納米材料參與巨噬細胞自噬及抗動脈粥樣硬化的研究進展

宋宇健，陳 蕓

（1.佛山市第一人民醫院超聲診療中心，廣東 佛山 528000；2.北京大學深圳醫院超聲影像科，廣東 深圳 518036；3.汕頭大學醫學院，廣東 汕頭 515041）

動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）是危害人體健康的心血管系統疾病之一，巨噬細胞與AS 關系密切。自噬是細胞的自我保護機制，調控巨噬細胞自噬可調節斑塊內脂質流出、減少炎癥小體的產生及氧化應激對血管的損傷，從而延緩AS的發展。在AS的治療上，納米材料與傳統藥物相比更具有精準化、靶向化的優勢。本文闡述自噬相關機制及巨噬細胞自噬對干預AS的意義。

1 自噬及其調控機制

自噬是存在于大多數真核細胞的一種保護機制。自噬啟動時，胞內形成雙層脂質吞噬泡來吞噬降解的物質、錯誤折疊的蛋白及受損的細胞器等，吞噬后形成的自噬體隨后與溶酶體相結合，轉變為單層膜的自噬-溶酶體結構，溶酶體內的各種水解酶把底物分解為小分子物質予細胞重新利用，廢物則與細胞膜融合后排出細胞[1]。

自噬的啟動主要依賴于自噬相關基因（autophagyassociated gene，Atg）及由Atg基因編碼的相關蛋白。微管相關蛋白輕鏈3（microtubule- associated protein light chain 3，LC3） 由Atg8編碼，隨后被活化的 Atg4 切割形成LC3-I。LC3-I 在 Atg12-Atg5-Atg16L 復合體的作用下聚集形成LC3-II，促進自噬小體的產生。目前常用LC3-II/LC3-I 的比例來評估自噬水平的高低。調控自噬的信號通路主要可分為2類：（1）經典I型：磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/雷帕霉素靶蛋白（phosphatidylinositol 3 kinase/Protein kinase B/mammalian target of rapamycin，PI3K/Akt/mTOR） 抑制性通路[2]；（2） 經典III 型：PI3K/Beclin-1 激活性通路。在營養條件充足等有利于細胞生長的情況下，I 型信號通路激活，活化的蛋白激酶解除下游結節硬化復合物對mTOR 復合體，尤其是mTOR 復合物1 的抑制作用，增加mTOR 復合體的活性。mTOR 復合物1 隨后磷酸化下游的真核啟動因子4E 結合蛋白1 和S6 蛋白激酶1[3]，促進生長因子的表達，抑制自噬的發生，同時誘導細胞周期進入G1-S期，促進細胞生長增殖[4]。而在營養不足、應激等不利于細胞生長的情況下，III 型信號通路激活，Atg8-LC3 復合體及Atg12-Atg5-Atg16L 復合體增多，誘導自噬的發生。除此之外，胞質Ca2+的含量變化也會影響mTOR信號通路從而間接影響胞內自噬水平的變化。

2 巨噬細胞自噬與動脈粥樣硬化

2.1 巨噬細胞自噬與脂質調控

AS 的發展與斑塊內部的脂質水平有關，于微觀上體現在巨噬細胞內脂質的含量。誘導巨噬細胞自噬有利于促進斑塊內膽固醇流出。依目前觀點來看，存在于巨噬細胞內部的脂滴可相當于一種細胞器。固醇和磷脂等單層極化脂質構成脂滴的外膜，而疏水的膽固醇酯、固醇酯及三酰甘油酯等則構成脂滴的核心。當自噬發生時，巨噬細胞內的脂滴被運送至溶酶體，與其內的酸性脂肪酶相接觸，進而分解產生單分子脂質，最后通過相關的膽固醇流出載體蛋白（ATP結合轉運盒1等）運送至胞外[5]，過程中高密度脂蛋白及載脂蛋白A-I 可分別參與對不同載體蛋白的調控。該過程稱之為脂自噬。

巨噬細胞自噬與脂質流出關系密切。Zhang等[6]使用木犀草素對經過氧化低密度脂蛋白處理后的巨噬細胞的治療作用進行研究，提示在經木犀草素處理后，細胞內自噬相關蛋白LC3-II/LC3-I 的比例上升，伴隨著脂質流出基因ABCA-1表達的蛋白含量升高，膽固醇和膽固醇酯含量下降。同樣，Wang等[7]在經過白楊素處理的泡沫細胞脂質流出的實驗中，也表明膽固醇可通過ABCA-1介導的途徑流出，體現在ABCA-1基因表達的蛋白含量升高。脂自噬在調控AS上起著重要的作用。

2.2 巨噬細胞自噬與炎癥反應和氧化應激

巨噬細胞參與血管壁的炎癥反應，適當激活巨噬細胞自噬可以減少炎癥小體的產生及炎癥因子的釋放從而對血管壁起保護作用，延緩AS 的進展。核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3 （nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3）炎癥小體是溝通AS與炎癥的橋梁。受激活的Toll樣受體活化核因子-κB等轉錄因子，從而激活NLRP3、前體白介素1β及前體白介素18 基因的轉錄。活化的NLRP3 激活半胱氨酸蛋白酶-1，促使其切割前體白介素1β及前體白介素18，形成白介素1β及白介素18分泌至胞外。白介素1β和白介素18在AS 中起誘導血管平滑肌細胞遷移和增殖、刺激血管內皮細胞增殖及促進泡沫細胞形成等作用[8]。兩者協同可增加斑塊的不穩，導致易損斑塊的形成與破裂[9]。使用藥物提高巨噬細胞自噬水平，可以抑制NLRP3 炎癥小體的產生，在AS 中起保護作用。阿格拉賓從亮綠蒿中提取而得，其可通過激活自噬途徑，抑制NLRP3 炎癥小體產生，降低白介素1β及白介素18 的水平，從而達到抑制斑塊形成和降低膽固醇水平的目的[10]。

氧化應激中活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平與自噬相輔相成。聚集的ROS可激活細胞自噬從而反向清除ROS。聲動力療法可有效增加細胞內的ROS，研究表明該療法可通過抑制PI3K/Akt/mTOR 信號通路和調控ROS依賴性的轉錄因子EB 核轉位等途徑來激活巨噬細胞自噬[11]。國內相關研究表明，聲動力療法對AS的影響可分為三個方面：誘導斑塊內巨噬細胞凋亡、改善斑塊炎癥環境及促進斑塊內脂質的流出。在AS 發展嚴重時，細胞基礎自噬被打破，由功能失調的線粒體產生的ROS 降解受抑。以ROS為主的氧化應激反應直接損傷DNA、蛋白質等的構象，繼發誘導自噬產生，大體上減少膠原合成致局部纖維帽變薄、易損斑塊破裂、脫落及血栓形成。反之激活自噬，可清除線粒體源性ROS的產生且抑制NLRP3激活或通過泛素化來捕獲和降解NLRP3炎癥小體[12]。研究表明，巨噬細胞Atg5基因缺陷的低密度脂蛋白受體敲除的小鼠在AS晚期表現出氧化應激反應增強，加速了斑塊發展[13]。提示巨噬細胞自噬與細胞氧化應激水平關系密切，為未來研究AS治療提供了新的思路。

3 納米材料對自噬的干預在動脈粥樣硬化中的作用

納米材料因其在光、電、磁和熱等方面具有卓越的物理特性而廣泛運用于檢驗診斷、負載藥物及基因靶向治療等生物醫藥領域。目前應用于AS 的納米材料可分為以下幾類：（1）可生物降解的天然高分子化合物，如多糖類（透明質酸、殼聚糖等）、蛋白類（白蛋白、酪蛋白等）。此類材料有良好的生物安全性與較低的毒副作用，通過分子修飾后可大幅提高其在人體內對病灶的靶向能力。研究報道通過使用CD44 受體與透明質酸相結合，可靶向識別巨噬細胞，間接顯示巨噬細胞豐度較高的斑塊[14]；（2）可生物降解的合成高分子化合物，如聚乳酸聚乙醇酸共聚物。通過使用以聚乳酸聚乙醇酸共聚物為材料制成的納米顆粒，包裹他汀類藥物，可延長有效藥物的體內半衰期以治療AS[15]；（3）不可生物降解材料，如碳納米管等。

納米材料是目前研究的新興熱點，其與傳統藥物相比，在對慢性代謝性疾病的治療上更具有精準化、靶向化的優勢。國內外部分研究也揭示了納米材料可調控巨噬細胞自噬以治療AS的效果。Han等[16]的研究顯示，轉換熒光納米粒子可通過誘導急性單核細胞白血病細胞源性巨噬細胞自噬來治療AS。體現在使用轉換熒光納米粒子后，胞內的膽固醇流出增多，ABCA-1、mTOR基因表達的蛋白含量增多，LC3-II/LC3-I 的比例升高，間接地反映該粒子可通過參與調控PI3K/Akt/mTOR 信號通路來影響自噬與脂質水平。雷帕霉素是一種常用的自噬誘導劑，主要通過抑制mTOR 復合物1 而調控PI3K/Akt/mTOR 信號通路來誘導自噬。Dou 等[17]通過把游離的雷帕霉素包裝成基于乙酰化環糊精材料的可生物降解和生物相容性納米載體，使雷帕霉素得以在體內外以良好控制的方式維持釋放，且復合材料與單純游離雷帕霉素相比，能更有效地抑制病變的炎癥反應，維穩斑塊，延緩AS的進展。Gao等[18]發現在近紅外輻射下硫化銅—瞬時受體電位香草醛亞家族1 （copper sulfide-transient receptor potential vanilloid subfamily 1，CuS-TRPV1）可激活TRPV1 從而通過激活Ca2+-AMPK 信號通路和增加ABCA-1依賴性膽固醇外流來挽救氧化低密度脂蛋白損傷的自噬。且CuS-TRPV1 可以靶向顯示容易發生AS 病變的區域，如主動脈弓、頸動脈和股動脈等，使病灶位置可視化，成為指導治療的分子探針。Craparo等[19]通過使用與巨噬細胞CD36 受體有高親和力的氧化磷脂1-（棕櫚酰）-2-（5-酮基-6-辛烯二酰）磷脂酰膽堿來包埋雷帕霉素，形成的載藥聚合物納米粒靶向作用于巨噬細胞，進而通過抑制PI3K/Akt/mTOR 信號通路來誘導自噬治療AS。Zhang 等[20]使用納米二氧化硅處理小鼠單核巨噬細胞白血病細胞后，反映Beclin-1、LC3 和綠色熒光蛋白結合的LC3點狀蛋白的表達顯著增加，提示該材料可能通過抑制PI3K/Akt/mTOR信號通路誘導自噬。

4 總結與展望

目前研究表明，誘導巨噬細胞自噬能促使斑塊內脂質的流出、降低炎癥小體水平及減少炎癥因子釋放等以減緩AS 的發展。使用納米材料與傳統藥物相比，在AS 的治療上展現出精準化、靶向化等優點。然而針對納米材料本身的特性、生物安全性及其治療AS 上的自噬機制仍有許多未知。未來探索納米材料應用于治療AS 的安全性、最優性及精準性均具有一定挑戰。