郭歌 綜述 祖凌云 高煒 審校

(北京大學第三醫(yī)院心內科，北京 100191)

心腦血管疾病是目前世界范圍內引起死亡的首位原因，動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)是其最主要的病理生理機制。AS是一種慢性炎癥性疾病，其過程主要包括低密度脂蛋白及其代謝產物在內皮下積累、巨噬細胞浸潤、血管平滑肌細胞增殖與遷移，導致AS斑塊的形成。AS斑塊破裂可導致內皮下基質和脂核暴露，繼發(fā)血小板的激活和黏附，導致血栓形成、血管閉塞，從而引起急性冠狀動脈綜合征、腦梗死等急性缺血性事件的發(fā)生[1]。近年研究發(fā)現，花生四烯酸代謝產物在AS的發(fā)生、發(fā)展及斑塊不穩(wěn)定性中發(fā)揮著重要作用。對花生四烯酸代謝產物的研究有助于更深入地理解AS的病理生理過程。

1 花生四烯酸簡介

花生四烯酸是5，8，11，14－二十碳四烯酸的簡稱，是生物體內分布最廣的一種必需多不飽和脂肪酸。它在細胞內主要以磷脂化的形式存在于細胞膜內表面。當細胞受到刺激時，花生四烯酸在磷脂酶A2的作用下被分解成游離形式并釋放到細胞液中，進而在一系列代謝酶的作用下形成上百種生物活性代謝物。目前已知至少有三類酶參與了花生四烯酸的代謝，包括環(huán)氧化酶(cyclooxygenase，COX)、脂氧酶(lipoxygenase，LOX)和細胞色素 P450(cytochrome P450，CYP)。其中，COX和LOX是雙氧化酶，可將花生四烯酸分解成前列腺素、白三烯、羥基二十碳四烯酸(hydroxyeicosatetraenoic acid，HETE)等二十碳衍生物;CYP是單氧化酶，又包括表氧化酶和ω－羥化酶2種，前者將花生四烯酸分解成多種表氧二十碳三烯酸(epoxyeicosatrienoic acids，EETs)，后者將花生四烯酸分解成20－HETE等小分子活性物質[2]。下面將對這三種途徑的主要代謝產物在AS中的作用進行簡要介紹，花生四烯酸代謝途徑及主要代謝產物見圖1。

圖1 花生四烯酸代謝途徑及其主要代謝產物

2 COX途徑

現今被發(fā)現的 COX包括兩種亞型:COX－1和COX－2。COX－1在人體生理狀態(tài)下持續(xù)表達于血小板、內皮細胞、胃腸道、腎臟等處，而COX－2只有在細胞受到生長因子、細胞因子等刺激時才會表達?；ㄉ南┧嵩贑OX的作用下代謝生成前列腺素G2，進而生成前列腺素H2，并以此為底物生成其他種類的前列腺素產物，包括前列環(huán)素(PGI2)、前列腺素 E2(PGE2)、前列腺素D2(PGD2)、血栓素A2(thromboxane A2，TXA2)等，具體生成哪類前列腺素與細胞的種類和狀態(tài)有關。

2.1 PGI2與TXA2在AS中的作用

PGI2由花生四烯酸在血管壁中依賴 COX－2和PGI2合成酶生成，有強大的抗血小板聚集的作用;TXA2由花生四烯酸在血小板中依賴COX－2和TXA2合成酶生成，有促進血小板聚集、收縮血管、增強黏附分子和趨化因子的表達、促進白細胞對內皮細胞的黏附等作用。PGI2和TXA2的活性作用正好相反。在正常生理狀態(tài)下，循環(huán)血中TXA2和PGI2的水平處于相對平衡狀態(tài)，是維持血液循環(huán)暢通的重要因素之一。如果TXA2/PGI2水平發(fā)生失衡，就會釋放多種炎癥因子，損傷血管壁、誘發(fā)血小板聚集，啟動AS的形成[3]。

2.2 PGE2、PGD2與AS斑塊不穩(wěn)定性的關系

PGE2在不穩(wěn)定的AS斑塊中主要經COX－2/微粒體前列腺素 E 合成酶－1(microsomal PGE synthase－1，mPGES－1)途徑形成，并通過調節(jié)降解基質金屬蛋白酶(matrix－degrading metalloproteinase，MMP)降低斑塊的穩(wěn)定性。在相對穩(wěn)定的AS斑塊中，完整的纖維帽可避免脂核與血液的接觸，有利于防止血栓形成。MMP可降解細胞外基質，使纖維帽中基質成分減少、纖維帽變薄，導致斑塊不穩(wěn)定更容易破裂，引起急性缺血事件的發(fā)生。在人的 AS斑塊中，MMP－2、MMP－9起主要作用，巨噬細胞可通過PGE2/cAMP依賴途徑產生MMP－2 和 MMP－9[4]。Cipollone 等[5]的研究表明，他汀類藥物可以直接抑制人頸動脈斑塊中COX－2/mPGES－1的表達，減少PGE2生成，減弱MMP活性，起到穩(wěn)定斑塊的作用;而選擇性血管緊張素1型受體拮抗劑(如厄貝沙坦)可以減少MMP生成，極有可能也是通過抑制 COX－2/mPGES－1 來完成的[6]。

與PGE2相反，PGD2具有抗炎作用。核轉錄因子κB(nuclear factor kappa B，NF－κB)在 AS 的炎癥反應中起著重要作用[7]，PGD2衍生出的 15d－PGJ2(15－deoxy－α12，14－PGJ2)可以抑制 NF－κB，并激活過氧化物酶體增殖物激活受體γ來發(fā)揮抗AS炎癥反應的作用[8]。在體外實驗中，AS病變部位的腫瘤壞死因子－α可減少PGD2合成而增加PGE2合成，糖皮質激素則有相反的作用[9]。在 Cipollone[10]的另一項研究中，通過對60例頸動脈內膜剝脫術后患者的AS斑塊進行分析，發(fā)現無腦部缺血事件患者的斑塊以前列腺素D合成酶(PGD synthase，PGDS)表達為主，而有腦部缺血事件患者的斑塊則以mPGES－1表達為主。由此可推斷，當mPGES－1的表達高于PGDS時，PGE2合成多于PGD2，PGE2依賴的MMP合成增加，斑塊容易不穩(wěn)定并引發(fā)缺血事件，COX－2途徑表現為促進炎癥反應及AS斑塊破裂的效應;而當PGDS表達高于mPGES－1時，PGD2合成增加，COX－2主要表現為抗炎效應。mPGES－1和PGDS之間的平衡決定了COX－2在斑塊不穩(wěn)定性中的作用。

3 LOX途徑

在人體參與花生四烯酸代謝的LOX主要包括:5－LOX、12－LOX、15－LOX 等?；ㄉ南┧岜?5－LOX 氧化，在5－脂氧酶激活蛋白(FLAP)的輔助下，生成不穩(wěn)定的白三烯A4(leukotreines A4，LTA4)。LTA4一方面可以被LTA4水解酶水解成白三烯B4(LTB4)，另一方面通過白三烯C4(LTC4)合成酶與谷胱甘肽結合生成LTC4，繼而生成白三烯D4、白三烯E4。現在有越來越多的證據證實白三烯在AS中的重要作用，其中，LTB4的地位尤為重要。

3.1 LTB4在AS中的作用

LTB4在AS斑塊中表達異常豐富。LTB4可以增強細胞間黏附分子－1(ICAM－1)和血管內皮細胞黏附分子－1與單核/巨噬細胞膜的親和力，促使單核細胞更易黏附于血管內皮。LTB4還可以強烈誘導單核細胞趨化蛋白－1的表達，使其趨化效應放大。LTB4同時可上調單核/巨噬細胞膜表面氧化低密度脂蛋白受體CD36的表達，促進單核/巨噬細胞轉化為泡沫細胞，促進脂質堆積，參與AS斑塊的形成和發(fā)展[11]。

除5－LOX外，LTB4的合成還需要另外兩個關鍵蛋白——FLAP和LTA4水解酶(LTA4H)。Spanbroek等[12]發(fā)現在人體主動脈、頸動脈及冠狀動脈的AS斑塊中，5－LOX、FLAP、LTA4H 都有不同程度的高表達，且隨著病變程度加重，表達5－LOX的細胞數量也會增多。Qiu等[13]發(fā)現，與健康對照組相比，這三種蛋白的mRNA在人體頸動脈AS斑塊的巨噬細胞中表達明顯升高。此外，在近期有腦部缺血事件患者的AS斑塊中，5－LOX和LTA4H表達顯著增多，且事件發(fā)生時間越近，其mRNA水平越高。在這些不穩(wěn)定的AS斑塊里同樣發(fā)現MMP－2、MMP－9的增加，它們可降解 AS斑塊纖維帽中的基質成分使斑塊變得不穩(wěn)定，并與5－LOX一起共同定位于巨噬細胞。綜上可見5－LOX和LTB4不僅參與了AS斑塊形成，也影響了AS斑塊的不穩(wěn)定性。

3.2 LTC4在AS中的作用

LTC4主要集中分布在血管平滑肌細胞聚集、內膜增厚以及AS斑塊形成的部位，參與了AS斑塊的形成和發(fā)展。在載脂蛋白E(apoE)基因敲除(ApoE－/－)小鼠建立的AS動物模型中，LTC4合成酶和LTC4受體的基因表達上調，且在給予低氧刺激后其水平進一步升高;當給予ApoE－/－小鼠LTC4受體阻滯劑孟魯司特后，血管產生的活性氧減少，AS斑塊的形成可減少61%[14]。而在合并慢性心臟缺血患者的心肌中，LTC4合成酶和LTC4受體的mRNA水平也比心臟無缺血的患者顯著升高。

3.3 12－LOX和15－LOX途徑在AS中的作用

除了5－LOX，花生四烯酸還可以通過12－LOX和15－LOX生成其他的代謝產物。12－LOX在血小板中含量豐富，它可以將花生四烯酸代謝成為12－HETE;而15－LOX 可以將花生四烯酸代謝成 15－HETE 和 13－羥十八碳二烯酸等代謝產物。它們在AS的炎癥反應中有著促炎和抗炎的雙重作用。一方面，在AS的早期階段，12－LOX和15－LOX有促進低密度脂蛋白氧化、單核細胞募集和黏附、泡沫細胞形成以及平滑肌細胞增殖的作用;另一方面，其代謝產物又有抑制炎癥反應和舒張血管的作用，如15－HETE可以抑制超氧化物產生和白細胞遷移，13－羥十八碳二烯酸可以抑制白細胞和血小板與內皮細胞的黏附作用來減慢AS的進程[15]。15－HETE 還可以被 5－LOX 代謝成脂氧素，發(fā)揮舒張血管、抑制白細胞趨化和黏附、促進巨噬細胞吞噬凋亡細胞，并抵消LTB4的促炎效應等作用。

4 CYP途徑

花生四烯酸經CYP途徑主要產生兩類產物:通過CYP表氧化酶生成的EETs和通過CYP羥化酶生成的HETE。

4.1 EETs在AS中的作用

EETs有5，6－EET、8，9－EET、11，12－EET 和14，15－EET四種異構體，生物體中以11，12－EET和14，15－EET的表達為主。EETs在心腦血管系統(tǒng)發(fā)揮著顯著而多樣的保護作用。EETs通過開放血管平滑肌細胞膜上的Ca2+活化的K+通道，使冠狀動脈平滑肌細胞因K+外流、細胞超極化而引起血管舒張，所以EETs被認為是一種不同于一氧化氮和PGI2舒張血管作用的內皮衍生性超極化因子。隨后的研究表明在外周動脈EETs也發(fā)揮著同樣的作用，并發(fā)現EETs能激活心肌細胞ATP敏感性鉀離子通道，從而調節(jié)心肌細胞的電生理特征和舒縮功能，并起到保護心肌的作用[16]。

此外，EETs還可以通過抑制NF－κB激活來起到抗AS的作用。在培養(yǎng)的人臍靜脈內皮細胞中，11，12－EET可以抑制NF－κB激活，并顯著減少腫瘤壞死因子－α 誘導的血管內皮細胞黏附分子－1、ICAM－1、內皮細胞選擇素表達[17]，抑制白細胞對血管壁的黏附。因此，EETs可以有效地預防AS斑塊的形成。EETs在機體中主要經可溶性表氧化物水解酶(soluble epoxide hydrolase，sEH)被快速代謝成更穩(wěn)定的低活性物質二羥二十碳三烯酸(dihydroxyeicosatrienoicacids，DHETs)。已有試驗證實，sEH抑制劑的應用會顯著地減慢AS的進程。Ulu等[18]發(fā)現在 ApoE－/－的 AS模型小鼠中，喂養(yǎng)sEH抑制劑組降主動脈的AS斑塊較對照組減小約53%，同時EETs/DHETs明顯升高，且AS 病變的面積與 11，12－EET/DHETs 和 14，15－EET/DHETs的比值呈顯著負相關。Wang等[19]進一步發(fā)現，與對照組相比，sEH抑制劑組右頸動脈和主動脈弓的AS斑塊大小分別減小33%和39%，腹主動脈瘤的發(fā)生率降低72%。同時，sEH抑制劑還可以降低總膽固醇、低密度脂蛋白，并升高高密度脂蛋白的水平，這可能也是sEH抑制劑抗AS的機制之一。

EETs在缺血再灌注損傷中的心肌保護作用已被證實。無論是在阻塞冠狀動脈血流之前或在再灌注處理之前，11，12－EET 和 14，15－EET 的應用都可以顯著減小實驗狗的心肌梗死面積，且其保護作用與缺血預處理5 min所達到的效果相似[20]。Dhanasekaran等[21]研究發(fā)現，在缺血處理20 min后，sEH表達缺失小鼠的心肌梗死面積比野生型小鼠明顯減小，左心室發(fā)展壓(left ventricular developed pressure)的恢復也更好，同時，應用 11，12－EET、14，15－EET 或 sEH 抑制劑也可以顯著減小心肌梗死面積。

高血壓病、糖尿病是AS的經典危險因素，EETs還可以通過降低血壓、改善胰島素抵抗發(fā)揮抗AS的作用。在各種動物模型上已證實，CYP表氧化酶基因的過表達可以升高EETs水平并降低血壓，而通過藥物抑制CYP表氧化酶會使小鼠的血壓顯著升高[22]。sEH抑制劑也可以通過增加循環(huán)中EETs的水平來起到降低血壓的作用[23]。EETs與胰島功能關系密切，Xu等[24]發(fā)現，給db/db模型小鼠(2型糖尿病模型小鼠)和果糖喂養(yǎng)大鼠注射表達CYP表氧化酶的質粒，可逆轉db/db小鼠和果糖喂養(yǎng)大鼠中的胰島素抵抗。Luo等[25]研究表明，用鏈脲霉素誘導小鼠出現的高糖血癥，可以被同時給予的sEH抑制劑逆轉，同時Ephx2基因(編碼sEH的基因)敲除可以提高胰島素的分泌水平。

綜上，EETs有抗AS斑塊形成、減輕缺血再灌注損傷、舒張血管、降低血壓、改善胰島素抵抗等保護作用，EETs、sEH抑制劑有望成為防治AS相關疾病的新方法。需要注意的是，EETs還有抑制細胞凋亡、促進細胞分裂、促進新生血管等功能，并在腫瘤細胞的生長中發(fā)揮重要作用。因此，EETs、sEH抑制劑的應用需要考慮到其對腫瘤細胞的影響[26]。

4.2 20－HETE在心血管疾病中的作用

近來研究發(fā)現20－HETE可通過多種機制促進AS的發(fā)展。在人臍靜脈內皮細胞中，20－HETE水平的升高可以激活 NF－κB 通路，上調 ICAM－1、白介素－8和氧化應激水平，促進血管內皮的炎癥反應，促進AS生成。20－HETE還可以使活性氧自由基增加，引起血管內皮氧化應激損傷。Han等[27]研究表明，20－HETE 可以通過刺激還原型輔酶Ⅱ氧化酶衍生的超氧化物產生，加重缺血再灌注引起的心肌損傷。此外，20－HETE在血壓調節(jié)中也扮演著復雜的角色。在腎小管中，20－HETE通過抑制小管上皮離子通道促進尿鈉排泄引起血壓降低;但在血管中，20－HETE可以通過激活蛋白激酶C、抑制鈣激活的鉀離子通道、損傷一氧化氮依賴的血管舒張功能、誘導血管緊張素轉換酶表達等，使血管平滑肌收縮導致血壓升高[28]。另外，20－HETE還有促進血管內皮細胞增殖、促進血管新生等作用[29]。

5 結語

花生四烯酸的代謝產物在AS的形成、發(fā)展及斑塊不穩(wěn)定性中發(fā)揮著極其重要而復雜的作用，其代謝途徑中許多分子和受體可作為AS相關疾病治療的藥物靶點。目前，花生四烯酸的代謝產物主要通過液相色譜串聯質譜法或磁共振波譜技術進行分析。二者相比，液相色譜串聯質譜法結合了液相色譜優(yōu)秀的分離能力和質譜的高靈敏度、高特異性等優(yōu)點，可以在短時間內對花生四烯酸的數十種代謝產物進行定性和定量分析[30]。對花生四烯酸代謝產物的研究，不僅能更加深入地理解AS的病理生理機制，也有助于找到新的生物學標志物，為心腦血管疾病的診斷和治療提供新思路。

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