成的富含红细胞的坏死核心。早期动脉粥样硬化病变的炎症与可能导致斑块破裂和血栓形成的纤维帽的炎症之间存在根本区别[3]。

1.1 低密度脂蛋白

多种证据[4]表明，富含胆固醇的低密度脂蛋白(low-density lipoprotein, LDL)和其他含载脂蛋白B的脂蛋白[包括极低密度脂蛋白及其残留物、中密度脂蛋白和脂蛋白(a)]与动脉粥样硬化的发展直接相关。大多数在病变中累积的胆固醇来源于血浆LDL。

动脉粥样硬化发生早期，发生内皮功能障碍，继发于诸如高血压、糖尿病、高胆固醇血症和吸烟等危险因素或改变动脉血流剪切应力时，LDL在动脉内膜中积聚并经氧化和聚合修饰来引起动脉粥样硬化。修饰的LDL和源自他们的氧化脂质部分反过来充当先天和适应性免疫应答的慢性刺激物，诱导内皮细胞和血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell, VSMC)表达黏附分子如血管细胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1, VCAM-1)和细胞间黏附分子-1(intercellular adhesion molecule-1, ICAM-1)、化学引诱物如单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemotactic protein-1, MCP-1)和生长因子如巨噬细胞集落刺激因子和粒细胞巨噬细胞集落刺激因子，与单核细胞受体相互作用，刺激其归巢、迁移和分化为巨噬细胞和树突状细胞[5-6]。LDL与内膜蛋白多糖的结合是疾病发生的重要步骤，这可能有助于解释适应性内膜增厚的动脉粥样硬化倾向。

募集的巨噬细胞表达几种不同的极化表型，并在病变发展中发挥多种作用。一些巨噬细胞可能通过修饰的LDL与模式识别受体如Toll样受体(toll-like receptor,TLR)的结合获得促炎性M1型，并且分泌促炎细胞因子(如IL-1β和TNF-α)、酶和活性氧物质，促进LDL(如髓过氧化物酶)以及其他在动脉粥样硬化中发挥重要作用的介质如纤溶酶原激活物、组织蛋白酶和基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMPs)的进一步保留和修饰。M2型巨噬细胞可能分泌有利于消除炎症的因子如转化生长因子β(transforming growth factor beta,TGF-β)[7]。在脂肪条纹状病变中，巨噬细胞的主要来源是泡沫细胞，和在其他细胞中一样，其不是迅速摄取LDL而成为泡沫细胞，部分原因是由于LDL受体被下调为胆固醇积累。大多数斑块仍无症状(亚临床疾病)，有些斑块成为阻塞性(稳定型心绞痛)，其他斑块引发急性血栓形成，可能导致急性冠状动脉综合征(acute coronary syndrome, ACS)[3]。

1.2 氧化低密度脂蛋白

氧化低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，ox-LDL)是动脉粥样硬化发病机制中的关键危险因素。ox-LDL主要通过清道夫受体被巨噬细胞摄取，其中CD36被认为是最重要的。CD36是一种多功能B类清道夫受体，其化学或氧化结合修饰脂蛋白、聚阴离子和凋亡细胞，可作为脂质体内平衡和免疫反应的重要调节剂[8]。过量摄取长链脂肪酸导致其在细胞中积累，导致脂毒性，其次导致代谢性疾病如肥胖、动脉粥样硬化或糖尿病的发展，较严重的发展为冠心病和缺血性中风。CD36通过脂质成分(即带负电荷的磷脂)识别长链脂肪酸后结合ox-LDL，与ox-LDL相互作用后，CD36启动信号级联反应，信号传导途径涉及MAP激酶、Src家族激酶和Vav家族鸟嘌呤核苷酸交换因子的激活，导致配体内化，泡沫细胞形成和迁移抑制[9]。因此，CD36上调与慢性炎症和动脉粥样硬化的发展密切相关。对患有血脂异常的肥胖人群的动脉粥样硬化动脉进行的尸检研究显示，在动脉粥样硬化斑块中包含的巨噬细胞上CD36受体的表达增加。相反，存在于没有动脉粥样硬化病变的动脉壁中的巨噬细胞上CD36的表达可忽略不计[10]。最近有研究报道CD36在调节免疫和炎症反应中也发挥重要作用[11-12]。

除了对巨噬细胞的影响外，ox-LDL还促进内皮细胞的激活和功能障碍、VSMC的迁移和增殖、血小板活化。此外，ox-LDL刺激内皮细胞MCP-1释放[13]。

动脉粥样硬化脂质介质如ox-LDL、氧化磷脂、脂蛋白和脂肪酸也会通过CD36-TLR2-TLR6途径引发氧化应激，导致内质网应激，胆固醇过多，泡沫细胞凋亡[14]。除氧化应激外，ox-LDL还可通过不同方法诱导内皮细胞凋亡，包括信号转导、基因表达和钙信号系统。现在，众所周知，ox-LDL诱导内皮细胞发挥的细胞毒性作用存在于从开始到急性血栓形成事件的动脉粥样硬化的所有阶段[15]。ox-LDL还通过促进MMPs的分泌而促进纤维帽破裂。MMPs是锌依赖性内肽酶家族，并且介导细胞外基质的蛋白质组分和靶细胞中的基底膜降解，并促进狭窄动脉中血小板凝块的形成，这可能导致心肌梗塞。在人冠状动脉粥样硬化病变中，除了循环ox-LDL浓度变化，ox-LDL水平的增加也与斑块不稳定性有关。此外，更严重的病变含有更高百分比的ox-LDL阳性巨噬细胞[16]。

2 炎症假说

早在1999年Ross首次提出动脉粥样硬化是一种炎性疾病[17]，其中单核免疫细胞(如血管壁外的单核细胞、巨噬细胞和淋巴细胞)以及平滑肌细胞和内部衍生的内皮彼此相互作用。炎症假说认为，动脉粥样硬化早期阶段的特征在于内皮细胞中单核细胞的浸润和单核细胞分化成巨噬细胞。随着疾病的发生，巨噬细胞泡沫化，形成泡沫细胞，泡沫细胞分泌炎性细胞因子、活性氧等物质，炎症会驱动动脉粥样硬化，并最终引发血栓性斑块并发症，导致心肌梗死、中风、不稳定型心绞痛等。

2.1 免疫系统

动脉粥样硬化也被认为是免疫系统参与的复杂过程[18-19]。入侵的病原体首先会遇到免疫系统，模式识别受体(pattern recognition receptor, PRR)家族，PRR可以分为两种：细胞溶质受体(如Retinoic Acid-Inducible Gene-I样受体和NOD样受体)和跨膜受体(包括C型凝集素受体和TLR)[20]。在动脉粥样硬化发生中，被广泛研究的是TLR，其被病原体相关分子模式激活。表达TLR及其配体的免疫细胞存在于动脉粥样硬化斑块中；TLR的活化可以促进炎症反应，如影响动脉粥样硬化疾病过程的细胞因子分泌和白细胞募集。其中，TLR2、TLR4和TLR9对巨噬细胞脂质摄取有刺激作用[21]。在ApoE-/-小鼠中，TLR2和TLR4有助于早期内膜泡沫细胞在主动脉敏感部位累积[22]。TLR3、TLR4和TLR9通过增强清道夫受体的表达来增加脂质摄取[21]。TLR信号传导主要通过细胞内髓系分化因子(myeloid differentiation primaryresponse protein 88, MyD88)依赖途径和MyD88非依赖性信号通路[23]。

通过MyD88介导的信号传导通路主要有2条：TLR介导的MAPK途径和TLR介导的MyD88/IRAK-NF-κB诱导激酶(NIK)/NF-κB途径[23]。在MyD88依赖途径中，TLR2和TLR4使用TIRAP/MAL作为与MyD88相互作用的桥梁。TLR的激活导致衔接蛋白MyD88与细胞内白介素1受体结构域的结合。在结合MyD88后，由于IL-1R相关激酶4(IRAK4)促进IRAK的磷酸化，IL-1R相关激酶1(IRAK1)将被激活。肿瘤坏死因子相关受体6(TRAF6)可以与磷酸化的IRAK4-IRAK1复合物结合。随后，IRAK1-TRAF6从TLR解离以激活另一种复合物，包括转化生长因子β活化激酶(TAK1)、TAK1-结合蛋白1(TAB1)和TAK1-结合蛋白2/3(TAB2/3)。活化的TAK1分别使MAPK和IKK复合物磷酸化，引起2条不同途径的信号转导[24]。(1)TAK1能够激活核因子κB(IκB)激酶复合物(IKK复合物)，使IκB蛋白磷酸化。IκB蛋白以无活性形式隔离细胞质中的NF-κB因子。在IκB磷酸化后，IκB降解。随后NF-κB释放和易位至细胞核，作用于NF-κB反应原件，激活不同促炎基因的转录。(2)TAK-1激活的另一条通路为MAPK信号通路，通过ERK、JNK和p38 三条级联反应，激活转录因子c-Jun，c-Jun转入细胞核，形成转录因子AP-1，调控IL-1、IL-6和TNF-α等炎症因子的转录。

在MyD88非依赖性途径中，TLR的激活导致含有TIR结构域的衔接子分子(TRIF，也称为TICAM-1)与细胞内TIR结构域结合。TRIF激活干扰素调节因子3(IRF3)，其激活靶基因的转录，包括I型干扰素。这可以通过TRAF介导，因为TRAF缺陷细胞不能诱导I型干扰素[24]。

脂质可以作为配体，例如饱和脂肪酸促进TLR4基因表达，而多不饱和脂肪酸抑制TLR4的激活。弱氧化型低密度脂蛋白(minimally modified low density lipoprotein, mmLDL)可以通过CD14/TLR4/MD-2激活巨噬细胞和内皮细胞，取决于MyD88；或通过激活独立于MyD88的TLR4而在巨噬细胞中产生活性氧[23]。ox-LDL通过CD36刺激TLR4/6异二聚体以促进炎症基因表达。但不是所有的TLR都是促动脉粥样硬化的，TLR3在动脉损伤和动脉粥样硬化中起保护作用。

2.2 促炎细胞因子与趋化因子

炎症细胞如巨噬细胞可以渗入脂肪组织并分泌炎性细胞因子。LDL被最小限度地修饰为mmLDL，然后通过巨噬细胞衍生的骨髓氧化酶氧化，例如内膜中的ox-LDL。促炎细胞因子和mmLDL增加选择素和VCAM-1表达，单核细胞受内皮细胞释放的促炎细胞因子的影响，进入内膜下。

内皮细胞和SMC在ox-LDL刺激后分泌单核细胞成熟因子例如巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)。单核细胞分化成巨噬细胞，利用清道夫受体AI和CD36吞噬脂蛋白[25]，并转化成泡沫细胞。泡沫细胞在斑块中积聚、凋亡，形成富含脂质的坏死核心。

其他炎性细胞如T淋巴细胞和树突状细胞通过分泌生长因子和促炎细胞因子如IFN-γ来辅助损伤形成。Ross根据损伤反应提出了内膜的结构变化[26]。巨噬细胞分泌生长因子促进SMC流入，胶原蛋白的产生和细胞外基质的沉积，在内皮下形成纤维帽。厚的纤维帽阻止斑块内促血栓形成的物质与血液接触[27]，从而产生成熟的纤维变性。纤维帽由I型胶原、不同数量的巨噬细胞和淋巴细胞以及少数SMC组成[28]。具有薄纤维帽的动脉粥样硬化斑块更可能破裂并可能引发缺血性中风。病理学研究[29]表明，这些“薄盖膜纤维性肌瘤”或脆弱的斑块被大的坏死核心识别，巨噬细胞增加和SMC数量减少。MMPs是纤维帽变薄和破裂的主要原因，将前血栓坏死核心暴露于血液和血小板，导致血栓形成[30]。

在炎症的生物标志物中，C-反应蛋白(C-reactive protein, CRP)、IL-6、 IL-1和TNF-α是重要的[31]，其中TNF-α是参与动脉粥样硬化的开始和发展的炎性细胞因子之一。它诱导NF-κB入核，这是炎症通路的关键因素。在动脉粥样硬化过程中，NF-κB诱导血管平滑肌/内皮细胞中VCAM-1、ICAM-1、MCP-1和E-选择蛋白的转录。TNF-α消耗内皮中的NO水平，导致内皮扩张减少，导致内皮功能障碍[32]。据报道，TNF-α通过蛋白激酶B(protein kinase B, Akt)的去磷酸化导致内皮细胞凋亡，导致内皮损伤[33]。

Husain等[34-35]的早期研究证明，在ApoE缺陷的动脉粥样硬化小鼠中，炎症途径中涉及的细胞趋化因子浓度升高，即TNF-α、MCP-1、Cox-2、TGF-β1、 诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase, iNOS)和锰超氧化物歧化酶(manganese superoxide dismutase, Mn-SOD)，证明血管炎症是动脉粥样硬化病理生理学中的一个整体过程。

损伤的巨噬细胞中的线粒体氧化应激通过促进NF-κB介导的单核细胞和其他炎症过程的进入来放大动脉粥样硬化病变的发展[36]。这一发现为动脉粥样硬化的治疗提供了新的思路。

3 动脉粥样硬化的相关临床研究

目前在预防动脉粥样硬化中的有效治疗药物如HMG-CoA还原酶抑制剂(他汀类药物)、乙酰水杨酸和RAS阻滞剂通过调节血管炎症来发挥其作用[37]。还有各种治疗剂和减少炎症过程的不同调节剂用于治疗动脉粥样硬化的相关临床研究。在这些药物中有噻唑烷二酮(格列酮类)、HMG-CoA还原酶抑制剂(他汀类药物)、乙酰水杨酸、ACE抑制剂和ATR阻断剂的衍生物。格列酮类是核过氧化物酶体增殖激活受体-γ的激活剂。已知格列酮消耗脂肪细胞中的TNF-α水平并消除TNF-α诱导的血管内皮中VCAM-1和ICAM-1的合成[38-39]。罗格列酮已被证明可以逆转CRP在血管内皮中的动脉粥样硬化活动的进展[40]。MMPs活性抑制剂以及疫苗目前正在开发过程和临床试验中[41]。在临床前和临床上已经有几种抗炎药用于治疗动脉粥样硬化性心血管疾病，如磷脂酶A2抑制剂[42]、脂蛋白磷脂酶A2抑制剂[43]、花生四烯酸5-脂氧合酶[44]、趋化因子基序配体2、趋化因子基序受体2抑制剂[45]、甲氨蝶呤[46]和IL-1途径抑制剂[47]。此外，5-HT2受体拮抗剂沙格雷酯可以抑制5-HT2A受体介导的相关反应，如血小板聚集、血栓形成等, 抑制动脉粥样硬化的发展[48]。

4 展望

随着科学研究的发展，越来越多学者开始研究动脉粥样硬化发生的相关机制，脂质和炎症是目前研究最多的内容，脂质过量沉积形成动脉粥样硬化斑块，炎症会使促炎细胞因子产生，加速动脉粥样硬化的形成，但动脉粥样硬化发生发展机制仍需进一步研究，为其治疗提供新思路和新靶点。