YKL-40)))一個新的心血管生物標志物

宗同巖 蔡九英 宋曉坤 占 育

(遼寧醫學院附屬第一醫院心內科，遼寧 錦州 121001)

自從弗雷明翰心臟研究結果報道C-反應蛋白(CRP)作為心血管生物標志物后，人們相繼開展了許多有關心血管疾病標志物的研究。至今，CRP仍被認為是最敏感的非特異的炎癥標志物，但是研究還發現了一些新的炎癥標志物，例如白介素(IL)-18、基質金屬蛋白酶-9、脂聯素和 CD40配體〔1〕。幾丁質酶-3樣蛋白-1(chtinase-3-1ike-1 protein，YKL-40)是與心血管疾病相關的另一種新的炎癥標志物，參與內皮功能障礙和新生血管形成，并且可能直接參與動脈粥樣硬化的過程，從而導致心血管疾病。

1 YKL-40的特性

YKL-40最早是在非泌乳期牛的乳汁分泌物中發現的，YKL-40 mRNA在軟骨細胞和肝臟中強烈表達，在腦、腎和胎盤中表達較弱，在心臟、肺、骨骼肌、胰、單核細胞和皮膚成纖維細胞中不表達。在正常細胞也可以檢測到YKL-40，它主要在正常的中幼粒細胞-晚幼粒細胞中合成，儲存在成熟中性粒細胞顆粒中，中性粒細胞破壞和激活時能通過胞吐方式釋放出來。

YKL-40可由多種細胞分泌，包括關節炎患者的軟骨細胞和成纖維樣滑膜細胞，中性粒細胞，活化的巨噬細胞和分化晚期的巨噬細胞〔2〕，分化型血管平滑肌細胞〔3〕，主要參與先天免疫系統的激活和有關細胞外基質的重塑〔4〕。研究顯示CD+14的單核細胞分化和成熟為CD－14及CD+16巨噬細胞是伴隨CD+16巨噬細胞上YKL-40的表達發生的〔5〕。在體內，YKL-40表達于人類血管外膜和動脈粥樣硬化斑塊中的血管平滑肌細胞、巨噬細胞的亞群、不同炎癥組織的平滑肌細胞及動脈粥樣硬化斑塊重塑的細胞外基質〔2〕。

2 YKL-40與急、慢性炎癥

Ostergaard等〔6〕研究發現YKL-40由局部活化巨噬細胞和中性粒細胞分泌，在炎性環境下由特定的顆粒通過胞外分泌來釋放YKL-40。正是因為YKL-40由局部分泌，所以YKL-40水平可以更快達到高峰，在抗生素治療后又迅速的下降，而不像CRP水平那樣緩慢下降。相對YKL-40而言，CRP主要是全身系統炎癥標志物，在促炎介質如IL-6介導下由肝細胞分泌。盡管未發現YKL-40和CRP有關系，但是YKL-40的分泌也受IL-6影響，而IL-6能刺激CRP的產生和分泌。因此需要進一步研究YKL-40與促炎因子、急性期反應物、細胞黏附分子的相關性，探討YKL-40在臨床應用的可能價值。

3 YKL-40與內皮功能障礙和動脈粥樣硬化

3.1 YKL-40與血管狹窄和新生血管形成 YKL-40可以通過促進血管內皮細胞趨化、黏附、擴散和遷移導致內皮功能障礙，這提示YKL-40參與了動脈硬化斑塊的形成過程。體外培養從豬的胸主動脈分離下來的平滑肌細胞，在將其從單層至多層分化形成細胞瘤過程中，血管平滑肌細胞持續分泌YKL-40，同時再表達細胞分化的相關標志〔7〕。這種體外細胞瘤樣物形成過程與在體內血管平滑肌細胞受損后發生分化、遷移導致再狹窄和和新生內膜形成過程類似。血管平滑肌細胞受到外源性信號刺激后穿過內膜發生遷移，YKL-40還可以通過促進分支小血管的形成調節血管內皮細胞形態學改變，這表明YKL-40可以通過促進血管平滑肌細胞的遷移和重構發揮促進新生血管形成的作用。這些體外研究結果亦得到體內研究證實，免疫組化分析顯示在人動脈粥樣斑塊中平滑肌細胞中有YKL-40蛋白的表達〔4〕。一項在體外關于動脈粥樣硬化生物標志物的蛋白組學研究顯示經氧化低密度脂蛋白處理后的巨噬細胞表面有YKL-40高表達，這個過程類似于泡沫細胞的形成過程〔8〕。這也提示在動脈粥樣硬化斑塊的形成過程中YKL-40具有促進單核細胞分化成脂質沉積的巨噬細胞的作用。

3.2 YKL-40與巨噬細胞凋亡 動脈粥樣硬化斑塊是以單核細胞滲透至血管內皮下間隙和活化的巨噬細胞中脂質沉積為特征的。在動脈粥樣硬化早期，活化的巨噬細胞分泌細胞因子和其他分子，促進粥樣斑塊形成〔9〕。因此病灶中巨噬細胞聚集，可以促進斑塊發展，而病灶中巨噬細胞減少(如凋亡、吞噬細胞清除作用)可以延緩病灶發展。在動脈粥樣硬化晚期，巨噬細胞凋亡并不完全與吞噬清除相耦聯，在這個時期巨噬細胞凋亡可以促進斑塊壞死核心的擴大，最終導致斑塊破裂和急性血栓形成〔9〕。YKL-40mRNA表達高度上調動脈粥樣硬化中巨噬細胞的不同亞群。尤其在浸潤越深的病灶中巨噬細胞顯示有YKL-40高表達，并且在動脈粥樣硬化早期病灶中就可以看到巨噬細胞上YKL-40表達達到最高。因此，巨噬細胞的凋亡可以在動脈粥樣硬化中發揮完全相反的兩個作用。所以在動脈粥樣硬化早期，活化的巨噬細胞分泌YKL-40增多，YKL-40的抗凋亡作用可能與限制病灶范圍擴大有關;而在動脈粥樣硬化晚期，YKL-40還能進一步通過抗凋亡機制，抑制斑塊壞死的進程。

4 YKL-40與冠心病

Nojgaard等〔10〕的研究表明YKL-40水平在急性心肌梗死患者組明顯高于慢性穩定型心絞痛患者組，但是在對照組與穩定型心絞痛患者組的比較無明顯差別，與無心肌梗死的人相比，曾患心肌梗死的心血管疾病患者YKL-40水平也升高〔11〕，說明急性心肌梗死和不穩定心絞痛等急性冠脈綜合征人群具有更多炎癥相關的反映斑塊不穩定性和疾病嚴重程度的血清學證據，炎癥參與了動脈粥樣硬化的發生發展，特別是加速了斑塊不穩定性的形成。Wang等〔12〕研究表明，狹窄或閉塞血管對應的心肌與無明顯缺血的心肌比較，YKL-40 rnRNA表達水平相似，即缺血心肌YKL-40 mRNA表達無明顯升高，說明冠心病患者血清YKL-40水平升高的主要來源不是心肌細胞。但是溶栓治療與非溶栓治療的患者相比，在心肌梗死發生的第一個24 h YKL-40水平升高，這預示著溶解的血栓釋放YKL-40。有研究認為YKL-40不僅在反映斑塊不穩定性的炎癥期起作用，而且在心肌梗死恢復期可能通過促進新的心肌細胞生長、調控基質重構和誘導新生血管生成持續發揮作用〔12〕。Rathcke等〔13〕的研究認為YKL-40水平能獨立預測大于50歲無心血管疾病人群的全因死亡率或心血管死亡率，提示YKL-40可能可以用來評估冠心病(CHD)患者預后和轉歸。Kucur等〔14〕的研究甚至發現，YKL-40水平升高加重CAD病變程度(可以由冠狀動脈造影評估血管病變支數來明確病變程度)，這一調查結果表明，血漿YKL-40水平可能是心血管疾病發生和疾病進展的定量指標。這些研究共同表明在冠狀動脈硬化過程中YKL-40水平可能是一個篩選指標/診斷指標，有助于監測冠狀動脈病變程度及患者的治療效果，從而協助臨床醫生減少致命性心血管事件的發生。

5 YKL-40可能的作用機制

YKL-40的生理功能和作用機制尚不清楚。對正常人體不同組織進行免疫組化檢測結果顯示在細胞活性高(例如代謝活性高和/或增殖能力強)的細胞，YKL-40表達特別高〔15〕。YKL-40 mRNA和蛋白表達于各胚層發育的組織中，在人類肌肉骨骼系統發育早期即存在，可能與細胞增殖和分化、新生血管形成，促進組織纖維化等基質重塑過程有關。胞漿信號轉導途徑的激活可能是YKL-40在細胞間相互作用的機制之一。

5.1 細胞生長因子 在成纖維細胞和滑膜細胞中，YKL-40分別通過細胞外信號調節激酶1和2(ERK1/ERK2)和蛋白激酶B(AKT)的磷酸化作用啟動細胞絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和磷酸肌醇-3激酶(PI-3K)信號通路從而介導有絲分裂，促進結締組織細胞的生長〔16〕。這表明，YKL-40的表達具有明顯的生長因子的作用。這些細胞質內信號轉導通路的激活提示YKL-40與一個或多個細胞膜上的信號傳導組成成分相關。細胞表面特異性受體和YKL-40配體潛在特性仍有待研究。因此推測在炎癥存在的情況下，YKL-40是成纖維細胞、滑膜細胞和軟骨細胞的生長因子。它能夠作為內皮細胞的趨化因子并且刺激內皮細胞的遷移，其作用與胰島素樣生長因子(IGF-1)相似，同時發現YKL-40與IGF-1協同作用〔16〕，以劑量依賴型方式促進生長和增殖，濃度范圍與IGF-1相似。在此機制中靶細胞受體尚不清楚，有學者提出結晶性蛋白質(YM1)可能是上述機制的靶細胞受體〔16〕。

5.2 血管生成因子 YKL-40可以通過促進分支小血管的形成和血管平滑肌細胞遷移、黏附來調節血管內皮細胞形態，提示YKL-40可以通過刺激血管內皮細胞的遷移和重組在新生血管形成中發揮重要作用。

5.3 調節基質重構 YKL-40在細胞外基質形成和基質重構中發揮重要的調控作用。在成纖維細胞和軟骨細胞中，當腫瘤壞死因子(TNF-α)或IL-1存在時，YKL-40降低糖蛋白(P38)和SAPK/JNK MAPKs(應激激活蛋白激酶/磷酸化水平 蛋白激酶家族)的活性，這可以中和TNF-α和IL-1介導的腺苷酸激酶的磷酸化相關的炎癥反應，衰減凋亡信號調節激酶-1介導的信號通路，從而導致金屬蛋白酶3和IL-18水平降低和基質金屬蛋白酶1濃度輕度升高，從而限制細胞外基質降解和控制基質重構。所有受損的血管組織都顯示一系列的修復反應包括膠原蛋白的改變和炎癥，YKL-40能夠與Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型膠原結合并且調節I型膠原纖維的生成率〔17〕。YKL-40是成纖維細胞的生長因子，腫瘤細胞和炎癥細胞能分泌大量YKL-40，因此推測YKL-40在病變組織周圍纖維細胞/肌纖維母細胞的增殖，激活和分化中起作用。這種YKL-40影響病變組織周圍成纖維細胞發展的現象稱之為基質反應，這些反應包括纖維細胞和肌纖維母細胞的轉化，炎癥激活，細胞因子，基質蛋白和金屬蛋白酶分泌增強，新生血管形成增多。所有這些基質反應在基質重構中發揮作用。

幾丁質能被YKL-40結合，但脊椎類動物體內不含幾丁質。有人猜想是進化的差異改變了脊椎動物該酶的特異性，使它能分解不同的糖苷鏈。實驗研究尚不能證實YKL-40具有糖苷內切酶和外切酶的活性，但是幾丁質酶可以利用自身的結構特性來調節其功能，如與特殊的糖類結合。葡萄糖胺聚糖透明質烷是人體分布最廣和含量最多的葡萄糖胺聚糖之一，透明質烷在受損血管壁的細胞外基質表達，它被報道參與平滑肌細胞的增殖和遷移，有研究認為YKL-40在細胞外基質中作為底物來識別透明質烷，從而干擾透明質烷的合成并影響局部的透明質烷濃度，促進受損血管壁的平滑肌細胞的增殖和遷移，提示YKL-40具有促進血管生成的作用。

5.4 抗凋亡蛋白 YKL-40作為抗凋亡蛋白的機制可能是通過細胞外信號調控激酶-1和2(ERKl/ERK2)和蛋白激酶B(AKT)的磷酸化來促進細胞的增殖和生存〔18〕。因此推測YKL-40在基質重構過程中決定哪類細胞存活時起著保護因子作用。因為YKL-40可以幫助細胞適應生長環境的變化以及缺氧等病理損傷的修復，而且有研究表明YKL-40在發育中的胎鼠心臟分泌，因此有人推測YKL-40在缺血環境中可以保護心肌細胞免受凋亡〔3〕。

5.5 促進組織纖維化 YKL-40啟動了結締組織細胞中的信號級聯反應，導致細胞增殖。提示YKL-40在病理狀態可以促進組織纖維化〔18〕。

6 結論

在動脈粥樣硬化過程中YKL-40可以通過調控基質重構、促進受損血管平滑肌細胞的增殖和遷移、促進新生血管形成、保護細胞免受凋亡等機制發揮作用，并且為這些疾病的評估和預后提供依據。盡管YKL-40的生理功能和作用機制仍需進一步闡明，但YKL-40已經作為的一個新的心血管疾病標志物而出現，因為它在亞臨床疾病階段容易被檢測故它有助于疾病早期的篩選，而且也有可能成為心血管疾病發病和死亡率的預測指標。今后的研究應關注YKL-40與其他慢性亞臨床炎癥指標的相關性，在實踐中確立YKL-40的臨床應用價值。

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