细胞凋亡与动脉粥样硬化关系的研究进展

　　作者：方丽娟,刘乃丰 作者单位：(东南大学附属中大医院 心血管病研究所,江苏 南京 210009)

　　【摘要】 细胞凋亡是指机体细胞在正常生理或病理状态下发生的一种自发的程序化死亡过程,细胞凋亡途径的失控会引发相关疾病。目前认为,细胞凋亡是动脉粥样硬化病变的独立危险因素。动脉粥样硬化斑块内细胞过度凋亡,在促进不稳定斑块形成的过程中起着重要的作用。本文就血管内皮细胞、血管平滑肌细胞及巨噬细胞凋亡与动脉粥样硬化的关系及细胞凋亡对粥样斑块稳定性影响方面的研究作一综述

　　【关键词】 细胞凋亡; 动脉粥样硬化; 斑块稳定性; 综述

　　Research progress on the relationship between apoptosisand atherosclerosis

　　FANG Lijuan, LIU Naifeng(Institute of Cardiovascular Research, Zhongda Hospital, Southeast University, Nanjing 210009, China)

　　[Abstract] Apoptosis is definied as a mechanism of a lontrolled sequence of events which occurs as a spontaneous programmed cell death in normal phsiological or pathologial condition. When the pathways of apoptosis are out of control, it will lead to related diseases. At present it is considered that apoptosis is an independent risk factors of atherosclerotic lesions. Cellular excessive apoptosis in the atherosclerotic plaques plays an important role in the process of the formation of unstable plaques. The relationship between the apoptosis of vascular endothelial cells, vascular smooth muscle cells and macrophage and the atherosclerosis, and the effects of apoptosis on atherosclerotic plaque stability will be discussed in this review.

　　[Key words] apoptosis; atherosclerosis; plaque instability; review

　　细胞凋亡(apoptosis)是机体细胞在正常生理或病理状态下发生的一种自发的程序化死亡过程。由于细胞缩小而丧失与周围细胞接触,染色质固缩在核膜附近,细胞骨架崩解,核膜消失,DNA断裂成片段,细胞膜起泡,最终细胞解体为许多由细胞膜包裹的凋亡小体,并被周围的健康细胞或吞噬细胞吞噬。动脉粥样硬化(atherosclerosis, AS),是危害人类健康最严重的心血管疾病。病变特征是血中脂质在动脉内膜沉积,内膜灶性纤维性增厚及其深部成分的坏死、崩解,形成粥样物,而使动脉壁变硬、管腔狭窄。主要累及弹力型动脉和弹力肌型动脉(如冠状动脉、脑动脉)。动脉粥样硬化的特点是受累动脉的病变从内膜开始,先后有多种病变存在,包括局部有脂质和复合糖类积聚、纤维组织增生和钙质沉着,并有动脉中层的逐渐退变,继发性病变尚有斑块内出血、斑块破裂及局部血栓形成。随着分子心血管学的研究深入,越来越多的文献报道细胞凋亡参与了AS的发生发展过程。本文就细胞凋亡与动脉粥样硬化的关系及细胞凋亡影响斑块稳定性的相关证据作一综述。

　　1 细胞凋亡的途径

　　细胞凋亡主要是通过死亡受体途径及线粒体途径激活半胱氨酸天冬氨酸酶(caspase)家族,引起不可逆的蛋白质降解和细胞解体造成凋亡。当细胞内外许多因素相互作用产生凋亡信号,传递至caspase,即引发caspase蛋白酶的级联反应[1]。凋亡途径有两种：一是死亡受体途径,又称外源性凋亡途径,指被胞外信号所诱导的细胞凋亡途径。死亡受体存在于细胞膜表面,主要是肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α, TNFα)受体家族成员。由死亡受体与相应配体结合组装死亡诱导信号复合物(deathintroducing signal complex, DISC),诱发caspase8前体活化,导致下游效应者caspase3活化,切割底物使细胞凋亡。二是线粒体途径,又称内源性凋亡途径,可由多种因素诱发,如细胞失去了赖以生存的生长因子或激素的支持、或者脱离了原来的生长环境、或由于DNA损伤等。内源性凋亡途径的关键步骤是Bcl2家族中促凋亡因子使细胞色素C从线粒体膜间隙释放到细胞浆。细胞色素C与凋亡蛋白酶活化因子1(apoptotic proteaseactivating factor 1, Apaf1)、ATP/dATP形成凋亡体,活化caspase9前体,导致下游效应者caspase3活化,切割底物使细胞凋亡。可见,活性caspase3是级联反应中关键蛋白酶,是多种凋亡途径的共同下游效应部分,作用底物大多是细胞中功能蛋白质,它们参与DNA修复、mRNA裂解、类固醇合成及细胞骨架重建等过程[2]。

　　2 动脉粥样硬化中的细胞凋亡

　　近年来发现,AS斑块中存在着多种细胞的凋亡与坏死,如内皮细胞、平滑肌细胞、巨噬细胞,而凋亡占其主导地位[3]。Zeini等[4]研究发现,在组成AS斑块的不同种类细胞中单核细胞和巨噬细胞与平滑肌细胞和内皮细胞相比更易于发生细胞凋亡。细胞凋亡直接影响粥样硬化动脉的形态和结构,以及斑块的稳定性。动脉粥样硬化斑块的发生发展取决于细胞凋亡和细胞增殖的平衡。

　　2.1 AS中血管内皮细胞的凋亡

　　血管内皮细胞被覆于全身的血管腔面,在维持机体内环境稳定中发挥多种重要生理功能,包括以下几种主要功能：(1) 具有血液成分与组织间物质交换的屏障作用;(2) 合成多种生物活性物质;(3) 参与机体的多种生理过程等。早期血管内皮细胞凋亡的证据是1991年Robaye等首先提出的,该研究发现炎症因子TNFα可以诱导血管内皮细胞出现凋亡。此后大量研究陆续证明,一些促动脉粥样硬化因子,包括氧化型低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein, oxLDL)、血管紧张素Ⅱ、过氧化剂、凋亡和细菌毒素脂多糖等,也是血管内皮细胞转录因子Foxo3a的诱导剂[5]。一些抗动脉粥样硬化因子,包括低剪切力、一氧化氮(nitrous oxide,NO)、抗氧化剂和雌激素等可以抑制血管内皮细胞凋亡。Banfi等[6]研究发现，血管内皮细胞凋亡可引发血管调节功能失衡,促进血管平滑肌细胞的增殖、迁移;且认为血管内皮细胞凋亡是动脉粥样硬化发生的一个始动因素。内皮细胞可选择性地抑制血液或血浆成分进入血管壁发挥屏障作用。当内皮细胞发生凋亡可使血管通透性增强,血浆中的大分子物质包括血浆脂蛋白易于沉积于血管壁,从而使血管内皮局部的抗凝、纤溶及防止血脂沉积的屏障作用减弱，而且凋亡的内皮细胞释放出白细胞介素21(interleukin21,IL21),激活相邻内皮细胞,使其表达、释放黏附分子及促炎症细胞因子,导致进一步的损伤;内皮细胞发生凋亡时,线粒体释放出细胞色素C致超氧化物合成增加,并和自由扩散的NO形成超氧化物硝酸盐,直接促进内皮细胞凋亡。综上可知,这些因素可造成血管内膜损伤及血管壁局部血栓形成,加速AS进展。

　　2.2 AS中血管平滑肌细胞的凋亡

　　近年的研究表明,血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell, VSMC)的凋亡是影响动脉粥样硬化斑块稳定性的重要因素。体外培养发现,动脉粥样硬化斑块来源的平滑肌细胞比正常动脉平滑肌细胞具有更高的凋亡率。Sukhanov等[7]研究发现在离体细胞中,oxLDL通过下调甘油醛3磷酸脱氢酶(glyceraldehyde3phosphate dehydrogenase,GAPDH)消耗细胞内ATP,抑制糖酵解,在VSMC凋亡过程中发挥作用。AS中诱导VSMC凋亡的因素有氧化型低密度脂蛋(oxLDL)、活性氧(reactive oxygen species,ROS)、一氧化氮(NO)、机械应力及细胞成分的影响[8]。这些诱导凋亡的因子或刺激是通过第二信使系统传导信号的。O2介导细胞增殖,是VSMC的丝裂原,而H2O2、OH则介导其凋亡。NO不仅作为一种细胞因子诱导VSMC凋亡,同时又作为信号传导分子介导其他细胞因子引发VSMC凋亡。近年研究表明,机械应力直接牵拉细胞膜并改变受体或G蛋白构象,从而启动信号转导途径来诱导细胞凋亡。另外,体外实验发现巨噬细胞和T淋巴细胞产生的炎症细胞因子，如γ干扰素(γinterferon,γIFN)、TNFα及IL1等能诱导VSMC凋亡。Leskinen等[9]研究发现,肥大细胞所分泌的糜蛋白酶通过核因子κB(nuclear factorκB,NFκB)介导的生存信号途径引起VSMC凋亡。总之,VSMC在动脉粥样硬化斑块可有多种因素促进及加快其凋亡。在动脉粥样硬化晚期由于VSMC凋亡,致使粥样斑块的纤维帽区和交界区VSMC数目减少、细胞外基质分泌减少及破坏崩解增加,使斑块不稳定易于破裂且可诱发动脉瘤形成、血栓形成及栓塞等并发症发生。所以,在动脉粥样硬化晚期阻止VSMC凋亡对防止动脉粥样硬化临床并发症的发生有积极意义。

　　2.3 AS中巨噬细胞的凋亡

　　动脉粥样硬化的早期病变脂纹由内皮下大量吞噬胆固醇的泡沫细胞聚集而成,此后的粥样坏死中心的形成与泡沫细胞的聚集和凋亡密切相关。一般认为,病变早期的泡沫细胞多数是来源于血液中的单核细胞,进入内皮下转变为巨噬细胞,其表面的特异性受体(LDL受体和清道夫受体)可与氧化变性的LDL结合,使之摄取大量的胆固醇成为泡沫细胞。巨噬细胞成簇分布于粥样病灶内皮下、富含脂质的病灶中心和纤维帽的肩部。巨噬细胞源性泡沫细胞的凋亡主要发生在病变的脂质核心处,较血管平滑肌细胞更易发生凋亡,特别是在脂质核内和脂质核周围,在脂质核的非细胞部分可发现其凋亡残留物。斑块的“肩部”最容易发生破裂,纤维帽薄,含有大量激活的巨噬细胞,并存在凋亡残体及许多内含凋亡细胞的巨噬细胞和淋巴细胞,凋亡细胞和凋亡残体对巨噬细胞具有强烈的化学趋化活性,而巨噬细胞本身也遭受细胞凋亡所释放的细胞因子的影响而发生凋亡[10]。氧化型低密度脂蛋白已被证实在动脉粥样硬化中是开始和放大的因子,在巨噬细胞和平滑肌细胞转变为泡沫细胞以及调节细胞增殖、凋亡中起到重要的作用。巨噬细胞摄取各种脂蛋白的过程不受细胞的反馈性抑制,当摄入过量的脂蛋白后,细胞内积聚了大量游离胆固醇对其有细胞毒性作用,它可激活FasL的表达,从而可导致细胞发生Fas介导的凋亡[11]。Hung等[12]认为巨噬细胞中游离胆固醇增多可诱发超氧负离子水平增高,使氧化应激增加,触发短暂的炎症反应。可见氧化型低密度脂蛋白和游离胆固醇在巨噬细胞凋亡中有重要的作用。同时被激活的巨噬细胞还可以释放多种生长因子和细胞因子,促进中膜平滑肌细胞的迁移和增生,促进动脉粥样硬化损伤的启动和发展。此外,巨噬细胞凋亡可导致细胞外脂质核的发生和扩大,对斑块破裂及血栓形成有重要影响。

　　3 细胞凋亡对AS斑块稳定性的影响

　　近年来细胞凋亡对动脉粥样硬化斑块稳定性的影响渐成为研究热点。实验研究表明,易损斑块常具有活动性炎症(大量单核细胞/巨噬细胞以及T细胞浸润)、大的脂质中心(脂核)、薄的纤维帽(纤维帽的厚度<100 μm,脂质中心占斑块总容积>40%)和内皮剥脱伴表面血小板聚集等[13]特点。最常见的不稳定斑块类型是薄帽纤维粥瘤[14]，其病理特征表现为偏心斑块、含较大的脂质坏死核心、纤维帽较薄、有大量炎症细胞浸润、肩部及基底部有较多新生血管且易发生破裂。斑块破裂伴血栓形成是造成动脉粥样硬化临床急性症状的主要原因,凋亡过度是不稳定斑块的明显特征,而大量的细胞凋亡直接造成斑块不稳定[15]。

　　血管内皮细胞：研究证明,血管内皮细胞的过度凋亡一方面增强组织因子的活性,加强血小板聚集能力,从而促进血液凝固;另一方面促进动脉粥样硬化斑块的糜烂,继发血栓形成[16]。血管平滑肌细胞：Chen等[17]研究证明，晚期斑块内血管平滑肌细胞较正常血管壁的血管平滑肌细胞的增殖减少且更易凋亡。斑块内血管平滑肌细胞可直接影响斑块内的血管重构、炎症和钙化等[18],从而影响斑块的结构和稳定性。另外,凋亡的平滑肌细胞还可产生凝血酶并增加动脉粥样硬化局部凝血酶的活性,促进血栓形成;不稳定性心绞痛患者较稳定性心绞痛患者斑块内血管平滑肌细胞的凋亡率高。巨噬细胞：大量研究表明巨噬细胞凋亡是造成斑块不稳定的决定因素,有研究证实巨噬细胞较血管平滑肌细胞和内皮细胞更容易发生凋亡[4]。巨噬细胞凋亡可以影响斑块的组织结构,从而导致动脉粥样硬化斑块变得更加易损;尤其是晚期斑块脂质核心处巨噬细胞凋亡增多,提示巨噬细胞凋亡与斑块脂质核心增大有关,进而影响斑块稳定性。此后,Hartung等[19]试验结果显示巨噬细胞凋亡减少可能有助于斑块的稳定。可见各项研究都突出说明巨噬细胞凋亡可能为易损斑块形成的重要原因之一。

　　4 结 语

　　细胞凋亡是机体正常的生理过程,细胞凋亡途径的失控,会引发相关疾病。目前认为,细胞凋亡是AS病变的独立危险因素。动脉粥样硬化斑块内细胞过度凋亡,在促进不稳定斑块形成的过程中起着重要的作用。深入了解动脉粥样硬化斑块相关细胞的凋亡途径及影响因素,将为通过调节细胞凋亡而稳定动脉粥样硬化斑块以及防治心脑血管疾病提供证据。因此,对于细胞凋亡的深入研究将为探讨AS发生机制和临床治疗开拓新领域。随着细胞凋亡研究的深入和完善,将会对动脉粥样硬化中细胞的凋亡进行更有利的调控,从而使动脉粥样硬化有更好更广阔的临床治疗前景。

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