泡沫細胞在動脈粥樣硬化形成過程中的作用研究進展*

劉子歌，劉 洋，宋國瑞，張 晨，陳德勝，郭鳳英，李 燕△

1.寧夏醫(yī)科大學(銀川 750004)；2.寧夏醫(yī)科大學總醫(yī)院骨科(銀川 750004)；3.寧夏醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院(銀川 750004)

心血管疾病仍是全世界成人發(fā)病率和病死率的主導因素[1]，動脈粥樣硬化(Atherosclerosis,AS)作為心血管疾病的病理基礎，形成過程復雜，涉及許多細胞機制和途徑，如炎癥，脂質(zhì)蓄積，氧化應激，自噬和凋亡等[2]。正常動脈壁具有三層結構。最外層的外膜含有神經(jīng)末梢、肥大細胞和血管，這些微血管滋養(yǎng)著中膜的外層。中膜由靜止的平滑肌細胞和細胞外基質(zhì)組成，細胞外基質(zhì)包括彈性蛋白、膠原和其他大分子[3]。動脈粥樣硬化斑塊形成于最內(nèi)層，即內(nèi)膜。在病變開始的早期階段，低密度脂蛋白(Low density lipoprotein,LDL)顆粒在內(nèi)膜中積聚，同時進行氧化和其他修飾，使它們具有促炎和免疫原性。單核細胞在血液中循環(huán)，與活化的內(nèi)皮細胞表達的粘附分子結合，在趨化因子作用下進入內(nèi)膜，單核細胞就可以成熟為巨噬細胞。這些細胞不斷增殖并吞噬大量的修飾型低密度脂蛋白顆粒成為泡沫細胞。泡沫細胞堆積形成脂質(zhì)條紋，隨著病變的進展，平滑肌細胞和泡沫細胞等細胞發(fā)生凋亡、壞死，脂質(zhì)釋放、細胞碎片堆積形成動脈粥樣硬化的壞死、脂質(zhì)核心。晚期動脈粥樣硬化斑塊可侵犯動脈管腔，阻礙血流并導致組織缺血，嚴重的則會形成血栓，從而閉塞管腔，導致各種心血管疾病及并發(fā)癥的發(fā)生。綜上所述，泡沫細胞對動脈粥樣硬化斑塊的初始形成、發(fā)展和不穩(wěn)定性至關重要[4]。

1 AS中泡沫細胞的來源

1.1 巨噬細胞-泡沫細胞 泡沫細胞的來源有多種，如單核-巨噬細胞、內(nèi)皮細胞(Endothelial cells,ECs)和血管平滑肌細胞(Vascular smooth muscle cells,VSMCs)都可轉(zhuǎn)化為泡沫細胞[5]，動脈粥樣硬化早期出現(xiàn)的泡沫細胞主要是巨噬細胞來源的，中后期出現(xiàn)的泡沫細胞多來源于平滑肌細胞和其他細胞類型。

巨噬細胞在不同極化因子的作用下可分化成M1和M2兩種亞型，不同亞型的巨噬細胞在動脈粥樣硬化病變發(fā)展過程中發(fā)揮不同的作用[6]。M1型巨噬細胞表現(xiàn)出較低的膽固醇清除能力，其內(nèi)化脂蛋白顆粒后形成的泡沫細胞會分泌局部炎性細胞因子、活性氧和基質(zhì)金屬蛋白酶，促進動脈粥樣硬化發(fā)展，破壞動脈粥樣硬化斑塊的穩(wěn)定性。相反，M2型巨噬細胞具有較低的泡沫細胞易感性，這些細胞表現(xiàn)出高吞噬活性，清除凋亡細胞能力增強，并產(chǎn)生抗炎因子。隨著病變發(fā)展，M2型巨噬細胞隨后轉(zhuǎn)變?yōu)镸1表型，并在疾病的晚期分泌白細胞介素1β，白細胞介素6和腫瘤壞死因子α[7]。說明動脈粥樣硬化病變進展與哪種亞型巨噬細胞占主導地位密切相關。

Dasilva等[8]研究探討了M1和M2極化因子對培養(yǎng)的人巨噬細胞和泡沫細胞促炎和抗炎基因表達的影響，巨噬細胞相比較，泡沫細胞對M1極化因子的反應減弱，表現(xiàn)為促炎因子表達減少。而當受到M2極化因子作用時，巨噬細胞和泡沫細胞都通過典型的抗炎基因上調(diào)做出反應，兩種細胞差異不大。培養(yǎng)的人巨噬細胞轉(zhuǎn)化為泡沫細胞可抑制其對M1極化因子的促炎反應。因此，在動脈粥樣硬化病變的M1極化微環(huán)境中，泡沫細胞的形成可能會局部削弱動脈粥樣硬化形成中巨噬細胞性的炎癥成分。同時，由于在人類動脈粥樣硬化易破裂、不穩(wěn)定斑塊區(qū)域M1型巨噬細胞是主要組成部分[9]，故暴露于M1極化因子之前將巨噬細胞轉(zhuǎn)化為泡沫細胞可能有抵消斑塊的不穩(wěn)定性的作用。

1.2 血管平滑肌細胞/內(nèi)皮細胞-泡沫細胞 存在于人類動脈壁中的駐留細胞類型在泡沫細胞形成中也具有重要作用[10]。部分泡沫細胞起源于ECs和VSMCs。通過對人類冠狀動脈病變中平滑肌細胞來源泡沫細胞的定量，發(fā)現(xiàn)泡沫細胞中來源于VSMCs的比例大于50%[11]。

天然動脈粥樣硬化斑塊中的VSMCs主要來源于中層動脈。在這個過程中，VSMCs經(jīng)歷了復雜的結構和功能變化，產(chǎn)生了廣泛的表型。內(nèi)膜中的VSMCs表達清道夫受體，可以像巨噬細胞一樣攝取脂蛋白顆粒形成泡沫細胞[12]。其機制包括脂蛋白顆粒的胞吞作用[13]和通過血凝素樣氧化低密度脂蛋白受體(Lectin like Ox-LDL receptor-1,LOX-1)[14]攝取氧化型低密度脂蛋白(Oxidized low density lipoprotein，ox-LDL)。如上所述，利用游離膽固醇誘導培養(yǎng)的平滑肌細胞表達巨噬細胞標志物并且失去平滑肌細胞標志物[15]，不過VSMCs向巨噬細胞的轉(zhuǎn)化是可逆的。VSMCs向巨噬細胞樣細胞的轉(zhuǎn)化受轉(zhuǎn)錄因子KLF4(Kruppel-like factor 4，KLF4)的調(diào)控[16]。

ECs可分化為參與促動脈粥樣硬化血管重構的平滑肌樣細胞。ECs在動脈粥樣硬化的進展中起著重要作用，因為它們除了過度表達促進動脈粥樣硬化發(fā)展的黏附分子外，還分泌趨化因子和其他物質(zhì)，將單核細胞吸引到動脈粥樣硬化的發(fā)生部位[17]。這些細胞可以吞噬氧化修飾低密度脂蛋白和膽固醇，并將其儲存在細胞質(zhì)脂滴中，這些脂滴是細胞脂質(zhì)代謝的關鍵細胞器，可觸發(fā)這些細胞分化為泡沫細胞[18]。在此背景下，Corrêa等[19]證實了內(nèi)皮細胞中泡沫細胞形成的機制，溶血磷脂酰膽堿(Lysophosphatidylcholine,LPC)可以通過脂滴在人內(nèi)皮細胞和人單核細胞中誘導泡沫細胞的形成，這是一種炎癥依賴的途徑。

1.3 其它細胞-泡沫細胞 最近發(fā)現(xiàn)的血管駐留干細胞/祖細胞提供了直接的證據(jù)表明它們可能是動脈粥樣硬化病變中泡沫細胞的重要來源[20]。這些細胞具有很高的增殖能力和產(chǎn)生內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞、造血細胞或間充質(zhì)細胞后代的潛力[21]。越來越多的數(shù)據(jù)表明，這些干細胞/祖細胞中的一些參與了動脈粥樣硬化的發(fā)病過程，這提示了泡沫細胞來自常駐干細胞的可能性。

2 泡沫細胞的形成過程

2.1 修飾型低密度脂蛋白 泡沫細胞形成的主要原因是膽固醇攝入、儲存以及流出穩(wěn)態(tài)失調(diào)的結果[22]。膽固醇在血液中常以脂蛋白的形式存在，而血漿中LDL是運輸內(nèi)源性膽固醇的主要載體，LDL是一類由載脂蛋白B和磷脂膜構成的外殼包裹富含膽固醇酯內(nèi)核的球狀顆粒，通過血液運輸水不溶性的膽固醇。盡管巨噬細胞和VSMCs都能攝取天然(即未經(jīng)修飾的)LDL，但動脈粥樣硬化微環(huán)境內(nèi)的泡沫細胞形成過程中攝取的大部分脂質(zhì)來自修飾的低密度脂蛋白。研究表明，天然低密度脂蛋白不能引起細胞內(nèi)脂質(zhì)的積累和隨后泡沫細胞的形成，而當用體外化學修飾的低密度脂蛋白顆粒取代天然低密度脂蛋白時，細胞內(nèi)脂質(zhì)的積累顯著增多[23]。修飾后的低密度脂蛋白生物活性發(fā)生了改變，呈現(xiàn)明顯的細胞毒性、化學趨向性和免疫原性。動脈對ox-LDL的累積暴露仍然是動脈粥樣硬化發(fā)生和發(fā)展的主要決定因素[24]。

2.2 巨噬細胞對脂質(zhì)的識別和內(nèi)化作用 由于內(nèi)皮屏障功能受損，脂蛋白顆粒可沉積在動脈壁中，并被細胞外基質(zhì)大分子保留在內(nèi)膜層內(nèi)。動脈內(nèi)膜介質(zhì)中，巨噬細胞對脂蛋白顆粒的內(nèi)化是由一系列清道夫受體(Scavenger receptor，SR)介導的，例如SR-A1，CD36和血凝集素樣LOX-1等，每種清道夫受體都會特異性的識別特定的LDL修飾[25]。

SR-A1受體有三種亞型，其中兩種在功能上相關，并且可以參與ox-LDL的轉(zhuǎn)移。在實驗性動脈粥樣硬化小鼠模型中，敲除SR-A1可以抑制泡沫細胞的形成，產(chǎn)生抗動脈粥樣硬化作用[26]。SR-A1的表達受核轉(zhuǎn)錄因子(NF)-κB的調(diào)節(jié)，NF-κB可以被促炎性細胞因子刺激[27]。

CD36屬于清道夫受體B家族。CD36對ox-LDL具有很高的親和力，通過內(nèi)化CD36-oxLDL組合體來促進動脈粥樣硬化的發(fā)生[28]。他汀類藥物可以抑制CD36，使得單核/巨噬細胞對脂質(zhì)的攝取減少，并且可以減少ox-LDL在動脈內(nèi)膜的積聚[29]。一些植物抗氧化劑，包括角鯊烯，槲皮苷等，可以抑制巨噬細胞中CD36的表達，從而防止這些細胞中過多的脂質(zhì)沉積[30]。

在動脈粥樣硬化形成過程中，LOX-1受體的表達明顯上調(diào)[31]。該受體在單核細胞中不表達，但在分化的巨噬細胞中上調(diào)，表明它具有促進動脈粥樣硬化的作用[32]。LOX-1是內(nèi)皮細胞結合ox-LDL的主要受體[33]，并且可以在VSMCs中誘導，這表明在動脈粥樣硬化中VSMCs轉(zhuǎn)化為泡沫細胞的可能性[34]。該受體還可以識別未完全氧化的LDL，表明LOX-1在早期動脈粥樣硬化形成過程中可能起作用[35]。促炎細胞因子，如ox-LDL、脂多糖(LPS)、活性氧(ROS)等，可能是巨噬細胞中LOX-1表達上調(diào)的有效誘因。動脈粥樣硬化小鼠模型中，LOX-1基因的缺失或敲低可以減少斑塊進展，減少炎癥[36]。而高膽固醇血癥小鼠中LOX-1的過表達會引起血管細胞凋亡增加，斑塊的不穩(wěn)定和動脈血栓的形成[37]。

這些結果表明，清道夫受體主導巨噬細胞攝取膽固醇的能力。巨噬細胞除了通過SRs攝取膽固醇以外，還可以通過吞噬和胞飲作用攝取修飾型低密度脂蛋白[38]。

2.3 巨噬細胞中的膽固醇處理機制 膽固醇酯的形成在巨噬細胞向泡沫細胞的轉(zhuǎn)化過程中起著至關重要的作用。巨噬細胞具有先進的酶促機制，促進膽固醇酯的形成，膽固醇?；D(zhuǎn)移酶1(Aeg cholesterol acyltransferases1,ACAT1)是一種可以將膽固醇轉(zhuǎn)化為膽固醇酯的酶。新形成的膽固醇酯可通過兩種酶水解：中性膽甾醇酯水解酶1和溶酶體酸性脂肪酶，從而將膽固醇酯分解成游離脂肪酸和膽固醇[39]。巨噬細胞還表達一系列膜泵，例如ATP結合盒(ABC)轉(zhuǎn)運蛋白ABCA1和ACCG1，它們與清道夫受體SR-BI共同將膽固醇轉(zhuǎn)運到細胞外，再通過高密度脂蛋白運回肝臟[40]。因此，膽固醇的酯化/去酯化之間的平衡可能決定巨噬細胞是否會轉(zhuǎn)化為泡沫細胞。

3 miRNAs在泡沫細胞形成中的作用

微核糖核酸(miRNAs)是一類調(diào)節(jié)基因表達的內(nèi)源性非編碼核糖核酸。miRNAs已被證明在血管系統(tǒng)中起著關鍵的調(diào)節(jié)作用，具有廣泛的生理病理效應。miRNAs的異常表達在動脈粥樣硬化形成過程的(包括泡沫細胞的形成)各個階段中均起著關鍵的作用[41]，如細胞表型轉(zhuǎn)換、黏附分子表達、巨噬細胞對修飾型低密度脂蛋白的攝取和細胞膽固醇穩(wěn)態(tài)。在巨噬細胞中，對膽固醇攝入，儲存和流出的分子機制的調(diào)控是由多個miRNAs共同實現(xiàn)的，這對于維持血脂穩(wěn)態(tài)至關重要。由于泡沫細胞的形成是促進動脈粥樣硬化發(fā)展的，所以促進泡沫細胞產(chǎn)生的miRNAs可以被認為是促動脈粥樣硬化的。與之相反，抑制泡沫細胞形成的miRNAs則具有抗動脈粥樣硬化的作用。在巨噬細胞中，ABCA1和ACAT1的表達受到多個miRNAs的調(diào)節(jié)，這些蛋白在維持膽固醇和磷脂穩(wěn)態(tài)中起關鍵作用。ABCA1是膽固醇逆向轉(zhuǎn)運的主要泵，抑制該轉(zhuǎn)運蛋白可促進泡沫細胞的形成。ACAT1催化膽固醇酯化，下調(diào)該酶可抑制泡沫細胞的生成。

miRNAs還可以通過控制參與膽固醇穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的通路或基因的表達來間接影響這一機制。例如，miR-21、miR-133a和miR-223通過靶向Toll樣受體4(TLR4)/核因子(NF)-κB信號來下調(diào)LPS誘導的脂質(zhì)堆積和炎癥。在人巨噬細胞中，miR-216a直接靶向胱硫氨酸γ裂解酶(CSE)基因的3’非翻譯區(qū)，通過抑制CSE/H2S系統(tǒng)對ABCA1的表達產(chǎn)生負面影響。miR-134被證明通過抑制血管生成素樣4(ANGPTL4)促進膽固醇沉積，ANGPTL4是一種分泌的不可逆的脂蛋白脂酶(LPL)抑制劑。

在經(jīng)過LDL處理的THP-1巨噬細胞中，觀察到miR-150依賴于脂聯(lián)素受體2(AdipoR)的抑制引起膽固醇外流相關基因的激活，從而抑制泡沫細胞的形成。通過靶向HMG-box轉(zhuǎn)錄因子1(HBP1)，miR-155水平的增加被證明促進巨噬細胞向泡沫細胞的轉(zhuǎn)化。最后，miR-486通過靶向組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶1來控制ABCA1的表達，組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶1是一種表觀遺傳調(diào)節(jié)因子，通過在ABCA1基因的啟動子上乙酰化組蛋白H4的賴氨酸5和12來促進ABCA1的產(chǎn)生。miRNAs通過促進或抑制細胞內(nèi)脂質(zhì)沉積和泡沫細胞的形成，在調(diào)節(jié)膽固醇動態(tài)平衡方面發(fā)揮重要作用。因此，miRNAs可能是動脈粥樣硬化中改善膽固醇逆向轉(zhuǎn)運和防止泡沫細胞產(chǎn)生的一個有前途的治療靶點。

4 小結與展望

近年來，對動脈粥樣硬化發(fā)展的各方面的深入研究，提高了對該疾病的總體認識。巨噬細胞不是泡沫細胞形成的唯一來源，內(nèi)皮細胞和血管平滑肌細胞等也具有向泡沫細胞轉(zhuǎn)化的能力。然而，在我們對動脈粥樣硬化形成的理解中，促炎反應作為細胞內(nèi)脂質(zhì)積累的誘因，這是動脈粥樣硬化進展的原因而不是結果。可以簡單的將這一過程描述：修飾型低密度脂蛋白與細胞相互作用，從而刺激吞噬作用，誘導促炎細胞因子的釋放，進而導致或加強細胞內(nèi)脂質(zhì)的積累。因此，在動脈粥樣硬化的進展和退行過程中，更準確地確定病變中泡沫細胞形成的不同細胞來源和分子機制，更好地理解泡沫細胞的特性和功能，可以為預防和治療動脈粥樣硬化性疾病開辟新的途徑。