胸主動脈瘤發生發展過程中端粒長度及端粒酶活性改變的影響因素研究進展

徐泓杰，王國坤，劉洋，徐志云

(海軍軍醫大學長海醫院，上海200433)

胸主動脈瘤(Thoracic aortic aneurysm, TAA)是嚴重的心血管疾患，易出現破口形成主動脈夾層而威脅到生命，是現代老年人群中重要致死性疾病之一。TAA是指胸主動脈持續的、局限性的擴張，其直徑超過正常胸主動脈內徑的150%。主動脈張力增加和主動脈退行性變是TAA的主要發病原因。TAA的主要病理特征為胸主動脈中膜的退行性變，具體包括外彈力膜的破壞、血管平滑肌的丟失、蛋白聚糖的沉積等。除遺傳等內在因素以外，氧化應激、高熱量營養素攝入、高血壓和糖尿病等是導致胸主動脈退行性變的主要外在因素。端粒是指真核生物細胞染色體末端高度保守的重復DNA序列，和端粒結合蛋白結合具有穩定基因組結構完整的作用。隨著細胞的分裂，端粒的長度也會隨之縮短，也預示著細胞的衰老。端粒隨年齡的增長逐漸縮短，被認為是退行性疾病發生、血管病理改變的分子基礎之一。端粒酶是一種核糖核蛋白復合物，高表達于生殖細胞、腫瘤細胞和干細胞等能廣泛復制的細胞中，由端粒酶RNA和端粒酶逆轉錄酶組成，可維持染色體端粒末端長度[1]。端粒長度縮短和端粒酶活性異常導致的細胞衰老與退行性變性心血管疾病密切相關[2]。因此各種危險因素可能通過影響端粒及端粒酶的活性，進一步導致TAA的發生和發展。研究發現，氧化應激、高熱量營養素攝入、高血壓、糖尿病等均為端粒長度及端粒酶活性改變的影響因素。現將TAA發生發展中端粒長度及端粒酶活性的影響因素綜述如下。

1 氧化應激

氧化應激被定義為細胞內活性氧簇(Reactive oxygen species, ROS)濃度的增加。ROS是在常規的線粒體電子傳遞鏈中產生的，其他種類的ROS可以衍生自超氧化物和過氧化氫，它們與細胞外基質蛋白的耗竭有關[3]。與非動脈瘤性主動脈相比，動脈瘤患者的主動脈組織中檢測到ROS水平增加，分析認為ROS在動脈瘤的發生、發展中起重要作用[4]。另一方面，電子呼吸傳遞鏈中煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)/煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶的有效激活在動脈瘤的形成中起重要作用，側面反映了氧自由基在主動脈瘤形成中的特殊作用[5]。ROS是血管平滑肌細胞(Vascular smooth muscle cell, VSMCs)表型的直接調節因子，ROS積累與培養基層變性、結締組織生長因子(Connective tissue growth factor，CTGF)表達增加有關，從而調節VSMs的合成表型促進TAA的發生發展；并通過血管緊張素II誘導小鼠TAA模型在體外加以驗證[4]。此外，ROS還誘導DNA穩定因子的丟失導致基因組的不穩定，這是TAA患者VSMCs在分子水平上的重要改變[6]。因此ROS被認為和TAA的發展有密切的關聯。

在腹主動脈瘤(Abdominal aortic aneurysm, AAA)患者的VSMCs、內皮細胞(Endothelial cell, ECs)和白細胞(White blood cells, WBCs)中發現的氧自由基顯示端粒縮短與氧化應激有關[7]。最近，Rehh等[8]研究證明，端粒TTAGG重復序列中存在的三聯體鳥嘌呤核苷酸與端粒氧化應激相關損傷的積累有關。在動脈瘤患者的WBCs中，端粒長度與高水平的氧化性DNA損傷之間呈負相關[9]。這表明氧化應激具有系統效應，端粒縮短也可能是系統效應的結果。氧化應激抑制端粒增長并導致端粒消耗，但是端粒縮短和氧化應激之間的具體關系目前仍處于研究階段。

端粒酶不僅位于細胞核和細胞質中，而且在線粒體中也有發現。細胞核中的端粒酶在端粒伸長、基因表達調控、染色質組織和DNA損傷反應中起關鍵作用[9]。線粒體中的端粒酶參與調控并影響細胞凋亡、應激保護、tRNA依賴性逆轉錄酶和RNA依賴性RNA聚合酶。在ROS的氧化應激處理的細胞中發現線粒體端粒酶可以減少ROS的產生并保護線粒體DNA免受損傷[10]。端粒酶還具有通過阻斷線粒體和死亡受體途徑達到抗凋亡的潛能[11]。

Beyer等[12]研究發現增加端粒酶活性可逆轉心血管疾病的病理表型，這項研究支持線粒體中的端粒酶活性可以調節ROS產生直接生理影響這個假設。此外，有研究[13]表明在心血管疾病中端粒酶活性改變早于端粒縮短。還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶在TAA的發生、發展中起重要作用。NADPH氧化酶增加了與動脈粥樣硬化斑塊易感性相關的VSMCs表型的比例[14]。此外，端粒酶RNA逆轉錄酶(telomerase reverse transcriptase, TERT)的非經典線粒體特異性作用主要集中在抗氧化應激的保護上。因此，TERT的調節將成為在衰老和端粒相關疾病中發展影響端粒酶的治療方法的一個有前途的靶點。

2 高熱量營養素攝入

增加熱量攝入可導致人體肥胖，平均壽命降低。高熱量營養素攝入作為ROS的來源，可加速細胞衰老，在心血管系統的功能和結構完整性改變中起著關鍵的作用[15]。不健康的飲食、高糖(如果糖)和低密度脂蛋白攝入增加心血管疾病發生的風險[16]。此外，熱量限制可能通過降低動脈粥樣硬化性膽固醇和脂質過氧化，提高某些酶的抗氧化活性而參與心血管系統的抗氧化防御，這有利于降低心肌代謝相關風險[17]。同時在一項對人群的縱向觀察研究[18]中發現多不飽和脂肪酸的過度攝入會加速端粒的縮短，而且能量限制與白細胞端粒縮短成負相關。精制面粉、谷類、肉類和肉類產品及加糖飲料帶來的總脂肪和飽和脂肪攝取量加高與TAA患者心血管組織中較短的端粒有關，相比之下，膳食抗氧化劑以及食用富含抗氧化劑的植物性食物有助于維持端粒長度[19]。動物哺乳期限制蛋白質的攝入會導致子代出現DNA損傷和主動脈組織中端粒的縮短，這些結果與氧化應激的標志8-羥基-2-脫氧鳥苷的減少有關，而8-羥基-2-脫氧鳥苷其對兒童生長和心血管疾病有積極的影響[20]。因此，高熱量營養素攝入對端粒及端粒酶生物學的影響很大程度上是通過氧化應激起作用。

3 高血壓

高血壓是TAA發生以及破裂的重要危險因素[19]。但高血壓與端粒生物學之間的關系眾說紛紜。一方面高血壓是端粒消耗的重要因素，而端粒的縮短會促進高血壓的進展[21]。在對端粒和人類高血壓之間的潛在關系進行的一些研究中，Framingham心臟研究和心血管健康研究[22]表明血流動力學應激與端粒縮短有關，具體而言，高血壓男性受試者的白細胞端粒顯著短于正常血壓的同齡人。端粒酶缺陷小鼠的血漿中內皮素轉換酶-1增加，使得血壓明顯升高，直接反映了高血壓與端粒消耗之間的聯系[23]。動脈血管壁細胞的異常生長是高血壓血管重構的基礎。因此，端粒酶的激活對VSMCs的增殖至關重要。此外， p53似乎對VSMCs增長率的增加也起著同樣重要的作用，這種活性增加的分子靶點可能是預防高血壓的機會窗口[24]。另一方面，來自Dimitroulis的研究[25]表明，AAA與對照組端粒酶RNA表達的差異獨立于其他因素，如年齡和高血壓。綜上所述，高血壓能否影響端粒生物學的變化以及引起怎樣的改變還需要更加深入的驗證。

4 糖尿病

糖尿病患者的血管疾病風險較高，因為餐后高血糖可增加患者發生心血管疾病的風險，包括TAA的發生和破裂[26]。同時有研究[27]表明白細胞端粒的縮短與糖尿病之間存在一定的相關性。糖尿病和高同型半胱氨酸血癥是CVD進展的獨立危險因素，包括TAA和AAA，暴露于高水平葡萄糖或/和同型半胱氨酸的VSMCs培養物顯示端粒酶活性增加，從而導致VSMCs的增殖反應[28]。相比之下，Matsui等[29]研究發現，高濃度的胰島素治療可能加速血管內皮細胞(ECs)衰老。暴露于高糖的人ECs表現出衰老標志物增加和端粒酶活性降低。

綜上所述，TAA發生、發展過程中中端粒長度及端粒酶活性改變的影響因素包括氧化應激、高熱量營養素攝入、高血壓、糖尿病等。端粒長度與高水平的氧化性DNA損傷之間呈負相關。線粒體端粒酶可通過降低活性氧簇的濃度，保護線粒體DNA免受損傷。端粒酶RNA逆轉錄酶的非經典線粒體特異性作用主要集中在抗氧化應激的保護上。高熱量營養素攝入可導致主動脈組織出現較短端粒。高血壓是端粒縮短的重要影響因素，而端粒的縮短會進一步促進TAA的發生發展。高濃度的胰島素治療可能加速ECs衰老，導致細胞端粒變短，同時高水平葡萄糖可增加血管平滑肌細胞端粒酶活性，在TAA的發生、發展中發揮重要作用。雖然高血壓病對主動脈VSMCS的端粒影響還有待考究，但是活性氧、高熱量的攝入、糖尿病對主動脈以及主動脈組織端粒的負性作用是肯定的，而這些外因引起的端粒縮短和端粒酶活性降低與TAA發生發展之間的具體關聯和具體的分子機制還有待深入探究。