劉慧地 楊麗霞
綜 述
細(xì)胞凋亡與急性冠脈綜合征相關(guān)性的研究進(jìn)展
劉慧地 楊麗霞
細(xì)胞凋亡;急性冠脈綜合征;易損斑塊
細(xì)胞凋亡是由基因所控制的細(xì)胞自主且有序的死亡,它不是一個(gè)被動(dòng)發(fā)生的過(guò)程,而是涉及一系列基因的激活、表達(dá)以及調(diào)控等作用的主動(dòng)過(guò)程。與壞死過(guò)程不同,凋亡無(wú)細(xì)胞膜破裂、細(xì)胞內(nèi)容物外溢,也沒(méi)有嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)。易損斑塊不穩(wěn)定及破裂、血小板聚集和血栓形成是急性冠脈綜合征(ACS)主要的病理機(jī)制,而內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞以及血管平滑肌細(xì)胞則是其主要的效應(yīng)細(xì)胞,參與了急性冠脈綜合征發(fā)生、發(fā)展的全過(guò)程。越來(lái)越多的文獻(xiàn)報(bào)道證實(shí)細(xì)胞凋亡參與了ACS的發(fā)生發(fā)展過(guò)程。
1.1 通過(guò)死亡受體的細(xì)胞凋亡 首先腫瘤壞死因子受體(tumor necrosis factor-receptor,TNF-R)家族的膜結(jié)合死亡受體,如 Fas(CD95)、TNF-R1、死亡受體(DR)3~6等,再結(jié)合其配體,通過(guò)蛋白之間的相互作用征集適配蛋白,如Fas-FADD和TNFR1-TRADD等。適配子征集半胱氨酸蛋白酶,如caspase-8和caspase-2到復(fù)合物。在Fas、FADD以及caspase-8形成的復(fù)合物內(nèi),caspase-8通過(guò)寡聚活化蛋白分解,進(jìn)而依次活化承擔(dān)著細(xì)胞生存、結(jié)構(gòu)、代謝功能所需的細(xì)胞內(nèi)底物裂解的終末效應(yīng)器caspase(caspases-3、6 和 7)。
1.2 通過(guò)線粒體擴(kuò)大的細(xì)胞凋亡 Caspase除了直接活化作用外,caspase-8活化還能夠引起bcl-2家族蛋白裂解。Bcl-2家族成員具有促凋亡和抗凋亡的雙重效應(yīng)。Bcl-2家族促凋亡的成員包括bid、bad、bak、bax和bik,活化后的相關(guān)成員移到線粒體上,進(jìn)而與線粒體膜抗凋亡的成員(如bcl-2和bcl-X等)進(jìn)行相互作用,從而使電壓依賴性線粒體通道發(fā)生去極化并釋放引起線粒體凋亡的相關(guān)介質(zhì),如細(xì)胞色素C和Smac DIABLO。細(xì)胞色素C聯(lián)合適配子apaf-1和caspase-9能夠激活caspase-3和caspase的級(jí)聯(lián)反應(yīng)。Smac DIABLO直接拮抗凋亡蛋白抑制劑(inhibitor of apoptosis protein,IAP)促進(jìn)細(xì)胞凋亡。細(xì)胞內(nèi)表達(dá)蛋白(FLIP和IAP)能夠阻斷細(xì)胞的凋亡。FLIP的主要結(jié)構(gòu)與caspase-8大致相同,兩者的區(qū)別在于FLIP的C-末端沒(méi)有活化的caspase位點(diǎn),因此FLIP與caspase-8結(jié)合可阻止其活化。而IAP能夠抑制向下caspase酶的活性,或通過(guò)核轉(zhuǎn)錄因子 B(nuclear transcription factor-κB)的活化介導(dǎo)抗凋亡信號(hào)途徑。
1.3 通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress,ERS)的細(xì)胞凋亡 ERS凋亡途徑是一種新的細(xì)胞凋亡途徑。ERS途徑早期通過(guò)激活未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response,UPR)使細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成暫停,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)得以恢復(fù),從而起到細(xì)胞保護(hù)作用。若機(jī)體誘導(dǎo)ERS的因素持續(xù)存在,ERS也將持續(xù)進(jìn)行并會(huì)觸發(fā)C/EBP同源蛋白、c-JUN氨基末端激酶及caspase等通路誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[1]。
1.3.1 C/EBP同源蛋白(C/EBP homologous protein,CHOP)途徑 CHOP又稱生長(zhǎng)停滯和 DNA損害誘導(dǎo)基因153(growth arrest and DNA damage inducible gene 153,GADD153),是 ERS 特異性轉(zhuǎn)錄因子。CHOP基因啟動(dòng)子中含有ATF4、ATF6、XBPl等蛋白的結(jié)合位點(diǎn),其中PERK-eIF2O-ATF4是激活CHOP的主要途徑。此外p38MAK通過(guò)CHOP可以上調(diào)促凋亡基因蛋白BIM、BaX/Bak、GADD34、EROI、TRB3以及抑制抗凋亡蛋白Bcl-2的表達(dá),進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[2,3]。
1.3.2 凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(apoptosis signal-regulating kinase,ASK)1/腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子(tumor necrosis factor receptor-associated factor,TRAF)2途徑 活化的IRElO的胞漿結(jié)構(gòu)域集TRAF2至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜,兩者相互作用,共同激活A(yù)SK1,經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng),三者形成IRElO-TRAF2-ASK1復(fù)合物,繼而磷酸化JNK,使之激活。JNK活化后再通過(guò)磷酸化過(guò)程調(diào)節(jié)Bcl-2家族蛋白介導(dǎo)細(xì)胞凋亡。此外活化的ASK1還可通過(guò)磷酸化過(guò)程激活p38MAPK,進(jìn)而激活CHOP途徑,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[4,5]。
1.3.3 Caspase-12途徑 Caspase-12屬于半天冬酶家族,是ERS特有的途徑[6]。正常生理情況下,caspase-12以無(wú)活性的酶原形式定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。當(dāng)ERS過(guò)程發(fā)生時(shí),caspase-12酶原活化且釋放到細(xì)胞質(zhì)中,激活caspase-9,從而進(jìn)一步激活caspase-3誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。
急性冠脈綜合征是臨床心血管疾病的重要死因之一。急性冠脈綜合征患者在我國(guó)總的院內(nèi)死亡率為4%~6%,再發(fā)心肌梗死的發(fā)生率為8%~11%。急性冠脈綜合征發(fā)生的根本原因是易損斑塊的破裂、血小板聚集及血栓形成。易損斑塊中存在多種細(xì)胞(內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、巨噬細(xì)胞)的凋亡和壞死,而凋亡占其主導(dǎo)地位。存在于易損斑塊的各種細(xì)胞,與其他細(xì)胞相比,巨噬細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞更容易于發(fā)生細(xì)胞凋亡。由于細(xì)胞凋亡直接影響著易損斑塊的穩(wěn)定性,所以急性冠脈綜合征的發(fā)生發(fā)展主要取決于細(xì)胞凋亡和細(xì)胞增殖的動(dòng)態(tài)平衡。
2.1 血管內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡 血管內(nèi)皮細(xì)胞(endothelial cell,Ec)是血管的第一道屏障,具有調(diào)節(jié)血流、防止脂質(zhì)滲漏、抑制血小板聚集及血栓形成等作用。有研究發(fā)現(xiàn),易損斑塊形成過(guò)程伴有內(nèi)皮脫落及表面血小板聚集。血管內(nèi)皮細(xì)胞的過(guò)度凋亡一方面能增強(qiáng)組織因子的活性,加強(qiáng)血小板聚集能力,從而促進(jìn)血液凝固;另一方面能促進(jìn)易損斑塊的糜爛,增加斑塊的不穩(wěn)定性,進(jìn)而繼發(fā)血栓形成。過(guò)往大量研究表明,氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)、血管緊張素Ⅱ、ROS、炎性因子與血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡密切相關(guān)。Muller等[7]的研究發(fā)現(xiàn),蛋白二硫鍵異構(gòu)酶(protein disulfide isomerase,PDI)是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中含量豐富的一種分子伴侶和氧化還原酶,可促進(jìn)二硫鍵的形成和異構(gòu)化,參與蛋白質(zhì)的折疊,ox-LDL可以通過(guò)對(duì)PDI進(jìn)行修飾抑制,進(jìn)而誘導(dǎo)ERS過(guò)程,引發(fā)血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡。有研究表明,PDI被硝酸化修飾后會(huì)增加蛋白折疊錯(cuò)誤的概率,從而進(jìn)一步誘導(dǎo)ERS過(guò)程及內(nèi)皮細(xì)胞凋亡[7]。Chen等[8]的研究同時(shí)發(fā)現(xiàn),帶負(fù)電荷的低密度脂蛋白L5也可以通過(guò)誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞ERS過(guò)程及氧化應(yīng)激從而影響易損斑塊的穩(wěn)定性。Zhou和Tahsa[9]的研究發(fā)現(xiàn),在兔動(dòng)脈粥樣硬化斑塊模型中,高濃度同型半胱氨酸誘導(dǎo)的UPR同樣存在,且斑塊大小與內(nèi)皮細(xì)胞中CHOP的表達(dá)及內(nèi)皮細(xì)胞凋亡呈正相關(guān)。
2.2 血管平滑肌細(xì)胞的凋亡 易損斑塊破裂與富含血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cell,VSMC)的纖維帽較薄有關(guān),尤其在斑塊的肩部更容易發(fā)生,因?yàn)榇颂嶸SMC較少,而巨噬細(xì)胞及炎性細(xì)胞濃度較高[10]。VSMC的大量凋亡使斑塊肩部結(jié)構(gòu)較脆弱,不能發(fā)揮支撐作用,而巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的金屬蛋白酶下調(diào)細(xì)胞外基質(zhì),不能維持組織結(jié)構(gòu),使局部組織相對(duì)弱,這樣使纖維帽形成障礙,斑塊易于破裂。最新研究發(fā)現(xiàn),VSMC凋亡能夠促進(jìn)晚期易損斑塊的不穩(wěn)定性,其中VSMC的表型轉(zhuǎn)化在其中起著至關(guān)重要的作用,就是說(shuō)抑制VSMC表型轉(zhuǎn)化,減少VSMC凋亡對(duì)晚期易損斑塊的穩(wěn)定性是有利的。心肌素血清反應(yīng)因子(myocardin-serum response factor,SRF)是表型轉(zhuǎn)化中重要的組成部分,在大多數(shù)VSMC基因的激活和抑制通道中起著橋梁作用。ApoE-/小鼠敲除myocardin基因后,同未敲除myocardin基因的小鼠易損斑塊相比,其斑塊中有著大量的巨噬細(xì)胞及VSMC來(lái)源的巨噬樣細(xì)胞,這種斑塊極易發(fā)生破裂;同時(shí)發(fā)現(xiàn)敲除myocardin能夠激活炎癥反應(yīng),使巨噬細(xì)胞增多,進(jìn)一步促進(jìn)斑塊的不穩(wěn)定性。而且在脈管系統(tǒng)中僅有VSMC表達(dá)myocardin,即說(shuō)明myocardin能夠激活VSMC某種基因,減少VSMC表型轉(zhuǎn)化,抑制VSMC凋亡,減少炎癥反應(yīng),增強(qiáng)晚期易損斑塊的穩(wěn)定性[11]。Kruppel樣因子 4(Kruppel-like factor 4,KLF4)也是VSMC表型轉(zhuǎn)化過(guò)程中重要且必需的因子,VSMC中KLF4的缺失能夠延緩VSMC表型轉(zhuǎn)化。近年很多研究表明,KLF4的缺失主要是減少VSMC來(lái)源巨噬樣細(xì)胞這種表型,從而增加晚期易損斑塊的穩(wěn)定性,這種表型同膽固醇在易損斑塊中的聚集有關(guān),具體機(jī)制有待研究[12,13]。最新研究發(fā)現(xiàn),染色體上的9p21基因同VSMC凋亡和易損斑塊也密切相關(guān),其主要通過(guò)減少細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑2B(cyclin-dependent kinase inhibitor 2B,CDKN2B)和肌鈣蛋白這種方式。CDKN2B是吞噬細(xì)胞上吞噬受體激活所必需的配體,CDKN2B缺陷的凋亡小體對(duì)胞葬作用具有抵抗性,使其不能被周圍的巨噬細(xì)胞所吞噬,這說(shuō)明CDKN2B的減少通過(guò)增加VSMC凋亡促進(jìn)易損斑塊的不穩(wěn)定性[14]。
2.3 巨噬細(xì)胞的凋亡 有研究表明,大部分細(xì)胞凋亡過(guò)程發(fā)生在動(dòng)脈粥樣斑塊的核心部分,主要是巨噬細(xì)胞參與而非VSMC。巨噬細(xì)胞凋亡發(fā)生在易損斑塊病變的各個(gè)階段,尤其是早期,巨噬細(xì)胞凋亡增加使易損斑塊早期病變細(xì)胞減少?gòu)亩黾恿艘讚p斑塊的穩(wěn)定性。這個(gè)過(guò)程與PI3K/Akt息息相關(guān)。首先,巨噬細(xì)胞最簡(jiǎn)單可以分為兩型,M1和M2,M1具有促炎作用,M1具有抗炎作用[15]。由于受載脂量程度的影響,使不同分型的巨噬細(xì)胞在易損斑塊的各個(gè)階段具有多樣性和復(fù)雜性,不同分型的巨噬細(xì)胞可能影響巨噬細(xì)胞對(duì)低密度脂蛋白的吞噬,從而影響炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡[16,17]。PI3K/Akt/mTORC1通路對(duì)巨噬細(xì)胞的分化有調(diào)控作用。巨噬細(xì)胞表面有Akt1、Akt2、Akt3三種表型,Arranz等研究發(fā)現(xiàn),Akt1缺失使巨噬細(xì)胞更容易分化成M1,Akt2缺失使之分化成M2,最重要的是同未敲除Akt2的Ldlr-/-小鼠相比,Ldlr-/-小鼠敲除Atk2后早期粥樣斑塊病變減少,正是因?yàn)榫奘杉?xì)胞表面Akt2的缺失,使之分化成M2型,減少了巨噬細(xì)胞的凋亡和炎癥反應(yīng)[18,19]。其次,巨噬細(xì)胞對(duì)凋亡刺激有抵抗性,也是因?yàn)镻I3K/Akt通路的活化。當(dāng)急性冠脈綜合征發(fā)生時(shí),血管內(nèi)環(huán)境變化能夠引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激并激活UPR,從而導(dǎo)致巨噬細(xì)胞的凋亡。c-Jun NH2-末端激酶(c-Jun NH2-terminal kinases,JNK)是UPR的作用因子,分為JNK1和JNK2兩種類型,其中JNK1能夠誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞凋亡,其抑制PI3K/Akt通路作用。有研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)JNK1減少時(shí),巨噬細(xì)胞凋亡減少,使易損斑塊的不穩(wěn)定性增加[20]。再者,IkB 激酶(IκB kinase α,IKKα)同 PI3K/Akt和NF-KB兩條通路有關(guān),Akt通路通過(guò)Ikkα能夠激活NF-KB通路,從而減少巨噬細(xì)胞的凋亡。在ldlr-/-小鼠中敲除或者沉默IKKα實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)易損斑塊減少,而且易損斑塊中巨噬細(xì)胞增加,說(shuō)明IKKα缺失抑制了巨噬細(xì)胞Akt通路,從而進(jìn)一步抑制了NF-KB,增加了巨噬細(xì)胞的凋亡[21]。
2.4 其他因素導(dǎo)致的易損斑塊主要效應(yīng)細(xì)胞凋亡目前長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-protein coding RNA,lncRNA)在心血管領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,多種lncRNA參與了細(xì)胞凋亡的過(guò)程。P53是細(xì)胞凋亡過(guò)程中一個(gè)重要的調(diào)控因子,且在動(dòng)脈粥樣硬化中有著不可忽略的作用。LincRNA-p21是一個(gè)新的P53的靶基因。Wu等研究發(fā)現(xiàn),在ApoE-/-小鼠動(dòng)脈粥樣硬化斑塊組織中,lincRNA-p21的表達(dá)量明顯降低,而在RAW264.7細(xì)胞和HA-VSMC細(xì)胞中沉默lincRNA-p21,通過(guò)抑制lincRNA-p21,上述兩種細(xì)胞的增殖速度顯著加快,而P53介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡過(guò)程則受到抑制。LincRNA-p21之所以能夠增強(qiáng)P53的轉(zhuǎn)錄活性是通過(guò)與MDM2結(jié)合減少M(fèi)DM2與P53的結(jié)合,則P53與P300的結(jié)合增加,進(jìn)而達(dá)到調(diào)控P53轉(zhuǎn)錄活性的作用[22,23]。肺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1,MALAT-1)屬 LncRNA 家族重要成員,許多研究表明,MALAT-1與細(xì)胞增殖有關(guān),體外敲除MALAT-1后可顯著抑制內(nèi)皮細(xì)胞的增殖[24],但具體機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。
綜上所述,細(xì)胞凋亡過(guò)程普遍存在于易損斑塊中,且與易損斑塊的不穩(wěn)定性密切相關(guān)。在臨床應(yīng)用中,我們可以對(duì)細(xì)胞凋亡過(guò)程中的相關(guān)途徑進(jìn)行調(diào)控,從而提高易損斑塊的穩(wěn)定性,防止斑塊破裂及其并發(fā)癥的發(fā)生。這無(wú)疑為急性冠脈綜合征患者的治療提供了一個(gè)新的思路。
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650000 云南省昆明市,昆明醫(yī)科大學(xué)附屬成都軍區(qū)昆明總醫(yī)院心血管內(nèi)科
楊麗霞,E-mail:doctorylixia@126.com
2017-04-08)