張 謙,李培華,岳文峰,馮文利綜述,阿拉坦高勒審校
(1.巴彥淖爾市醫(yī)院檢驗(yàn)科,內(nèi)蒙古 015000;2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010110;3.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院血液學(xué)研究所實(shí)驗(yàn)血液學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300020;4.內(nèi)蒙古大學(xué)生命科學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010021)
氧化型低密度脂蛋白促動脈硬化機(jī)制*
張 謙1,2,李培華1,岳文峰1,馮文利3綜述,阿拉坦高勒4△審校
(1.巴彥淖爾市醫(yī)院檢驗(yàn)科,內(nèi)蒙古 015000;2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010110;3.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院血液學(xué)研究所實(shí)驗(yàn)血液學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300020;4.內(nèi)蒙古大學(xué)生命科學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010021)
氧化型低密度脂蛋白; 溶血磷脂酰膽堿; 溶血磷脂酸; 動脈粥樣硬化
動脈粥樣硬化(As)是一種復(fù)雜的炎癥性疾病,主要癥狀為動脈壁增厚變硬,失去彈性及管腔狹小等。其伴隨的病理特征主要為動脈某些部位內(nèi)膜下脂質(zhì)沉積,伴有平滑肌細(xì)胞和纖維基質(zhì)成分的增殖,并逐步發(fā)展形成動脈硬化斑塊。研究發(fā)現(xiàn)低密度脂蛋白(LDL),尤其是氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)在As的發(fā)病形成過程中起著重要作用。
1.1 ox-LDL 動脈斑塊的生成源于脂蛋白通過脂蛋白脂肪酶(LPL)向動脈壁的黏附,單核細(xì)胞向內(nèi)皮細(xì)胞黏附,這一過程由趨化因子和細(xì)胞因子所介導(dǎo),單核細(xì)胞進(jìn)入內(nèi)皮下間隙吸收LDL特別是ox-LDL后轉(zhuǎn)變成巨噬細(xì)胞,這些巨噬細(xì)胞被困在動脈壁形成脂質(zhì)豐富的核心,細(xì)胞因子吸引中性粒細(xì)胞,然后又進(jìn)入內(nèi)皮下空間,平滑肌細(xì)胞保護(hù)動脈硬化斑塊,但是此過程會被金屬蛋白酶所阻斷[1]。在多種細(xì)胞類型中,如單核細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、血小板中存在低密度脂蛋白受體(LDLR)、低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白(LRP-1)和清道夫受體。這些受體在動脈硬化病變中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。在LDLR缺陷小鼠中,低劑量蛋白酶抑制劑可以發(fā)揮抗炎和抗氧化作用,從而減輕動脈粥樣硬化病變的發(fā)展[2]。
LDL如何被修飾曾一度存在爭議。起初認(rèn)為LDL是受內(nèi)皮細(xì)胞修飾,破損或死亡的內(nèi)皮細(xì)胞釋放蛋白和一些復(fù)合物會黏附于LDL,隨著LDL及其黏附物積累增加,其可以被巨噬細(xì)胞受體所識別,巨噬細(xì)胞吸收LDL成為ox-LDL[3];另一個假說則認(rèn)為:死亡的內(nèi)皮細(xì)胞釋放各種酶修飾LDL,使其能夠被巨噬細(xì)胞所識別,但是這個假說被體外實(shí)驗(yàn)所否定[4];氧化性的變化是轉(zhuǎn)化LDL成為細(xì)胞毒性形式的必要因素,使用低Cu2+和其他過渡金屬的DMEM培養(yǎng)基培養(yǎng)內(nèi)皮細(xì)胞,在加入Cu2+后,內(nèi)皮細(xì)胞的修飾作用得以恢復(fù),但是此修飾作用會被之后加入的EDTA、維生素E或低濃度的全血清所阻斷。至此,內(nèi)皮細(xì)胞修飾LDL的觀點(diǎn)為氧化反應(yīng)修飾LDL的觀點(diǎn)所取代[3]。參與低密度脂蛋白氧化的主要酶是NADPH氧化酶和過氧化物酶[4]。
1.2 溶血磷脂酰膽堿(LPC) LPC是ox-LDL的主要組成部分,在未氧化的LDL中,LPC僅占卵磷脂(PC)總含量的1%~5%。但在LDL氧化過程中,有40%~50%的PC由磷脂酶A2(PLA2)催化轉(zhuǎn)化為LPC。LPC是致動脈粥樣硬化脂蛋白中一種重要的磷脂組成成分[5]。體內(nèi)LPC主要有兩條生成路徑:(1)卵磷脂膽固醇酰基轉(zhuǎn)移酶(LCAT)可以催化PC產(chǎn)生LPC;(2)磷脂酶A2(PLA2)也可水解PC生成LPC。PLA2分為兩個類型:分泌性磷脂酶A2(sPLA2)和脂蛋白相關(guān)磷脂酶A2(Lp-PLA2)。目前為止,Lp-PLA2在動脈粥樣硬化過程中的生物學(xué)作用仍具有爭議,但現(xiàn)在有優(yōu)勢證據(jù)表明Lp-PLA2炎癥介質(zhì)產(chǎn)生溶血卵磷脂和氧化非酯化脂肪酸,這對促As病變和壞死核心的形成起到重要作用,從而導(dǎo)致更多的易損斑塊生成[6]。此外,Lp-PLA2在LPC、氧化脂肪酸產(chǎn)生、氧化磷脂降解中起著關(guān)鍵作用,因此認(rèn)為它可能還具有一定的抗動脈硬化效應(yīng)。最新研究表明,用高膽固醇飲食喂養(yǎng)光學(xué)透明斑馬魚幼體,氧化磷脂和LPC的水平明顯升高[7]。LPC可激活多種信號途徑,如:蛋白激酶C(PKC)、細(xì)胞外信號調(diào)控激酶、酪氨酸蛋白激酶、Ca2+等。研究表明,在多種細(xì)胞中,G2A作為LPC的受體通過Gq/11、G12/13激活Rho信號通路,促進(jìn)T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的遷移;通過G q/11、G12/13激活磷脂酶C(PLC)、Ca2+、cAMP或Rho信號通路,促進(jìn)肌動蛋白重排。LPC在血管壁在氧化應(yīng)激反應(yīng)下還可促進(jìn)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVEC)的凋亡[8]。在人動脈粥樣硬化斑塊中,局部LPC濃度升高可能是一個促進(jìn)血管細(xì)胞鈣化的因素[9]。
1.3 溶血磷脂酸(LPA) LPA又稱1-脂酰-甘油-3-磷酸酯,它是細(xì)胞膜在磷脂合成期間產(chǎn)生的小分子脂質(zhì)。每毫克LDL大約含有0.4nmol LPA,大約是高密度脂蛋白(HDL)中含量的四倍。積聚于As斑塊中的LPA是初級血小板活化的脂質(zhì)成分[10]。體內(nèi)LPA可由多種路徑生成:血小板衍生生長因子(PDGF)可刺激成纖維細(xì)胞、腦細(xì)胞和婦科腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生LPA;血小板在凝血酶的刺激下激活生成LPA。適度氧化或微弱氧化的LDL是LPA產(chǎn)生的另一個來源。已經(jīng)證明在靜態(tài)成纖維細(xì)胞中,磷脂酶D(PLD)水解LPC可產(chǎn)生LPA;PLC切割磷脂-4,5-二磷酸(PIP2)產(chǎn)生三磷酸肌醇(IP3)和甘油二酯(DAG),DAG在DAG激酶的作用下產(chǎn)生磷脂酸(PA),PA鏈上一個酰基被PLA2切割產(chǎn)生LPA,后兩個反應(yīng)是可逆的,LPA又可在溶血磷脂酸?;D(zhuǎn)移酶(LPAAT)作用下生成PA。但研究表明,血漿LPC的水平可受飲食供給的調(diào)節(jié),LPA通過LPC水解產(chǎn)生這個模型受到爭議[11]。LPA執(zhí)行其生物學(xué)功能是通過G蛋白偶聯(lián)受體LPA(1)-LPA(6),會導(dǎo)致血小板聚集,從而釋放血小板衍生生長因子,這種正反饋調(diào)節(jié)機(jī)制引起血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)的持續(xù)增長。作為LDL中一個主要生物活性脂質(zhì),激活內(nèi)皮細(xì)胞分泌多種炎癥多肽和蛋白。
LPA通過G蛋白偶聯(lián)受體LPA(1)-LPA(6)執(zhí)行其生物學(xué)功能。通過其受體,LPA會導(dǎo)致血小板聚集,從而釋放PDGF。這種正反饋調(diào)節(jié)機(jī)制引起血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)的持續(xù)增長。LPA作為LDL中一個主要生物活性脂質(zhì),可以激活內(nèi)皮細(xì)胞分泌多種炎癥多肽和蛋白,由于ox-LDL促進(jìn)LPA的產(chǎn)生,因此在動脈硬化組織中LPA的含量是正常組織的13倍。Bot等[10]等研究了在LDL受體基因敲除的小鼠在動脈硬化病變中LPA的平衡調(diào)節(jié)酶。從動脈硬化斑塊中提取脂質(zhì)和RNA,酶法和液相色譜質(zhì)譜分析顯示:LPC和LPA含量升高,LPA生成酶細(xì)胞質(zhì)磷脂酶A(2)(cPLA(2)IVA)和不依賴于鈣離子的磷脂酶A(2)[iPLA(2)VIA]增多,LPA水解α酶?;D(zhuǎn)移酶減少。因此,酶法干預(yù)抑制LPA的產(chǎn)生可能會作為一種潛在的治療動脈硬化的方法。
1.4 磷脂氧化產(chǎn)物 氧化磷脂(PL)在心血管疾病發(fā)生發(fā)展中具有的潛在作用。由于脂蛋白(a)[(Lp(a)]易于結(jié)合氧化磷脂[12],因此心血管疾病的發(fā)生發(fā)展也與Lp(a)密切相關(guān)。在氧化修飾LDL時,其中脂質(zhì)也可被修飾。磷脂在體內(nèi)諸如脂氧合酶的催化下,并經(jīng)隨后的酶或非酶的過程形成一系列氧化產(chǎn)物,如過氧化物、羥基類、酮類和醛類化合物。磷脂氧化產(chǎn)物中含有羰基的醛類、酮類化合物可與LDL受體發(fā)生反應(yīng),阻斷LDL在體內(nèi)的正常代謝,從而加速動脈硬化[13]。
2.1 誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷 動脈硬化伴隨著一系列內(nèi)皮細(xì)胞功能的改變:黏附分子(ICAM-1/VCAM-1)、P-選擇素和單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)表達(dá)上調(diào);鈣離子依賴性磷脂酶A2的活化,COX-2上調(diào)和花生四烯酸釋放;NO和內(nèi)皮細(xì)胞衍生舒張因子(EDHF)介導(dǎo)的血管舒張減少;內(nèi)皮細(xì)胞凋亡增加等。LPC激活caspase-3產(chǎn)生過氧化物會誘導(dǎo)HUVECs的凋亡[8]。氧化磷脂可誘導(dǎo)單核-內(nèi)皮細(xì)胞的相互作用,促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子表達(dá),致使單核細(xì)胞穿越進(jìn)入內(nèi)皮下間隙,并將單核細(xì)胞分化為巨噬細(xì)胞。本研究室在前期研究中發(fā)現(xiàn),用致動脈硬化的飲食喂養(yǎng)雪兔,實(shí)驗(yàn)組血漿LPC含量明顯增加。
LPC促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子(VCAM-1)和細(xì)胞間黏附分子(ICAM-1)的表達(dá)是通過與細(xì)胞膜上的特定受體發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。Kabarowski[14]報道在單核細(xì)胞或巨噬細(xì)胞膜上表達(dá)一種孤兒G蛋白偶聯(lián)受體2(G2A),LPC以高度親和力同其結(jié)合發(fā)揮作用;G2A介導(dǎo)LPC對巨噬細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞的趨化作用。與正常小鼠相比,敲除G2A的小鼠可以顯著抑制LPC對炎癥細(xì)胞的趨化作用,逆轉(zhuǎn)粥樣硬化病變。在內(nèi)皮細(xì)胞中,G蛋白偶聯(lián)受體4(GPR4)也是一個LPC潛在的G蛋白家族偶聯(lián)受體。有研究表明,LPC誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞機(jī)能障礙是由GPR4介導(dǎo)的,這表明GPR4可能在LPC誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)中起到重要作用。LPC也可抑制或激活MAPK,如p42/44和p38和PKC??傊?,LPC在血管系統(tǒng)的多種細(xì)胞中都起到重要的作用。
LPA通過活化小G蛋白A-絲蘇氨酸蛋白激酶(RhoARho)信號通路引起細(xì)胞肌動蛋白重組和細(xì)胞骨架改變,導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞滲透性增加。LDL在內(nèi)皮下間隙中沉積,之后被氧化成ox-LDL,從而引起內(nèi)皮細(xì)胞的損傷。LPA通過Gi蛋白信號通路刺激主動脈內(nèi)皮細(xì)胞(HAEC)表達(dá)VCAM-1,促進(jìn)HAEC與單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞的黏附。
2.2 促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞遷移和增殖 Komachi等[5]研究發(fā)現(xiàn)LPA及其受體LPA1介導(dǎo)LDL的促細(xì)胞增殖和遷移作用,而LPA的這種促細(xì)胞增殖作用被一種Gi/o蛋白的特異性抑制劑百日咳毒素(PTX)所抑制。這表明LPA是通過PTX敏感型Gi/o蛋白偶聯(lián)的LPA受體起刺激DNA合成的作用。LPA1受體經(jīng)特異性的siRNA處理后,LPA和LDL引起的DNA合成應(yīng)答被抑制。存在于ox-LDL中高濃度的LPC作為ox-LDL作用的媒介物,也能夠刺激血管平滑肌細(xì)胞增殖。本研究室在前期構(gòu)建的雪兔模型中發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)組雪兔(高脂飼料飼養(yǎng))主動脈內(nèi)出現(xiàn)肉眼可見的動脈硬化斑塊,并采用定磷法等實(shí)驗(yàn)技術(shù)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組雪兔血漿中的LPC的水平明顯降低,用試劑盒測定血漿中能使LPC分解為LPA的磷脂酶D的活性,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組雪兔血漿的磷脂酶D的活性明顯提高,同時,用LPA受體抑制劑處理細(xì)胞可以抑制LPC的促細(xì)胞增殖作用。此外,血管平滑肌細(xì)胞中的一種酶(Autotaxin,具有磷脂酶D活性)大量表達(dá),并且能催化LPC水解為LPA。由此可推斷,LPC與血管平滑肌細(xì)胞接觸時,很有可能其中的一部分轉(zhuǎn)化為LPA后再通過LPA受體介導(dǎo)下游的一系列信號途徑來刺激血管平滑肌細(xì)胞的增殖與遷移。
2.3 促進(jìn)泡沫細(xì)胞的形成 泡沫細(xì)胞的形成是As早期的變化。浸潤到血管內(nèi)皮下間隙的LDL,受氧化修飾后形成ox-LDL。一方面ox-LDL能促進(jìn)單核細(xì)胞向血管內(nèi)皮下聚集,促進(jìn)膽固醇流入巨噬細(xì)胞,抑制巨噬細(xì)胞膽固醇外流;另一方面ox-LDL則通過清道夫受體進(jìn)入巨噬細(xì)胞等內(nèi),通過分化等一系列作用最終導(dǎo)致泡沫細(xì)胞的形成。巨噬細(xì)胞吞噬ox-LDL后,由于ox-LDL的細(xì)胞毒作用,可刺激巨噬細(xì)胞分泌一種特定的巨噬細(xì)胞集落刺激因子(M-CSF)。M-CSF負(fù)責(zé)介導(dǎo)巨噬細(xì)胞的激活、分泌、增殖、聚集、退化,并進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)榕菽?xì)胞;同時M-CSF還能誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞表面清道夫受體的表達(dá),使ox-LDL攝取增多,導(dǎo)致動脈硬化的進(jìn)一步發(fā)生。LPC可減少內(nèi)皮下硫酸乙酰肝素蛋白多糖(HSPG),增加單核細(xì)胞向內(nèi)皮下基質(zhì)聚集,使血管壁上單核細(xì)胞滯留增加,繼而增加它們轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)載脂質(zhì)的泡沫細(xì)胞的機(jī)會。
2.4 促炎癥反應(yīng) ox-LDL中的某些脂類小分子,如LPC和LPA可以作為信號分子與細(xì)胞受體結(jié)合后激活基因的表達(dá),生成VCAM-1、ICAM-1、單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)、巨噬細(xì)胞集落刺激因子(M-CSF)、PAF、白細(xì)胞介素-1(IL-1)等多種促炎癥的細(xì)胞因子。VCAM-1、ICAM-1引起內(nèi)皮細(xì)胞機(jī)能障礙和血小板聚集[15]。MCP-1促進(jìn)單核細(xì)胞向內(nèi)皮細(xì)胞遷移,使之進(jìn)入內(nèi)皮下層并與內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)合。M-CSF則促進(jìn)單核細(xì)胞向巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化,成熟的巨噬細(xì)胞又可氧化LDL產(chǎn)生ox-LDL,形成惡性循環(huán)。IL-1和PAF則間接地促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞的增殖,從而加速As的炎癥反應(yīng)。見圖1。
綜上所述,ox-LDL及其所含生理活性脂質(zhì)LPC、LPA等與心血管、免疫和神經(jīng)系統(tǒng)、炎癥、動脈硬化和癌癥的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切,它們激活多種類型的G蛋白偶聯(lián)受體,調(diào)節(jié)細(xì)胞鈣離子的動態(tài)平衡,促進(jìn)細(xì)胞骨架重排,促進(jìn)細(xì)胞增殖和存活、遷移和黏附。因此,進(jìn)一步深入地研究ox-LDL及其所含生理活性脂質(zhì)對動脈粥樣硬化的影響,抑制LDL在體內(nèi)的氧化修飾過程,促進(jìn) HDL介導(dǎo)的膽固醇逆向運(yùn)輸[16],酶法干預(yù)抑制LPC、LPA的產(chǎn)生,拮抗LPC、LPA與As相關(guān)的受體及其信號通路,提高HDL-C水平[17],以及一些天然抗氧化劑和草藥的使用可能會導(dǎo)致生產(chǎn)氧化LDL的抑制,并可能減少動脈粥樣硬化的發(fā)展和進(jìn)展[18]。對防治動脈粥樣硬化性心腦血管疾病具有重要的意義。
[1]Tomkin GH.Atherosclerosis,diabetes and lipoproteins[J].Expert Rev Cardiovasc Ther,2010,8(7):1015-1029.
[2]Wilck N,F(xiàn)echner M,Dreger H,et al.Attenuation of early atherogenesis in low-density lipoprotein receptor-deficient mice by proteasome inhibition[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2012,32(6):1418-1426.
[3]Steinberg D,Witztum JL.Oxidized low-density lipoprotein and atherosclerosis[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2010,30(12):2311-2316.
[4]Peluso I,Morabito G,Urban L,et al.Oxidative stress in atherosclerosis development:the central role of LDL and oxidative burst[J].Endocr Metab Immune Disord Drug Targets,2012,12(4):351-360.
[5]Komachi M,Damirin A,Malchinkhuu E,et al.Signaling pathways involved in DNA synthesis and migration in response to lysophosphatidic acid and low-density lipoprotein in coronary artery smooth muscle cells[J].Vascul Pharmacol,2009,50(5/6):178-184.
[6]Chauffe RJ,Wilensky RL,Mohler ER 3rd.Recent developments with lipoprotein-associated phospholipase A2inhibitors[J].Curr Atheroscler Rep,2010,12(1):43-47.
[7]Fang L,Harkewicz R,Hartvigsen K,et al.Oxidized cholesteryl esters and phospholipids in zebrafish larvae fed a high cholesterol diet:macrophage binding and activation[J].J Biol Chem,2010,285(42):32343-32351.
[8]Park S,Kim JA,Choi S,et al.Superoxide is a potential culprit of caspase-3dependent endothelial cell death induced by lysophosphatidylcholine[J].J Physiol Pharmacol,2010,61(4):375-381.
[9]Vickers KC,Castro-Chavez F,Morrisett JD.Lyso-phosphatidylcholine induces osteogenic gene expression and phenotype in vascular smooth muscle cells[J].Atherosclerosis,2010,211(1):122-129.
[10]Bot M,Bot I,Lopez-Vales R,et al.Atherosclerotic lesion progression changes lysophosphatidic acid homeostasis to favor its accumulation[J].Am J Pathol,2010,176(6):3073-3084.
[11]Block RC,Duff R,Lawrence P,et al.The effects of EPA,DHA,and aspirin ingestion on plasma lysophospholipids and autotaxin[J].Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids,2010,82(2/3):87-95.
[12]Yoshida H.Front line of oxidized lipoproteins:role of oxidizedlipoproteins in atherogenesis and cardiovascular disease risk[J].Rinsho Byori,2010,58(6):622-630.
[13]Feige E,Mendel I,George J,et al.Modified phospholipids as anti-inflammatory compounds[J].Curr Opin Lipidol,2010,21(6):525-529.
[14]Kabarowski J H.G2Aand LPC:regulatory functions in immunity[J].Prostaglandins Other Lipid Mediat,2009,89(3/4):73-81.
[15]Bercher M,Hanson B,van Staden C,et al.Agonists of the orphan human G2Areceptor identified from inducible G2Aexpression and beta-lactamase reporter screen[J].Assay Drug Dev Technol,2009,7(2):133-142.
[16]Adameova A,Xu YJ,Duhamel TA,et al.Anti-atherosclerotic molecules targeting oxidative stress and inflammation[J].Curr Pharm Des,2009,15(27):3094-3107.
[17]Barter P.HDL-C:role as a risk modifier[J].Atheroscler Suppl,2011,12(3):267-270.
[18]Ahmadvand H,Bagheri S,Khosrobeigi A,et al.Effects of olive leaves extract on LDL oxidation induced-CuSO(4)in vitro[J].Pak J Pharm Sci.2012,25(3):571-575.
10.3969/j.issn.1673-4130.2015.03.041
A
1673-4130(2015)03-0382-04
2014-10-25)
高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目(20091501110001);國家自然基金資助項(xiàng)目(31160184)。 作者簡介:張謙,男,檢驗(yàn)技師,主要從事細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的相關(guān)研究?!?/p>
,E-mail:zhang2005qian2006@126.com。