高同型半胱氨酸血癥導致動脈粥樣硬化氧化應激機制的研究進展

陳寶麗(綜述)，潘達亮(審校)

(深圳市第四(福田)人民醫院腎內科，廣東 深圳518033)

終末期腎臟疾病患者中85%以上患有高同型半胱氨酸血癥，40%～50%的患者死于心血管疾病。同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)是心血管疾病的獨立危險因素，而動脈粥樣硬化則是心血管疾病的主要病理基礎。目前學者認為高Hcy與心血管疾病的相關性主要從下面幾個方面考慮：①內皮細胞損傷與血管內皮功能受損[1]；②膽固醇與三酰甘油的生物合成失調；③刺激血管平滑肌細胞增殖[2]；④血栓形成激活；⑤激活單核細胞[3]。

1 氧化應激

活性氧類(reactive oxygen species，ROS)自由基是正常細胞代謝的產物，其發揮著既有害又有利的雙重作用。ROS可以攻擊細胞，使細胞結構、性質以及功能發生變化。ROS的反應體系包括：超氧陰離子、H2O2、羥自由基(OH-)、一氧化氮、過氧亞硝基陰離子自由基及脂質自由基等。人類存在許多抗ROS的保護機制，酶的抗氧化防御系統(超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和谷胱甘肽過氧化物酶)及非酶性抗氧化劑(還原型谷胱甘肽、維生素C、維生素E、類胡蘿卜素、黃酮類化合物、亞牛磺酸及?；撬岬?。生理條件下，氧化和抗氧化之間可以相互轉化，維持平衡。但是，當氧化和抗氧化平衡被打破，使ROS產生過多或抗氧化保護降低，這種現象被稱為氧化應激[4-5]。低水平的硫化氫通過降低Hcy誘導O2-和H2O2產生，減少ROS，從而提高細胞活力，限制由Hcy誘導的氧化應激對細胞的損傷[4]。

2 ROS的來源

ROS的主要形式是超氧陰離子，在細胞質主要由蛋白二硫化物還原酶(protein-disulfide reductase，NADPH)氧化酶和黃嘌呤氧化酶還原形成，與細胞質或膜結合的ROS主要來源于解偶內皮型一氧化氮合酶[6]。但是，線粒體呼吸鏈是大多數哺乳動物細胞ROS的主要來源[7]。

3 Hcy誘導氧化應激產生ROS的機制

Hcy誘導氧化應激產生ROS的機制與線粒體損傷、NADPH氧化酶表達增加、不對稱二甲基精氨酸(asymmetric dimethyl arginine，ADMA)的積累及硫氧還原蛋白和內皮型一氧化氮合酶的降低等有關[8]。

3.1線粒體損傷 線粒體具有有氧呼吸的功能，在正常情況下絕大多數的氧是與線粒體內膜上電子傳遞鏈傳來的電子結合，然后進行一系列的氧化還原反應最終生成水，但也有極小部分氧被電子傳遞鏈中“漏出”的電子單價還原，形成超氧陰離子。線粒體DNA可能是ROS最敏感的靶細胞，ROS的產生增加會引起氧化應激反應，導致內皮細胞功能障礙，血管平滑肌細胞和單核巨噬細胞增殖，導致血管炎性反應，進而導致動脈粥樣硬化。線粒體損傷主要由還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸、5,10-亞甲基四氫葉酸還原酶輔酶釋放電子到電子傳輸鏈產生ROS引起，線粒體外膜的α-酮戊二酸脫氫酶單胺氧化酶也可以產生大量的ROS。線粒體ROS的產生受多種因素的影響，包括電子傳遞鏈的效率、O2濃度、電子供體(如還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸和還原型黃素腺嘌呤二核苷酸)的可用性、解偶聯蛋白及細胞因子的活性、抗氧化防御系統的活性以及核因子的調節等[9]。Hcy誘導ROS的產生是通過促進線粒體損傷，改變線粒體基因表達及對其功能的影響而實現的。Hcy預處理后的細胞中通過增加細胞內ROS產生及誘導核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)活化，促進核轉錄因子1的表達，使內皮細胞線粒體質量增加，并使線粒體DNA編碼的呼吸鏈組件細胞色素C氧化酶顯著升高[10]。已確定Hcy蛋白酶與蛋白酶相關的線粒體功能異常有關[11]。

3.2NADPH氧化酶 NADPH氧化酶被認為是巨噬細胞(如中性粒細胞和單核細胞)中的超氧陰離子的主要來源。Hcy通過NADPH氧化酶上調氧化還原因子1的表達和易位，氧化還原因子1在人單核細胞/巨噬細胞中通過增加NF-κB活性、促進單核細胞趨化蛋白1分泌，而促使血管細胞和組織的氧化應激反應[12]。

3.3ADMA Hcy增加氧化應激反應與ADMA的積累密切相關，Hcy通過減少二甲精氨酸-二甲賴氨酸水解酶的表達，間接降低內皮型一氧化氮合酶，導致ADMA積累，直接產生ROS[8]。

4 發生氧化應激的信號通道

大量的研究表明，高水平的Hcy可以引起ROS的大量生成，發生氧化應激反應，并通過相關氧化還原信號通路最終影響細胞的結構和功能。

4.1細胞外信號調節激酶通路 Luo等[13]在小鼠血管平滑肌細胞的實驗中，認為血漿Hcy水平升高會誘導血管平滑肌細胞的增殖和遷移，促進動脈粥樣硬化，其機制與細胞外信號調節激酶通路有關。

4.2Toll樣受體4/NF-κB信號通路 NF-κB是一個具有多向性核轉錄調節因子，可調節與炎癥、免疫及生長調控有關的蛋白基因的表達。Toll樣受體4(toll-like receptor-4，TLR4)識別配體后經過細胞內一系列信號轉導過程，最終活化NF-κB，誘導靶基因的表達。Hcy作用下細胞內產生的ROS超出了細胞的清除能力，破壞了細胞的防御性保護反應，故出現內皮細胞的損傷[14]。研究發現，ROS大量產生的同時，細胞內TLR4/NF-κB的表達也顯著上升，而抗氧化劑可以抑制這一現象，提示氧化應激可增加TLR4的表達[15-16]。因此認為，在Hcy作用下產生大量ROS，進而激活TLR4/NF-κB的表達引發炎癥，這可能是動脈粥樣硬化發生、發展的始動機制之一。

4.3促分裂原活化的蛋白激酶信號通路 Bao等[17]認為，Hcy通過激活NADPH氧化酶相關的氧化應激引起ROS積累，誘導內皮細胞功能障礙；在內皮祖細胞抑制Akt/內皮型一氧化氮合酶激活p38促分裂原活化的蛋白激酶和胱天蛋白酶3，進而導致細胞凋亡。

5 小 結

目前對Hcy的研究多為體外實驗，可以排除體內其他因素的影響，但使用Hcy預處理后培養細胞、動物的作用時間少于Hcy作用于人體的時間，所以體外實驗仍不能完全模仿體內條件[18]。氧化應激貫穿高Hcy引起動脈粥樣硬化發生和發展的全過程。因此，從氧化應激的角度闡明Hcy致動脈粥樣硬化的機制，深入研究其具體的機制，將為早期防治動脈粥樣硬化提供新的理論依據，有利于探索潛在的治療途徑。如能從氧化應激的角度進一步研究高Hcy在各環節信號轉導分子的調節因素及其相互之間的作用機制，鑒定出關鍵點，設計相關藥物靶點，對治療和預防高Hcy引起的動脈粥樣硬化具有重要的理論指導意義。另一方面，氧化應激反應是氧化和抗氧化失衡所致，適度的進行抗氧化抑制ROS產生過多，可能也是一個潛在的預防或延緩Hcy導致動脈粥樣硬化的治療策略。

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