動脈粥樣硬化相關的炎性信號通路的研究進展

張 風,鄭 剛,,齊 婧,高 源

(1.陜西中醫藥大學,陜西 咸陽,712046;2.陜西中醫藥大學第二附屬醫院 科研部,陜西 咸陽,712000)

動脈粥樣硬化(AS)是一種慢性血管炎性疾病，以脂質代謝紊亂、炎性細胞浸潤、出血及血栓形成和纖維組織增生等為主要病理改變，是導致冠心病、高血壓病、腦卒中等心腦血管疾病的病理基礎，對人類健康造成極大威脅[1]。關于AS的發病機制尚未完全明了，目前有脂質浸潤學說、平滑肌克隆學說、血栓形成學說、炎癥反應學說等[2],其中炎癥反應學說對AS發病過程的解釋較為全面，在學術界受到了廣泛認可。本文對炎癥反應參與AS的病理生理機制及相關信號通路進行深入探索，有助于發現新的藥物作用靶點，為防治AS提供研究思路。

1 炎癥反應與AS的發生機制

AS曾被認為是一種脂質物質在血管壁緩慢聚集的過程。20世紀末，國外專家ROSS R[3]提出AS的“損傷反應”學說，表明AS是一種多因素誘導的慢性炎癥型疾病，隨后相關研究結果印證了這一觀點，AS涉及復雜的循環血細胞(如血小板、單核細胞)和血漿成分(如脂蛋白)，在高脂、高糖等外界因素刺激下與血管壁細胞(如內皮細胞)相互作用，介導AS。

AS的早期機制是動脈內膜的內皮細胞滲透性屏障功能破壞，使循環血液中的脂蛋白等物質沉積并最終依附在動脈管壁上，進而被氧化修飾為低密度脂蛋白膽固醇，在局部引發炎癥反應。與此同時，血管細胞黏附分子-1(VCAM-1)、細胞間黏附分子-1(ICAM-1)分泌增多，白細胞在多種趨化因素介導下向內皮損傷處遷移、黏附，從而在內皮下集聚，其與內皮細胞分泌的炎性介質觸發血管局部慢性炎癥反應，介導AS斑塊的形成[4]。

動脈管壁上一旦有白細胞附著，單核細胞趨化蛋白-1(MCP-1)促使單核細胞分化成巨噬細胞，氧化型低密度脂蛋白(OX-LDL)可被巨噬細胞清道夫受體(SR)快速識別并吞噬，趨化巨噬細胞轉化為泡沫細胞，泡沫細胞胞質內充滿脂質小滴，相互聚集在血管壁上形成“脂質條紋”[5]。同時，吞噬脂蛋白的巨噬細胞和受損的內皮細胞合成并分泌白細胞介素(IL)-6、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、基質金屬蛋白酶(MMPs)、血小板源生長因子(PDGF)、成纖維細胞生長因子(FGF)等促炎因子和生長因子，促使免疫細胞浸潤在局部形成脂質池，促進炎癥反應和斑塊的生長。

動脈中膜平滑肌細胞(SMC)在PDGF和FGF的共同趨化下，遷移至動脈內膜下并增殖。SMC衍生膠原等細胞外基質蛋白，形成具有保護作用的纖維帽覆蓋在斑塊上，使斑塊更加穩定，而活化的巨噬細胞可分泌多種MMPs，胞外基質蛋白和間質膠原蛋白可被其降解，導致纖維帽變薄、斑塊易于破裂;同時，活化的白細胞可抑制間質膠原蛋白的更新，增加斑塊的脆性，進一步增大斑塊破裂的可能性[4]。

AS斑塊一旦破裂，循環中血小板活化、激活凝血級聯反應、多細胞啟動，參與血栓形成，阻塞血管，引發惡性缺血事件。研究[6-7]表明，血小板不僅介導AS血栓形成，也參與炎癥免疫反應。當血流剪切應力發生改變，循環血液中的血小板通過表面受體響應血流變化，結合黏附蛋白和細胞外基質，使血小板黏附與活化，通過表達整聯蛋白、P-選擇素(P-selectin)和Toll樣受體進行免疫。血小板P-selectin 和白細胞表達的配體1(PSGL-1)相互作用，介導血小板-白細胞聚集體的形成，促進AS的發生。同時，激活的血小板啟動顆粒釋放，致密顆粒分泌神經遞質(5-HT)、磷酸腺苷(ATP/ADP)等介質;α顆粒釋放黏附蛋白、趨化因子、細胞因子等。這些分泌物通過正/反向調控內皮細胞、平滑肌細胞和白細胞，參與AS發展。

總結來說,AS包含復雜的基質介導，多種細胞因子貫穿其發生、發展的全過程。

2 與AS有關的炎癥反應信號通路

炎癥反應貫穿AS的全過程，而介導炎癥反應的信號通路繁多且復雜，主要有以下6條信號通路。

2.1 酪氨酸激酶/信號傳導子和轉錄激活子(JAK/STAT)信號通路

JAK/STAT是一種由細胞因子介導的信號傳遞通路，可被多種細胞因子激活，同時也調控多種細胞因子的表達，是細胞進行信號傳遞的主要途徑。JAK/STAT主要由酪氨酸激酶JAK及STAT蛋白構成，JAK/STAT家族有4個Janus激酶(JAK1-3、TYK2)和7個STATs(STAT1、2、3、4、5a、5b、6)。通路激活過程如下:首先，細胞因子與細胞膜上的相應受體相結合，驅使受體分子二聚化并招募受體偶聯的JAK激酶，通過交互的酪氨酸發生磷酸化并被激活，JAK激酶被活化后可催化受體上的酪氨酸殘基發生磷酸化，受體招募STAT,JAK激酶磷酸化STAT使其激活，活化的STAT脫離受體在胞漿中形成二聚體，進入細胞核內和靶基因結合，調節基因轉錄和蛋白表達。活化的JAK/STAT蛋白可增加多種炎性因子表達，如VCAM-1和MCP-1等，可加快細胞的增殖和遷移，趨化炎性細胞向動脈內皮細胞的黏附與浸潤等[8]。JAK/STAT信號通路見圖1。

JAK/STAT信號通路從血管內皮細胞(VECs)功能紊亂、血管平滑肌(VSMC)增殖和遷移、炎癥細胞浸潤等多方面介導AS形成。內皮細胞的激活、增殖和遷移是生成新血管的基礎，新生血管的不成熟可造成AS斑塊不穩定、甚至破裂。內皮細胞的增殖和遷移是在血管內皮因子(VEGF)的誘導下完成，而JAK/STAT信號通路是VEGF在細胞內進行信號傳導的主要途徑。陳健芳等[9]發現，通過抑制JAK/STAT信號通路，可減輕高糖誘導的人臍靜脈血管內皮損傷。血管中膜的SMC在正常情況下為靜止狀態，當AS發生時，組織合成表達多種炎性介質，刺激VSMC由靜止轉變為增殖遷移狀態。研究[10]顯示，可通過抑制JAK/STAT信號通路抑制VSMC增殖和遷移。炎性浸潤是AS病變的重要因素，研究表明，炎癥細胞的增殖、分化等過程的調節與JAK/STAT信號通路密切相關。黃志敏等[11]發現通過阻斷JAK/STAT信號通路可降低阿霉素腎纖維化大鼠炎癥因子水平。

2.2 絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)依賴性信號通路

MAPK主要由蛋白激酶及蛋白激酶磷酸化作用構成，是介導細胞內外信息交流的重要通路，在哺乳動物細胞中存在14條通路，細胞外信號調節激酶(ERK)、c-Jun氨基末端激酶(JNK)、p38 MAPK是其中3條經典的信號通路[12]。MAPK傳導通路激活過程如下:MAPK激酶激酶(MAPKKK)受有絲分裂原刺激磷酸化而激活，在此基礎上MAPKKK轉而磷酸化激活MAPK激酶(MAPKK),最后由MAPKK磷酸化MAPK,使其活化，激活的MAPK分子活化核轉錄因子-κB (NF-κB),從而調節炎性細胞因子的表達，使細胞的通透性增加，加速細胞凋亡[13]。

研究[14]表明,AS與MAPK信號通路的激活密切相關。炎性細胞因子和各種細胞應激信號主要由JNK、p38MAPK通路轉導，而細胞的生長、分裂等信號主要由ERK通路轉導，各通路間存在相互協同或抑制作用。靳昭輝等[15]發現，可通過干預p38MAPK信號轉導通路，改善糖尿病AS兔的炎癥反應。通過p38 MAPK、ERK1/2抑制劑分別抑制p38 MAPK、ERK信號通路，可對抗球囊損傷后大鼠頸動脈內膜的新生[2]。

2.3 活性氧(ROS)依賴性信號通路

ROS主要由還原型輔酶Ⅱ(NADPH)氧化酶產生，是細胞內傳遞信號的使者。血管NADPH氧化酶在生理狀態下活性較低，脂多糖(LPS)等因素的刺激可使其表達增加，導致血管內皮功能障礙，誘發炎癥反應，從而使血管平衡狀態遭到破壞[16]。致炎物質激活ROS受體，使細胞內生成大量的ROS，活化NF-κB蛋白，從而調節炎性因子的表達。

研究[17-18]發現,ET-1通過ETA-ROS信號通路，誘導血管平滑肌細胞(VSMC)C反應蛋白(CRP)的表達，同型半胱氨酸可以通過NMDAR/ROS/NF-κB信號通路誘導VSMC CRP表達。

2.4 TLR依賴性信號通路

TLR是一種新的炎性信號轉導蛋白，是溝通脂質代謝紊亂、免疫反應和炎癥反應之間的橋梁，TLR4信號通路激活可引起慢性炎癥反應，促進AS形成。TLR4在內皮細胞、平滑肌細胞等細胞表面均有表達，其能夠識別LPS、OX-LDL等多種危險的信號分子。TLR4可以激活MyD88依賴型和MyD88 TLR4非依賴型2條通路，由MyD88和TRIF 2種銜接蛋白分別與相應受體結合，激活下游信號分子，產生促炎細胞因子和干擾素，激活T、B淋巴細胞介導的免疫應答[19]。

ATP結合盒轉運體G(ABCG1)是介導脂質積聚和炎癥反應的關鍵基因，TLR4可下調其表達，誘導脂質積聚和炎癥細胞浸潤血管平滑肌[20]，從而介導AS的形成。研究[21]發現，抑制ApoE-/-小鼠TLR4、MyD88基因的表達，可抑制主動脈粥樣硬化內皮細胞對白細胞的黏附以及巨噬細胞的浸潤，使循環促炎細胞因子(IL-12、MCP-1)、斑塊脂質含量顯著減少。研究[22]發現，OX-LDL通過TLR4/NF-κB依賴途徑，上調基質金屬蛋白酶-9(MMP-9),促使巨噬細胞表達TNF-α、IL-8、IL-1β等炎性因子，加速斑塊的破裂。TLR4信號通路見圖2。

2.5 NF-κB信號通路

NF-κB信號通路廣泛分布于哺乳動物細胞內，具有多向性轉錄調節作用，可由多種細胞因子和炎性因子誘導激活，該通路通過潛伏、誘導、應答、消退4個階段介導炎癥反應，在AS發病機制中占據核心地位[23]。

NF-κB信號通路可調節內皮細胞的活化和促炎因子的表達,AS斑塊的形成與該通路調控相關細胞因子的表達密切相關。既往研究[24]發現,TNF-α和IL-6基因的啟動子和增強子中均存在κB序列，活化的NF-κB與其特異性位點相結合，激活TNF-α、IL-6基因，使其表達和釋放增多。TNF-α生物學活性廣泛，可調節脂質代謝，介導炎癥免疫反應，刺激自身及IL-1、IL-6、ICAM-1等炎性因子的生成與釋放，發揮促炎作用，而TNF-α、IL-1又對NF-κB有反饋調節作用，細胞因子在前炎性因子TNF-α、IL-1等細胞因子正負反饋作用下不斷上調，使炎癥反應持續存在，介導AS的發生與發展[25]。NF-κB信號通路見圖3。

2.6 CD40/CD40L信號通路

CD40是腫瘤壞死因子受體的家庭成員,CD40L是其配體,CD40/CD40L作為一對互補的跨膜糖蛋白，在免疫細胞、VECs、VSMC等多種細胞中均有表達，參與免疫、炎癥等生物學過程[26]。VSMC、VECs和巨噬細胞在CD40/CD40L信號通路介導下，可表達TNF-α、ILs、黏附分子等炎性介質。當發生AS時,CD40與CD40L結合并激活進入細胞，通過激活NF-κB等下游信號通路，上調促炎因子和促血栓形成基因的轉錄與表達，參與AS的進程[27]。

研究[28]發現，誘導VECs表達MMPs的主要信號通路是CD40/CD40L。CD40/CD40L信號通路激活，使血管ROS、脂肪因子含量增多、加速白細胞向內皮損傷處的募集，促進AS斑塊的生成[29]。

3 總結與展望

隨著現代分子生物學的發展，關于AS發病機制的研究已逐步深入到細胞、分子等微觀領域。AS的形成是包含多種機制的復雜過程，學術界普遍認為AS病變是由VECs受損、內皮功能障礙而導致的慢性炎癥反應過程。與VECs炎性反應相關的信號通路紛繁復雜，遠不上述幾條，這些通路之間相互關聯、相互影響，共同參與AS的形成與發展。理論上，阻斷相關炎性信號通路可阻斷AS的進程，事實上，這一猜想也已在許多臨床研究和動物實驗中被證實;Canakinumab抗炎藥血栓形成結果研究(CANTOS)[30]將AS中的炎癥作為靶點從推測轉變為臨床現實，該研究以經過大量研究并證實在AS形成中發揮重要作用的特異性促炎細胞因子IL-1β為靶點，成功突破了炎癥小體作為進一步治療干預的途徑;Nod樣受體家族含pyrin結構域蛋白3 (NLRP3)炎癥體以及下游細胞因子IL-1β、IL-18、IL-6是有潛力的干預候選目標。研究[31-32]表明，服用抗IL-1β抗體可減少心肌梗死后心血管穩定患者心肌梗死的復發，以及根據指南(包括他汀類藥物)治療患者的主要心血管不良事件的發生。隨著CANTOS的成功，已經有抑制炎癥體激活等干擾IL-1β及其產生過程的策略，某些趨化因子的選擇性中和作用在這方面也值得考慮。此外，目前有幾種有潛力的途徑尚未進入臨床試驗階段，但正處于積極探索階段。

AS是由多種因素共同介導的復雜性病變，實踐中若僅針對某單一靶點進行抗炎治療，難以達到理想的效果。因此，探索炎癥反應與AS的關系以及各信號通路之間的聯系，有助于闡明AS的發病機制、尋找新型藥物的作用靶點，以及設計出更合理的防治AS的方案。