蔣勇明，高策，黃建敏

（1.右江民族醫(yī)學(xué)院，廣西 百色；2.右江民族醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 神經(jīng)內(nèi)科，廣西 百色）

0 引言

氧化應(yīng)激是機(jī)體內(nèi)活性氧的氧化與抗氧化體系失衡導(dǎo)致組織損傷的狀態(tài)，是動脈粥樣硬化性腦梗塞發(fā)病的重要機(jī)制[1]。超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase, SOD）是一種具有抗氧化應(yīng)激所引起病理性損傷的重要金屬酶類物質(zhì)，是體內(nèi)氧自由基的清除劑，可以催化超氧化物陰離子自由基（O2-）進(jìn)行歧化反應(yīng)：O2+O2+2H+→H2O2+O2，消除氧自由基損傷功能，抵御自由基攻擊生物膜中的多不飽和脂肪酸以防止脂質(zhì)過氧化及其中間代謝產(chǎn)物對機(jī)體，在維持機(jī)體內(nèi)O2-的生成和降解的動態(tài)平衡中起著非常重要的作用[2]。本文就超氧化物歧化酶的結(jié)構(gòu)與功能、基因表達(dá)及其影響因素、基因多態(tài)性等方面與動脈粥樣硬化及動脈粥樣硬化性腦梗塞的關(guān)系進(jìn)行闡述。

1 SOD的結(jié)構(gòu)與功能

SOD是生物體內(nèi)抗氧化物酶類的主要成員之一，廣泛分布于各種生物體內(nèi)，如動物、植物、微生物等，由蛋白質(zhì)和金屬離子組成。根據(jù)SOD所含有金屬輔基的不同，在哺乳動物細(xì)胞和組織中可將其分為3種：①銅鋅SOD（Cu/Zn-SOD，SOD1）：主要分布于細(xì)胞質(zhì)中，是由兩個蛋白質(zhì)亞基組成，每個亞基各有一個銅離子（Cu2+）和一個鋅離子（Zn2+），相對分子量約為32 kD，SOD1占SOD總量的90%，是穩(wěn)定性最高的SOD[3]，廣泛分布于真核生物中。SOD1主要依賴于Cu2+和Zn2+繼而發(fā)揮生物活性，因此也被稱為銅鋅超氧化物歧化酶。②錳SOD（Mn-SOD，SOD2）與Cu/Zn-SOD不同，由四個蛋白質(zhì)亞基組成，主要位于線粒體基質(zhì)和內(nèi)膜中，相對分子量約為23 kD，輔助因子為Mn離子（Mn2+），SOD2基因是核編碼基因，主要位于人染色體6q25.3上，含有5個外顯子和4個內(nèi)含子[4]。③細(xì)胞外SOD（EC-SOD，SOD3），存在于細(xì)胞外基質(zhì)（Extra Cellular Matrix, ECM）中，主要以含銅和鋅的四聚體糖蛋白的形式，相對分子量約135 kD，與肝素具有高度的結(jié)合能力，能抵御細(xì)胞外基質(zhì)成分的降解，起到調(diào)節(jié)O2-的水平的作用[5]。SOD主要通過特異性催化細(xì)胞中活性氧（ROS）產(chǎn)生的O2-降解，從而清除機(jī)體內(nèi)積累的氧自由基，防止脂質(zhì)過度氧化，抑制細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激反應(yīng)，從而參與了動脈粥樣硬化性腦梗塞、冠心病、糖尿病及其并發(fā)癥、惡性腫瘤和自身免疫性疾病等諸多疾病的發(fā)生發(fā)展過程。有研究表明，SOD能通過調(diào)控腎內(nèi)AMPK-PGC-1α-Nrf2和AMPK-Fox0s信號通路，激活A(yù)MPK和PGC-1α以及去磷酸化（Fox0s），改善高葡萄糖誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激反應(yīng)。另有研究認(rèn)為，外源性SODs能夠促進(jìn)局部免疫系統(tǒng)的激活，刺激保護(hù)性免疫應(yīng)答，并可能通過Nrf2/ARE信號通路的上調(diào)誘導(dǎo)內(nèi)源性抗氧化防御，從而發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用。由此可見，SOD通過參與Toll樣信號通路、凋亡相關(guān)信號通路等多個非特異性炎癥信號通路，發(fā)揮抗氧化反應(yīng)。其中，Nrf2-Keap1-ARE可能是機(jī)體內(nèi)抗氧化應(yīng)激防御系統(tǒng)中重要的信號通路。

2 SOD基因表達(dá)及其影響因素

由于SOD是生物體內(nèi)具有抗氧化作用的金屬酶類，SOD基因的表達(dá)可能受到年齡、微量元素、中草藥、遺傳突變等的影響。在動物實(shí)驗(yàn)中，肝臟中的SOD1和SOD2的水平隨著年齡的增長而顯著降低。過氧化氫酶的mRNA水平也顯著降低，SOD1、SOD2的mRNA水平均顯示隨著年齡的增長而降低的趨勢。這些結(jié)果表明，脂質(zhì)過氧化是由抗氧化劑活性的下降引起的，并且這會促進(jìn)衰老并縮短缺乏載脂蛋白E小鼠的壽命[6]。

2.1 SOD1基因表達(dá)及其影響

生物體內(nèi)活性氧自由基產(chǎn)生的最主要途徑是線粒體氧化呼吸鏈電子傳遞過程，Cu/Zn-SOD可首先清除氧化呼吸鏈電子傳遞過程中產(chǎn)生自由基以防止自由基的累積和擴(kuò)散。因此，Cu/Zn-SOD基因的表達(dá)和調(diào)控對維持機(jī)體內(nèi)O2-產(chǎn)生和降解平衡體系有著重要的作用。微量元素鎘（Cd）通過滲透并在大鼠大腦神經(jīng)元中積累，改變血腦屏障的完整性并增加其通透性，減少抗氧化酶并增加大腦中的氧化應(yīng)激。此外，Cd會增加腦組織的脂質(zhì)過氧化作用，增加了SOD1基因的表達(dá)。亦有動物實(shí)驗(yàn)表明，在單核巨噬細(xì)胞（THP-1）和泡沫細(xì)胞中，SOD1的表達(dá)低于THP-1單核細(xì)胞。瑞舒伐他汀可恢復(fù)THP-1巨噬細(xì)胞和泡沫細(xì)胞SOD1的表達(dá)。后者與動脈粥樣硬化斑塊中較少的oxLDL積累和斑塊進(jìn)展的抑制有關(guān)。SOD1是預(yù)防動脈粥樣硬化性腦梗塞斑塊中oxLDL積累的潛在重要介質(zhì)。

2.2 SOD2基因表達(dá)及其影響

SOD2基因是核編碼基因，編碼基因5端的啟動子區(qū)由富含GC序列替代了常見的TATA盒或CAAT盒，轉(zhuǎn)錄因子Spl（Specificity Protein 1）和AP-2（Activating Protein 2）的結(jié)合位點(diǎn)主要位于此處。SOD2的轉(zhuǎn)錄由Sp1結(jié)合于啟動子激活，而AP-2通過與Sp1競爭結(jié)合位點(diǎn)或與Sp1形成復(fù)合體來抑制SOD2的轉(zhuǎn)錄。此外，上游啟動子區(qū)也有AP-1、HIF-1x、p53、C/EBP、Nrf2、Fox03a等轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)，共同對SOD2的表達(dá)進(jìn)行調(diào)控。有研究報道，糖尿病患者的血漿和淋巴細(xì)胞以及動脈粥樣硬化患者的心臟和主動脈組織中的錳（Mn）含量較低。體外和體內(nèi)研究表明，補(bǔ)充Mn可以獨(dú)立于SOD2下調(diào)細(xì)胞粘附分子1的表達(dá)和ROS，從而導(dǎo)致單核細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的粘附減少，降低糖尿病中內(nèi)皮功能障礙的風(fēng)險[7]。SOD2的表達(dá)和活性受到多種轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控，具體的調(diào)控過程尚未完全明確，亟待大量的基礎(chǔ)與臨床研究進(jìn)一步完善。

2.3 SOD3基因表達(dá)及其影響

SOD3是一種分泌性銅酶，它通過調(diào)節(jié)脈管系統(tǒng)中細(xì)胞外O2-的水平在AS和高血壓中起重要作用。Menkes ATPase（MNK）已顯示將胞漿銅轉(zhuǎn)運(yùn)至非血管細(xì)胞的分泌途徑。在動物實(shí)驗(yàn)中，顯示MNK高度表達(dá)于各種血管組織和細(xì)胞中。來自MNK突變體小鼠的主動脈和培養(yǎng)的成纖維細(xì)胞顯示SOD3的比活性顯著降低，但SOD1（胞質(zhì)形式）則沒有，只通過添加銅得以部分恢復(fù)。野生型細(xì)胞中的銅處理促進(jìn)了反式高爾基體網(wǎng)絡(luò)中SOD3與MNK的直接相互作用和共定位，這表明MNK在TGN中將銅轉(zhuǎn)運(yùn)到SOD3。MNK突變體小鼠的主動脈顯示SOD3的活性降低，但SOD1卻沒有，而O2-水平則明顯升高。最后，MNK和SOD3蛋白均在AS血管的內(nèi)膜病變中高表達(dá)?？傊ㄟ^將銅轉(zhuǎn)運(yùn)到TGN中的SOD3，從而調(diào)節(jié)脈管系統(tǒng)中的O2-水平，血管MNK在SOD3的全部活性中起著至關(guān)重要的作用。另外，SOD3與血管內(nèi)皮功能的調(diào)節(jié)有關(guān)，日本包膜（HVJ-E）載體的SOD3過表達(dá)抑制由球囊損傷引發(fā)的新內(nèi)膜增生、炎癥和ROS水平。在血管平滑肌細(xì)胞中，SOD3對細(xì)胞生長信號通路的調(diào)節(jié)可能在這些抑制作用中起重要作用。

3 SOD基因多態(tài)性與動脈粥樣硬化的關(guān)系

粘附分子在內(nèi)皮細(xì)胞上的表達(dá)以及隨后的白細(xì)胞募集是動脈粥樣硬化發(fā)展的關(guān)鍵早期事件。有研究報道，內(nèi)皮細(xì)胞中SOD的過表達(dá)減弱了腫瘤壞死因子α誘導(dǎo)的超氧化物陰離子的產(chǎn)生和粘附分子的表達(dá)，這種作用是由c-Jun氨基末端激酶和p38磷酸化水平降低以及AP-1和核因子B失活所介導(dǎo)的。這些結(jié)果表明SOD可能在預(yù)防動脈粥樣硬化性腦梗塞應(yīng)中起重要作用。

3.1 SOD1在動脈粥樣硬化中的作用

在動脈粥樣硬化的早期，核因子-κB（NF-κB）誘導(dǎo)細(xì)胞粘附分子的表達(dá)，例如血管細(xì)胞粘附分子-1，細(xì)胞內(nèi)粘附分子-1和E-選擇素。NADPH氧化酶4是內(nèi)皮細(xì)胞中超氧化物的主要來源，而SOD1是負(fù)責(zé)滅活活性氧的抗氧化酶。動物實(shí)驗(yàn)中直接檢查了在缺乏載脂蛋白E的小鼠中過表達(dá)SOD1和/或過氧化氫酶對動脈粥樣硬化和脂質(zhì)過氧化的影響。相反，僅過表達(dá)SOD1的缺乏載脂蛋白E小鼠中F2-異前列腺素和動脈粥樣硬化的水平與缺乏載脂蛋白E對照小鼠相當(dāng)。觀察結(jié)果暗示，內(nèi)源性產(chǎn)生過氧化氫而不是超氧陰離子，有助于缺乏載脂蛋白E小鼠中氧化脂質(zhì)的形成和動脈粥樣硬化的發(fā)展[8]，這表明SOD1可能參與了動脈粥樣硬化性腦梗塞的發(fā)病過程。

3.2 SOD2在動脈粥樣硬化中的作用

依賴于錳和線粒體的SOD亞型（SOD2）代表了抵御超氧自由基攻擊的第一道防線。迄今為止，由于相互矛盾的數(shù)據(jù)，尚不清楚SOD2在動脈粥樣硬化中的病理學(xué)意義。有研究表明，SOD2的遺傳多態(tài)性修飾線粒體SOD2（mtMnSOD）活性，并增加了冠狀動脈疾病的風(fēng)險。mtMnSOD活性隨著年齡的增長而降低，從而降低了巨噬細(xì)胞對oxLDL誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡的耐受性，這可能為闡明年齡誘發(fā)的動脈粥樣硬化的機(jī)制提供重要線索[9]。已發(fā)現(xiàn)SOD2在動脈粥樣硬化斑塊中高表達(dá)，該斑塊專門位于富含脂質(zhì)區(qū)域的泡沫細(xì)胞，而不是其他（非泡沫）細(xì)胞類型。在表達(dá)SOD2的細(xì)胞中未觀察到凋亡的超微結(jié)構(gòu)證據(jù)，例如染色質(zhì)濃縮和膜起泡。蛋白質(zhì)水平上的SOD2上調(diào)與其平行、顯著增加的催化活性有關(guān)[10]。亦有研究在酶的信號序列中描述了潛在的功能性氨基酸多態(tài)性（Ala16Val），發(fā)現(xiàn)信號序列多態(tài)性是頸動脈內(nèi)膜中層厚度（IMT）的次要決定因素，占總變異的1.3%，Val等位基因與較高的IMT相關(guān)。在女性中，與血漿中低密度脂蛋白（LDL）膽固醇水平存在顯著的相互作用，因?yàn)閮H在Val等位基因攜帶者中LDL膽固醇水平與頸動脈IMT正相關(guān)，而Val等位基因僅與較高的IMT相關(guān)。血漿LDL膽固醇水平最高的受試者。SOD2基因的信號序列多態(tài)性是頸動脈IMT的次要決定因素，指出了氧化應(yīng)激平衡在動脈粥樣硬化中的重要性。

3.3 SOD3在動脈粥樣硬化中的作用

一個重要的單核苷酸多態(tài)性（SNP），SOD3基因的基因突變導(dǎo)致在肝素結(jié)合結(jié)構(gòu)域的中心氨基酸取代Arg（213）Gly（R213G），從而導(dǎo)致對內(nèi)皮的親和力降低。這種突變在人群中以相對較高的頻率發(fā)生，與組織抗氧化劑防御能力下降和缺血性心臟病的風(fēng)險增加有關(guān)，突出其在血管水平上降低的抗氧化劑防御能力，這可能導(dǎo)致對冠狀動脈疾病和動脈粥樣硬化的敏感性增加[11]。臨床和流行病學(xué)研究已提供了間接證據(jù)，證明oxLDL和抗氧化劑與動脈粥樣硬化的發(fā)病機(jī)理有關(guān)。在體外已顯示SOD保護(hù)LDL免受超氧化物陰離子的有害作用。在某些研究者中已使用腺病毒基因轉(zhuǎn)移來確定EC-SOD對LDL受體缺乏載脂蛋白E小鼠動脈粥樣硬化的影響。

4 小結(jié)

SOD是廣泛參與動脈粥樣硬化性腦梗塞、冠心病、糖尿病及其并發(fā)癥、多種惡性腫瘤和自身免疫性疾病等相關(guān)疾病的細(xì)胞因子家族[12-15]。其成員SOD1、SOD2、SOD3還被發(fā)現(xiàn)在動脈粥樣硬化、冠心病及腦梗死中起重要作用，可能的途徑包括調(diào)節(jié)oxLDL及細(xì)胞因子產(chǎn)生、激活巨噬細(xì)胞、炎癥細(xì)胞浸潤、基因突變等影響動脈粥樣硬化的進(jìn)展，具體機(jī)制尚未完全明確，所以其真正在在動脈粥樣硬化性腦梗塞中的作用仍需進(jìn)一步動物實(shí)驗(yàn)及臨床試驗(yàn)豐富完善。