祝志波，郭建強

（內蒙古醫(yī)科大學附屬醫(yī)院心內科，內蒙古 呼和浩特）

0 引言

引言：Hcy 被認為是心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)的獨立危險因素之一[1]，在世界衛(wèi)生組織的一項早期研究顯示血清中Hcy 每降低3μmol/L，心肌梗死和腦卒中風險分別降低15%和24%，另一方面，Hcy 水平每增加5μmol/L，冠心病發(fā)生的風險就會增加約20%。Hcy 是甲硫氨酸代謝為胱氨酸過程中產(chǎn)生的一種含硫氨基酸，近年來發(fā)現(xiàn)同型半胱氨酸可同時引起血管內皮細胞、平滑肌細胞、成纖維細胞功能受損，參與心血管疾病的形成，現(xiàn)對Hcy 致血管損傷中的作用及機制作一綜述。

1 Hcy 的生物學特性

Hcy 是一種非必需含硫氨基酸，化學式HSCH2CH(NH2)COOH。如圖1，甲硫氨酸攝入體內后形成S-腺苷甲硫氨酸(sadenosylmethionine，SAM)，在三磷腺苷與甲基轉移酶作用下形成S-腺苷同型半胱氨酸(s-adenosylhomocysteine，SAH)，再脫去腺苷生成Hcy[2]。

圖1 Hcy 的代謝途徑

2 Hcy 常見的致病機制

Hcy 可以引起血管內皮細胞（Endothelial cell，EC)損傷，促進血管平滑肌細胞（Vascular smooth muscle cell，VSMC)增殖，誘導血管成纖維細胞遷移，可能與炎癥反應、氧化應激反應、脂質和蛋白質代謝紊亂、甲基化反應相關，從而導致心血管疾病的發(fā)生[3]。

炎性反應是動脈粥樣硬化早期的特征性表現(xiàn)，包括炎癥因子 如：腫 瘤 壞 死 因 子α（tumor necrosis factor-alpha，TNF-α）、白細胞介素（Interleukin-6，IL-6）的釋放和血管細胞黏附分子1 及化學因子如：單核細胞趨化蛋白1(Monocyte chemoattractant protein1，MCP-1）、巨噬細胞炎性蛋白-1α 的表達[4]。促炎物質的增加導致氧化應激上調，加速了脂質沉積和血小板聚集從而導致動脈粥樣硬化。p38 絲裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinase，P38 MAPK) 被認定為被認定為抗炎藥物結合蛋白[5]，是絲裂原活化蛋白激酶信號傳導途徑的重要組成部分，也是炎癥信號傳導的關鍵介質。

氧化應激指的是體內活性氧類（reactive oxygen species，ROS）生成過多，與抗氧化防御間的平衡紊亂，即氧化程度超出氧化物的清除能力，從而導致組織損傷。細胞內抗氧化系統(tǒng)分為酶類和非酶類兩種，酶類包括超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）、過氧化氫酶及谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）、對氧磷酶1 等[6]。ROS 造成內皮型一氧化氮合成酶（nitric oxide synthase，NOS）解偶聯(lián)，產(chǎn)生超氧陰離子，造成NO 生物利用度降低及氧化應激增加，加重內皮功能障礙。此外，ROS 亦可干擾脂質代謝，導致低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）被氧化修飾成ox-LDL，加速動脈粥樣硬化的進程。SOD 活性下降引發(fā)脂質過氧化物催化裂解產(chǎn)生丙二醛（malondialdehyde，MDA)，MDA 可與蛋白質分子內和分子間交聯(lián)、抑制線粒體電子傳遞鏈系統(tǒng)，誘發(fā)細胞凋亡。

2.1 Hcy 與血管內皮細胞的相互關系

Hcy 引起動脈粥樣硬化原因不清，而EC 損傷學說是動脈粥樣硬化形成的最主要學說之一，EC 為覆蓋在血管內表面的單層扁平細胞，它不僅對血管平滑肌起保護作用，而且還有十分重要的代謝功能，能分泌多種血管活性物質，如內皮衍生的松弛因子、前列腺素、內皮素及組胺等。這些活性物質對血管舒縮功能的調節(jié)、凝血及抗凝血都具有重要的作用。EC 功能的異常與血管損傷密切相關。所以探討Hcy 對血管內皮細胞生長和功能的影響是十分有必要的。Hcy 損害EC 機制可能有：（1）Hcy 誘導氧化應激反：當Hcy 進入血漿后，巰基極易在血中銅的催化作用下發(fā)生自身氧化，形成Hcy-Hcy 混合二硫化物和同型半胱氨酸硫內脂。在此過程中便可產(chǎn)生許多具有毒性作用的氧自由基系列，其中羥基作用于細胞膜內的不飽和脂肪酸，啟動細胞膜脂質過氧化的鏈式反應。破壞細胞的完整性，導致內皮細胞功能改變，甚至細胞凋亡脫落。Hcy 引起人臍靜脈、大鼠心肌微血管等內皮細胞ROS 的增加，細胞上清液中MDA 含量上高，使體內氧化物志含量增高，另一方面Hcy 導致抗氧化應激系統(tǒng)下調而致氧化應激失衡[7]，HHcy 血癥致人內皮細胞及鼠模型中SOD 及硫氧還原蛋白的表達下降[8]，引起內皮細胞損傷；（2）Hcy 誘發(fā)EC 炎癥反應。Hcy 可促進MS-1 內皮細胞IL-2、IL-6、TNF-α 蛋白表達水平顯著升高[5]，本研究中高同型半胱氨酸顯著增加MS-1 內皮細胞中p-p38MAPK mRNA 及蛋白的表達, 替米沙坦組p-p38MAPK mRNA 及蛋白水平低于同型半胱氨酸組，提示HHcy 誘導的血管內皮細胞炎癥細胞因子的釋放與p38MAPK 信號通路的激活有關[9]。（3）Hcy 減少一氧化氮（nitric oxide,NO）生成：NO 是在細胞精氨酸轉運蛋白1（cell arginine transporter 1，CAT-1）的參與下，以L-精氨酸為基質，在NOS 的作用下生成。Hcy 可抑制 CAT-1 的表達和功能，降低 NOS的活性，減少NO 的生成，或者直接與NO 反應，加速NO 氧化失活，降低其生物利用度，最終減弱NO 對內皮細胞的保護作用，致使內皮細胞損傷。陳曉麗等證實，Hcy 可抑制牛主動脈內皮細胞生長，降低血管舒張因子 NO、前列腺素濃度，升高血管收縮因子內皮素、血栓素進而引起血管舒縮功能障礙；（4）Hcy 引起EC 線粒體應激。Hcy 通過升高線粒體Ca2+引起內皮細胞線粒體功能障礙及線粒體自噬激活（Hcy 降低內皮細胞內自噬標志蛋白LC3II 的表達）；Hcy 通過mTORC2/Akt/GSK3β 信號通路激活湯原合成酶激酶（glycogen synthetase kinase-3β，GSK3β）促使GSK3β 與動力相關蛋白1 結合增加，引起動力相關蛋白1 活性增強，從而導致線粒體過度分裂[10]。（5）高濃度Hcy 可引起內質網(wǎng)應激，當細胞發(fā)生嚴重的內質網(wǎng)應激時可誘導轉錄因子C/EBP 同源蛋白(C/EBP homologous protein，CHOP)表達上調，進而下調抗凋亡基因Bcl-2表達，同時上調促凋亡基因bak 和bax 表達，作用于內質網(wǎng)應激-線粒體級聯(lián)反應介導的細胞凋亡。內質網(wǎng)相關性死亡途徑，包括JNK[11]的活化和DNA 損傷基因的表達等。JNK 激活是內質網(wǎng)相關性死亡的關鍵，Hcy 可能通過磷酸化JNK1/2 減少轉錄激活因子3，激活內質網(wǎng)相關性死亡途徑參與內皮細胞凋亡過程[12]影響細胞周期正常運轉、促進死亡受體表達造成內皮細胞凋亡受損，陳曉麗等人流式細胞儀檢測可見 Hcy 抑制EC 由G1 期進入合成的S期，影響細胞周期正常運轉。

2.2 Hcy 與血管中膜平滑肌細胞相互關系

VSMC 增殖、遷移在血管發(fā)育過程中起著重要的作用，并對成人血管病變的形成起著重要作用。（1）Hcy 誘導VSMC 炎癥反應。pang[13]等人研究發(fā)現(xiàn)Hcy 在體內外均能顯著誘導VSMC中C-反應蛋白（c-reactive protein，CRP）的mRNA 和蛋白的表達水平，抗IL-1β 或抗IL-6 中和抗體單獨或部分聯(lián)合應用可降低Hcy 誘導的CRP 表達。Hcy 增加了N-甲基-d-天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartate receptor，NMDAR)NR1 亞 基 的 表 達，而MK-801 則減輕了Hcy 誘導的平滑肌細胞CRP 的表達，研究結果表明Hcy 通過刺激CRP 的產(chǎn)生而啟動VSMC 的炎癥反，這種反應是通過NMDAR-ROS-ERK1/2/p38-NF-κB 信號通路介導的。Wei 等[14]研究表明Hcy 誘導人臍靜脈平滑肌細胞Smad7 啟動甲基化激活NF-κB 介導的血管炎癥反應。(2)Hcy 誘導VSMC氧化應激反應。肖猛[15]等人研究發(fā)現(xiàn)Hcy (1mmol/L) 可降低大鼠腦基底動脈平滑肌細胞中SOD 和GSH-Px 的活性，同時升高MDA 的含量。Luo[16]等人發(fā)現(xiàn)，S-腺苷Hcy 在ApoE-/-小鼠的平滑肌細胞上顯著誘導氧化應激的產(chǎn)生，激活細胞外信號調節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinases，ERK 1/2)途徑誘導血管平滑肌細胞增殖和遷移，促進動脈粥樣硬化形成，該作用可以被超氧化物歧化酶SOD 預處理抵消。(3)Hcy 調節(jié)VSMC 表性轉化，促進細胞增殖、遷移。VSMC 具有收縮型和合成型2 種表型，細胞表型決定了細胞的生物學特性和功能，不同濃度Hcy 作用下轉凝蛋白（SM22α）、SM-MCH 和Calponin 表達減少，骨橋蛋白表達增加并且這一作用與Hcy 濃度呈正相關，這可能是其促進VSMC 增殖和遷移的機制之一[17]。Ma[18]等人發(fā)現(xiàn)Hcy 影響參與細胞增殖的10 號染色體上的磷酸酶和張力素同源物的甲基化狀態(tài)，誘導VSMC 的增殖。劉輝騎等人研究表明Hcy 促進大鼠血管平滑肌細胞增殖，隨Hcy 濃度增高，VSMC 細胞存活率逐漸增加，同時G0/G1 期細胞比例逐漸降低, 而S 期細胞比例明顯升高，DNA 合成增加，表明Hcy 可促進平滑肌細胞增殖。在培養(yǎng)的VSMC 中，Hcy 可通過激活NF-κB 刺激MCP-1 的表達上調，MCP-1 是一種促進VSMC 遷移的有效趨化因子[19]。（4）Hcy 誘導VSMC 的內質網(wǎng)應激和凋亡。大多數(shù)體外實驗都是短期內應用HHcy 誘導平滑肌細胞可促進其增殖及遷移，然而HHcy 長時間刺激體內體VSMC，有研究顯示Hcy 亦可誘導VSMC 凋亡。We[20]等人研究發(fā)現(xiàn)，VSMC 短期暴露于Hcy 可導致雙鏈RNA 激活蛋白激酶樣ER 激酶(protein kinase-like ER kinase，PERK)磷酸化，進而使真核啟動因子2α(αsubunit of eukaryotic initiation factor 2，eIF2α)磷酸化抑制未折疊蛋白反應。然而，長期接觸Hcy 可增加活化轉錄因子4（Activating transcription factor 4，ATF-4）和CHOP 的表達，并導致細胞凋亡，而阻斷PERK 通路可保護血管平滑肌細胞免受損，說明Hcy 亦可通過PERK/eIF2α/ATF4/CHOP 信號通路誘導VSMC 的內質網(wǎng)應激和凋亡。

2.3 Hcy 與血管外膜成纖維細胞的相互關系

外膜是血管壁的最外層，除支撐血管外，外膜還可感受并響應血管的損傷，參與多種細胞因子的生成、釋放，進而影響血管壁的結構和功能。Watanabe 等[21]人通過對動脈粥樣硬化患者尸檢，發(fā)現(xiàn)約80%患者冠狀動脈病灶處的外膜出現(xiàn)T 淋巴細胞浸潤，20%出現(xiàn)B 淋巴細胞浸潤，且浸潤程度與動脈粥樣硬化的嚴重程度密切相關，這提示血管外膜在動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展過程中，不僅僅起到支撐血管的作用，而且外膜炎癥可能參與動脈粥樣硬化早期病變的形成。而血管外膜成纖維細胞（Adventitial fibroblasts，AFs）作為血管外膜主要的細胞成分之一，越來越多的證據(jù)表明AFs 積極參與血管病變過程。Siow 等[22]人拉傷大鼠頸動脈內皮，用表達β-半乳糖苷酶 (Lac2Z) 的腺病毒載體標記外膜成纖維細胞，結果發(fā)現(xiàn)動脈損傷后成纖維細胞由外膜遷移到內膜，為AFs 參與血管損傷過程提供了直接證據(jù)。由此可見血管外膜成纖維細胞在血管損傷后并不是旁觀者而是積極的參與者。（1）Hcy 可引起AFs 炎癥反應。Hcy 劑量依賴性地增加大鼠外膜成纖維細胞分泌IL- 6 和MCP-1。Hcy 誘導載脂蛋白E 缺乏（ApoE-/-）的小鼠腎上腺主動脈外膜白細胞、巨噬細胞和T 淋巴細胞浸潤[23]，在動脈粥樣硬化病灶形成之前，單核細胞粘附并浸潤到內皮下，在MCP-1 的刺激下形成單核巨噬細胞，釋放巨噬細胞集落刺激因子等細胞因子，啟動炎癥免疫應答加重血管損傷。（2）Hcy 誘導AFs 氧化應激的發(fā)生。Hcy 30μmol/L，10 分鐘內便可誘導外膜成纖維細胞產(chǎn)生ROS。（3）Hcy 誘導AFs 發(fā)生表型轉化。當受到炎癥、ROS 及細胞因子等因素刺激時，AFs 可被激活，轉化成肌成纖維細胞，肌成纖維細胞中應力纖維和細胞骨架蛋白含量較高，與AFs 相比收縮性能更強，從而可遷移至受損的血管內膜處，參與血管重構。Hcy[23]通過Nox4 誘導外膜成纖維細胞氧化應激，產(chǎn)生ROS 激活Smad2/3 介導TGF-β 誘導成纖維細胞向肌成纖維細胞的表型轉化及活化。韓[24]等人研究顯示與C57BL/6J 小鼠相比，ApoE-/- 小鼠升主動脈外膜平滑肌肌動蛋白、TGF-β1 表達升高，AFs 增殖、遷移活性增強。Hcy 能促進球囊損傷大鼠頸動脈外膜膠原的積聚，并激活基質金屬蛋白酶，降解細胞外基質，促進成纖維細胞遷移[25]。

3 討論

Hcy 可以同時誘導血管內皮細胞，平滑肌細胞，成纖維細胞共同參與血管事件。因此從血管各個層面闡明Hcy 與血管損傷的相互關系有助于我們進一步了解Hcy 致心血管疾病的致病機制。此外，由于大多數(shù)調查結果是基于細胞和動物模型，需要擴大對人類樣本和轉化研究對控制人類心血管疾病具有重要意義。