瘦素参与动脉粥样硬化形成机制的研究进展

杜昭启，臧晗伟，杨丽娟，李伟

（1.滨州医学院附属医院心脏大血管外科，山东滨州 256600；2.滨州医学院附属医院医学研究中心，山东滨州 256600）

据报道，2019 年我国罹患心血管疾病人数达3.3亿，其发病原因与饮食结构改变、吸烟、肥胖及糖尿病等有关，心血管疾病的发病率和死亡率居我国所有疾病之首［1］。动脉粥样硬化是冠状动脉和大血管最常见的病变，也是大部分心血管疾病发病的重要原因，如心肌梗死、脑梗死、大血管及周围血管病。内皮细胞、平滑肌细胞、巨噬细胞功能改变和炎性细胞浸润在动脉粥样硬化的形成过程中起着至关重要的作用。瘦素（leptin）是脂肪细胞合成和分泌的激素，除调节机体代谢外，还参与了心血管功能、免疫功能、内分泌功能的调节以及肿瘤的进展［2］。在心血管系统，瘦素通过调控血管内皮细胞、平滑肌细胞和巨噬细胞等的功能参与了动脉粥样硬化的形成。现就瘦素对动脉粥样硬化形成过程中相关细胞的调控进行综述。

1 瘦素概述

Friedman等通过实验发现并首次合成了由肥胖（ob）基因编码的多肽类激素，命名为瘦素。瘦素是由167 个氨基酸组成的多肽，主要由白色脂肪细胞合成和分泌，瘦素通过与下丘脑弓状核的受体结合，可以减少饮食并参与能量稳态的调节，此外瘦素广泛参与了心血管、免疫和内分泌等多系统的功能活动及肿瘤的发生发展。瘦素的分泌具有昼夜节律性，夜间分泌量明显比日间多，且呈脉冲式分泌［3］。在生理浓度下，瘦素对心血管系统表现为保护作用，但浓度超过生理范围或处于高瘦素血症状态下，其保护作用则变成危险因素。如瘦素在生理水平具有舒张血管作用，对心肌无明显影响；超过生理范围的瘦素则促进氧自由基生成，导致心肌细胞损伤，促进动脉粥样硬化进程。进入血液循环的瘦素以游离或与球蛋白结合的形式运输，到达靶细胞后与瘦素受体（obese receptor，ob⁃R）结合发挥生物学作用。ob⁃R是由糖尿病基因（diabetes gene，db）编码的跨膜受体，有胞外结构域、跨膜结构域和胞内结构域，根据胞内结构域的不同分为6 种异构体（ob⁃Ra～f）［4］。其中，ob⁃Rb 具有较长的胞内区，称为长型受体；ob⁃Ra、ob⁃Rc、ob⁃Rd、ob⁃Rf 为短型受体；ob⁃Re 只含胞外结构域，为可溶性受体。除下丘脑外，ob⁃R 还广泛分布于血管、消化道、肺、性腺、胎盘、胸腺等组织器官。ob⁃R 在正常血管、病变血管和粥样硬化斑块中均有表达［5］。瘦素与其受体结合通过调控下游信号通路从而影响血管内皮细胞、血管平滑肌细胞和巨噬细胞的生物学功能，参与动脉粥样硬化的进展。

2 瘦素与血管平滑肌细胞

2.1 瘦素对血管平滑肌增殖、迁移能力的影响

生理情况下，血管平滑肌细胞通过舒缩功能调节血管壁的张力，维持管腔的形状和大小。在各种致病因素刺激下，血管平滑肌细胞被激活发生表型转换。血管平滑肌细胞由收缩表型转换为合成表型，合成和分泌多种基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）和趋化因子，且分泌表型的血管平滑肌细胞具有更强的增殖和迁移能力。血管平滑肌细胞的增殖导致血管壁增厚，管腔变小，收缩能力降低。增殖的血管平滑肌细胞向内皮下迁移，吞噬脂肪细胞成为泡沫细胞，促进动脉粥样硬化的发生［6⁃7］。外源性瘦素与小鼠血管平滑肌细胞上的ob⁃R 结合，促进血管平滑肌细胞的增殖和迁移，且呈现出明显的剂量依赖性［8］。瘦素不但促进血管平滑肌细胞的增殖和迁移，还可抑制其凋亡［9］。进一步研究提示，瘦素对血管平滑肌细胞的作用是通过激活丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路和磷脂酰肌醇⁃3 激酶（PI3K）通路实现的［6］。Shan等［10］构建瘦素基因纯和突变（ob/ob）和ob⁃R 基因纯和突变（db/db）小鼠，研究瘦素对血管平滑肌细胞的作用及其作用机制，证实瘦素促进小鼠血管平滑肌细胞增殖的作用是通过磷脂酰肌醇⁃3 激酶⁃蛋白激酶B⁃哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（PI3K⁃AKT⁃mTOR）信号通路实现的。对人血管平滑肌细胞的研究也得到了同样的结论［11］。此外，多项研究表明瘦素还可通过酪氨酸激酶2/转录激活因子3（JAK2/STAT3）和核因子κB（NF⁃κB）通路调节血管平滑肌细胞的肥大、增殖［12］。血小板反应蛋白1（thrombospondin⁃1，TSP⁃1）是一种重要的细胞外基质糖蛋白，可促进血小板聚集和激活、血管平滑肌细胞增殖和迁移，从而导致动脉粥样硬化的发生发展［13］。高浓度的瘦素可上调人和大鼠血管平滑肌细胞TSP⁃1 的表达，提高血管平滑肌细胞的增殖能力［14］。以上研究表明高浓度的瘦素通过多种分子和信号通路促进血管平滑肌细胞的增殖，加速动脉粥样硬化的发生发展。然而也有不同的研究结果，Bohlen 等［15］用高浓度的瘦素处理血管平滑肌细胞，与对照组相比，ob⁃R 的表达下调，血管平滑肌细胞的数量明显减少。血管紧张素Ⅱ可引起血管平滑肌细胞的增殖，Rodríguez 等［16］收集Wistar 大鼠、自发性高血压大鼠和ob⁃R 缺陷的胰岛素抵抗大鼠（Zucker fa/fa 大鼠）的血液及动脉血管，分析瘦素对血管平滑肌细胞的影响，结果却发现瘦素通过一氧化氮依赖机制抑制血管紧张素II诱导的血管平滑肌细胞增殖。出现上述不同的实验结果可能是由于瘦素抵抗或动物实验时胰岛素抵抗的影响。

2.2 瘦素促进血管平滑肌细胞分泌MMPs

MMPs 是一类可以广泛降解细胞外基质中各种蛋白的酶，MMPs 参与粥样硬化血管内膜损伤，通过分解细胞外基质促进血管平滑肌细胞从中膜向内膜下的迁移和泡沫细胞的形成、血管重构，与动脉粥样硬化的形成密切相关。MMP⁃2、MMP⁃9 和MMP⁃3是动脉粥样硬化形成的关键酶［11，17］。瘦素刺激血管平滑肌细胞分泌MMP⁃2，促进血管平滑肌细胞增殖和从中膜向内膜的迁移，且在斑块破裂中也发挥着重要作用［18］。liu 等［19］利用ob/ob 小鼠通过颈动脉结扎法建立颈动脉内膜损伤斑块形成动物模型，结果发现与ob/ob 组小鼠相比，给予外源性瘦素处理可明显提高血管平滑肌细胞MMP⁃9 表达，加速血管重构；进一步实验证实瘦素通过ob⁃R/MAPK/ERK 通路激活转录因子活化蛋白1（activating protein⁃1，AP⁃1），AP⁃1 与MMP⁃9 启动子区结合促进MMP⁃9转录。

2.3 瘦素促进血管平滑肌的钙化

血管钙化是动脉粥样硬化常见的病理表现，以往的研究认为钙磷代谢紊乱导致钙盐沉积于血管壁从而引发了血管钙化，但近来研究认为血管钙化更加类似于一种骨形成的病理过程［20］。瘦素可诱导血管平滑肌细胞转变为成骨细胞表型，瘦素激活细胞外信号调剂激酶1/2（ERK1/2）信号通路，促进成骨细胞和钙化特异性蛋白的表达，如转录激活因子Runx2、核因子κB受体活化因子配体（RANKL）和骨形成蛋白4（BMP4）等，诱导血管平滑肌细胞钙化［21⁃22］。Zeadin 等［23］研究 显示，载脂蛋白E 敲 除（ApoE−/−）小鼠每日腹腔注射瘦素（125 μg/只），8 周后，与对照组相比，血管粥样硬化面积差异无统计学意义，但Von Kossa硝酸银钙盐染色结果显示主动脉根部钙化程度明显升高，碱性磷酸酶染色和成骨钙化特异性标志物显著增加，提示瘦素促进平滑肌细胞的成骨分化和钙化从而增加了心血管疾病的风险。Szulc等［24］收集了社区548例50～85岁男性血液样本检测瘦素水平，并随访了448名男性3～7.5年的胸部正侧位片，通过Kauppila’s 半定量统计分析发现，老年男性瘦素水平与腹主动脉钙化严重程度、快速进展的腹主动脉钙化呈正相关，且此因素是不依赖于吸烟、低密度脂蛋白和三酰甘油的独立因素。因此，无论是细胞水平、实验动物水平和人类整体水平的研究均提示瘦素具有促血管平滑肌细胞钙化的作用。

3 瘦素与巨噬细胞

巨噬细胞是人体内重要的免疫细胞，根据活化途径和功能不同，分为经典活化型（M1型）和替代活化型（M2 型）［25⁃26］。巨噬细胞吞噬氧化的低密度脂蛋白（oxLDL）形成巨噬细胞源性泡沫细胞，从而加速动脉粥样硬化的形成。胆固醇稳态的变化可影响巨噬细胞炎性状态，降低胆固醇可促进M1 型巨噬细胞转变为抗炎的M2 型。酰基辅酶A⁃胆固醇酰基转移酶（ACAT⁃1）是一种催化胆固醇合成的酶，可抑制巨噬细胞中胆固醇酯的外流，促进胆固醇酯在巨噬细胞的累积；瘦素可上调ACAT⁃1 合成，加速动脉粥样硬化的进展［27］。Kjerrulf 等［28］利用流式细胞术分析小鼠腹腔巨噬细胞发现，与对照组相比，ob/ob 小鼠巨噬细胞和巨噬细胞源性泡沫细胞明显减少；高效液相色谱分析胆固醇在巨噬细胞的累积，显示ob/ob 小鼠巨噬细胞摄取乙酰化低密度脂蛋白（Ac⁃LDL）的能力降低，提示瘦素促进巨噬细胞的活化和炎性反应，促进巨噬细胞源性泡沫细胞形成。另一方面，瘦素通过ob⁃R 促进巨噬细胞的自噬，降低动脉粥样硬化的发生。瘦素上调巨噬细胞自噬相关基因（如ATG5）表达，自噬增加，从而使胞内胆固醇等脂质降解，预防泡沫细胞的形成。细胞实验发现，在小鼠单核巨噬细胞白血病细胞（RAW264.7细胞）中，瘦素表现出了轻度促自噬作用，在小鼠脂肪细胞则表现出中度促自噬作用，且其作用可被瘦素受体拮抗剂完全阻断，说明瘦素通过ob⁃R 发挥促自噬作用，但对不同细胞表现出不同的自噬动力学特点［29］。以上研究显示瘦素对巨噬细胞的作用呈现多样性，可能由于实验条件的不同，且动物水平的实验不能排除瘦素通过如下丘脑等非直接机制影响巨噬细胞功能。

4 瘦素与内皮细胞

4.1 内皮细胞功能障碍

内皮细胞功能障碍是指内皮细胞功能的非适应性改变，是动脉粥样硬化的早期病变，主要体现在血管局部张力改变，炎症反应和氧化还原失衡等［30］。大量临床和动物实验证实高瘦素血症是导致内皮细胞功能障碍的重要危险因素之一。研究发现，高浓度瘦素处理人或动物内皮细胞，将提高多种炎性因子的表达，如C 反应蛋白（CRP），肿瘤坏死因子α（TNF⁃α），白细胞介素6（IL⁃6）和单核细胞趋化蛋白1（MCP⁃1）等［31⁃33］。瘦素与内皮细胞膜受体结合影响内皮细胞氧化应激和内皮祖细胞的血管修复，导致内皮细胞功能障碍。研究发现JAK2/STAT3，PI3K/AKT，NF⁃κB等信号通路在其中具有关键作用，且处理因素不同、瘦素剂量不同内皮细胞对瘦素的反应不同［32，34］。Wang 等［35］以隔日给药的方式腹腔注射重组瘦素1 周，通过肠系膜小动脉造影术发现瘦素处理的腹腔神经节切除组小鼠血管内皮依赖性血管舒张功能严重受损，去除肠系膜交感神经可逆转瘦素的作用，这一结果提示瘦素可能与交感神经共同作用导致内皮细胞功能障碍。

4.2 氧化应激

氧化应激是体内氧化⁃抗氧化作用失衡，大多表现为氧化增强、大量活性氧（reactive oxygen species，ROS）产生的一种状态。早在1999 年就有研究人员发现100 ng/mL 浓度下，瘦素与内皮细胞膜上的受体结合，导致内皮细胞ROS 生成和氧化应激损伤［36］。瘦素通过调控ROS 的生成触发内皮细胞氧化应激，导致内皮细胞舒张功能障碍，加速动脉粥样硬化形成［33］。Teixeira等［34］发现1，25⁃二羟胆钙化醇可通过核因子⁃红细胞2相关因子2（Nrf2）信号通路减少高浓度瘦素引起的超氧阴离子生成和内皮细胞炎症损伤，提示瘦素可导致内皮细胞氧化应激损伤和炎症反应。然而，瘦素浓度、处理时间和内皮细胞处理条件的不同，可能出现不同的研究结果。体外细胞实验发现瘦素通过AMPK/AKT 途径促进内皮型一氧化氮合酶（eNOS）增加，一氧化氮（NO）产生增加而舒张血管。长时间给予瘦素导致瘦素抵抗此作用消失，出现内皮细胞舒张功能障碍［37］。杨涛等［38］对人脐静脉血管内皮细胞（EVC⁃304 细胞）进行缺氧⁃复氧处理，测定乳酸脱氢酶（LDH）、丙二醛（MDA）和超氧化物歧化酶（SOD）的释放量，结果发现不同浓度瘦素预处理均可降低缺氧、缺氧⁃复氧所导致的内皮细胞氧化应激损伤。

5 总结与展望

综上所述，瘦素作为脂肪细胞分泌的激素，除影响能量代谢外，对心血管系统也有重要的作用，瘦素通过不同的信号通路影响血管平滑肌细胞、巨噬细胞、内皮细胞等的表型和功能，进而影响动脉粥样硬化的形成，这些研究为动脉粥样硬化和相关疾病的防治提供了新思路。但瘦素在心血管尤其是动脉血管的研究尚不完善，在不同的实验条件下瘦素呈现不同的作用，这可能是由于瘦素浓度和处理时间不同、实验对象不同，且在体条件下，不能排除瘦素通过下丘脑间接发挥作用及瘦素抵抗的存在。随着高通量测序和生物信息学等技术的迅速发展，建立瘦素调控动脉粥样硬化形成的网络，以全面系统了解瘦素在动脉粥样硬化发病进程中的作用将成为可能。不仅仅局限于动脉粥样硬化，瘦素调节血管平滑肌细胞、内皮细胞和巨噬细胞等的功能也可为其他血管性疾病，如动脉夹层、动脉瘤和动脉炎等的预防、诊断和治疗拓展新思路。