氧化应激与血管重构

　　作者：魏万林 刘文 张薇 田国祥 作者单位：100026北京市，北京军区总医院心血管科

　　【关键词】 氧化应激

　　氧化应激定义为氧化还原状态的失衡，促氧化剂超过了抗氧化剂的能力而导致活性氧簇(ROS)产生的增加。ROS参与了动脉粥样硬化血管病变各个阶段的形成过程[1]，同时也有越来越多的证据支持氧化应激在实验性和原发性高血压发病中的作用[2]。目前认为ROS是通过影响血管的功能和结构而引起血压升高[3]。

　　1 ROS的产生和代谢

　　一般认为巨噬细胞是血管壁上ROS的主要来源，无疑，这些细胞在血管壁的病理过程中起到了重要的作用[4]。但是，现在越来越多的证据表明，血管壁上的所有细胞，包括内皮细胞、血管平滑肌细胞(VSMCs)、外膜细胞都可产生ROS，只是针对不同的刺激而产生不同的量和反应强度，这些细胞通过自分泌和旁分泌模式来调节自身的功能[5]。

　　ROS在血管壁中发挥生理作用,作为第二信使参与内皮依赖性功能的调节、VSMCs和内皮细胞的增殖和凋亡及血管壁的重构。ROS在这些反应中如果失控即会产生血管疾病[6]。血管最主要的ROS是超氧阴离子(·O-2),它可以使血管舒张因子一氧化氮(NO)失活，从而损害血管舒张功能[7]。超氧化物歧化酶(SOD) 歧化·O-2产生过氧化氢(H2O2)，这是一种比较稳定的ROS,随后H2O2又被过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶转化为水(H2O)而失去活性。H2O2和其他过氧化物在调节与VSMCs生长相关的信号和导致血管壁损害的炎症反应中发挥重要作用[89]。高浓度的·O-2引起的H2O2积聚和NO生物活性降低在血管重构的调节中起到重要作用。·O-2和NO的反应产物——过氧化亚硝酸盐是一个强的氧化剂分子，它可以氧化蛋白、脂质和核酸，从而引起细胞的损伤。这些病理过程与高血压的形成相关，因为它们导致动脉管腔的狭窄而引起外周动脉阻抗和血压的升高。

　　2 还原型辅酶Ⅱ(NADPH)氧化酶系统

　　ROS可由不同的细胞产生，而且不同条件下可由不同的酶产生。除了线粒体源性ROS，·O-2还可由黄嘌呤氧化酶、NADPH氧化酶、环氧合酶、脂肪氧化酶等生成。目前的实验研究及临床研究表明，NADPH氧化酶是心血管疾病氧化应激背景下生成·O-2的主要的酶[1]。

　　最具特征性的NADPH氧化酶是在吞噬细胞中发现的。在这些细胞中此酶是·O-2主要的来源，且由于它的杀菌活力而具有免疫保护作用[4]。吞噬细胞NADPH氧化酶结构上包括一个与膜关联的细胞色素(由一个大亚基gp91和一个小亚基p22构成)、至少3个水溶性的亚基(p47、p67、p40)和一个低分子量的G蛋白。血管壁细胞中NADPH氧化酶中的所有亚基已经被鉴定。另有研究证实p22出现在所有的NADPH氧化酶中，且这个亚基是酶的功能性亚基[10]。当细胞受到刺激后，p47发生磷酸化，可溶性亚基形成一个复合体、向细胞膜迁移且与细胞色素结合，随后电子从底物NADPH转移到O2而导致·O-2的产生。

　　3 ROS在血管生理和病理生理中的作用

　　血管系统产生的ROS可激活特异性的信号传导途径、协调病理生理反应、打开细胞内信号的级联反应影响血管重构时细胞进程。另外,ROS激活与细胞的增殖和分化有关的酶，如细胞外信号调节激酶(ERKs)、丝裂原活化的蛋白激酶(MAPKs);激活与血管损害及重构有关的受体和非受体依赖性酪氨酸激酶;激活酪氨酸蛋白磷酸酶和转录因子如NFκB和AP1，并因此诱导与高血压及动脉粥样硬化相关促炎症反应基因的表达[11]。对人和实验动物模型中ROS所协调的病理生理过程的分析，发现ROS引起血管重构、细胞外基质蛋白沉积增加、炎症及血管内皮渗透性增加等血管结构和功能的改变，并在高血压性的血管性疾病发展中起到重要作用。但目前虽对ROS的研究有了很大的进展，遗憾的是ROS作用确切的靶分子还是没有阐明。

　　有研究已经确定了ROS在血管损伤和重构过程中的作用。血管紧张素Ⅰ型受体介导NADPH氧化酶生成·O-2的反应，H2O2会随·O-2生成而在细胞内增加，并可能作为第二信使参与血管紧张素Ⅱ(AⅡ)的长效反应，如VSMCs的肥大和增生[12]。这种AⅡ介导的VSMCs肥大可以被黄素蛋白抑制剂二甲苯基碘(DPI)、转染反义p22基因和过氧化氢酶过度表达所抑制，由此支持血管NADPH氧化酶在血管的重构中的作用。另有发现，成年自发性高血压大鼠(SHR)主动脉中，NADPH氧化酶生成的·O-2量增多与血管壁的肥厚相关[13];应用血管平滑肌细胞过度表达p22亚基的转基因小鼠中，H2O2的增加与血管肥厚有关[14];人VSMCs NADPH氧化酶导致的氧化应激的增强与AⅡ诱导的高血压血管的重构有关[15]。

　　ROS还通过调节细胞外基质蛋白来影响血管的重构。胶原的降解依赖于基质金属蛋白酶(MMPs)的活性[16]。而MMPs是通过非活性状态的巨噬细胞和VSMCs分泌的[17]。培养的VSMCs可产生ROS并激活MMP2 和MMP9，分别促进基底膜和弹力蛋白的降解。另外,需指出的是，过氧化亚硝酸盐可迅速增加冠脉血流中MMP2的活性[16]。在注射醛固酮的大鼠中,全身性氧化应激增强与血管胶原和纤维蛋白沉积增加相关[18]。

　　对氧化还原敏感的炎症性过程同样可以促成血管的重构。注射醛固酮的大鼠主动脉中,参与炎症过程的细胞间黏附分子(ICAM1)的表达增加[18]。由AⅡ增强的氧化应激的动物模型中，NADPH氧化酶诱导ICAM1的表达并与组织肥厚相关[19]。另外,内皮细胞的氧化还原状态主要是由NO和·O-2动态的相互作用调节的。NO可抑制血小板的聚集和白细胞与内皮的粘附。内皮细胞功能型障碍、渗透性的增加会引起血浆蛋白、炎症蛋白及细胞溢出血管。NADPH氧化酶在介导AⅡ引起的血管肥大过程中,ICAM1表达及白细胞浸润中发挥重要的作用[19]。在高血压患者中吞噬细胞参与血管的氧化应激和炎症反应。

　　需指出的是，在心血管疾病中不单血管细胞NADPH氧化酶，吞噬细胞NADPH氧化酶在·O-2产生中同样发挥重要的作用，这是因为单核细胞和淋巴细胞可以浸润到心血管组织中[4]。

　　4 NADPH氧化酶系统的激活和调节

　　在高血压的背景中，尽管血管NADPH氧化酶是组成性酶，体液性因素可以调节其活性，但有些潜在的因素仍需考虑。血管活性因子，如AⅡ、内皮素1(ET1)、肿瘤坏死因子α(TNFα)调节血管细胞NADPH氧化酶已被广泛证明[1819]。高血压患者来源的巨噬细胞对生理浓度的AⅡ、ET1反应性比正常人高，支持这些因子具有激活高血压状态的单核细胞的潜在作用[20] 。

　　机械力包括血管周期性的拉伸和切应力引起的振荡可激活NADPH氧化酶。注射AⅡ的大鼠中，发现其血压的下降与主动脉·O-2生成变为正常有相关性[21]。在大鼠的股动脉分支，血管腔内的高压力引起·O-2的生成增加，这种效应是通过激活NADPH氧化酶介导的[22]。但机械力是否对吞噬细胞酶系统产生调节作用还需要进一步研究。有报道那些经过治疗但血压仍增高的高血压患者·O-2生成是增加的，表明机械力在吞噬细胞NADPH氧化酶的激活中有调节性作用[22]。在这个研究中，经过治疗但血压未控制和未治疗的患者NADPH氧化酶活性没有差别，此2组的患者·O-2浓度比正常血压受试者及血压得到控制的高血压患者要高。然而，体液因素也可被抗高血压治疗调节，可能在上调NADPH氧化酶活性中发挥作用。

　　最后，在高血压患者中遗传性因素可能对NADPH氧化酶产生·O-2起到调节作用。NADPH氧化酶的p22亚基基因的启动子和编码序列拥有大量的遗传多态性，其中有些可影响基因表达和NADPH氧化酶活性。有报道p22基因启动子区存在5种基因的多态性，这可能与SHR大鼠VSMCs启动子活性的增高有关[23]。

　　5 总结

　　氧化应激的增加主要是归因于NADPH氧化酶活性的增强，导致·O-2生成增加，引起H2O2、过氧化亚硝酸盐的积聚及NO利用率降低。这些病理的过程导致了动脉管腔的狭窄和周围动脉阻力及血压的升高。

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