Galectin-3 在動脈粥樣硬化相關性腦卒中的研究進展

李金霞 王學新 陳 琦 王振宇 馬甜甜

1）濱州醫(yī)學院康復醫(yī)學院，山東 煙臺 264010 2）煙臺毓璜頂醫(yī)院，山東 煙臺 264010

動脈粥樣硬化是一種慢性疾病，其主要特征為動脈內(nèi)膜下脂質(zhì)沉積、平滑肌細胞增生和膠原纖維增多，最終形成粥糜樣含脂壞死病灶和血管壁硬化。病變繼續(xù)加重可出現(xiàn)斑塊鈣化、粥樣潰瘍、血栓形成和斑塊內(nèi)出血等繼發(fā)病變，導致動脈狹窄或堵塞，影響關鍵組織的血供。動脈粥樣硬化的患病率在世界范圍內(nèi)，尤其在中國人群中呈上升趨勢［1］，其最常見并發(fā)癥心肌梗死和腦卒中是全球最常見死亡原因。深入研究動脈粥樣硬化的發(fā)病機制，改善動脈粥樣硬化相關腦卒中的防治措施具有重要意義。

研究表明炎癥在動脈粥樣硬化的發(fā)病機制中起關鍵作用，多種炎癥細胞（如單核-巨噬細胞、泡沫細胞、白細胞、淋巴細胞、肥大細胞）、炎癥因子（腫瘤壞死因子、白細胞介素、干擾素等）參與了動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展［2］。促炎標志物在動脈粥樣硬化相關性疾病中的作用受到廣泛關注。細胞因子、黏附分子等炎癥介質(zhì)相互關聯(lián)、相互作用，構成了復雜的網(wǎng)絡，其級聯(lián)放大了炎癥反應，共同促進了動脈粥樣硬化的進展。如C反應蛋白（C-reactive protein，CRP）、可 溶 性 P- 選 擇 素（soluble platelet-selectin，sP-selectin）、單 核 細 胞 趨 化 蛋 白1（monocyte chemotactic protein 1，MCP-1）等均被證實直接參與了動脈粥樣硬化的形成，且能作為相關促炎標志物預測動脈粥樣硬化的發(fā)展程度［3］。

半乳糖凝集素-3（Galectin-3，Gal-3）是一種炎癥因子，與細胞生長、血管生成、腫瘤發(fā)生和炎癥反應等多種生理和病理過程相關。在動脈粥樣硬化過程中，Gal-3能驅(qū)動炎癥反應、纖維化和氧化應激，參與脂質(zhì)內(nèi)吞、巨噬細胞活化、單核細胞趨化和細胞增殖黏附等過程［4］，促進動脈粥樣硬化的進展。Gal-3 被認為是急性和慢性心力衰竭的獨立預后標志物，美國心臟病學會基金會和美國心臟協(xié)會的指南提到Gal-3 對心衰的危險分層及預后具有獨特優(yōu)勢［5］。但其在腦卒中及其他腦血管疾病中的作用尚不完全清楚。本文就Gal-3在動脈粥樣硬化中的作用機制及其在動脈粥樣硬化性腦卒中的研究作一綜述。

1 Gal-3結構、分布及其生化活性

Gal-3 屬于Galectin 家族，又稱Mac-2 抗原或碳水化合物結合蛋白-35（CBP-35），是唯一的嵌合體型，同時是唯一含有C端碳水化合物識別域（CRD）和N 端肽的Galectin 成員［6］。Cal-3 的N 端肽包含12 個氨基酸和1個內(nèi)部重復區(qū)域，CRD包含約130個氨基酸，能特異性識別并結合細胞表面的半乳糖苷和細胞外糖蛋白。Gal-3蛋白通常以單體形式存在，在高濃度時可通過N 端結構域締合形成五聚體［7-9］。Gal-3由人類基因組14號染色體的LGALS3編碼，在細胞質(zhì)中合成后運輸?shù)郊毎恕⒓毎骰蚍置诘郊毎猓?0-11］。Gal-3在多種組織（皮膚、大腦、腸、肝臟、腎臟、心臟、腫瘤）和細胞（上皮細胞、內(nèi)皮細胞、活化的小膠質(zhì)細胞、炎癥細胞等）中表達［12］，并且參與細胞生長、血管生成、腫瘤發(fā)生和炎癥反應等多種生理和病理過程［10］。Gal-3作為一種重要的炎性生物標志物，可通過劑量依賴的方式激活巨噬細胞，促進腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和白介素-6（IL-6）等促炎因子的分泌［13］，在急慢性疾病的炎癥過程中發(fā)揮重要作用。目前研究表明，Cal-3參與了神經(jīng)退行性變、自身免疫性疾病、動脈粥樣硬化、心力衰竭、糖尿病、傷口愈合、感染反應等多種疾病和病理過程［6］；此外，Gal-3還與腫瘤轉移［14］、腦發(fā)育過程中成神經(jīng)細胞的遷移［15］、心室重構和心肌纖維化［16］有關。

2 Gal-3在動脈粥樣硬化中的調(diào)控作用

內(nèi)皮細胞、巨噬細胞和血管平滑肌細胞是動脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展過程中最關鍵的細胞類型，Gal-3作為重要的炎性調(diào)控因子，能通過影響上述細胞的生理功能，推動動脈粥樣硬化的進展。此外，Gal-3還能誘導成纖維細胞活化和增殖，增強氧化應激反應，從而進一步加重動脈粥樣硬化。

2.1 Gal-3和炎癥反應

2.1.1 Gal-3加重內(nèi)皮損傷并促進炎癥細胞浸潤：炎癥刺激持續(xù)激活內(nèi)皮細胞致其功能障礙被認為是動脈粥樣硬化的基礎和起始步驟［17-18］，Gal-3能直接作用于血管內(nèi)皮細胞，促進其炎癥反應，從而進一步加重內(nèi)皮細胞損傷，推動動脈粥樣硬化的發(fā)展。CHEN等［19］和OU等［20］分 別 報 道，Gal-3 能 通 過 激 活integrin β 1-RhoA-JNK 和LOX-1/ROS/p38/NF-κB 信號通路促進內(nèi)皮細胞的炎癥反應，加重低密度脂蛋白誘導的內(nèi)皮損傷。此外，血管祖細胞功能障礙也是加重血管內(nèi)皮損傷的重要因素，Gal-3在血管祖細胞介導的血管修復中起負面影響。PEI等［21］發(fā)現(xiàn)，Gal-3介導了香煙提取物誘導的血管祖細胞自噬和功能紊亂，阻斷Gal-3的表達，能顯著提高血管祖細胞的血管修復功能。

內(nèi)皮損傷導致其釋放炎癥信號分子，募集單核細胞和巨噬細胞黏附并滲透到內(nèi)膜，進而分泌大量炎癥因子形成級聯(lián)瀑布效應放大炎癥，推動動脈粥樣硬化進一步發(fā)展。在此過程中，Gal-3作為促炎因子能直接激活成纖維細胞及刺激巨噬細胞分泌大量炎癥因子，如TNF-α 、IL-6、C-X-C 基 序 趨 化 因 子8（CXCL8）、C-C 趨化因子配體2/3/5（CCL2、CCL3、CCL5），加強血管炎癥反應［22］，其中CCL2、CCL5 和CXCL8可招募單核細胞和巨噬細胞聚集于內(nèi)皮損傷和斑塊沉積處，促進脂質(zhì)沉積，從而加重動脈粥樣硬化［13］。

2.1.2 Gal-3與巨噬細胞分化及泡沫細胞形成：巨噬細胞是動脈粥樣硬化斑塊中的主要成分之一，巨噬細胞吞噬脂蛋白形成泡沫細胞，具有促進粥樣硬化形成和增加斑塊不穩(wěn)定性的作用，Gal-3在巨噬細胞的分化和泡沫細胞形成中扮演重要角色。動脈粥樣硬化斑塊中高表達Gal-3主要與巨噬細胞有關。LIU等［23］報道，Gal-3表達升高是單核細胞分化為巨噬細胞的標志事件。MARIANNA 等［13］研究發(fā)現(xiàn)，在ApoE-/-mice動脈粥樣硬化模型中，硬化斑塊中的Gal-3主要由巨噬細胞表達，且其表達與粥樣硬化程度呈正相關。同時，Gal-3 與泡沫細胞形成密切相關。Gal-3誘導滲透到內(nèi)膜的巨噬細胞聚集，通過清道夫受體吞噬低密度脂蛋白膽固醇（ox LDL-C）轉變?yōu)榕菽毎?4］。ZHU等［25］報道，高表達Gal-3能促進泡沫細胞攝取脂蛋白，形成粥樣硬化病變脂質(zhì)條紋及不穩(wěn)定斑塊脂質(zhì)成分，加重動脈粥樣硬化。

2.1.3 Gal-3促進血管平滑肌細胞增殖和遷移：血管平滑肌細胞（VSMCs）的增殖和遷移是動脈粥樣硬化的重要過程，Gal-3對VSMCs的增殖和遷移有促進作用。TIAN等［26］研究表明外源性Gal-3能通過激活經(jīng)典Wnt/catenin信號通路促進VSMCs的增殖和遷移能力，VSMCs從中膜遷移至內(nèi)膜并增殖，亦可吞噬脂質(zhì)成為泡沫細胞的另一重要來源，形成粥樣硬化病變脂質(zhì)條紋。此外，Gal-3 作為晚期糖基化終末產(chǎn)物（advanced glycation end product，AGE）受體，可與細胞外AGE及其修飾蛋白在細胞表面結合形成蛋白復合物，抑制血管平滑肌細胞與基質(zhì)糖蛋白的黏附，從而導致其增殖和遷移活躍［25，27］，促進動脈粥樣硬化的進展。

2.2 Gal-3 和纖維化Gal-3 能促進內(nèi)皮下的成纖維細胞活化增殖和細胞外基質(zhì)沉積，導致纖維化形成，從而加速動脈粥樣硬化的進展。內(nèi)皮細胞受損后會分泌炎癥因子募集巨噬細胞，NEIL等［28］發(fā)現(xiàn)，巨噬細胞來源的Gal-3 能激活靜息狀態(tài)的成纖維細胞增殖轉化為肌成纖維細胞，并促進I型膠原蛋白沉積，而I型膠原蛋白又能進一步誘導成纖維細胞增殖從而加重纖維化［29］，促進動脈粥樣硬化的發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，VSMCs中Gal-3的過度表達誘導I型膠原蛋白合成增加，促進血管纖維化及重塑過程。此外，轉化生長因子β（TGF-?）是重要的促纖維化因子，Gal-3可在細胞表面形成凝集素晶格（galectin lattice）募集TGF-?受體，從而放大促纖維化信號通路［30］，促進纖維化形成和動脈粥樣硬化進展。

2.3 Gal-3 和氧化應激氧化應激存在于動脈粥樣硬化的整個發(fā)展過程中，并介導了血管內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞及單核巨噬細胞功能改變及損傷。Gal-3與氧化應激關系密切，能通過加強氧化應激反應加重動脈粥樣硬化。研究顯示，外周動脈疾病患者血漿Gal-3 濃度升高，并與氧化應激的血清學標志物F2-異前列素水平呈正相關［31］。ALMKVIST 等［32］研究發(fā)現(xiàn)，Gal-3能通過激活還原型輔酶Ⅱ（NADPH Ⅱ），刺激中性粒細胞分泌過氧化物，促進氧化應激。同時，SUZUKI 等［33］報道Gal-3 與肥大細胞共培養(yǎng)，能促進其釋放O2-，從而誘導氧化應激形成。

3 Gal-3和動脈粥樣硬化性腦卒中

腦卒中（cerebral stroke）是一種嚴重的急性腦血管疾病，其病因主要是腦部血管突發(fā)破裂或血管阻塞，血液不能流入大腦而導致腦組織損傷，其高致殘率、高病死率給患者、患者家庭以及社會帶來沉重的負擔。腦卒中分為缺血性腦卒中（ischemic stroke，IS）和出血性腦卒中（hemorrhagic stroke，HS），其中80%以上為IS［34］。大量研究表明，動脈粥樣硬化是IS發(fā)病的主要病理生理機制，動脈粥樣硬化斑塊形成后導致的血管腔狹窄、閉塞以及不穩(wěn)定斑塊形成的血栓是導致IS 的重要因素。Gal-3 作為新型動脈粥樣硬化生物標志物，不僅參與動脈粥樣硬化的病理變化過程，也與動脈粥樣硬化性腦卒中密切相關，深入研究Gal-3 與動脈粥樣硬化性腦卒中的關系能為其防治提供新的思路。

3.1 Gal-3是潛在的急性缺血性腦卒中生物標志物

3.1.1 Gal-3與頸動脈粥樣硬化：頸動脈是大腦的主要供血動脈，頸動脈粥樣硬化是急性缺血性腦卒中的重要危險因素和病因，Gal-3高表達與頸動脈粥樣硬化的發(fā)生密切相關。JULIO等［35］及ABAYOMI等［36］均報道，血清Gal-3 在頸動脈粥樣硬化患者中高表達，且與粥樣硬化程度呈正相關。此外，PAPASPYRIDON OS 等［37］研究發(fā)現(xiàn)，在頸動脈粥樣硬化斑塊中，Gal-3的表達在不穩(wěn)定斑塊中顯著高于穩(wěn)定斑塊，而不穩(wěn)定斑塊的出現(xiàn)更易導致急性缺血性腦卒中，說明Gal-3有可能作為預測頸動脈粥樣硬化相關急性缺血性腦卒中的危險因素，為預防急性缺血性腦卒中提供幫助。

3.1.2 Gal-3 與缺血性腦卒中：Gal-3 是動脈粥樣硬化和心血管疾病的生物標志物，近期研究發(fā)現(xiàn)血清Gal-3升高是發(fā)生缺血性腦卒中的危險因素，且與卒中復發(fā)及預后不良密切相關。TAN等［38］進行的一項1 495例糖尿病患者的前瞻性隊列研究發(fā)現(xiàn)，高表達血清Gal-3是2型糖尿病患者發(fā)生缺血性腦卒中的獨立危險因素。ARORA等［39］進行的一項30 293個樣本的前瞻性隊列研究發(fā)現(xiàn)，血清高Gal-3是64歲以下人群發(fā)生缺血性腦卒中的獨立危險因素，但在高于64歲以上的人群中Gal-3與腦卒中的發(fā)生無關。此外，ZENG等［40］及WANG等［41］進行的一項3 082例缺血性腦卒中患者的回顧性研究發(fā)現(xiàn)，在有高血糖癥的人群中血清高Gal-3患者腦卒中的復發(fā)率顯著升高；血清高Gal-3 是腦卒中患者死亡或嚴重殘疾的獨立風險因素，表明繼續(xù)深入研究Gal-3與缺血性腦卒中發(fā)病及預后的關系，有望使Gal-3成為缺血性腦卒中的新生物標志物。

3.2 Gal-3參與缺血性腦卒中后病理進展在大腦中動脈短暫阻斷的缺血性腦卒中大鼠模型中，缺血腦組織的Gal-3表達在術后60～96 h內(nèi)顯著升高，即使在事件發(fā)生后2個月缺血腦組織中Gal-3仍明顯升高［42］，提示Gal-3 在缺血性腦卒中后的病理進展中發(fā)揮作用。近年越來越多的研究表明Gal-3 與缺血性腦卒中后病理進展密切相關，參與小膠質(zhì)細胞激活、血管新生、神經(jīng)元遷移和再髓鞘化等多個腦組織損傷修復過程。

3.2.1 Gal-3 與小膠質(zhì)細胞激活：小膠質(zhì)細胞，即腦部的巨噬細胞，作為大腦局部的免疫活性細胞和吞噬細胞在腦發(fā)生缺血性病變時起關鍵作用。Gal-3 作為重要的促炎因子，參與小膠質(zhì)細胞的活化過程。BURGUILLOS 等［43］在缺血性腦卒中小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，腦卒中事件后小膠質(zhì)細胞分泌大量Gal-3，Gal-3通過內(nèi)源性旁分泌途徑激活Toll樣受體4（TRL4），維持小膠質(zhì)細胞的活化狀態(tài)，從而延長腦組織的炎癥反應；敲除小鼠的Gal-3基因能起到抗炎癥反應和神經(jīng)保護的作用。同時LALANCETTE-HéBERT 等［44］報道，Gal-3 與小膠質(zhì)細胞活化密切相關，敲除小鼠的Gal-3 基因會顯著減少缺血性腦卒中后腦組織中活化的小膠質(zhì)細胞，同時加劇腦組織的缺血性損傷和神經(jīng)元凋亡。

3.2.2 Gal-3與血管新生：血管新生是卒中后缺血腦組織修復過程中的重要生理病理變化，對神經(jīng)功能恢復意義重大，Gal-3具有促進缺血腦組織血管新生的作用。WESLEY等［45］報道，Gal-3能通過激活整合素連接激酶（integrin linked kinase）信號通路促進血管內(nèi)皮細胞的新生作用，使用Gal-3中和抗體處理缺血性腦卒中小鼠模型會顯著減少缺血灶內(nèi)的微血管密度。此外YOUNG 等［46］研究發(fā)現(xiàn)，在Gal-3 敲除小鼠的大腦中動脈閉塞模型中，缺血腦組織的血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）表達水平較野生型小鼠顯著下降，缺血腦組織的內(nèi)皮增殖及血管新生水平也顯著降低。

3.2.3 Gal-3與神經(jīng)元遷移和再髓鞘化：除了血管新生，神經(jīng)元遷移和再髓鞘化同樣在缺血性腦卒中的恢復過程中發(fā)揮重要作用，Gal-3與神經(jīng)元遷移及再髓鞘化密切相關。COMTE等［47］報道Gal-3中和抗體能在體外抑制神經(jīng)母細胞的遷移能力，而外源性的Gal-3 能促進其遷移能力，敲除小鼠的Gal-3 基因會抑制神經(jīng)母細胞從室管膜下區(qū)遷移至嗅球。目前已經(jīng)證實由室管膜區(qū)遷移而來的神經(jīng)母細胞在腦卒中后神經(jīng)修復中發(fā)揮重要作用［48］，但Gal-3在其中扮演何種角色需要進一步研究。此外Gal-3 與少突膠質(zhì)細胞分化成熟促進髓鞘再生有關。PASQUINI等［49］報道，分化過程中的少突膠質(zhì)細胞高表達Gal-3，且外源性的Gal-3能促進少突膠質(zhì)細胞在體外分化成熟，敲除小鼠的Gal-3 基因會導致髓鞘形成障礙，但Gal-3在髓鞘再生中的具體作用仍需深入研究。

4 展望

腦卒中是一類發(fā)病率高、致殘性高、病死率高和復發(fā)率高的疾病，已成為我國民眾的首位死因。腦梗死占腦卒中的絕大部分，其與動脈粥樣硬化關系密切。深入研究動脈粥樣硬化及缺血性腦卒中的發(fā)病機制可為腦梗死的防治提供新的思路。Gal-3 作為重要的促炎因子，不但參與動脈粥樣硬化發(fā)生、發(fā)展的調(diào)控，還與缺血性腦卒中的發(fā)病、預后關系密切，有望成為新的缺血性腦卒中生物標志物。研究表明Gal-3參與缺血性腦卒中后的小膠質(zhì)細胞激活、血管新生、神經(jīng)元遷移和再髓鞘化等多個腦組織損傷修復過程，但Gal-3在這些過程中的具體調(diào)控機制尚不清晰。因此，進一步深入研究Gal-3在缺血性腦卒中后損傷修復過程中的調(diào)控機制，有望為腦卒中的治療提供新策略。

利益沖突：無