白三烯在動脈粥樣硬化形成及治療中的作用

呂 莎葉子芯陳 歡楊樹龍洪芬芳*

(1.南昌大學基礎醫學院病原生物學實驗中心,南昌 330000;2.南昌大學第一附屬醫院呼吸內科,南昌 330000;3.南昌大學第一附屬醫院神經內科,南昌 330000;4.桂林醫學院附屬醫院神經內科,廣西 桂林 541000;5.南昌大學撫州醫學院生理教研室,江西 撫州 344000)

心血管疾病仍然是全世界死亡的主要原因。動脈粥樣硬化性心臟病是最大的原因。 動脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)的機制的研究進展仍然是科學的焦點。 免疫失調和炎癥是導致AS 斑塊的形成及冠狀動脈綜合征急性進展的重要原因[1]。 白三烯(leukotrienes, LTs)是具有免疫調節和促進炎癥反應的重要脂質介質,在多種慢性炎癥性疾病,如哮喘、AS 等疾病中的作用起關鍵作用[2]。 LTs 通過介導免疫細胞的招募和激活及平滑肌細胞增值和內皮功能障礙來調節AS 斑塊炎癥的免疫反應[3]。 研究白三烯與AS 形成中的作用,對AS 的治療有重要作用。

1 白三烯的合成及生理作用

LTs 是花生四烯酸在白細胞中代謝產物分離得到的具有共軛三烯結構的二十碳不飽和酸。 可按取代基性質分為A、B、C、D、E、F 6 類[4]。 前體白三烯以花生四烯酸(arachidonic acid, AA)為原料,在5-脂氧合酶激活蛋白(5-lipoxygenase-activating protein, FLAP)(一種核跨膜蛋白,能有效地將花生四烯酸轉移到5-脂氧合酶)的幫助下,經5-脂氧合酶(5-lipoxygenase, 5-LOX)催化合成了LTs[2]。 LTs通過介導免疫細胞的招募和激活以及平滑肌細胞增殖和內皮功能障礙來調節AS 斑塊炎癥的免疫反應。 LTs 的生物作用包括趨化性、內皮粘附和白細胞活化、趨化因子的產生以及微循環和呼吸道平滑肌的收縮;當LTs 過量時,將起到致病作用[4]。

白三烯B4(leukotrienes B4, LTB4)誘導多種促炎蛋白的過度表達,通過LTB4 受體(BLT1)促進趨化和泡沫細胞形成[5]。 LTB4 能間接引起血管收縮,通過激活主動脈內皮細胞的白三烯受體,刺激收縮因子和一氧化氮的釋放,誘導內皮依賴性血管收縮[6],從而促進AS。 此外,LTB-4 可增加組胺和血栓素的釋放,使BLT-1 受體表達增強,BLT-1 受體mRNA 表 達 上 調,從 而 促 進AS[7]。 LTB4 通 過BLT1-TAK1-P38 信號通路抑制L 型鈣通道,這可能與AS 等病理過程有關[8]。

半胱氨酰白三烯(LTC4、LTD4 和LTE4)能增強內皮細胞通透性和心肌收縮性,并參與許多其他炎癥狀態[9]。 半胱氨酸白三烯通過核周CysLT-1 受體介導血管平滑肌細胞核鈣信號轉導和基因表達的改變。 在人冠狀動脈平滑肌細胞中,脂多糖顯著上調CysLT-1 受體,并顯著增強LTC4 誘導的細胞內鈣的變化[10]。

LTs 在許多炎癥過程的信號通路中是具有免疫調節和促炎作用的重要脂質介質[4],本文主要介紹LTs 對AS 進程的影響。

2 白三烯與動脈粥樣硬化

2.1 5-脂氧合酶途徑與動脈粥樣硬化

5-LOX 是LTs 生物合成的關鍵酶,含有對親電修飾敏感的關鍵親核氨基酸[11],是一種含有非血紅素結合的鐵中心離子,與FLAP 在催化配合物中生成5-氫過氧化物-二十碳四烯酸[12]。 已有研究表明5-LOX/LT通路能增加白細胞趨化性、血管炎癥和增強通透性來促進AS[13]。 5-LOX 通路在AS 和再狹窄的發病機制中起著重要作用。 通過激活癥狀性斑塊中的巨噬細胞來表達5-LOX,導致LTB4 積累,并促進基質金屬蛋白酶的合成和釋放,從而促進斑塊破裂[14]。

數據表明,5-LOX 途徑來源的LTs 通過激活ERK 和p38 MAPK 通路介導4 -羥基壬醛(4-hydroxynonanal, HNE)誘導的基質金屬蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9, MMP-9)生成,從而導致AS 斑塊不穩定[15]。 在AS 病變的巨噬細胞中,HNE和5-LOX 水平過高,激活的巨噬細胞產生降解AS斑塊成分的MMP-9,從而促進斑塊破裂。 通過LTB4 的產生,用HNE 刺激J774A.1 細胞進而激活5-LOX。 LTB4 和CysLTs 增強了巨噬細胞中MMP-9的產生,提示5-LOX 在HNE 介導的MMP-9 產生中起關鍵作用。 在MAPK 通路中,LTB4 和CysLT 增強了ERK 和p38 MAPK 的磷酸化。 P38 MAPK 抑制劑和ERK 抑制劑共同抑制了由LT 誘導的MMP-9 的產生[15]。

鞘氨醇-1-磷酸(sphingosine-1-phosphate,S1P)參與重要細胞的調控過程,包括免疫細胞的運輸和增殖。 S1P 信號的變異與炎癥、癌癥進展和動脈粥樣硬化有很強的關系。 S1P 能誘導S1P 受體介導體外和體內的有效抗炎作用,抑制5-LO 活性,從而抑制AS。 在Ca2+離子激發人中性粒細胞中,S1P 能有效抑制LTs 的生物合成[16]。

2.2 白三烯B4 與動脈粥樣硬化

在培養的單核細胞中,LTB4 通過BLT1 和BLT2誘導有絲分裂原激活蛋白激酶(MAPKs、ERK1/2 和JNK1/2)和PI3K/AKT 的快速磷酸化以及在MAPK和活性氧依賴機制中增加核因子κB(NF-κB)DNA結合活性[17]。 NF-κB 的激活可使LTB4 誘導人單核細胞產生單核細胞趨化蛋白 ( monocyte chemoattractant protein-1, MCP-1),增強MCP-1 的表達[18]。 MCP-1 激活嗜堿細胞,在嗜堿性粒細胞和單核細胞中引起細胞溶質游離鈣水平升高,在低濃度下觸發嗜堿性粒細胞脫粒,釋放組胺[19],從而促進AS。 LTB4 通過NF-κB 機制中BLT1 和BLT2,誘導白細胞介素-6、單核細胞趨化蛋白-1 和腫瘤壞死因子α mRNA 的過度表達,從而促進炎癥環境[17]。白三烯B4 還通過NF-κB 依賴的BLT1 受體在動脈粥樣硬化和內膜增生的血管平滑肌細胞上進行信號傳導[20],誘導其趨化和增殖。 在血管損傷反應中抑制LTB4/BLT1 信號,可來減少內膜增生,提示LTB4/BLT1 信號通路可能是治療AS 的靶點[20]。LTB4 通過趨化單核細胞以及通過增強CD36 的表達和脂肪酸的積累將單核細胞轉化為泡沫細胞,來促進AS[21]。

2.3 半胱氨酸-白三烯(cysteinyl leukotrienes,CysLTs)(LTC4、LTD4 和LTE4)與動脈粥樣硬化

CysLTs 是由活化的白細胞或跨細胞代謝產生的,在炎癥或AS 過程中可能在不同程度上作用于血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells,VSMC)。 在培養大鼠的VSMC 中LTC4 和LTD4 對VSMC 增殖有調節作用。 VSMC 增殖的增加與LTD4刺激所伴隨的IL-1 的自分泌有關。 這些結果可能為AS 形成過程中炎癥參與的機制提供了新的線索,提示CysLTs 的控制可能在涉及IL-1 的炎癥過程中起重要作用[22]。 LTC4 或LTD4 刺激的內皮細胞合成和保留的血小板活化因子可能誘導以前未受刺激的PMNs 粘附。 這一過程可能與炎癥、血栓形成和血管損傷的機制有關,包括AS[23]。 半胱氨酸白三烯受體(CysLT-1 和CysLT-2)識別LTC4、LTD4、LTE4 和LTF4[24]。 CysLTs 誘導早期生長反應基因1、2、3 和環氧化酶-2 的mRNA 和蛋白表達,從而刺激內皮細胞。 這種反應由CysLTR2 與G(Q/11)的偶聯,磷脂酶-C 和肌醇-1,4,5-三磷酸的激活所調解,通過IFN-γ 刺激可誘導CysLTR2 的表達,增強CysLTs 誘導的炎癥反應[25]。 CysLTs 信號轉導可通過cysLT-1 受體和IL-4 協同作用促進人單核細胞CCL 2的產生而參與炎癥反應[26]。 LTD4 誘導大鼠血管平滑肌細胞IL-1β 表達和釋放[27-28]。 IL-1β 等炎性細胞因子的過量產生可引起AS[29]。

2.4 其他影響LTs 的因素與AS

2.4.1 氧化心磷脂(oxidized cardiolipin)

氧化心磷脂(oxidized cardiolipin,oxCL)具有促炎作用,可通過激活內皮細胞,增加單核細胞/巨噬細胞和中性粒細胞中鈣的細胞內濃度,選擇性地增強巨噬細胞中5-LOX 的基因表達,誘導LTB4 的生物合成,從而促進AS。 此外,oxCL 可提高內皮細胞中粘附分子細胞間黏附分子-1 和血管細胞黏附分子-1 的水平。 膜聯蛋白A5(一種抗血栓和抗炎血漿蛋白,有動脈保護作用)可以通過結合oxCL 來消除其誘導作用[30]。 此外,膜聯蛋白A5 還可以通過抑制溶血磷脂酰膽堿(lysophosphatidylcholine,LPC)的促炎作用而發揮抑制AS 的作用。 LPC 是氧化型低密度脂蛋白的主要生物活性脂類成分[30],在炎癥細胞和內皮細胞中能產生許多炎癥效應[31],能誘導人冠狀動脈平滑肌細胞炎癥激活,而炎癥誘導血管平滑肌細胞從收縮型轉化為增殖/分泌型是AS形成特征的血管重構的標志。 LPC 通過刺激花生四烯酸代謝物LTB4、6-酮-前列腺素F1α、堿性成纖維細胞生長因子以及刺激細胞因子GM-CSF、IL-6和IL-8 的釋放發揮促炎作用[31]。 膜聯蛋白A5 可通過減少OxLDL 和LPC 的促炎作用,以及抑制OxLDL 的結合和巨噬細胞的攝取在AS 及其斑塊破裂中發揮重要的保護作用[32]。

2.4.2 ω-3 脂肪酸(omega-3 fatty acids)

流行病學研究表明,ω-3 脂肪酸可降低心血管死亡率和冠心病發病率。 ω-3 脂肪酸在預防AS 方面有許多有益的作用:降低血壓,改善脂蛋白代謝,改善止血(增加出血時間和減少血小板聚集),降低血漿纖維蛋白原,改善花生四烯酸及其衍生物的代謝降低血栓素和LTs 的合成,增加前列環素的合成[33]。 B?ck 等[34]通過ω-3 脂肪酸二十碳五烯酸(ω-3 fatty acid eicosapentaenoic acid, EPA)干預實驗表明EPA 的乙酯形式,能顯著減少心血管疾病。重要的是,EPA 其能刺激炎癥的消退。 ω-3 脂肪酸能在炎癥反應前和AS 發生前能降低LTs 的水平,導致有益的炎癥平衡。 ω-3 衍生的促分解介質和促炎癥脂質介質已被證明可以預測亞臨床AS[35]。

2.4.3 α-生育酚/混合生育酚

低水平的α-生育酚與AS 的發生率增加有關,高水平的α-生育酚能預防AS。 α-生育酚補充后可減少人單核細胞中白細胞介素-1 和白細胞介素-6的釋放,并且α-生育酚通過抑制5-LOX 抑制活化的人單核細胞中腫瘤壞死因子-α mRNA 和蛋白的表達。 Devaraj 等[36]發現,添加α-生育酚后,單核細胞超氧陰離子釋放、脂質氧化、IL-1β 釋放及與內皮的粘附均顯著降低。 LTB4 是5-LOX 的主要產物,它能增加IL-1β 的釋放。 在α-生育酚存在下,LTB4 和IL-1β 水平明顯降低;在環氧化酶抑制劑吲哚美辛存在下,α-生育酚抑制IL-1β 活性,α-生育酚對IL-1β mRNA 水平和穩定性均無影響。 α-生育酚通過抑制5-LOX 抑制活化的人單核細胞中IL-1β 的釋放。

3 阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征、糖尿病與動脈粥樣硬化

3.1 阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征(obstructivesleep apnea syndrome,OSA)

LTB4 是涉及在AS 形成中的脂質介質。Lefebvre 等[37]研究了持續氣道正壓對LTB4 產生的影響,實驗結果表明持續氣道正壓顯著降低了50%的LTB4,阻塞性睡眠呼吸暫停時LTB4 的產生與氧飽和度有關,LTB4 可促進中度至重度低氧性阻塞性睡眠呼吸暫停患者早期血管重塑[38]。

OSA 患者出現早期AS 和LTs 途徑的激活。 在OSA 患者中,白三烯的產生與OSA 的嚴重程度有關,免疫細胞在間歇性低氧下的體外暴露增加了LTs 途徑轉錄。 此外,LTs 途徑相關的轉錄與早期的血管重塑相關[39]。

OSA 患者LTB4 的產生增加,并與早期血管重構有關,其機制尚不清楚。 Stanke-Labesque 等[39]通過實驗測定多形核細胞中LTB4 通路激活機制和OSA 早期血管重構及間歇性低氧的特殊作用。 研究表明OSA 患者的PMN 中LTB4 生成增加,5-LOX激活蛋白的mRNA 和蛋白顯著增加,并與頸動脈管腔直徑和內膜中層厚度相關。 在OSA 患者單核細胞中,LTB4(10 ng/mL)增加IL-6(P= 0.006)和MCP-1(P=0.002)的產生。 在對照組中,體外暴露于間歇性低氧環境中的多形核細胞可增強FLAP 的mRNA 水平(P=0.027),與暴露于常氧狀態的多形核細胞相比,LTB4 的分泌增加2.7 倍(P=0.028)。綜上所述,多形核細胞中對間歇性低氧的上調可能參與OSA 患者的早期血管重構,提示FLAP 可能是治療OSA 相關的心血管疾病的潛在靶點[40]。

3.2 糖尿病

糖尿病患者AS 病變中,5-LOX/LTB4 途徑表達的增加,導致斑塊不穩定。 5-LOX 在糖尿病患者中的表達高于非糖尿病性斑塊,與MMP-2 和MMP-9的表達增加有關。 酶譜分析顯示,與非糖尿病斑塊相比,糖尿病患者MMP 活性明顯升高[14]。 糖尿病中,5-LOX 和LTB4 在AS 斑塊中的過度表達可能促進MMP 誘導的斑塊破裂[14]。 LTS 是與內皮依賴性舒張相關的炎性和血管活性介質,尿白三烯E4 與2 型糖尿病患者的腎功能相關,在糖尿病和急性冠狀動脈綜合征中尿白三烯E4 也有所增加[40]。

4 白三烯與動脈粥樣硬化的防治

4.1 LTB4 受體(BLT1 和BLT2)拮抗劑

LTB4 是花生四烯酸經5-LOX 代謝的白細胞趨化因子,也是中性粒細胞、嗜酸性粒細胞和T 淋巴細胞的有效趨化因子[41]。 它通過特定的細胞表面受體BLT1 和BLT2 發揮作用[42]。 BLT1 和BLT2,分別代表高親和力受體和低親和力受體[43]在人頸AS斑塊中實驗結果表明,LTB4 激活血管平滑肌細胞上功能性的BLT1 受體,誘導其趨化和增殖。 BLT1 受體通過Iκ 激酶β/NF-κB 依賴性途徑上調。 在血管損傷反應中可抑制LTB4/BLT1 信號來減少內膜增生[43]。 在不同的小鼠模型中,刺激高親和力LTB4受體(BLT1)有利于降低AS[44]。 BLT1 在關節炎、AS 和哮喘中的重要作用[45]。 BLT2 受體可轉導促AS 信號[44]。 此外,在Biil284(3 mg/kg)治療24 周的小鼠中觀察到明顯較小的主動脈病變。 減少的AS 與病變較少的平滑肌細胞、較低的動脈MMP 活性和較低的血漿TNF-α 和IL-6 水平有關[44]。 同時,LTB4 受體阻斷劑通過抑制單核細胞聚集而延緩AS 進展的假說被驗證,LTB4 還是一種有效的趨化劑,通過LTB4 受體激活單核細胞[41]。 綜上所述,提

示LTB4 受體拮抗劑對AS 的治療有重要價值。

4.2 CysLT 受體拮抗劑

CysLTs 是花生四烯酸通過5-賴氨酸途徑產生的強有力的促炎介質。 它們通過與2 種不同受體(例如CysLT1 和CysLT2)的相互作用發揮重要的藥理作用。 Hoxha 等[42]通過對兩種活體動物以及人類研究進行了系統的回顧以確定白三烯受體拮抗劑可阻斷CysLTs 的作用,可能在某些方面減少心血管疾病[43],減輕許多慢性疾病的癥狀。 扎魯司特,CysLT 受體(CysLT1R)選擇性拮抗劑,能從TNF-α誘導的炎癥反應和損傷中對內皮細胞起保護作用,并且扎魯司特通過抑制MAPK 激酶p38 和NF-κB的激活抑制炎癥介質的產生[43]。

4.3 白三烯A4 水解酶(leukotriene A4 hydrolase,LTA4H)抑制劑

LTA4H 是一種廣泛分布的69×103含鋅細胞溶質酶,具有水解酶和氨基肽酶活性[44]。 LTA4H 催化不穩定的環氧化物LTA4 轉化為二醇LTB4,二醇LTB4 是一種有效的趨化劑和中性粒細胞激活劑,以及嗜酸性粒細胞、巨噬細胞、肥大細胞和T 細胞的化學吸引劑。 抑制LTB4 的形成有望有助于治療炎癥性疾病和AS[44]。 LTA4H 與斑塊不穩定性的相關性表明實驗中,LTB4 生物合成中的3 種關鍵蛋白(5-LOX、FLAP 和LTA4H)的mRNA 水平顯著升高。斑塊不穩定癥狀的患者中,LTA4H 的表達增加[45]。LTB4 積累,并促進MMP 的合成和釋放,從而促進斑塊破裂。 人體病變組織會將花生四烯酸轉化為大量的LTB4,而LTA4H 抑制劑可以阻斷這種活性。LTs 通路的研究表明,LTs 通路可調節AS 過程[46]。

4.4 5-LOX 抑制劑

花生四烯酸的代謝可以由兩個酶家族(環氧合酶或脂氧合酶)催化。 脂氧合酶可分為5-、12-和15-脂氧合酶等幾個亞類[47]。 LTs 是由花生四烯酸產生的,通過FLAP 催化產生,其中FLAP,作為一種調節蛋白的運作有效地將花生四烯酸轉化為5-LOX[1]。 VIA-2291 是一種有效的5-LOX 抑制劑。在一項雙盲研究中表明,LTs 生成減少能影響AS[48]。 在S1P 治療AS 中,S1P 誘導S1P 受體4 介導的體外和體內有效抗炎作用,并抑制5-LOX 活性[16]。 抑 制5-LOX 和COX 對AS 病 變 有 抗 炎作用[49]。

4.5 其他(他丁類藥物)

他汀類藥物對AS 患者的免疫和抗炎反應具有非膽固醇依賴性的多效性[50]。 他汀類藥物最初是為低密度脂蛋白開發,能降膽固醇,但現在被認為通過抗炎作用改善心血管發病率和死亡率,抑制導致AS[51]。 在APOE 基因敲除小鼠的對照實驗中,阿托伐他汀通過抑制5-LOX 通路和下調APOE-/-小鼠CCL3 的表達,顯著減輕AS 病變[50]。 用阿托伐他汀治療家兔頸動脈球囊擴張傷的實驗中也表明,阿托伐他汀通過調節家兔5-LOX 途徑穩定頸動AS斑塊,通過抗炎作用延緩AS 進程[52]。

5 問題與展望

AS 病因與發病機制復雜,關于LTs 與AS 的形成與進展之間的密切關系,國內外的研究日益增多,LTs 是一種強有力的誘導劑和細胞趨附劑,能與其受體結合發揮趨化作用,誘發炎性反應,參與多種疾病病理過程;與LTs 有關的炎癥通路將成為阻斷與AS 有關的炎癥發展一個重要標靶。 白三烯在AS 發生過程中的作用已經通過一系列研究證實其在AS 中的作用機制也通過白三烯拮抗劑的研究得到闡述。 但這種藥物作用與臨床治療心血管疾病仍然局限于作為輔助用藥延緩或減輕心血管疾病的進程,還需要進一步挖掘白三烯拮抗劑對心血管各類疾病的預防和治療的潛在價值。