宗同巖 蔡九英 宋曉坤 占 育

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

自從弗雷明翰心臟研究結(jié)果報(bào)道C-反應(yīng)蛋白(CRP)作為心血管生物標(biāo)志物后，人們相繼開(kāi)展了許多有關(guān)心血管疾病標(biāo)志物的研究。至今，CRP仍被認(rèn)為是最敏感的非特異的炎癥標(biāo)志物，但是研究還發(fā)現(xiàn)了一些新的炎癥標(biāo)志物，例如白介素(IL)-18、基質(zhì)金屬蛋白酶-9、脂聯(lián)素和 CD40配體〔1〕。幾丁質(zhì)酶-3樣蛋白-1(chtinase-3-1ike-1 protein，YKL-40)是與心血管疾病相關(guān)的另一種新的炎癥標(biāo)志物，參與內(nèi)皮功能障礙和新生血管形成，并且可能直接參與動(dòng)脈粥樣硬化的過(guò)程，從而導(dǎo)致心血管疾病。

1 YKL-40的特性

YKL-40最早是在非泌乳期牛的乳汁分泌物中發(fā)現(xiàn)的，YKL-40 mRNA在軟骨細(xì)胞和肝臟中強(qiáng)烈表達(dá)，在腦、腎和胎盤中表達(dá)較弱，在心臟、肺、骨骼肌、胰、單核細(xì)胞和皮膚成纖維細(xì)胞中不表達(dá)。在正常細(xì)胞也可以檢測(cè)到Y(jié)KL-40，它主要在正常的中幼粒細(xì)胞-晚幼粒細(xì)胞中合成，儲(chǔ)存在成熟中性粒細(xì)胞顆粒中，中性粒細(xì)胞破壞和激活時(shí)能通過(guò)胞吐方式釋放出來(lái)。

YKL-40可由多種細(xì)胞分泌，包括關(guān)節(jié)炎患者的軟骨細(xì)胞和成纖維樣滑膜細(xì)胞，中性粒細(xì)胞，活化的巨噬細(xì)胞和分化晚期的巨噬細(xì)胞〔2〕，分化型血管平滑肌細(xì)胞〔3〕，主要參與先天免疫系統(tǒng)的激活和有關(guān)細(xì)胞外基質(zhì)的重塑〔4〕。研究顯示CD+14的單核細(xì)胞分化和成熟為CD－14及CD+16巨噬細(xì)胞是伴隨CD+16巨噬細(xì)胞上YKL-40的表達(dá)發(fā)生的〔5〕。在體內(nèi)，YKL-40表達(dá)于人類血管外膜和動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中的血管平滑肌細(xì)胞、巨噬細(xì)胞的亞群、不同炎癥組織的平滑肌細(xì)胞及動(dòng)脈粥樣硬化斑塊重塑的細(xì)胞外基質(zhì)〔2〕。

2 YKL-40與急、慢性炎癥

Ostergaard等〔6〕研究發(fā)現(xiàn)YKL-40由局部活化巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞分泌，在炎性環(huán)境下由特定的顆粒通過(guò)胞外分泌來(lái)釋放YKL-40。正是因?yàn)閅KL-40由局部分泌，所以YKL-40水平可以更快達(dá)到高峰，在抗生素治療后又迅速的下降，而不像CRP水平那樣緩慢下降。相對(duì)YKL-40而言，CRP主要是全身系統(tǒng)炎癥標(biāo)志物，在促炎介質(zhì)如IL-6介導(dǎo)下由肝細(xì)胞分泌。盡管未發(fā)現(xiàn)YKL-40和CRP有關(guān)系，但是YKL-40的分泌也受IL-6影響，而IL-6能刺激CRP的產(chǎn)生和分泌。因此需要進(jìn)一步研究YKL-40與促炎因子、急性期反應(yīng)物、細(xì)胞黏附分子的相關(guān)性，探討YKL-40在臨床應(yīng)用的可能價(jià)值。

3 YKL-40與內(nèi)皮功能障礙和動(dòng)脈粥樣硬化

3.1 YKL-40與血管狹窄和新生血管形成 YKL-40可以通過(guò)促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞趨化、黏附、擴(kuò)散和遷移導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙，這提示YKL-40參與了動(dòng)脈硬化斑塊的形成過(guò)程。體外培養(yǎng)從豬的胸主動(dòng)脈分離下來(lái)的平滑肌細(xì)胞，在將其從單層至多層分化形成細(xì)胞瘤過(guò)程中，血管平滑肌細(xì)胞持續(xù)分泌YKL-40，同時(shí)再表達(dá)細(xì)胞分化的相關(guān)標(biāo)志〔7〕。這種體外細(xì)胞瘤樣物形成過(guò)程與在體內(nèi)血管平滑肌細(xì)胞受損后發(fā)生分化、遷移導(dǎo)致再狹窄和和新生內(nèi)膜形成過(guò)程類似。血管平滑肌細(xì)胞受到外源性信號(hào)刺激后穿過(guò)內(nèi)膜發(fā)生遷移，YKL-40還可以通過(guò)促進(jìn)分支小血管的形成調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)學(xué)改變，這表明YKL-40可以通過(guò)促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞的遷移和重構(gòu)發(fā)揮促進(jìn)新生血管形成的作用。這些體外研究結(jié)果亦得到體內(nèi)研究證實(shí)，免疫組化分析顯示在人動(dòng)脈粥樣斑塊中平滑肌細(xì)胞中有YKL-40蛋白的表達(dá)〔4〕。一項(xiàng)在體外關(guān)于動(dòng)脈粥樣硬化生物標(biāo)志物的蛋白組學(xué)研究顯示經(jīng)氧化低密度脂蛋白處理后的巨噬細(xì)胞表面有YKL-40高表達(dá)，這個(gè)過(guò)程類似于泡沫細(xì)胞的形成過(guò)程〔8〕。這也提示在動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成過(guò)程中YKL-40具有促進(jìn)單核細(xì)胞分化成脂質(zhì)沉積的巨噬細(xì)胞的作用。

3.2 YKL-40與巨噬細(xì)胞凋亡 動(dòng)脈粥樣硬化斑塊是以單核細(xì)胞滲透至血管內(nèi)皮下間隙和活化的巨噬細(xì)胞中脂質(zhì)沉積為特征的。在動(dòng)脈粥樣硬化早期，活化的巨噬細(xì)胞分泌細(xì)胞因子和其他分子，促進(jìn)粥樣斑塊形成〔9〕。因此病灶中巨噬細(xì)胞聚集，可以促進(jìn)斑塊發(fā)展，而病灶中巨噬細(xì)胞減少(如凋亡、吞噬細(xì)胞清除作用)可以延緩病灶發(fā)展。在動(dòng)脈粥樣硬化晚期，巨噬細(xì)胞凋亡并不完全與吞噬清除相耦聯(lián)，在這個(gè)時(shí)期巨噬細(xì)胞凋亡可以促進(jìn)斑塊壞死核心的擴(kuò)大，最終導(dǎo)致斑塊破裂和急性血栓形成〔9〕。YKL-40mRNA表達(dá)高度上調(diào)動(dòng)脈粥樣硬化中巨噬細(xì)胞的不同亞群。尤其在浸潤(rùn)越深的病灶中巨噬細(xì)胞顯示有YKL-40高表達(dá)，并且在動(dòng)脈粥樣硬化早期病灶中就可以看到巨噬細(xì)胞上YKL-40表達(dá)達(dá)到最高。因此，巨噬細(xì)胞的凋亡可以在動(dòng)脈粥樣硬化中發(fā)揮完全相反的兩個(gè)作用。所以在動(dòng)脈粥樣硬化早期，活化的巨噬細(xì)胞分泌YKL-40增多，YKL-40的抗凋亡作用可能與限制病灶范圍擴(kuò)大有關(guān);而在動(dòng)脈粥樣硬化晚期，YKL-40還能進(jìn)一步通過(guò)抗凋亡機(jī)制，抑制斑塊壞死的進(jìn)程。

4 YKL-40與冠心病

Nojgaard等〔10〕的研究表明YKL-40水平在急性心肌梗死患者組明顯高于慢性穩(wěn)定型心絞痛患者組，但是在對(duì)照組與穩(wěn)定型心絞痛患者組的比較無(wú)明顯差別，與無(wú)心肌梗死的人相比，曾患心肌梗死的心血管疾病患者YKL-40水平也升高〔11〕，說(shuō)明急性心肌梗死和不穩(wěn)定心絞痛等急性冠脈綜合征人群具有更多炎癥相關(guān)的反映斑塊不穩(wěn)定性和疾病嚴(yán)重程度的血清學(xué)證據(jù)，炎癥參與了動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展，特別是加速了斑塊不穩(wěn)定性的形成。Wang等〔12〕研究表明，狹窄或閉塞血管對(duì)應(yīng)的心肌與無(wú)明顯缺血的心肌比較，YKL-40 rnRNA表達(dá)水平相似，即缺血心肌YKL-40 mRNA表達(dá)無(wú)明顯升高，說(shuō)明冠心病患者血清YKL-40水平升高的主要來(lái)源不是心肌細(xì)胞。但是溶栓治療與非溶栓治療的患者相比，在心肌梗死發(fā)生的第一個(gè)24 h YKL-40水平升高，這預(yù)示著溶解的血栓釋放YKL-40。有研究認(rèn)為YKL-40不僅在反映斑塊不穩(wěn)定性的炎癥期起作用，而且在心肌梗死恢復(fù)期可能通過(guò)促進(jìn)新的心肌細(xì)胞生長(zhǎng)、調(diào)控基質(zhì)重構(gòu)和誘導(dǎo)新生血管生成持續(xù)發(fā)揮作用〔12〕。Rathcke等〔13〕的研究認(rèn)為YKL-40水平能獨(dú)立預(yù)測(cè)大于50歲無(wú)心血管疾病人群的全因死亡率或心血管死亡率，提示YKL-40可能可以用來(lái)評(píng)估冠心病(CHD)患者預(yù)后和轉(zhuǎn)歸。Kucur等〔14〕的研究甚至發(fā)現(xiàn)，YKL-40水平升高加重CAD病變程度(可以由冠狀動(dòng)脈造影評(píng)估血管病變支數(shù)來(lái)明確病變程度)，這一調(diào)查結(jié)果表明，血漿YKL-40水平可能是心血管疾病發(fā)生和疾病進(jìn)展的定量指標(biāo)。這些研究共同表明在冠狀動(dòng)脈硬化過(guò)程中YKL-40水平可能是一個(gè)篩選指標(biāo)/診斷指標(biāo)，有助于監(jiān)測(cè)冠狀動(dòng)脈病變程度及患者的治療效果，從而協(xié)助臨床醫(yī)生減少致命性心血管事件的發(fā)生。

5 YKL-40可能的作用機(jī)制

YKL-40的生理功能和作用機(jī)制尚不清楚。對(duì)正常人體不同組織進(jìn)行免疫組化檢測(cè)結(jié)果顯示在細(xì)胞活性高(例如代謝活性高和/或增殖能力強(qiáng))的細(xì)胞，YKL-40表達(dá)特別高〔15〕。YKL-40 mRNA和蛋白表達(dá)于各胚層發(fā)育的組織中，在人類肌肉骨骼系統(tǒng)發(fā)育早期即存在，可能與細(xì)胞增殖和分化、新生血管形成，促進(jìn)組織纖維化等基質(zhì)重塑過(guò)程有關(guān)。胞漿信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的激活可能是YKL-40在細(xì)胞間相互作用的機(jī)制之一。

5.1 細(xì)胞生長(zhǎng)因子 在成纖維細(xì)胞和滑膜細(xì)胞中，YKL-40分別通過(guò)細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1和2(ERK1/ERK2)和蛋白激酶B(AKT)的磷酸化作用啟動(dòng)細(xì)胞絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和磷酸肌醇-3激酶(PI-3K)信號(hào)通路從而介導(dǎo)有絲分裂，促進(jìn)結(jié)締組織細(xì)胞的生長(zhǎng)〔16〕。這表明，YKL-40的表達(dá)具有明顯的生長(zhǎng)因子的作用。這些細(xì)胞質(zhì)內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的激活提示YKL-40與一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞膜上的信號(hào)傳導(dǎo)組成成分相關(guān)。細(xì)胞表面特異性受體和YKL-40配體潛在特性仍有待研究。因此推測(cè)在炎癥存在的情況下，YKL-40是成纖維細(xì)胞、滑膜細(xì)胞和軟骨細(xì)胞的生長(zhǎng)因子。它能夠作為內(nèi)皮細(xì)胞的趨化因子并且刺激內(nèi)皮細(xì)胞的遷移，其作用與胰島素樣生長(zhǎng)因子(IGF-1)相似，同時(shí)發(fā)現(xiàn)YKL-40與IGF-1協(xié)同作用〔16〕，以劑量依賴型方式促進(jìn)生長(zhǎng)和增殖，濃度范圍與IGF-1相似。在此機(jī)制中靶細(xì)胞受體尚不清楚，有學(xué)者提出結(jié)晶性蛋白質(zhì)(YM1)可能是上述機(jī)制的靶細(xì)胞受體〔16〕。

5.2 血管生成因子 YKL-40可以通過(guò)促進(jìn)分支小血管的形成和血管平滑肌細(xì)胞遷移、黏附來(lái)調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)，提示YKL-40可以通過(guò)刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和重組在新生血管形成中發(fā)揮重要作用。

5.3 調(diào)節(jié)基質(zhì)重構(gòu) YKL-40在細(xì)胞外基質(zhì)形成和基質(zhì)重構(gòu)中發(fā)揮重要的調(diào)控作用。在成纖維細(xì)胞和軟骨細(xì)胞中，當(dāng)腫瘤壞死因子(TNF-α)或IL-1存在時(shí)，YKL-40降低糖蛋白(P38)和SAPK/JNK MAPKs(應(yīng)激激活蛋白激酶/磷酸化水平 蛋白激酶家族)的活性，這可以中和TNF-α和IL-1介導(dǎo)的腺苷酸激酶的磷酸化相關(guān)的炎癥反應(yīng)，衰減凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶-1介導(dǎo)的信號(hào)通路，從而導(dǎo)致金屬蛋白酶3和IL-18水平降低和基質(zhì)金屬蛋白酶1濃度輕度升高，從而限制細(xì)胞外基質(zhì)降解和控制基質(zhì)重構(gòu)。所有受損的血管組織都顯示一系列的修復(fù)反應(yīng)包括膠原蛋白的改變和炎癥，YKL-40能夠與Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型膠原結(jié)合并且調(diào)節(jié)I型膠原纖維的生成率〔17〕。YKL-40是成纖維細(xì)胞的生長(zhǎng)因子，腫瘤細(xì)胞和炎癥細(xì)胞能分泌大量YKL-40，因此推測(cè)YKL-40在病變組織周圍纖維細(xì)胞/肌纖維母細(xì)胞的增殖，激活和分化中起作用。這種YKL-40影響病變組織周圍成纖維細(xì)胞發(fā)展的現(xiàn)象稱之為基質(zhì)反應(yīng)，這些反應(yīng)包括纖維細(xì)胞和肌纖維母細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，炎癥激活，細(xì)胞因子，基質(zhì)蛋白和金屬蛋白酶分泌增強(qiáng)，新生血管形成增多。所有這些基質(zhì)反應(yīng)在基質(zhì)重構(gòu)中發(fā)揮作用。

幾丁質(zhì)能被YKL-40結(jié)合，但脊椎類動(dòng)物體內(nèi)不含幾丁質(zhì)。有人猜想是進(jìn)化的差異改變了脊椎動(dòng)物該酶的特異性，使它能分解不同的糖苷鏈。實(shí)驗(yàn)研究尚不能證實(shí)YKL-40具有糖苷內(nèi)切酶和外切酶的活性，但是幾丁質(zhì)酶可以利用自身的結(jié)構(gòu)特性來(lái)調(diào)節(jié)其功能，如與特殊的糖類結(jié)合。葡萄糖胺聚糖透明質(zhì)烷是人體分布最廣和含量最多的葡萄糖胺聚糖之一，透明質(zhì)烷在受損血管壁的細(xì)胞外基質(zhì)表達(dá)，它被報(bào)道參與平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移，有研究認(rèn)為YKL-40在細(xì)胞外基質(zhì)中作為底物來(lái)識(shí)別透明質(zhì)烷，從而干擾透明質(zhì)烷的合成并影響局部的透明質(zhì)烷濃度，促進(jìn)受損血管壁的平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移，提示YKL-40具有促進(jìn)血管生成的作用。

5.4 抗凋亡蛋白 YKL-40作為抗凋亡蛋白的機(jī)制可能是通過(guò)細(xì)胞外信號(hào)調(diào)控激酶-1和2(ERKl/ERK2)和蛋白激酶B(AKT)的磷酸化來(lái)促進(jìn)細(xì)胞的增殖和生存〔18〕。因此推測(cè)YKL-40在基質(zhì)重構(gòu)過(guò)程中決定哪類細(xì)胞存活時(shí)起著保護(hù)因子作用。因?yàn)閅KL-40可以幫助細(xì)胞適應(yīng)生長(zhǎng)環(huán)境的變化以及缺氧等病理?yè)p傷的修復(fù)，而且有研究表明YKL-40在發(fā)育中的胎鼠心臟分泌，因此有人推測(cè)YKL-40在缺血環(huán)境中可以保護(hù)心肌細(xì)胞免受凋亡〔3〕。

5.5 促進(jìn)組織纖維化 YKL-40啟動(dòng)了結(jié)締組織細(xì)胞中的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞增殖。提示YKL-40在病理狀態(tài)可以促進(jìn)組織纖維化〔18〕。

6 結(jié)論

在動(dòng)脈粥樣硬化過(guò)程中YKL-40可以通過(guò)調(diào)控基質(zhì)重構(gòu)、促進(jìn)受損血管平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移、促進(jìn)新生血管形成、保護(hù)細(xì)胞免受凋亡等機(jī)制發(fā)揮作用，并且為這些疾病的評(píng)估和預(yù)后提供依據(jù)。盡管YKL-40的生理功能和作用機(jī)制仍需進(jìn)一步闡明，但YKL-40已經(jīng)作為的一個(gè)新的心血管疾病標(biāo)志物而出現(xiàn)，因?yàn)樗趤喤R床疾病階段容易被檢測(cè)故它有助于疾病早期的篩選，而且也有可能成為心血管疾病發(fā)病和死亡率的預(yù)測(cè)指標(biāo)。今后的研究應(yīng)關(guān)注YKL-40與其他慢性亞臨床炎癥指標(biāo)的相關(guān)性，在實(shí)踐中確立YKL-40的臨床應(yīng)用價(jià)值。

1 Packard RR，Libby P.Inflammation in atherosclerosis:from vascular biology to biomarker discovery and risk prediction〔J〕.Clin Chem，2008;54(1):24-38.

2 Rehli M，Niller HH，Ammon C，et al.Transcriptional regulation of CHI3L1，a marker gene for late stages of macrophage differentiation〔J〕.J Biol Chem，2003;278(45):44058-67.

3 Nishikawa KC，Millis AJ.GP38k(CHI3L1)is a novel adhesion and migration factor for vascular cells〔J〕.Exp Cell Res，2003;287(1):79-87.

4 Rathcke CN，Vestergaard H.YKL-40，a new inflammatory marker with relation to insulin resistance and with a role in endothelial dysfunction and atherosclerosis〔J〕.Inflamm Res，2006;55(6):221-7.

5 Baeten D，Boots AM，Steenbakkers PG，et al.Human cartilage gp-39+，CD16+monocytes in peripheral blood and synovium:correlation with joint destruction in rheumatoid arthritis〔J〕.Arthritis Rheum，2000;43(6):1233-43.

6 Ostergaard C，Johansen JS，Benfield T，et al.YKL-40 is elevated in cerebrospinal fluid from patients with purulent meningitis〔J〕.Clin Diagn Lab Immunol，2002;9(3):598-604.

7 Johansen JS，Krabbe KS，Moller K，et al.Circulating YKL-40 levels during human endotoxaemia〔J〕.Clin Exp Immunol，2005;140(2):343-8.

8 Fach EM，Garulacan LA，Gao J，et al.In vitro biomarker discovery for atherosclerosis by proteomics〔J〕.Mol Cell Proteomics，2004;3(12):1200-10.

9 Schrijvers DM，de Meyer GR，Herman AG，et al.Phagocytosis in atherosclerosis:molecular mechanisms and implications for plaque progression and stability〔J〕.Cardiovasc Res，2007;73(3):470-80.

10 Nojgaard C，Host NB，Christensen IJ，et al.Serum levels of YKL-40 increases in patients with acute myocardial infarction〔J〕.Coron Artery Dis，2008;19(14):257-63.

11 Kastrup J，Johansen JS，Winkel P，et al.High serum YKL-40 concentration is associated with cardiovascular and all-cause mortality in patients with stable coronary artery disease〔J〕.Eur Heart J，2009;30(9):1066-72.

12 Wang Y，Ripa RS，Johansen JS，et al.YKL-40 a new biomarker in patients with acute coronary syndrome or stable coronary artery disease〔J〕.Scand Cardiovasc J，2008;42(5):295-302.

13 Rathcke CN，Vestergaard H.YKL-40，a new inflammatory marker with relation to insulin resistance and with a role in endothelial dysfunction and atherosclerosis〔J〕.Inflamm Res，2006;55(6):221-7.

14 Kucur M，Isman FK，Karadag B，et al.Serum YKL-40 levels in patients with coronary artery disease〔J〕.Coron Artery Dis，2007;18(5):391-6.

15 Johansen JS，Hoyer PE，Larsen LA，et al.YKL-40 protein expression in the early developing human musculoskeletal system〔J〕.J Histochem Cytochem，2007;55(12):1213-28.

16 Recklies，AD，White C，Ling H.The chitinase3-like protein human cartilage glycoprotein 39(HC-gp39)stimulates proliferation of human connective-tissue cells and activates both extracellular signal-regulated kinase-and protein kinase B-mediated signalling pathways〔J〕.Biochem J，2002;365(1):119-26.

17 Bigg HF，Wait R，Rowan AD，et al.The mammalian chitinase-like lectin，YKL-40，binds specifically to type Icollagen and modulates the rate of type l collagen fibril formation〔J〕.J Biol Chem，2006;281(30):21082-95.

18 Ling H，Recklies AD.The chitinase 3-like protein human cartilage glycoprotein 39 inhibits cellular responses to the inflammatory cytokines interleukin-1 and tumor necrosis factor-alpha〔J〕.Biochem J，2004;380(3):651-9.