張仲迎，高歌，李瑩，郝立曉，佀思聰，魏占云，李耘

同型半胱氨酸（Hcy）是一種含硫的非必需氨基酸，是由甲硫氨酸和半胱氨酸代謝過程中產生的中間產物[1]。有研究顯示，Hcy及其再甲基化過程中的產物S -腺苷同型半胱氨酸（AdoHcy）可能是動脈粥樣硬化性心血管病的獨立危險因素[2]，亦與骨質疏松[1]、帕金森、抑郁、認知功能受損等疾病相關[3]。Hcy致心血管疾病的分子生物學機制尚不明確，可能通過影響一氧化氮合成[4]、下調硫化氫信號通路[5]、激活氧化應激機制、干擾脂質代謝[6]、蛋白質的同型半胱氨酸化[7]、DNA及RNA的低甲基化[8,9]等機制導致血管內皮損傷及動脈粥樣硬化形成。

氧化應激通過氧化作用、促進局部炎癥反應、損傷血管內皮細胞、誘導血管基因的改變和參與影響信號轉導途徑等多方面參與心血管疾病的發(fā)生及發(fā)展過程。近年來有研究顯示，氧化應激機制在Hcy影響血管內皮功能及致動脈粥樣硬化形成過程中起著重要作用。本文將主要從Hcy影響氧化應激、Hcy影響內質網(wǎng)及線粒體應激、抗氧化應激干預治療及展望幾個方面進行文獻總結。

1 氧化應激、內質網(wǎng)應激和線粒體應激

1.1 氧化應激氧化應激指的是體內活性氧類（ROS）及活性氮類（RNS）生成過多，與抗氧化防御間的平衡紊亂[10]，即氧化程度超出氧化物的清除能力，從而導致組織損傷。ROS包括超氧陰離子（O2-）、羥基自由基（OH-）和脂自由基（ROO-）等[11]。其來源主要包括胞漿（環(huán)加氧酶、NADPH氧化酶等）、線粒體呼吸鏈（電子傳遞系統(tǒng)）、內質網(wǎng)（細胞色素P450單加氧酶）及胞質（黃嘌呤氧化酶）。RNS包括一氧化氮、二氧化氮和亞硝酸等，主要通過一氧化氮合成酶及黃嘌呤氧化酶催化產生。細胞內抗氧化系統(tǒng)分為酶類和非酶類兩種，酶類包括超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）及谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）、對氧磷酶 1（PON1）等，非酶類抗氧化物包括脂溶性抗氧化劑（維生素E、類胡蘿卜素、輔酶Q、膽紅素）、水溶性小分子抗氧化劑（維生素C、谷胱甘肽）、蛋白性抗氧化劑（銅藍蛋白、金屬硫蛋白）[10,12]。

在細胞水平，ROS可通過：絲裂原活化蛋白激酶（MAPKs）途徑（包括ERK、JNK和p38激酶三個亞族）、PI3K/AKt途徑、磷脂酶C和蛋白激酶C途徑、NF-κB途徑[13]、生長因子信號通路、Ca2+信號轉導調控、JAK/STAT途徑、c-Abl酪氨酸激酶、p66shc適配蛋白及熱休克蛋白的表達等信號轉導途徑改變基因表達從而導致細胞的凋亡。

氧化應激過程中生成的ROS可激活NF-κB，NF-κB活化后可與細胞核內的κB位點結合，誘導多種炎癥因子及黏附介質的基因表達，包括細胞因子中的IL-2、IL-2α、IL-6、IL-8、CSF、MCP-1、VCAM-1、ICAM-1及E-選擇素等[13,14]。炎癥因子的過度釋放和表達，可引發(fā)內皮細胞的損傷及凋亡，增加中性粒細胞及單核細胞對內皮細胞的黏附性，最終引起血管通透性增加，血管內血栓形成[15]。ROS還造成內皮型一氧化氮合成酶（eNOS）解偶聯(lián)，產生O2-，造成NO生物利用度降低及氧化應激增加，加重內皮功能障礙[16]。此外，ROS亦可干擾脂質代謝，導致LDL被氧化修飾成ox-LDL，加速動脈粥樣硬化的進程。SOD活性下降引發(fā)脂質過氧化物催化裂解產生丙二醛（MDA），MDA可與蛋白質分子內和分子間交聯(lián)、抑制線粒體電子傳遞鏈系統(tǒng)，誘發(fā)細胞凋亡[12]。ROS攻擊DNA分子中的鳥嘌呤堿基第8位C原子結合-OH而產生8-羥基脫氧鳥苷（8-OH-dG），是評價DNA氧化損傷和氧化應激的分子生物學標志物[17]，與心血管疾病患病相關[18]。

抗氧化防御體系中，Keapl/Nrf2信號通路起重要作用。應激狀態(tài)導致Keapl構象的改變，使Nrf2與Keapl解離而活化，活化的Nrf2進入細胞核，形成下一步連鎖反應，從而與抗氧化反應元件(ARE)的結構相結合，激活下游的多種抗氧化基因[19]，表達蛋白包括血紅素氧合酶-1（HO-1）、SOD、NAD(P)H 醌氧化還原酶（NQO1）及GSH-Px等，其中HO-1通過血紅素生成膽紅素、一氧化碳和亞鐵離子，并能增加NO的生物利用度，從而發(fā)揮抗氧化損傷和心血管保護作用[20]。

1.2 線粒體氧化應激線粒體是細胞進行生物氧化和能量轉換的重要細胞器[21]，生物體內的ROS主要來源于線粒體的氧化磷酸化作用[1]。作為細胞內ROS的主要來源，線粒體結構暴露于高濃度ROS下，導致電子傳遞鏈酶復合體Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ活性下降，從而使線粒體能量合成障礙，造成線粒體及細胞內的蛋白質、脂類及核酸的氧化，破壞線粒體膜的完整性，最終導致線粒體功能障礙。

ROS可激活線粒體通透性轉換孔（mtPTP）開放[22]，促進細胞色素C（Cyt c）的釋放，與凋亡激活因子-1結合，啟動Apaf-1、Caspases-9、Caspases-3細胞凋亡級聯(lián)反應，誘導細胞凋亡[23]。

1.3 內質網(wǎng)氧化應激內質網(wǎng)是進行蛋白質、脂質和膽固醇合成的重要細胞器，也是細胞內主要的鈣存儲場所。細胞內外環(huán)境的改變導致內質網(wǎng)腔內未折疊蛋白的聚集和鈣穩(wěn)態(tài)破壞，這種內質網(wǎng)功能紊亂狀態(tài)稱為內質網(wǎng)應激（ERS）[24]。

ERS反應包括未折疊蛋白反應（UPR）、內質網(wǎng)過度負荷反應和固醇調節(jié)元件結合蛋白質通路調節(jié)的反應。ERS是一種自我保護機制，但是過度的ERS使內質網(wǎng)腔內壓力增大，鈣穩(wěn)態(tài)不能恢復，引起細胞凋亡。ERS誘導的細胞功能障礙和凋亡是血管變異的重要因素，包括動脈粥樣硬化。

UPR是由未折疊蛋白在內質網(wǎng)腔內的聚集誘導內質網(wǎng)伴侶蛋白如78kDa糖調節(jié)蛋白（GRP78）/免疫球蛋白重鏈結合蛋白（Bip）、GRP94等的表達上調。IRE1、PERK和ATF6是內質網(wǎng)膜上的3種重要的應激感受蛋白，無ERS時，IRE1、PERK和ATF6分別與內質網(wǎng)分子伴侶GRP78/Bip結合而處于無活性狀態(tài)。當ERS時，未折疊蛋白的堆積使GRP78/Bip從3種膜蛋白上解離，轉而與未折疊蛋白結合，恢復內質網(wǎng)的功能[25]。但過度的ERS會引起這三個信號通路啟動細胞凋亡信號通路，激活下游的凋亡信號分子，如CHOP/GADD153，JNK及Caspases-12等[24]。以IRE1為例，IRE1能剪接XBP1的前體mRNA，編碼有活性的轉錄因子XBP1，可啟動C/EBP 同源蛋白（CHOP）轉錄與表達，從而誘導細胞凋亡。

2 同型半胱氨酸與氧化應激的相關研究

Hcy可通過上調NADPH氧化酶的表達及其巰基（-SH）自動氧化成O2-、OH-等ROS物質[26]，在心血管內皮細胞[27]、骨骼肌細胞[28]、血管平滑肌細胞、肝細胞及腦細胞等多部位誘導氧化應激，并能夠下調抗氧化應激防御系統(tǒng)，最終誘導細胞凋亡。

2.1 氧化/抗氧化應激系統(tǒng)Hcy同時升高ROS和RNS水平[29,30]，Zhai等[1]將50、100及300 μM不同濃度的Hcy作用于MC3T3-E1成骨細胞，結果發(fā)現(xiàn)：Hcy呈濃度依賴性地促進ROS的生成。研究發(fā)現(xiàn)，Hcy與內皮細胞eNOS解偶聯(lián)相關，從而導致超氧陰離子而不是NO的產生[16]。Hcy可通過上調NADPH氧化酶的表達[31]從而升高ROS水平，NADPH氧化酶通過NOX家族編碼，NOX2是血管內皮細胞的優(yōu)勢亞型，在人內皮細胞和鼠心肌細胞中Hcy水平與NOX2的表達相關[32]。以L-甲硫氨酸喂養(yǎng)小鼠致Hcy升高誘導MDA水平上升，NF-κB及其下游前炎癥因子被激活，且通過抑制AKt通路和線粒體依賴的凋亡通路導致小鼠主動脈內皮細胞凋亡[33]。

Hcy水平與急性時相反應物相關，既往有研究顯示IL-1ra及IL-6可預測不穩(wěn)定型心絞痛患者住院期間的急性冠脈事件[34]。Gori等[15]調查了意大利一個65歲以上老年人群共1320人，研究發(fā)現(xiàn)Hcy濃度與IL-1ra、IL-6相關，Hcy重度升高（＞30 μmol/L）及Hcy中度升高（15～30 μmol/L）相比Hcy正常（＜15 μmol/L）的老年人，IL-6出現(xiàn)高三分位數(shù)的風險分別增加了2.6倍（OR=2.6，95%CI：1.1～5.6）及1.6倍（OR=1.6，95%CI：1.2～2.2），且獨立于其他常見心血管疾病危險因素，該研究部分解釋了Hcy與動脈粥樣硬化性心血管疾病的關系。

有研究顯示，Hcy導致抗氧化應激系統(tǒng)下調而致氧化應激失衡[12,35-38]，Hcy可下調抗氧化系統(tǒng)酶HO-1、CAT及SOD-1的表達[1]。在心血管病患者中，高Hcy血癥與GSH下降相關，且伴隨維生素B12和維生素E減少[39]。高Hcy血癥致人內皮細胞及鼠模型中GPx（GPx-1和GPx-2），SOD（SOD1和SOD2）及硫氧還原蛋白的表達下降[36]。Guo等納入了新診斷的H型高血壓（高Hcy血癥合并原發(fā)性高血壓）患者、新診斷的高血壓Hcy正?；颊呒澳挲g匹配的健康對照者各50例，與對照組比較，兩個高血壓組的MDA更高、SOD及CAT水平更低；在高血壓亞組中，Hcy升高組的MDA較Hcy正常組高（8.3±1.8 μmol/Lvs. 6.5 ±1.3 μmol/L；P＜0.05）、SOD活性更低（120.5±13.7 U/mlvs. 131.3±18.2 U/ml；P＜0.05）；在高血壓患者中，Hcy水平與MDA（r=0.47，P＜0.05）、SOD（r=-0.51，P＜0.01）及CAT（r=-0.51，P＜0.05）相關，研究提示H型高血壓能夠抑制抗氧化應激系統(tǒng)，因此可能是更易導致心血管疾病的高血壓表型[12]。

2.2 氧化應激通路Hcy可通過ROS誘導激活JNK途徑引起骨髓間充質干細胞凋亡，提示高Hcy血癥相關的心血管疾病可能通過分子機制進行干預[40]。Zhang等[30]研究發(fā)現(xiàn)，Hcy可通過PI3-K/Akt信號轉導通路誘導小鼠巨噬細胞系264.7細胞的氧化應激、炎癥反應及上調MAPKs（ERK1/2，JNK and p38）。

Hcy及其前體AdoHcy可通過上調人血管內皮細胞及Apo-E基因缺陷鼠模型的NF-κB通路促進下游前炎癥因子如IL-1β、IL-8、ICAM-1、VCAM-1、MCP-1及E-選擇素的釋放[14,35,41]。Barroso等進一步研究發(fā)現(xiàn)，AdoHcy在人冠狀動脈內皮細胞聚集激活經(jīng)典及非經(jīng)典NF-κB通路，降低Zeste基因增強子同源物2（EZH2）的水平并減少組蛋白3賴氨酸27的三甲基化（H3K27me3），導致內皮細胞粘附因子和細胞因子的上調，并且這種這種上調可以被NF-κB抑制劑IkB所抑制[13]。此外，AdoHcy介導的甲基化失衡還可能會通過表觀遺傳學機制破壞氧化還原平衡，AdoHcy在人內皮細胞聚集可降低Sec-tRNA的甲基化程度，改變硒蛋白子集的表達，其中就包括GPx表達下降[35]。

3 同型半胱氨酸與內質網(wǎng)應激及線粒體應激

3.1 線粒體應激Hcy可增加Cyt c從線粒體釋放到細胞質、通過Caspases-1炎性體激活及線粒體功能障礙誘導血管內皮細胞凋亡[1,23]。在鼠缺血腦模型中，Hcy通過調控ROS/pSTAT3信號通路，抑制線粒體呼吸鏈復合物Ⅰ-Ⅲ酶活性、增加細胞色素C的釋放，導致8-OHdG及mitoStat3蛋白磷酸化水平升高，加重了腦皮質和海馬的齒狀回內質網(wǎng)超微結構損傷[42]。

3.2 內質網(wǎng)應激Hcy可能通過干擾二硫鍵的形成和激活未折疊蛋白反應誘導ERS，而ERS誘導的細胞功能障礙和凋亡是致動脈粥樣硬化的重要因素[43]。

Hcy作用于人內皮細胞可增加GRP78、CHOP的表達以及XBP1mRNA剪接[44]，并增加膜聯(lián)蛋白Ⅴ-陽性細胞數(shù)（細胞凋亡指標），提示Hcy誘導內質網(wǎng)應激和細胞凋亡[45]。高Hcy可激活血管內皮細胞ERS反應，引起JNK活化導致血管內皮細胞凋亡，促進動脈粥樣硬化的發(fā)生。

4 抗氧化應激的干預治療

越來越多研究顯示，通過減輕Hcy誘導的過度的氧化應激、內質網(wǎng)應激及線粒體應激可能成為心血管疾病的潛在治療手段[45]。

白皮杉醇是一種化學結構類似于白藜蘆醇的化合物，通過抗氧化、抗炎癥反應發(fā)揮其心血管保護作用。Kil等[45]研究發(fā)現(xiàn)白皮杉醇可抑制Hcy誘導的CHOP表達，并通過激活Nrf2通路增加HO-1的表達，抑制Hcy誘導的ROS生成、內質網(wǎng)應激和內皮細胞凋亡。

蝦青素是一種脂溶性的酮式類胡蘿卜素，可抑制Hcy誘導的mtPTP開放，通過調節(jié)MAPKs及PI3K/AKT通路減輕Hcy導致的細胞凋亡，保護線粒體功能[22]。安石榴苷是石榴多酚中主要的活性成分，在高Hcy鼠模型中，Hcy與腦組織SOD、CAT、GSH-Px及GSH水平下降有關，補充安石榴苷可降低MDA及羰基蛋白含量，減少腦細胞促凋亡蛋白Bax，caspases-3, 9及p53，改善氧化應激平衡，減少腦細胞凋亡[46]。其他姜黃素[47]、表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）[48]等抗氧化劑、維生素C及骨化三醇[49]亦顯示可改善Hcy所導致的氧化應激失衡狀態(tài)。

Hcy輕度升高的大鼠（10～15 μmol/L）相比對照組，IL-1β、IL-6水平升高，CAT及SOD活性下降導致蛋白和DNA損傷，阿司匹林可改善Hcy升高的CAT活性并降低前炎癥因子水平，可能對Hcy引起的腦細胞氧化應激損傷有作用[50]。

硫氫化鈉（NaHS）可以逆轉Hcy誘導的硫化氫（H2S）產生減少、ROS生成過多及對于抗氧化酶（HO-1、CAT、SOD-1）的抑制，可逆轉Hcy誘導的Keap-1表達下降及Cyt c從線粒體釋放至細胞質誘導的細胞凋亡[1]。

運動訓練可上調內源性抗氧化系統(tǒng)，減輕氧化應激的損傷。不同運動類型對于Hcy的影響研究結果不同，一般強度運動可減少Hcy的水平而有氧運動則未發(fā)現(xiàn)這種影響[51]。Oliveira等發(fā)現(xiàn)，合并高Hcy血癥的艾滋病病毒感染者進行16周的復合運動（有氧運動結合力量訓練）相比對照組可減少32%的Hcy濃度并可減少脂質過氧化物濃度，提示復合運動可能會通過降低Hcy及改善氧化還原平衡來預防Hcy相關的心血管疾病。在高Hcy鼠動物模型，運動也可通過抑制Hcy導致的氧化應激改善主內皮細胞功能及動脈粥樣硬化的發(fā)展[33]。

中藥方面，丹參水溶性提取物可通過MARK和NF-κB信號通路抑制內皮細胞凋亡。丹參和三七6:4配伍作用于Hcy-Ado-腫瘤壞死因子誘導的人心血管內皮細胞，有保護內皮細胞活性、減少乳酸脫氫酶釋放和Casepase-3釋放的作用，并且有協(xié)同效應。

5 展望

基礎研究及流行病學研究均顯示Hcy與心血管疾病相關，但針對人群的隨機對照研究結果則爭議很大。值得注意的是，絕大多數(shù)隨機對照研究均采用補充B族維生素的方法，可能葉酸本身也有一定的心血管不利作用（動脈粥樣硬化中的炎癥反應及增殖），在一定程度上抵消了降低Hcy帶來的獲益[52]。此外，補充B族維生素降低血液循環(huán)中的Hcy，但是這種降低程度是否降低細胞內的有效Hcy濃度并抑制Hcy致心血管疾病的分子生物學機制則并不明確[53]。Hcy可能通過氧化應激機制參與心血管疾病發(fā)生發(fā)展的過程，未來可通過多種干預手段通過抑制Hcy誘導的氧化應激機制行心血管病的防治研究。