吸煙與動脈粥樣硬化發生、發展的關系研究進展

高飛丹 郭航遠

冠心病是指由于冠狀動脈結構或功能異常導致心肌缺血缺氧而發生的心臟病，近年來其發病率及病死率呈逐年上升趨勢。引起心肌缺血缺氧的原因很多，以冠狀動脈粥樣硬化最常見。吸煙已被公認是引發動脈粥樣硬化的危險因素，但其機制復雜，尚不完全清楚。本文就吸煙與動脈粥樣硬化發生、發展的關系研究進展作一綜述。

1 炎癥與氧化應激

動脈粥樣硬化目前被普遍認為是一種慢性炎癥反應過程，而吸煙與炎癥密切相關，香煙煙霧通過產生促炎細胞因子和香煙焦油物質（如半醌類、氫醌類、醌類、醛類和酮類）介導炎癥從而導致嚴重的氧化應激。研究表明，吸煙與較高水平的炎性標志物有關，如白細胞介素-1（interleukin-1，IL-1）、IL-6、C 反應蛋白（C-reactive protein CRP）、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等[1－2]。吸煙還可影響炎癥細胞的數量和功能，導致白細胞總數及分類中性粒細胞計數增加[3]，并且增加白細胞黏附于血管內皮和浸潤血管壁的能力。這些作用會破壞血管的彈力纖維，從而誘導病變。吸煙可導致人體巨噬細胞、單核細胞、內皮細胞和成纖維細胞中環氧化酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）被誘導表達，細胞膜磷脂通過磷脂酶A2途徑被水解釋放出花生四烯酸，在COX-2的催化下，合成前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2），最后產生IL-6，IL-6繼續誘導肝細胞產生CRP、纖維蛋白原等，參與炎癥反應[4]。肥大細胞（mast cells，MC）是先天免疫的重要參與者，并通過脫顆粒過程釋放蛋白酶和促炎細胞因子在動脈粥樣硬化中起重要作用。煙草中的尼古丁成分可以誘導Janus激酶2磷酸化，觸發信號傳導與轉錄激活因子3磷酸化和磷脂酰肌醇-3-激酶介導的蛋白激酶B活化，這有助于MC脫顆粒和促炎細胞因子的產生和釋放[5]。Wang等[6]已經證明MCs在尼古丁促進Apoe-/-小鼠動脈粥樣硬化形成中起重要作用，并且通過α7煙堿乙酰膽堿受體（nicotinic Acetylcholine Receptor，nAchR）介導的機制在主動脈外膜中活化MC。nAchRs在中樞神經系統中表達，還可以介導尼古丁及亞硝胺對非神經細胞的有害影響。nAchRs調節動脈粥樣硬化形成的作用主要包括炎癥，血管平滑肌細胞表型改變、增殖、遷移和斑塊新生血管形成[7]。

炎癥與氧化應激密切相關，兩者相互影響，相互促進。氧化應激，即體內氧化與抗氧化作用失衡，傾向于氧化，導致中性粒細胞炎性浸潤，激活的中性粒細胞在吞噬活動時耗氧量顯著增加，產生大量氧自由基，造成細胞損傷。煙草中刺激腎上腺素分泌的物質使機體處于一種應激狀態，兒茶酚胺釋放增加。兒茶酚胺的自氧化可以產生大量的氧自由基，氧化應激造成高凝狀態使組織缺血，激活補體系統，或產生多種具有趨化活性的物質，如C3片段、白三烯等，吸引、激活中性粒細胞。研究表明，吸煙者的氧化應激生物標志物濃度升高，抗氧化狀態受損害,而且吸煙的數量與體內氧化應激狀況密切相關[8]。一氧化氮（nitric oxide，NO）通過內皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）釋放，是內皮細胞發揮抗氧化、抗炎、抗凝和血管舒張功能的重要保護因子。吸煙可導致活性氧（reactive oxygen species，ROS）產生，在多系統中引起氧化損傷，并導致內皮功能障礙和NO釋放減少。凝集素作為氧化酶敏感的生物標志物，在吸煙者頸動脈中高度表達，表現出氧化應激誘導的細胞應激過程[9]。髓過氧化物酶（MPO)是中性粒細胞的功能標志和激活標志，在特定條件下，MPO催化反應生成過量的氧化劑，超過局部抗氧化劑的防御反應時，就會導致氧化應激和氧化性組織損傷。有證據表明，在人類動脈粥樣硬化病變中檢測到MPO水平升高，并且吸煙者具有高水平的硫氰根離子（SCN-），這可以導致次硫氰酸（hypothiocyanous acid，HOSCN）形成。HOSCN不僅失活烏頭酸酶，并將氧化還原活性鐵釋放到細胞中，且通過改變鐵代謝的調節并增強進一步的鐵吸收而干擾鐵穩態細胞，從而進一步加重氧化損傷[10]。

2 血流動力學改變

高脂血癥吸煙者具有比非吸煙者更致動脈粥樣硬化的脂質分布，高密度脂蛋白（high-density lipoprotein cholesterol,HDL）水平降低，而氧化低密度脂蛋白（oxidized low-density lipoprotein,oxLDL）和脂質過氧化產物升高[11]。吸煙與富含脂質的斑塊獨立相關，吸煙者的冠狀動脈斑塊的脂質體積高于未吸煙者，導致斑塊破裂的風險增加[12]。HDL具有抗動脈粥樣硬化作用，有學者認為其發揮作用主要依賴于對氧磷酶1（paraoxonase1，PON1）。血清中PON1主要通過其N端信號肽與載脂蛋白AI緊密結合并固定于HDL脂質中，與HDL結合的PON1能夠增強HDL的抗氧化能力[13]。研究發現，吸煙與PON1活性均為動脈粥樣硬化的獨立危險因素，吸煙人群相比非吸煙人群HDL水平明顯降低，PON1活性也明顯降低[14]。oxLDL刺激內皮細胞分泌多種炎性因子，誘導單核細胞黏附、遷移進入動脈內膜，轉化為巨噬細胞。oxLDL還能誘導巨噬細胞表達清道夫受體，促進其攝取脂蛋白形成泡沫細胞，促進動脈粥樣硬化的形成。有研究發現，尼古丁通過激活nAchR，上調單核/巨噬細胞中的CD36表達，并引起oxLDL攝取增加，泡沫細胞形成，單核/巨噬細胞活化并加重動脈粥樣硬化[15]。脂聯素是脂肪細胞分泌的一種內源性生物活性多肽或蛋白質，在肥胖者中明顯減少，與甘油三酯和LDL水平呈負相關，與HDL呈正相關，具有有益的代謝作用，如抗炎、抗氧化、抗動脈粥樣硬化等[16]。除脂肪組織外，脂聯素可能被內皮分泌，從而發揮血管保護作用[17]。在對動脈粥樣硬化吸煙與未吸煙患者的研究中發現，吸煙者脂肪細胞中脂聯素分泌受到抑制，并且可能通過抑制ATP依賴性鉀通道來實現[18]。抵抗素是脂肪細胞分泌的另一種重要的脂肪因子，與脂聯素不同，血清抵抗素水平與男性吸煙者亞臨床動脈粥樣硬化指數（IMT及動脈彈性檢測的血管不良變化）顯著相關，可能是男性吸煙者早期動脈粥樣硬化的新型生物標志物[19]。

吸煙通過促凝和抗凝因素的不平衡促進血栓形成。動脈粥樣硬化斑塊表面常見到血栓沉積，當凝血或纖維蛋白溶解系統存在不平衡時，不斷的血栓沉積會最終導致血管閉塞。有研究發現，吸煙與CD40/CD40L表達上調和血小板-單核細胞聚集相關[20]，CD40L在動脈粥樣硬化相關細胞內表達，包括內皮細胞、平滑肌細胞、單核巨噬細胞、血小板。CD40除了介導一系列炎癥反應，還可以激活血小板并穩定動脈血栓。此外，血小板單核細胞聚集促進單核細胞黏附到活化的內皮和動脈粥樣硬化病變形成。吸煙同時也增加血栓素A2的形成，促進血小板聚集并抑制前列環素的釋放以及凝血酶和纖維蛋白原的產生，進一步促進血栓形成[21]。近期研究顯示，吸煙還與單核細胞組織因子活性（monocyte tissue factor activity，MTFA）和頸動脈內膜中層厚度的進展有關，而MTFA在血栓形成和動脈粥樣硬化中起重要作用[22]。

3 血管內皮功能障礙

血管內皮是位于血管壁與血液接觸的單層細胞，內皮功能的損害在血管平衡中起著中心作用，其表達和分泌許多調節因子，包括NO和PGE等。此外，血小板聚集、纖維蛋白溶解、單核細胞黏附和血管平滑肌細胞的增殖通過來自內皮細胞的信號分子調節，起到維持血管張力，調節血壓以及凝血與抗凝平衡等作用。內皮功能障礙的主要原因是作用于內皮的血管舒張因子和收縮因子之間的不平衡。香煙煙霧成分可通過升高循環炎癥細胞因子（TNF-α等）或直接通過增加氧化應激來間接誘導內皮功能障礙。增加的ROS釋放減少了eNOS產生NO，而eNOS解偶聯繼續產生ROS,導致血管平滑肌細胞的增殖，基質金屬蛋白酶的釋放，進一步促進內皮功能障礙[2]。香煙煙霧成分如尼古丁和脂多糖可導致內皮素-1、血管緊張素Ⅱ、血栓素和血管緊張素Ⅰ受體增加，從而導致血管收縮和內皮功能障礙[23]。另外香煙煙霧成分還能興奮交感神經，促進兒茶酚胺的釋放，使血管收縮、動脈痙攣，久而久之，血管內皮損傷由功能性轉化為器質性，導致動脈硬化。

4 基因表達

動脈粥樣硬化是一種常見的進行性動脈疾病,在其發生、發展中有上百個基因表達并參與調控，而吸煙可以影響基因表達。單核細胞參與吸煙相關的動脈粥樣硬化斑塊的形成，其來源的miR-124-3p在所有吸煙個體中異質表達，而在非吸煙者中表達水平低。流式細胞分析表明，高miR-124-3p表達與單核細胞表面CD45RA，CD29和CD206表達上調相關，通過改變單核細胞表型與吸煙個體中動脈粥樣硬化風險增加有關[24]。芳香烴受體抑制劑（aryl hydrocarbon receptor repressor，AHRR）甲基化可能與單核細胞中AHRR的表達功能有關，可能是吸煙者亞臨床動脈粥樣硬化的潛在生物標志物[25]。研究表明，產婦吸煙與新生兒臍帶血細胞中AHRR甲基化有關，并且與吸煙持續時間和劑量呈相關性[26]。眾所周知，煙草中許多化學物質是芳基烴受體（aryl hydrocarbon receptor,AhR）信號傳感器的激動劑，而AHRR是通過激活AhR途徑進行轉錄調節的轉錄因子，雖然目前AHRR在動脈粥樣硬化形成過程中沒有已知的作用，但AHRR在單核/巨噬細胞分化過程中表達上調[27]，并且具有抑制抗炎的作用[28]。近年來，隨著對長鏈非編碼RNA（lncRNA）研究進展，越來越多的證據表明lncRNA可能在介導動脈粥樣硬化的發展中發揮重要作用。LINC00305被發現在動脈粥樣硬化斑塊和單核細胞中表達豐富，進一步研究發現LINC00305通過靶向脂質運載蛋白-1相互作用的膜受體（LIMR）和AHRR相互作用從而激活核轉錄因子-κB（nuclear transcription factor-κB，NF-κB）通路來促進炎癥反應，并誘導主動脈平滑肌表型轉換[29]。最近一項研究顯示SASH1在人類動脈壁中普遍表達，且在吸煙者的動脈斑塊中表達增加，這可能是細胞的一種防御機制，來抑制吸煙導致的內皮細胞的遷移、增殖和血管生成。而另一方面，SASH1也通過抑制TP53間接激活FOXM1轉錄因子和CYP1A1的表達上調，促進動脈粥樣硬化[30]。熱休克蛋白（HSP）是抵御外界不良刺激的重要物質，HSP60在內皮細胞表面的表達已經被證明是引發動脈粥樣硬化的主要原因，并且香煙煙霧提取物可以使內皮細胞中HSP60 mRNA上調，從線粒體釋放后轉運到細胞表面，并且可以與巨噬細胞結合介導免疫反應[31]。

5 小結及展望

流行病學數據表明，無論是主動還是被動吸煙，都與動脈粥樣硬化存在劑量-反應關系[32]，香煙煙霧中含有很多化學物可促進動脈粥樣硬化的發生、發展，它引起炎癥反應、氧化應激、血栓形成、血脂異常以及血管功能障礙，從而進一步導致缺血性心臟病的發生。吸煙與動脈粥樣硬化之間的聯系在戒煙后會隨著時間的推移而減弱[33]，因此推廣戒煙行動迫在眉睫。吸煙所致心血管疾病是可防、可控、可逆轉的，幫助患者戒煙已經成為臨床醫師義不容辭的責任，通過對吸煙致病機制的了解，有助于提高患者對煙草的正確認識，可進行易感基因的篩查以及針對性地使用保護血管、降低炎癥、氧化應激水平或者基因靶向藥物，對于冠心病患者的一、二級預防具有重要意義。