皮膚組織膽固醇與動脈粥樣硬化關系的研究進展

陳婉姣，周忠，麥一峰

心血管疾病（CVD）是世界上疾病負擔的主要原因，而動脈粥樣硬化性心血管疾病（ASCVD）約占全球CVD 死亡人數的三分之二[1]。膽固醇代謝紊亂是動脈粥樣硬化的重要病理基礎。20 世紀70 年代，尸檢發現動脈粥樣硬化患者同時存在脂質在皮膚沉積。皮膚組織膽固醇（SkinTc），特別是角質層（SC）膽固醇，被認為是組織膽固醇的替代指標，能在一定程度上反映膽固醇在血管中的蓄積情況。本文將闡述SkinTc 與動脈粥樣硬化的關系，報道如下。

1 膽固醇在皮膚中積累的機制

SC由角質細胞、經過終末分化的角質形成細胞組成，細胞外基質主要由神經酰胺、膽固醇和游離脂肪酸組成[2]。皮膚中膽固醇含量約占人體總膽固醇的11%，且主要存在于表皮中[3]。角質形成細胞既可以從頭合成膽固醇，又有從循環中吸收脂質的能力。

1.1 吸收循環脂質

1.1.1 通過低密度脂蛋白（LDL）受體（LDL-R）獲取膽固醇 LDL-R作為皮膚攝取脂蛋白的介質獲得膽固醇的作用已被描述。血漿中約有五分之一的LDL含量到達了表皮的基底層[4]。角質細胞從表皮最內層向角質層分化遷徙的過程中，LDL-R 的數量及結合能力有明顯的變化。在基底細胞及其上層中含有大量的LDL-R，前者均勻分布在細胞表面和細胞內，而后者幾乎完全存在細胞內[5]。但在表皮的上層（顆粒層及角質層），LDL-R 分子很少被檢測到，且與LDL 的結合能力較低[4]，見圖1。

圖1 表皮結構及角質細胞脂質轉運受體分布

有研究發現，LDL-R 基因敲除（LDL-R-/-）小鼠經過7 個月的高脂肪飲食后，出現了明顯的主動脈和冠狀動脈的粥樣硬化，主動脈瓣葉堆積了大量富含膽固醇的巨噬細胞。與此同時，大量脂質堆積在皮膚和皮下組織，形成浸潤性黃質瘤[6]。這些變化在正常飲食的LDL-R-/-小鼠或高脂肪飲食的野生型小鼠中均沒有發現。這些證據表明LDL-R 在動脈粥樣硬化病變和皮膚脂質沉積中起著重要作用，并且這些病變在一定程度上具有同步性。此外，皮膚組織可能比其他器官對高脂血癥更加敏感。在飲食喂養的LDL-R和Apo A 雙基因敲除小鼠中，皮膚出現了大量的膽固醇積累，且并發了嚴重的脂質性皮炎，比其他主要器官的病變更為顯著[7]。

1.1.2 通過B 類I 型清道夫受體（SR-BI）轉運膽固醇 SR-BI通過攝取高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）介導反向膽固醇轉運，在膽固醇穩態、脂蛋白代謝和動脈粥樣硬化中發揮關鍵作用。除了在肝臟和類固醇生成組織中的高表達外，SR-BI 表皮基底層的角質形成細胞中亦有表達，見圖1。在SB-BI 的介導下，HDL-C 從血液進入到皮膚中。事實上，皮膚是人體最大的HDL 儲存庫之一。然而，在SR-BI 單基因敲除小鼠模型中，表皮膽固醇含量沒有明顯變化，僅表現為表皮脂質組成的改變，這表明在角質層膽固醇的轉運中，SR-BI并未處于主體地位，且皮膚脂質生成及轉運具有很強的代償補充機制[8]。

1.1.3 載脂蛋白的作用 載脂蛋白E（Apo E）主要在肝臟中合成，與富含三酰甘油的脂蛋白結合介導其殘基的清除，與動脈粥樣硬化的發生發展密切相關[9]。其在皮膚脂質轉運中機制不明。在高脂或低脂飲食喂養純合子Apo E 缺陷的小鼠中，表現為富含脂滴的巨噬細胞蓄積在真皮層，并伴有彌漫性炎癥浸潤，而后者的病變有相對局灶性和不明顯[10]。與此類似，在Apo A-I/Apo E 雙敲除小鼠中，真皮厚度增加，泡沫細胞和T淋巴細胞蓄積在網狀真皮中[11]。這些實驗證實了Apo E、Apo A-I 同樣存在于皮膚，并且當Apo E缺陷時會導致皮膚泡沫細胞形成并誘導炎癥反應，該過程與動脈粥樣硬化病變相似。

1.1.4 ATP結合盒（ABC）轉運體、?；o酶A-膽固醇酰基轉移酶（ACAT）的參與 ABC轉運蛋白包括一個大的跨膜蛋白家族，并在細胞內膽固醇的分布中發揮生化作用。ABC 轉運體A1（ABCA1）、ABC轉運體G1（ABCG1）可與HDL 顆粒相互作用，促進過量膽固醇的細胞外排[12]。目前研究已證實其在人角質形成細胞和小鼠表皮中均有表達，并參與調節皮膚脂質分布及滲透屏障的穩態[13]。當皮膚脂質屏障被破壞后，無論在顆粒層或是其下層均能觀察到ABCA1 表達的下降[13]。

ACAT 催化細胞內膽固醇的酯化反應，有助于游離膽固醇中和及形成酯化膽固醇儲存在細胞內，長期以來一直被懷疑會影響動脈粥樣硬化的發生和發展。一方面該反應可降低游離膽固醇的蓄積，以防止動脈粥樣硬化的發生；另一方面由于酯化膽固醇無法被有效清除，其在泡沫細胞中蓄積是早期動脈粥樣硬化發生脂紋發展的一部分[14]。與此相同，ACAT在皮膚膽固醇穩態的調控中起到了重要作用。對ACAT 缺陷的小鼠模型的研究顯示：未酯化膽固醇在皮膚和大腦廣泛沉積，并出現了嚴重的皮膚損傷，如脫發、脫皮，伴劇烈瘙癢，最終不得不實施安樂死[15]。

1.2 角質形成細胞自身合成膽固醇 吸收循環膽固醇的同時，基底層細胞也會積極地從頭合成膽固醇[16]。然而有研究表明，循環中膽固醇的可用性并不影響皮膚中膽固醇的從頭化合成，這可能是SkinTc值和循環膽固醇水平并不完全平行的原因。羥基甲基戊二酰輔酶A（HMG-CoA）還原酶是脂質合成的關鍵酶[17]。局部應用HMG-CoA 還原酶抑制劑，可抑制表皮的從頭膽固醇合成，延緩脂質屏障的修復[18]。

2 SkinTc 與動脈粥樣硬化的關系

在臨床事件之前直接測量亞臨床階段動脈粥樣硬化是提高對未來CVD 事件預測的最佳方法[19]。一些篩查試驗，包括冠狀動脈鈣化（CAC）、頸動脈內側內膜厚度（CIMT）、頸動脈斑塊等已成為經濟有效的替代方法，并在臨床廣泛應用[19]。一項納入了222例受試者的多種族研究發現，頸動脈鈣化的白種人，SkinTC 值更高（P=0.04）。并且在對年齡、性別、血脂進行調整后，這種相關性仍然存在，表現為SkinTc每升高1 個單位，高加索人的CAC 風險提升1.87倍。然而，在非裔美國人，這種相關性不存在[20]。此外，Stein 等[21]對來自北美6 個地點的565 例無癥狀受試者進行了SkinTc 與CIMT 相關性研究，發現SkinTc 每上升10 個單位，CIMT 患病率增加12%，頸動脈斑塊的患病率增加15%。他們還發現當SkinTC＞110 U 時，與CIMT 存在的風險比為2.19（95%CI=1.25 ～3.85，P=0.006），與頸動脈斑塊存在的風險比為2.89（95%CI=1.61 ～5.19，P ＜0.05）。并推斷SkinTc 值升高與CIMT 及頸動脈斑塊存在相關，并可能是預測心血管風險的有用的無創檢測方式。Tzou等[22]也發現了相似的結果，SkinTc升高與CIMT存在顯著相關（P=0.011）。即使在對年齡、性別、空腹血糖、收縮壓、總/高密度脂蛋白膽固醇比和使用降脂治療后等傳統風險因子進行調整后，相關性仍然存在。一項入了11 項臨床研究的meta 分析表明，SkinTc 獨立與傳統的心血管疾病標記物，如血脂值或炎癥標記物，獨立于各項風險評分，與潛在的動脈粥樣硬化證據（CAC、CIMT、頸動脈斑塊等）相關[23]。

一系列的臨床研究表明，SkinTc可以為了解ASCVD 的存在和/或嚴重程度提供見解。自2001 年Zawydiwski 等[24]首先提出SkinTc 值與壓力負荷測試顯著相關，SkinTc 與冠脈疾病的相關性被關注。一項納入了648 例接受冠脈造影術且未使用調脂藥物患者的研究表明，冠脈造影陽性患者的SkinTc值顯著升高（P=0.02）。即使在對傳統風險因素進行調整后，SkinTc每上升10個單位，冠心病患病率升高7%[25]。Sprecher 等[26]對SkinTc 與心肌梗死的相關性進行研究發現，有心肌梗死病史患者的SkinTc 值顯著高于無心肌梗死者。在對傳統風險因素進行調整后，SkinTc與心肌梗死的相關性比值比為1.6（95%CI=1.1 ～2.6，P=0.01）。他們在另一項研究中發現SkinTc 高值與冠脈多支血管狹窄相關，當同時存在Framingham 風險升高時，多支血管疾病的風險增加了4.3 倍[27]。

3 SkinTc 測量方法的研究進展

在20 世紀70 年代，研究皮膚脂質和動脈粥樣硬化之間關系的方法主要依賴于皮膚活檢[28]，使用扁桃體穿孔器從前臂的皮膚褶皺中取出直徑約4 mm的皮膚[3]。然而獲得皮膚樣本的損傷和感染風險阻礙了這種方法的廣泛使用。

膽固醇分子含有羥基（3 -OH），可以與洋地黃苷結合。洋地黃苷用辣根過氧化物酶（HRP）標記，然后滴加HRP 底物以產生有色產物，最后通過檢測有色產品的含量，得到皮膚膽固醇的相對含量?；诖嗽恚?001 年提出了測量皮膚膽固醇的“三滴法”“膽固醇1、2、3(TM)”?！澳懝檀?、2、3(TM)”使用手持儀器，通過反射率測量的顏色發展來估計皮膚膽固醇值，于2002 年6 月獲得了美國食品和藥物管理局（FDA）的批準[29]。然而，在研究過程中暴露了該方法的一些缺點：（1）由于該方法直接在皮膚表面檢測，存在檢測結果受到皮膚顏色影響的風險；（2）試驗要求操作人員手持檢測儀器，由于施加壓力不同，皮膚表面變形可能導致檢測試劑形狀和測量光路的改變，影響檢測結果的穩定性；（3）檢測試劑含有生物大分子（酶）、聚合物等易受溫度、pH 等環境因素的影響。近年來，許多研究人員致力于改進該方法。

2018 年我國提出了一種利用吸收光譜代替反射光譜的檢測方法，其基本檢測原理與“膽固醇1、2、3(TM)”相同。但將有色產物從皮膚表面提取移動到樣品平臺上，減除皮膚背景及操作者壓力變化的干擾，光源發出的光通過待測液體后被微光譜儀接收。測試劑中有色產物的數量是通過測量被測試液體前后的光強變化來獲得的[30]。另外一種改良測試方法，通過測量熒光標記的皮膚熒光光譜信息來反演測量部位皮膚膽固醇含量。目前這些新方法仍在基于前瞻性觀察研究階段，其準確性和再現性還待驗證。

隨著質譜（MS）等技術的發展，脂質組學成為過去十年增長最快的研究領域之一[31]。膠帶剝離是獲取角質層樣品的一種有價值的技術。脂質組學是分析和定量角質層中脂質的有力工具。目前常用的皮膚脂質組學分析方法包括：高效液相色譜法、質譜法、鳥槍法質譜分析、色譜-質譜聯用法等[32]。脂質分析的一個主要障礙是許多脂質間具有相似的結構，在質譜中或在色譜中難以有效區分。皮膚脂質組學分析在探索皮膚穩態和疾病方面很有價值，并已經用于探索皮膚或非皮膚疾病的生物標記物研究中。

4 總結與展望

基因敲除動物模型及臨床觀察性研究證實了皮膚膽固醇蓄積與動脈粥樣硬化發生發展的相關性。然而，膽固醇在皮膚中積累的機制可能比目前了解的更為復雜。作為組織膽固醇的替代指標，SkinTc可能在早期階段預測動脈粥樣硬化，但仍缺乏足夠的循證醫學證據支持，隨著無創測量技術的改良及脂質組學快速發展的，期待更多的研究和探索。

利益沖突 所有作者聲明無利益沖突