蔣勇明，高策，黃建敏

（1.右江民族醫(yī)學院，廣西 百色；2.右江民族醫(yī)學院附屬醫(yī)院 神經(jīng)內(nèi)科，廣西 百色）

0 引言

氧化應激是機體內(nèi)活性氧的氧化與抗氧化體系失衡導致組織損傷的狀態(tài)，是動脈粥樣硬化性腦梗塞發(fā)病的重要機制[1]。超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase, SOD）是一種具有抗氧化應激所引起病理性損傷的重要金屬酶類物質(zhì)，是體內(nèi)氧自由基的清除劑，可以催化超氧化物陰離子自由基（O2-）進行歧化反應：O2+O2+2H+→H2O2+O2，消除氧自由基損傷功能，抵御自由基攻擊生物膜中的多不飽和脂肪酸以防止脂質(zhì)過氧化及其中間代謝產(chǎn)物對機體，在維持機體內(nèi)O2-的生成和降解的動態(tài)平衡中起著非常重要的作用[2]。本文就超氧化物歧化酶的結(jié)構與功能、基因表達及其影響因素、基因多態(tài)性等方面與動脈粥樣硬化及動脈粥樣硬化性腦梗塞的關系進行闡述。

1 SOD的結(jié)構與功能

SOD是生物體內(nèi)抗氧化物酶類的主要成員之一，廣泛分布于各種生物體內(nèi)，如動物、植物、微生物等，由蛋白質(zhì)和金屬離子組成。根據(jù)SOD所含有金屬輔基的不同，在哺乳動物細胞和組織中可將其分為3種：①銅鋅SOD（Cu/Zn-SOD，SOD1）：主要分布于細胞質(zhì)中，是由兩個蛋白質(zhì)亞基組成，每個亞基各有一個銅離子（Cu2+）和一個鋅離子（Zn2+），相對分子量約為32 kD，SOD1占SOD總量的90%，是穩(wěn)定性最高的SOD[3]，廣泛分布于真核生物中。SOD1主要依賴于Cu2+和Zn2+繼而發(fā)揮生物活性，因此也被稱為銅鋅超氧化物歧化酶。②錳SOD（Mn-SOD，SOD2）與Cu/Zn-SOD不同，由四個蛋白質(zhì)亞基組成，主要位于線粒體基質(zhì)和內(nèi)膜中，相對分子量約為23 kD，輔助因子為Mn離子（Mn2+），SOD2基因是核編碼基因，主要位于人染色體6q25.3上，含有5個外顯子和4個內(nèi)含子[4]。③細胞外SOD（EC-SOD，SOD3），存在于細胞外基質(zhì)（Extra Cellular Matrix, ECM）中，主要以含銅和鋅的四聚體糖蛋白的形式，相對分子量約135 kD，與肝素具有高度的結(jié)合能力，能抵御細胞外基質(zhì)成分的降解，起到調(diào)節(jié)O2-的水平的作用[5]。SOD主要通過特異性催化細胞中活性氧（ROS）產(chǎn)生的O2-降解，從而清除機體內(nèi)積累的氧自由基，防止脂質(zhì)過度氧化，抑制細胞內(nèi)氧化應激反應，從而參與了動脈粥樣硬化性腦梗塞、冠心病、糖尿病及其并發(fā)癥、惡性腫瘤和自身免疫性疾病等諸多疾病的發(fā)生發(fā)展過程。有研究表明，SOD能通過調(diào)控腎內(nèi)AMPK-PGC-1α-Nrf2和AMPK-Fox0s信號通路，激活AMPK和PGC-1α以及去磷酸化（Fox0s），改善高葡萄糖誘導的氧化應激反應。另有研究認為，外源性SODs能夠促進局部免疫系統(tǒng)的激活，刺激保護性免疫應答，并可能通過Nrf2/ARE信號通路的上調(diào)誘導內(nèi)源性抗氧化防御，從而發(fā)揮抗氧化應激作用。由此可見，SOD通過參與Toll樣信號通路、凋亡相關信號通路等多個非特異性炎癥信號通路，發(fā)揮抗氧化反應。其中，Nrf2-Keap1-ARE可能是機體內(nèi)抗氧化應激防御系統(tǒng)中重要的信號通路。

2 SOD基因表達及其影響因素

由于SOD是生物體內(nèi)具有抗氧化作用的金屬酶類，SOD基因的表達可能受到年齡、微量元素、中草藥、遺傳突變等的影響。在動物實驗中，肝臟中的SOD1和SOD2的水平隨著年齡的增長而顯著降低。過氧化氫酶的mRNA水平也顯著降低，SOD1、SOD2的mRNA水平均顯示隨著年齡的增長而降低的趨勢。這些結(jié)果表明，脂質(zhì)過氧化是由抗氧化劑活性的下降引起的，并且這會促進衰老并縮短缺乏載脂蛋白E小鼠的壽命[6]。

2.1 SOD1基因表達及其影響

生物體內(nèi)活性氧自由基產(chǎn)生的最主要途徑是線粒體氧化呼吸鏈電子傳遞過程，Cu/Zn-SOD可首先清除氧化呼吸鏈電子傳遞過程中產(chǎn)生自由基以防止自由基的累積和擴散。因此，Cu/Zn-SOD基因的表達和調(diào)控對維持機體內(nèi)O2-產(chǎn)生和降解平衡體系有著重要的作用。微量元素鎘（Cd）通過滲透并在大鼠大腦神經(jīng)元中積累，改變血腦屏障的完整性并增加其通透性，減少抗氧化酶并增加大腦中的氧化應激。此外，Cd會增加腦組織的脂質(zhì)過氧化作用，增加了SOD1基因的表達。亦有動物實驗表明，在單核巨噬細胞（THP-1）和泡沫細胞中，SOD1的表達低于THP-1單核細胞。瑞舒伐他汀可恢復THP-1巨噬細胞和泡沫細胞SOD1的表達。后者與動脈粥樣硬化斑塊中較少的oxLDL積累和斑塊進展的抑制有關。SOD1是預防動脈粥樣硬化性腦梗塞斑塊中oxLDL積累的潛在重要介質(zhì)。

2.2 SOD2基因表達及其影響

SOD2基因是核編碼基因，編碼基因5端的啟動子區(qū)由富含GC序列替代了常見的TATA盒或CAAT盒，轉(zhuǎn)錄因子Spl（Specificity Protein 1）和AP-2（Activating Protein 2）的結(jié)合位點主要位于此處。SOD2的轉(zhuǎn)錄由Sp1結(jié)合于啟動子激活，而AP-2通過與Sp1競爭結(jié)合位點或與Sp1形成復合體來抑制SOD2的轉(zhuǎn)錄。此外，上游啟動子區(qū)也有AP-1、HIF-1x、p53、C/EBP、Nrf2、Fox03a等轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點，共同對SOD2的表達進行調(diào)控。有研究報道，糖尿病患者的血漿和淋巴細胞以及動脈粥樣硬化患者的心臟和主動脈組織中的錳（Mn）含量較低。體外和體內(nèi)研究表明，補充Mn可以獨立于SOD2下調(diào)細胞粘附分子1的表達和ROS，從而導致單核細胞與內(nèi)皮細胞的粘附減少，降低糖尿病中內(nèi)皮功能障礙的風險[7]。SOD2的表達和活性受到多種轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控，具體的調(diào)控過程尚未完全明確，亟待大量的基礎與臨床研究進一步完善。

2.3 SOD3基因表達及其影響

SOD3是一種分泌性銅酶，它通過調(diào)節(jié)脈管系統(tǒng)中細胞外O2-的水平在AS和高血壓中起重要作用。Menkes ATPase（MNK）已顯示將胞漿銅轉(zhuǎn)運至非血管細胞的分泌途徑。在動物實驗中，顯示MNK高度表達于各種血管組織和細胞中。來自MNK突變體小鼠的主動脈和培養(yǎng)的成纖維細胞顯示SOD3的比活性顯著降低，但SOD1（胞質(zhì)形式）則沒有，只通過添加銅得以部分恢復。野生型細胞中的銅處理促進了反式高爾基體網(wǎng)絡中SOD3與MNK的直接相互作用和共定位，這表明MNK在TGN中將銅轉(zhuǎn)運到SOD3。MNK突變體小鼠的主動脈顯示SOD3的活性降低，但SOD1卻沒有，而O2-水平則明顯升高。最后，MNK和SOD3蛋白均在AS血管的內(nèi)膜病變中高表達?？傊ㄟ^將銅轉(zhuǎn)運到TGN中的SOD3，從而調(diào)節(jié)脈管系統(tǒng)中的O2-水平，血管MNK在SOD3的全部活性中起著至關重要的作用。另外，SOD3與血管內(nèi)皮功能的調(diào)節(jié)有關，日本包膜（HVJ-E）載體的SOD3過表達抑制由球囊損傷引發(fā)的新內(nèi)膜增生、炎癥和ROS水平。在血管平滑肌細胞中，SOD3對細胞生長信號通路的調(diào)節(jié)可能在這些抑制作用中起重要作用。

3 SOD基因多態(tài)性與動脈粥樣硬化的關系

粘附分子在內(nèi)皮細胞上的表達以及隨后的白細胞募集是動脈粥樣硬化發(fā)展的關鍵早期事件。有研究報道，內(nèi)皮細胞中SOD的過表達減弱了腫瘤壞死因子α誘導的超氧化物陰離子的產(chǎn)生和粘附分子的表達，這種作用是由c-Jun氨基末端激酶和p38磷酸化水平降低以及AP-1和核因子B失活所介導的。這些結(jié)果表明SOD可能在預防動脈粥樣硬化性腦梗塞應中起重要作用。

3.1 SOD1在動脈粥樣硬化中的作用

在動脈粥樣硬化的早期，核因子-κB（NF-κB）誘導細胞粘附分子的表達，例如血管細胞粘附分子-1，細胞內(nèi)粘附分子-1和E-選擇素。NADPH氧化酶4是內(nèi)皮細胞中超氧化物的主要來源，而SOD1是負責滅活活性氧的抗氧化酶。動物實驗中直接檢查了在缺乏載脂蛋白E的小鼠中過表達SOD1和/或過氧化氫酶對動脈粥樣硬化和脂質(zhì)過氧化的影響。相反，僅過表達SOD1的缺乏載脂蛋白E小鼠中F2-異前列腺素和動脈粥樣硬化的水平與缺乏載脂蛋白E對照小鼠相當。觀察結(jié)果暗示，內(nèi)源性產(chǎn)生過氧化氫而不是超氧陰離子，有助于缺乏載脂蛋白E小鼠中氧化脂質(zhì)的形成和動脈粥樣硬化的發(fā)展[8]，這表明SOD1可能參與了動脈粥樣硬化性腦梗塞的發(fā)病過程。

3.2 SOD2在動脈粥樣硬化中的作用

依賴于錳和線粒體的SOD亞型（SOD2）代表了抵御超氧自由基攻擊的第一道防線。迄今為止，由于相互矛盾的數(shù)據(jù)，尚不清楚SOD2在動脈粥樣硬化中的病理學意義。有研究表明，SOD2的遺傳多態(tài)性修飾線粒體SOD2（mtMnSOD）活性，并增加了冠狀動脈疾病的風險。mtMnSOD活性隨著年齡的增長而降低，從而降低了巨噬細胞對oxLDL誘導的細胞凋亡的耐受性，這可能為闡明年齡誘發(fā)的動脈粥樣硬化的機制提供重要線索[9]。已發(fā)現(xiàn)SOD2在動脈粥樣硬化斑塊中高表達，該斑塊專門位于富含脂質(zhì)區(qū)域的泡沫細胞，而不是其他（非泡沫）細胞類型。在表達SOD2的細胞中未觀察到凋亡的超微結(jié)構證據(jù)，例如染色質(zhì)濃縮和膜起泡。蛋白質(zhì)水平上的SOD2上調(diào)與其平行、顯著增加的催化活性有關[10]。亦有研究在酶的信號序列中描述了潛在的功能性氨基酸多態(tài)性（Ala16Val），發(fā)現(xiàn)信號序列多態(tài)性是頸動脈內(nèi)膜中層厚度（IMT）的次要決定因素，占總變異的1.3%，Val等位基因與較高的IMT相關。在女性中，與血漿中低密度脂蛋白（LDL）膽固醇水平存在顯著的相互作用，因為僅在Val等位基因攜帶者中LDL膽固醇水平與頸動脈IMT正相關，而Val等位基因僅與較高的IMT相關。血漿LDL膽固醇水平最高的受試者。SOD2基因的信號序列多態(tài)性是頸動脈IMT的次要決定因素，指出了氧化應激平衡在動脈粥樣硬化中的重要性。

3.3 SOD3在動脈粥樣硬化中的作用

一個重要的單核苷酸多態(tài)性（SNP），SOD3基因的基因突變導致在肝素結(jié)合結(jié)構域的中心氨基酸取代Arg（213）Gly（R213G），從而導致對內(nèi)皮的親和力降低。這種突變在人群中以相對較高的頻率發(fā)生，與組織抗氧化劑防御能力下降和缺血性心臟病的風險增加有關，突出其在血管水平上降低的抗氧化劑防御能力，這可能導致對冠狀動脈疾病和動脈粥樣硬化的敏感性增加[11]。臨床和流行病學研究已提供了間接證據(jù)，證明oxLDL和抗氧化劑與動脈粥樣硬化的發(fā)病機理有關。在體外已顯示SOD保護LDL免受超氧化物陰離子的有害作用。在某些研究者中已使用腺病毒基因轉(zhuǎn)移來確定EC-SOD對LDL受體缺乏載脂蛋白E小鼠動脈粥樣硬化的影響。

4 小結(jié)

SOD是廣泛參與動脈粥樣硬化性腦梗塞、冠心病、糖尿病及其并發(fā)癥、多種惡性腫瘤和自身免疫性疾病等相關疾病的細胞因子家族[12-15]。其成員SOD1、SOD2、SOD3還被發(fā)現(xiàn)在動脈粥樣硬化、冠心病及腦梗死中起重要作用，可能的途徑包括調(diào)節(jié)oxLDL及細胞因子產(chǎn)生、激活巨噬細胞、炎癥細胞浸潤、基因突變等影響動脈粥樣硬化的進展，具體機制尚未完全明確，所以其真正在在動脈粥樣硬化性腦梗塞中的作用仍需進一步動物實驗及臨床試驗豐富完善。