楊雪佳 王高頻 (遼寧醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院心內(nèi)科,遼寧 錦州 121001)

動脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)是由單核/淋巴細(xì)胞黏附并激活內(nèi)皮細(xì)胞(EC)而開啟的由多種原因?qū)е碌募膊　?〕,是冠狀動脈疾病、周圍動脈疾病、腦梗死等血管性疾病的病理基礎(chǔ)。不同細(xì)胞因子發(fā)揮生物學(xué)功能均是通過與細(xì)胞膜表面受體相互作用,經(jīng)過跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)活化細(xì)胞內(nèi)的相關(guān)信號通路,最終促進(jìn)靶基因的表達(dá)。介導(dǎo)細(xì)胞因子生物學(xué)活性的信號通路在 AS的發(fā)生、發(fā)展中具有重要作用,目前人們已經(jīng)對 AS形成中的相關(guān)信號通路的作用進(jìn)行了廣泛研究,并針對相關(guān)信號通路而采取的新型治療方法取得了重大的進(jìn)展。

1 炎癥相關(guān)信號通路與AS

在 AS病變發(fā)生發(fā)展過程中,從脂質(zhì)條紋到纖維斑塊和粥樣斑塊,乃至不穩(wěn)定斑塊的形成和破裂,始終都有各種炎癥細(xì)胞和大量的炎癥介質(zhì)參與,存在變質(zhì)、滲出和增生。各種危險因素?fù)p傷血管內(nèi)皮,上調(diào)產(chǎn)生單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)和巨噬細(xì)胞集落刺激因子(M-CSF),趨化募集并增殖單核/巨噬細(xì)胞。同時分泌的各種細(xì)胞黏附分子促進(jìn)血小板、粒細(xì)胞、單核細(xì)胞等黏附于血管內(nèi)皮,釋放多種生物活性因子,觸發(fā)啟動炎癥反應(yīng),促成 AS病變的發(fā)生和發(fā)展。核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)及 Janus激酶-信號轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)錄激活因子(JAK-STAT)是細(xì)胞內(nèi) 3條重要信號通路。

1.1 NF-κB信號通路 NF-κB是由 Rel蛋白家族的成員以同源或異二聚體形式組成。目前發(fā)現(xiàn)的哺乳動物的 Rel蛋白包括 Rel A(p65、NF-κB3)、Rel(c-Rel)、RelB、NF-κB1(p50)和 NF-κB2(p 52),結(jié)構(gòu)上它們的 N端都具有一個由 300個氨基酸組成的Rel同源區(qū),該區(qū)域含有二聚體化區(qū),DNA結(jié)合區(qū)和核定位信號區(qū),分別具有與同源或異源亞基形成二聚體、與DNA上的 κB序列結(jié)合、與 κB抑制蛋白(IκB)家族成員相互結(jié)合等功能。NF-κB是促炎細(xì)胞因子激活細(xì)胞的主要信號通路之一。靜息狀態(tài)下,NF-κB的 p65亞基與 IκB單體結(jié)合形成的三聚體復(fù)合物以失活狀態(tài)存在于細(xì)胞質(zhì)中,不具有調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的能力〔2,3〕。當(dāng)細(xì)胞受到如應(yīng)激、病原體、細(xì)胞因子、生長因子等的作用時,①IκB激酶(IKK)α/β/γ復(fù)合物被 MAPK家族,及非典型蛋白激酶(aPKC)和蛋白激酶 B(Akt)激活;②IκB在酪蛋白激酶 II的作用下磷酸化,其 C末端富含脯氨酸(P)、谷氨酸(E)、絲氨酸(S)及蘇氨酸(T)(PEST)結(jié)構(gòu)域,然后對 IκBαN端的 32和 36位的絲氨酸進(jìn)行磷酸化;③IκB N端第 21和 22位賴氨酸與多個泛素分子共價結(jié)合;④與泛素結(jié)合的IκB發(fā)生構(gòu)象改變被多催化性 ATP依賴性 26S的蛋白酶識別并降解,NF-κB游離并移入核內(nèi),啟動相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。由于 NF-κB與IκB親和力大于與其 DNA的親和力,在核內(nèi)與新合成的 IκB結(jié)合,使其從 DNA上解離下來,然后在 IκB分子中的核輸出序列作用下促使 NF-κB重新回到細(xì)胞質(zhì)中〔4〕。 NF-κB活化與失活的循環(huán)調(diào)控,維持了細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。

研究發(fā)現(xiàn),活化的 NF-κB存在于AS病灶的平滑肌細(xì)胞(SMC)、巨噬細(xì)胞、EC等多種細(xì)胞中。這條通路激活后可以調(diào)節(jié)編碼促炎細(xì)胞因子、黏附分子、趨化因子、生長因子以及環(huán)氧合酶-2(COX-2)和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(NOS)等基因的表達(dá)。通過大規(guī)模的臨床研究表明,在NF-κB高度表達(dá)的主動脈 AS患者中,主動脈處于超炎癥狀態(tài)。因此,NF-κB高度表達(dá)的診斷參數(shù)提供了一種炎癥依據(jù),證明可能導(dǎo)致AS〔5〕。給予低密度脂蛋白受體基因(LDLR-/-)小鼠高脂飲食后,研究者們早期即可在其主動脈根部發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi) NF-κB的活化,而該部位在接下來的觀察中將發(fā)展成為 AS斑塊〔6〕。Edwin Kanters等研究發(fā)現(xiàn)同樣給予高脂飲食,利用新型的鼠單克隆抗體,在NF-κB1表達(dá)缺陷的小鼠比對照組 AS的發(fā)生率低〔7〕。

1.2 MAPK細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路 MAPK是一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶,它廣泛存在于體內(nèi)大多數(shù)細(xì)胞內(nèi),對細(xì)胞的增殖、分化、凋亡及應(yīng)激反應(yīng)具有至關(guān)重要的作用。真核細(xì)胞中,已確定出細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)(P42/P44MARK)通路、應(yīng)激活化蛋白激酶(SAPK)/JNK通路、P38MAPK通路及 ERK5通路 4條MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。其中 ERK1/2通路可被多肽生長因子和佛波酯激活,對機(jī)械刺激也可作出反應(yīng)。JNK和P38通路對生長因子和佛波酯反應(yīng)微弱,但對炎癥因子,應(yīng)激刺激如高溫、滲透壓變化、紫外線、DNA損傷劑和蛋白合成抑制劑反應(yīng)強烈,因此又被稱為 SAPK。已知ERK5通路可被生長因子、氧化應(yīng)激、高滲刺激等因素激活,但對其上游的信號分子及其激活后產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)不是很清楚。這 4條通路在胞內(nèi)都是經(jīng) MAPKKK,MAPKK和MAPK3級級聯(lián)反應(yīng)將信號傳至核內(nèi),作用于特定的靶基因,發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。

有實驗表明,與載脂蛋白 E-/-小鼠比較,JNK 2缺失的載脂蛋白 E-/-小鼠 AS損害明顯減少。將載脂蛋白 E-/-JNK 2-/-小鼠的骨髓移植到載脂蛋白 E-/-小鼠體內(nèi)時,該小鼠的 AS損傷將一定程度減輕〔8〕。Lu等發(fā)現(xiàn) MAPK信號通路的下游盤狀結(jié)構(gòu)域(DDR)1受體,在AS血管損傷的平滑肌細(xì)胞中表達(dá)增加,I型膠原誘導(dǎo) SMC遷移是通過 DDR1受體信號介導(dǎo)的〔9〕。有實驗證明褪黑素能降低由氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)誘導(dǎo)的高脂血癥模型人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVECs)中 MLCK的表達(dá)與活性,可能與信號調(diào)節(jié)通過ERK/MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路降低了 AS斑塊形成相關(guān)〔10〕。

1.3 JAK-STAT和轉(zhuǎn)導(dǎo)子信號通路 JAK是一類非受體型酪氨酸激酶,由 4個成員組成:JAK 1、JAK2、TYK2和 JAK 3。前 3者廣泛存在于各種組織和細(xì)胞中,而JAK3僅存在于骨髓和淋巴系統(tǒng)。它們分別參與干擾素 α、β、γ和白細(xì)胞介素 3～6、粒-巨細(xì)胞集落刺激因子等細(xì)胞因子的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程,具有高度的保守性,是一條細(xì)胞因子對免疫反應(yīng)、血細(xì)胞生成、神經(jīng)和胚胎發(fā)育的調(diào)節(jié)以及細(xì)胞增殖凋亡等多效性的傳導(dǎo)通路〔11〕。JAK的酪氨酸磷酸化底物是STATs家族成員。在哺乳動物細(xì)胞中,STATs家族可以分為七個亞型 STATl、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和 STAT6〔12〕。 STAT的 C末端轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域在各個亞型中存在著較大的差異,這與不同類型的細(xì)胞因子激活下游不同亞型的 STAT從而激活不同基因有關(guān)〔13〕。

STAT3作為 JAK/STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的一個重要的信號分子,IL-6可以結(jié)合 IL-6受體的 α-鏈和糖蛋白 130(GB 130),而后激活 JAK1和 STAT3。干擾素(IFN)-α激活JAK1和 JAK2后通常再激活 STAT蛋白〔14〕。 IFN-γ是一種免疫調(diào)節(jié)和抗菌因子,Hao等〔15〕研究表明,IFN-γ可以使 ABCA 1表達(dá)增多,可能首先是通過JAK/STAT1信號傳導(dǎo)途徑上調(diào)肝X受體-α表達(dá),并降低膽固醇,從而減少 AS發(fā)生中泡沫細(xì)胞的形成。Ievy和 Granot〔16〕報道,STAT3通過直接對早期反應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄激活,從而調(diào)控 VSMC中增殖信號的傳遞,而大鼠頸動脈球囊損傷后早期即出現(xiàn) JAK 2及 STAT3的誘導(dǎo)性增高,并在術(shù)后 7 d達(dá)到峰值。

2 泛素-蛋白酶體通路(ubiquitin-proteasome system,UPS)與 AS

UPS廣泛存在于真核生物細(xì)胞中,由泛素(Ub)、泛素活化酶(E1)、泛素耦聯(lián)酶(E2s)、泛素-蛋白連接酶(E3s)、26 S蛋白酶體以及泛素再循環(huán)酶等組成〔17〕。UPS是 ATP依賴性的,非溶酶體蛋白質(zhì)的降解通路,不僅降解變性、異?；蚱鸲虝鹤饔玫牡鞍踪|(zhì),而且能降解轉(zhuǎn)錄因子、內(nèi)膜蛋白和細(xì)胞周期蛋白等天然蛋白質(zhì)。UPS在維持蛋白質(zhì)穩(wěn)定狀態(tài)、調(diào)節(jié)細(xì)胞程序性死亡和控制細(xì)胞周期等過程中起重要作用。研究發(fā)現(xiàn),細(xì)胞內(nèi)80%～90%的蛋白質(zhì)是由UPS來降解的,因此,UPS被認(rèn)為是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解的主要通路,對維持細(xì)胞及整個生物體的正常功能,起著重要的作用〔18〕。

Herrmann等〔19〕發(fā)現(xiàn)急性冠狀動脈綜合征患者不穩(wěn)定斑塊內(nèi)泛素與 T細(xì)胞共同表達(dá),影響后者功能,參與炎癥反應(yīng)并改變斑塊穩(wěn)定性。泛素耦聯(lián)酶-9參與 Fas下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)并介導(dǎo)細(xì)胞凋亡。Marfella等〔20〕發(fā)現(xiàn)晨起血壓對 AS穩(wěn)定性的影響是通過 UPS發(fā)揮作用。Marfella等〔21〕還發(fā)現(xiàn) AS患者泛素水平升高但蛋白酶活性減低,UPS功能減低促進(jìn)細(xì)胞老化,加速 AS進(jìn)程。Yamada等〔22〕對進(jìn)行過主動脈及二尖瓣手術(shù)的 60名患者(平均年齡 64.5歲)進(jìn)行調(diào)查分析,Ub和巨噬細(xì)胞易出現(xiàn)在有瓣膜疾病患者的心瓣膜上,而且UPS還可以通過炎性過程以促進(jìn) AS的發(fā)生。

3 Wnt信號通路與AS

Wnt蛋白是一組富含半胱氨酸的糖基化蛋白,參與細(xì)胞的增殖、分化、凋亡以及控制細(xì)胞的定位等過程,而且在無脊椎和脊椎動物心臟發(fā)育過程中也起到關(guān)鍵作用。在胚胎發(fā)育期,Wnt信號的失調(diào)將會導(dǎo)致夭折或發(fā)育缺陷,在成體中則會導(dǎo)致包括癌癥在內(nèi)的多種疾病的發(fā)生〔23〕。

Wnt信號通路是一條繁雜的信號網(wǎng)絡(luò),目前的研究認(rèn)為至少有 3個分支:①經(jīng)典 Wnt通路;②Wnt/細(xì)胞信號極性(PCP)通路;③Wnt/鈣離子通路。在一項對阻止AS進(jìn)展策略研究中,證實經(jīng)典 Wnt信號通路增強單核-內(nèi)皮細(xì)胞粘附而沒有改變粘附分子的表達(dá)水平〔24〕。周細(xì)胞(pericytes)是主要的內(nèi)皮支持細(xì)胞〔25〕,緊靠 EC,它有調(diào)控 EC的成熟、穩(wěn)定微血管壁及促進(jìn)新生血管和血管出芽等功能。周細(xì)胞沿著脂肪生成、軟骨生成和骨生成方向的異常分化與AS和血管鈣化有關(guān)。Wnt信號抑制周細(xì)胞向脂肪系分化而促進(jìn)其向軟骨系分化。提示 Wnt信號通路可能與 AS的發(fā)生有關(guān)〔26〕。研究者已在載脂蛋白 E基因缺陷小鼠和接受動脈內(nèi)膜切除術(shù)的病人的頸動脈內(nèi)膜下發(fā)現(xiàn)大量 Wnt5a在巨噬細(xì)胞積累的區(qū)域,同時也發(fā)現(xiàn)了大量 Toll樣受體 4(TLR-4)。定量 RT-PCR檢測顯示,內(nèi)毒素脂多糖(LPS)(已知的TLR-4配體誘發(fā))刺激某種巨噬細(xì)胞而使 Wnt5a的mRNA表達(dá)。這些都證明Wnt5a在人類和小鼠AS病變中有表達(dá)〔27〕。

4 Rho/Rho激酶信號通路與AS

早在 1985年,Rho被確認(rèn)為是 Ras的哺乳動物基因同系物并因此而得名(Ras homologue)。它廣泛分布于哺乳動物的組織細(xì)胞中,被稱為小G蛋白超家族,并因具有 GTP酶活性,又稱為 RhoGTP酶,是目前研究最為詳細(xì)的 Ras相關(guān)單體 GTP酶。RhoGTP酶有與 GDP結(jié)合或 GTP結(jié)合的兩種失活或激活狀態(tài),前者定位在細(xì)胞漿內(nèi),而后者與細(xì)胞膜相結(jié)合,在細(xì)胞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中作為信號轉(zhuǎn)換器或分子開關(guān),作用于細(xì)胞骨架或其靶蛋白而產(chǎn)生多種生物效應(yīng)。

現(xiàn)已證實 Rho的下游靶效應(yīng)分子有 70多個,Rho激酶(ROCK)是其最主要和最直接的效應(yīng)分子,ROCK又稱Rho相關(guān)激酶,屬于絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶,是目前功能研究最為詳細(xì)的Rho下游靶效應(yīng)分子。ROCK參與 AS發(fā)病機(jī)制的途徑如下:①促進(jìn)單核細(xì)胞內(nèi)皮下遷移:在單核細(xì)胞穿越內(nèi)皮細(xì)胞層的遷移過程中,需要發(fā)生形態(tài)及黏附力的變化。ROCK主要減弱單核細(xì)胞尾部整合蛋白調(diào)節(jié)的黏附力,從而促進(jìn)胞尾收縮及增強穿越內(nèi)皮細(xì)胞的能力〔28〕。②促進(jìn)纖溶酶原激活劑抑制物-1(PAI-1)的表達(dá):在鼠離體平滑肌細(xì)胞實驗中,抑制 ROCK的活性可完全抑制 AS誘導(dǎo)的平滑肌細(xì)胞 PAI-1mRNA的表達(dá),但并不影響 ERK的激活。ROCK可能通過活化轉(zhuǎn)錄因子,包括活化蛋白-1及血清反應(yīng)因子等來調(diào)節(jié) PAI-1的表達(dá)〔29〕。③ROCK增強 EC的通透性:應(yīng)用ROCK抑制劑 Y-27632,可明顯抑制 EC的通透性。ox-LDL,溶血磷脂酸,凝血酶激活 ROCK,因而抑制了肌球蛋白磷酸化酶的活性,增加了肌球蛋白輕鏈(MLC)的磷酸化,導(dǎo)致 EC收縮,通透性增加〔30〕。④ROCK促進(jìn)SMC增殖:血管中膜SMC遷移與增生是 AS的基本病理改變之一。ROCK參與凝血酶誘導(dǎo)的SMC的 DNA的合成及遷移〔31〕。ROCK也參與hu-2誘導(dǎo)的血管 SMC增生〔32〕。這種作用可能是通過向下調(diào)節(jié)細(xì)胞周期蛋白依賴的激酶抑制劑P27KIP1而實現(xiàn)的。

ROCK參與的SMC對Ca2+增敏的調(diào)節(jié)在平滑肌收縮中占主要地位。其機(jī)制可能為 Rho活化 ROCK,ROCK抑制肌球蛋白磷酸化酶的活性,提高了磷酸化的肌球蛋白輕鏈(MLCK)磷酸化水平,使平滑肌收縮,導(dǎo)致冠狀動脈痙攣。Mori-Kawabe等〔33〕發(fā)現(xiàn)異丙腎上腺素可以使 apoE基因敲除小鼠的內(nèi)皮完整的主動脈強烈收縮,Y-27632可以更有效地降低了 apoE基因敲除小鼠的收縮性,這提示AS形成早期的平滑肌收縮更多的依賴于 ROCK活性,與 Rho/ROCK系統(tǒng)有重要聯(lián)系。ROCK參與如平滑肌收縮,細(xì)胞遷移和增殖的多種細(xì)胞功能。在過去幾年中,Zhou等〔34〕研究證實,他汀類藥物可通過抑制 ROCKs及其下游目標(biāo) Rho激酶而對血管起保護(hù)作用,減輕血管的炎性反應(yīng),并通過對 AS的“多效性”以減緩 AS的發(fā)生。

5 展 望

細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的研究是探討人類疾病機(jī)制最富有成果的領(lǐng)域,多項試驗證明AS有復(fù)雜的炎癥病理生理基礎(chǔ),最近幾年,在闡明AS的細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制方面取得了很大進(jìn)展。但是各種信號通路詳細(xì)機(jī)制尚有待進(jìn)一步研究。細(xì)胞因子在AS的臨床早期診斷、血管事件風(fēng)險評估、治療中的應(yīng)用已初現(xiàn)端倪,而靶向于細(xì)胞因子及細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的抗 AS治療方法直接針對疾病的慢性炎癥本質(zhì),因而具有良好的應(yīng)用前景。

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