劉娜 資曉宏?

膠原在動脈粥樣硬化斑塊中的作用研究進(jìn)展

劉娜 資曉宏?

動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）是一種脂質(zhì)堆積、炎癥細(xì)胞浸潤、細(xì)胞外基質(zhì)增生為病理特征的慢性炎癥過程［1］。AS導(dǎo)致心腦血管意外在人類死亡原因中占重要地位，隨著動脈粥樣硬化研究的深入，動脈斑塊的穩(wěn)定性在心腦血管疾病的致病機制的作用逐漸清晰，不穩(wěn)定斑塊的突然破裂可直接栓塞下游的血管，裸露的含高凝物質(zhì)的核心接觸血液能迅速形成血栓導(dǎo)致缺血事件發(fā)生［2］。研究表明頸內(nèi)動脈存在粥樣斑塊者發(fā)生腦梗死的危險是不伴粥樣斑塊者的3倍，存在非鈣化斑塊及斑塊表面不規(guī)則者發(fā)生腦梗死的危險性增加［3］。在AS病變的不同階段斑塊展現(xiàn)出不同的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成，斑塊的穩(wěn)定性與覆蓋在脂核管腔面的斑塊纖維帽的組成與厚度及分布情況密切相關(guān)［4］。纖維帽的抗機械強度的能力越強，斑塊就越穩(wěn)定，而在纖維帽的細(xì)胞外基質(zhì)中，膠原是重要的構(gòu)成成分，所以膠原的產(chǎn)生增多形成硬化斑塊是維持斑塊穩(wěn)定性的重要因素［5］。目前膠原在動脈粥樣硬化斑塊形成中起的作用值得探討，本文結(jié)合國內(nèi)外最新進(jìn)展做一綜述。

1 膠原

膠原是最主要的細(xì)胞外基質(zhì)成分，膠原蛋白是由三條肽鏈（α1、α2、α3）呈螺旋形纏繞而成的繩索狀分子。根據(jù)這三條肽鏈結(jié)構(gòu)的不同，迄今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了27種膠原，在動脈壁中其由內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞及成纖維細(xì)胞共同合成。I、III型膠原蛋白是粥樣斑塊的主要成分，其與AS的相關(guān)性研究已經(jīng)有較多報道［6］。早在1987年Shekhonin及其同事［7］即提出各種類型膠原成分在動脈壁中的分布情況與AS的進(jìn)展程度密切相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)I型膠原占動脈壁膠原總量的2/3，是動脈內(nèi)膜和外膜最主要的成分，且在動脈中膜明顯沉積，III型膠原占動脈壁膠原總量的比例隨I型膠原不斷蓄積與粥樣硬化的發(fā)展而有輕度下降［8］。近年有動物實驗進(jìn)一步證實動脈粥樣硬化組家兔主動脈壁內(nèi)I型膠原比正常對照組明顯增高［6］。但是Purushothaman等［9］發(fā)現(xiàn)糖尿病患者動脈粥樣硬化斑塊內(nèi)III型膠原沉積量較非糖尿病患者的動脈斑塊內(nèi)多。

膠原在動脈粥樣硬化中的作用包括構(gòu)成粥樣斑塊的主要成分堵塞血管，參與斑塊的鈣化，促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移、增殖，促進(jìn)脂質(zhì)沉積、潴留，與血小板相互作用促進(jìn)血小板聚集、血栓形成，此外膠原糖化可能促進(jìn)動脈硬化的發(fā)

生發(fā)展。膠原纖維的結(jié)合受體主要有細(xì)胞膜表面的整合素（α1β1、α2β1）及盤狀結(jié)構(gòu)域受體酪氨酸激酶受體（DDR1、DDR2）。

2 膠原與平滑肌細(xì)胞的增生和遷移

在AS的病變過程中，血管平滑肌細(xì)胞經(jīng)歷從靜態(tài)收縮表型到增生合成表型的過渡，在這一過程中膠原起了關(guān)鍵作用。在斑塊的形成過程中，血管平滑肌細(xì)胞產(chǎn)生的膠原蛋白顯著增加，約占斑塊內(nèi)總蛋白的60%。反過來由平滑肌細(xì)胞合成的膠原又通過受體介導(dǎo)的信息反饋來影響平滑肌細(xì)胞的表型及行為。血管平滑肌細(xì)胞的增生是影響動脈粥樣斑塊發(fā)生發(fā)展的重要成分，而I型膠原是血管平滑肌細(xì)胞增生的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因素。Koyama及其同事在多聚體型I型膠原平板上接種平滑肌細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，I型膠原通過上調(diào)細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制體p27Kip1和p21Cip1使得平滑肌細(xì)胞保持靜態(tài)［10-11］。在多聚體型I型膠原凝膠中懸浮培養(yǎng)的平滑肌細(xì)胞亦表現(xiàn)為生長抑制。還有體內(nèi)試驗研究證實多聚體型I型膠原纖維具有抗細(xì)胞增生的作用［12］。相反，在單聚體型I型膠原平板或可溶性I型膠原懸液中培養(yǎng)接種平滑肌細(xì)胞，I型膠原能通過激活磷脂酶C與P12K途徑刺激細(xì)胞的增生。此外，可溶性I型膠原與血小板源生長因子通過PDGFRβ受體和整合素α2β1受體的相互交聯(lián)協(xié)同刺激細(xì)胞增生。VIII型膠原，膠原中的一種短鏈分子。在血管損傷或動脈粥樣硬化病變中，平滑肌細(xì)胞與巨噬細(xì)胞大量分泌VIII型膠原。平滑肌細(xì)胞通過DDR和整合素受體（α1β1、α2β1）與VIII型膠原粘附在一起。有人從野生型小鼠與VIII型膠原基因敲除小鼠分別獲得平滑肌細(xì)胞并培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，野生型細(xì)胞合成VIII型膠原并能掩蓋I型膠原，即使在多聚I型膠原環(huán)境中，平滑肌細(xì)胞亦能大量增生［13］。因此，不同類型的膠原或不同物理構(gòu)象的膠原都能對平滑肌細(xì)胞的增生產(chǎn)生不同的影響。通過DDR1基因敲除小鼠模型，研究人員發(fā)現(xiàn)，DDR1在動脈損傷后的動脈內(nèi)膜增生過程中起重要作用［14］。DDR1基因敲除細(xì)胞在I型膠原和Ⅷ型膠原環(huán)境中表現(xiàn)為細(xì)胞增生受到抑制、遷移速度減慢，同時MMPs活性下降。此外，DDR1基因敲除與DDR1基因正常小鼠相比，其動脈粥樣斑塊中平滑肌細(xì)胞聚集數(shù)量無明顯差別，但斑塊大小、巨噬細(xì)胞聚集數(shù)量較后者減少，而細(xì)胞外基質(zhì)卻有顯著增加。因此，DDR1不是斑塊內(nèi)平滑肌細(xì)胞浸潤的關(guān)鍵，但確實影響了細(xì)胞外基質(zhì)的合成與積累。

血管平滑肌細(xì)胞從動脈中膜遷移至動脈內(nèi)膜是動脈粥樣斑塊擴大形成斑塊核心的重要組成部分。其遷移過程包含粘附、播散、移位等多個步驟，每一個步驟均受到細(xì)胞外基質(zhì)分子的調(diào)節(jié)作用。體外實驗發(fā)現(xiàn)平滑肌細(xì)胞能在I型膠原平板上移動，膠原的聚合狀態(tài)影響平滑肌細(xì)胞的遷移速度，細(xì)胞在單聚體型膠原纖維上的遷移速度比在多聚體型膠原纖維上細(xì)胞遷移速度更快。更深入的研究發(fā)現(xiàn)，多聚體型I型膠原能抑制平滑肌細(xì)胞多個基因的表達(dá)，其中包括在細(xì)胞粘附、調(diào)節(jié)細(xì)胞形狀及細(xì)胞運動中發(fā)揮重要作用的α-輔肌動蛋白［15］。與此類似，在多聚體型I型膠原懸液中培養(yǎng)的平滑肌細(xì)胞也表現(xiàn)為肌動蛋白結(jié)合蛋白合成、局部粘附受抑制，局部粘附點激酶磷酸化程度下降。因此，多聚體型I型膠原能抑制血管平滑肌細(xì)胞的遷移。

研究表明平滑肌細(xì)胞必須降解I型膠原才能跨越或侵入膠原凝膠［16］。膠原纖維的蛋白水解產(chǎn)物能影響平滑肌細(xì)胞的行為。細(xì)菌膠原酶降解產(chǎn)生的膠原片段能快速分散粘附聚集的平滑肌細(xì)胞集合體，促進(jìn)細(xì)胞遷移與基質(zhì)的釋放。I型膠原降解通過上調(diào)腱糖蛋白C間接促進(jìn)平滑肌細(xì)胞的遷移與增生。膠原降解片段通過整合素受體（αⅤβ3）促進(jìn)ERK1/2依賴性腱糖蛋白C的合成，腱糖蛋白C又刺激平滑肌細(xì)胞的增生與遷移。

3 膠原干預(yù)炎癥反應(yīng)

從血流中招募單核細(xì)胞并累積至血管壁中是動脈粥樣硬化的早期事件。在血管內(nèi)皮細(xì)胞下，單核細(xì)胞被激活成為巨噬細(xì)胞，然后吞噬脂質(zhì)，分泌炎癥因子，同時還分泌蛋白酶，其中蛋白酶包括金屬基質(zhì)蛋白酶（MMPs）、組織蛋白酶、血纖維蛋白溶酶。巨噬細(xì)胞逐漸分化從圓形漂浮細(xì)胞變成極化細(xì)胞，其能與斑塊內(nèi)的細(xì)胞外基質(zhì)相互作用，并在細(xì)胞基質(zhì)中遷移。膠原在巨噬細(xì)胞的分化、遷移、炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生及基質(zhì)蛋白酶分泌等多方面調(diào)節(jié)了巨噬細(xì)胞的功能。細(xì)胞培養(yǎng)表明，I型膠原基質(zhì)可誘導(dǎo)單核細(xì)胞行為及表型的顯著變化，附著于I型膠原使得單核細(xì)胞分化為巨噬細(xì)胞，促進(jìn)其細(xì)胞播散及吞噬能力［17］。在膠原基質(zhì)環(huán)境中，巨噬細(xì)胞產(chǎn)生和分泌更多的佛波醇肉豆蔻酸乙酸酯超氧化產(chǎn)物和前列腺素E2。前列腺素E2通過EP2和EP4受體激活蛋白激酶A（PKA）和PKB/Akt途徑，反過來促進(jìn)前列腺素A2的分泌。而前列腺素A2在動脈粥樣硬化早期對低密度脂蛋白堆積起關(guān)鍵性作用。巨噬細(xì)胞主要通過整合素受體、DDR、清道夫受體A三種膠原受體與膠原作用。一般情況下，整合素α2β1在巨噬細(xì)胞一般維持在低表達(dá)水平，但是在吞噬活動中整合素受體α1β1的表達(dá)上調(diào)，整合素α1β1的關(guān)鍵作用在一個載脂蛋白基因敲除小鼠動脈粥樣硬化模型中有所體現(xiàn)，有α1整合素缺陷的載脂蛋白基因敲除小鼠形成較小的動脈硬化斑塊，斑塊內(nèi)巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞含量較α1整合素正常的載脂蛋白基因敲除小鼠明顯減少。研究表明α1整合素有致動脈粥樣硬化和炎癥的作用。清道夫受體介導(dǎo)巨噬細(xì)胞與I型、III型膠原、糖化IV型膠原的粘附［18］，膠原通過清道夫受體調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞吞噬低密度脂蛋白的能力。DDRs還在單核細(xì)胞的活化及其分化的過程中起重要作用。過度表達(dá)DDR1α可促進(jìn)巨噬細(xì)胞對膠原基質(zhì)侵襲，而過度表達(dá)DDR1β可通過激活p38絲裂原活化蛋白激酶和NF-κB途徑促進(jìn)單核細(xì)胞分化和分泌細(xì)胞因子。有人通過DDR1基因及低密度脂蛋白受體基因敲除小鼠建立的動脈粥樣硬化模型發(fā)現(xiàn)，DDR1基因敲除組小鼠形成的動脈硬化斑塊比DDR1基因正常組小鼠的動脈硬化斑塊小60%，且斑塊大小的減少與其斑塊內(nèi)巨噬細(xì)胞堆積減少呈正相關(guān)，而且DDR1基因敲除組小鼠的MMP-2，9，14的表達(dá)減少，使得其不能產(chǎn)生足夠的蛋白裂解酶侵襲斑塊。Franco及其同事［19］進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)來自有DDR1基因缺陷小鼠的巨噬細(xì)胞對Ⅳ型膠原的粘附能力下降，同時，單核細(xì)胞趨化蛋白-1減少導(dǎo)致巨噬細(xì)胞對Ⅳ型膠原的侵襲力減弱。因此，膠原通過DDR1對吸引炎癥細(xì)胞至斑塊內(nèi)起重要的作用。

4 膠原的分解

動脈硬化斑塊由富含膠原纖維的纖維帽覆蓋，纖維帽的堅固程度是斑塊穩(wěn)定性的重要決定因素。斑塊破裂可導(dǎo)致下游血管栓塞，是急性心肌梗塞、腦梗死的重要病因，且其致殘率與病死率較高。導(dǎo)致斑塊破裂的重要因素是基質(zhì)金屬蛋白酶對膠原纖維的裂解作用。MMP通過降解細(xì)胞外基質(zhì)為平滑肌細(xì)胞及炎癥細(xì)胞的遷移排除障礙，并調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)的累積影響斑塊的大小。不少研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不同MMP在動脈粥樣硬化斑塊形成過程中起不同的作用。有人通過MMP-2基因敲除動脈硬化小鼠模型發(fā)現(xiàn)其動脈粥樣斑塊大小減小，同時斑塊內(nèi)平滑肌細(xì)胞及炎癥細(xì)胞浸潤減少［20］。MMP-9基因敲除小鼠模型亦得到類似結(jié)果，而且MMP-9過度表達(dá)使斑塊內(nèi)出血增多，纖維帽變薄。因此，MMP-2、MMP-9在AS斑塊形成過程中起促進(jìn)作用，并使得斑塊不穩(wěn)定。相反，MMP-3基因敲除小鼠較MMP-3基因正常小鼠卻形成了更大的含膠原纖維更多的斑塊。Lemaitre及其同事發(fā)現(xiàn)過度表達(dá)MMP-1使得動脈斑塊減少，膠原沉積減少［21］。因此MMP-1、MMP-3通過抑制細(xì)胞外基質(zhì)的堆積對動脈及粥樣斑塊的穩(wěn)定性起保護(hù)作用。還有人研究MMP-12與MMP-13基因敲除動脈粥樣硬化小鼠模型發(fā)現(xiàn)，MMP-12與MMP-13并不影響斑塊大小或斑塊內(nèi)細(xì)胞的堆積［22-23］。但是MMP-13基因敲除小鼠的斑塊表現(xiàn)為纖維帽內(nèi)膠原含量增多，膠原纖維增粗［23］。

5 總結(jié)

綜上所述，膠原纖維促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞增生遷移，反過來合成產(chǎn)生更多的膠原纖維。另一方面，膠原纖維刺激單核細(xì)胞轉(zhuǎn)化為巨噬細(xì)胞，并增強其吞噬低密度脂蛋白的能力與蛋白酶分泌能力。蛋白酶再促進(jìn)膠原的降解，膠原的降解又有助于上述細(xì)胞的遷移增生，如此循環(huán)，膠原在動脈粥樣硬化斑塊的形成過程中起著重要的作用。

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310016 浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院下沙院區(qū)（劉娜）410000 中南大學(xué)附屬湘雅三醫(yī)院（資曉宏）*通信作者