侯雅新，林 飛，李奕帛，關 碩，孟衛(wèi)正，趙國安

(1．新鄉(xiāng)醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院心臟中心，河南 衛(wèi)輝 453100;2．河南省心血管損傷與修復國際聯(lián)合實驗室，河南 衛(wèi)輝 453100；3.河南省心臟線粒體生物醫(yī)學工程研究中心，河南 衛(wèi)輝 453100)

冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(coronary atherosclerotic heart disease，CAHD)在世界范圍內(nèi)占疾病總死亡率的30%左右，是心血管疾病患者最重要的死亡原因[1]。動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)是CAHD的主要病理機制。內(nèi)皮功能障礙、血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells，VSMC)增殖遷移和泡沫巨噬細胞形成所引起的脂紋、粥樣斑塊以及纖維斑塊是AS形成與發(fā)展的首要因素[2]。氧化應激(oxidative stress，OS)主要由活性氧(reactive oxygen species，ROS)和活性氮(reactive nitrogen species，RNS)增多引起，OS可使高活性反應分子的產(chǎn)生和抗氧化作用之間長期失衡導致血管內(nèi)皮重塑、組織損傷，最終發(fā)生AS[3]。大量研究顯示，在內(nèi)皮細胞(endothelial cell，EC)、VSMC和巨噬細胞中，線粒體功能紊亂和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase，NOX)可引起體內(nèi)ROS生成過多，并通過多種途徑造成EC功能受損、VSMC增殖遷移、巨噬細胞泡沫化和炎癥反應，從而加速AS的發(fā)展[4]。本文旨在從EC、VSMC以及巨噬細胞3個方面論述OS對AS的影響，為冠狀動脈粥樣硬化的臨床治療提供參考。

1 OS的產(chǎn)生

生理情況下，機體氧化與抗氧化作用處于動態(tài)平衡，體內(nèi)各種內(nèi)源性抗氧化酶可清除ROS[5]，維持細胞氧化還原自穩(wěn)態(tài)。ROS主要包括超氧陰離子(superoxide anion，O2-)、羥自由基(hydroxyl radical，OH-)和過氧化氫(hydrogen peroxide，H2O2)，同時OS相關酶如NOX、一氧化氮合酶(nitricoxide synthase，NOS)、血紅素氧合酶-1、髓過氧化物酶等參與ROS的形成。在心血管系統(tǒng)中，ROS主要由線粒體非偶聯(lián)呼吸和NOXs產(chǎn)生[6]。NOXs家族成員中NOX1、NOX2、NOX4和NOX5在心血管系統(tǒng)的細胞中表達，NOX2和NOX4存在于內(nèi)皮細胞中，NOX1和NOX5主要在VSMC表達，而巨噬細胞可能表達NOX1、NOX5，這些酶共同促成ROS的形成[7]。此外，轉錄活化因子、細胞間黏附分子-1(intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1)和血管細胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)、堿性成纖維細胞生長因子、血小板生長因子、缺氧復氧及缺血再灌注損傷等因素可以激活OS反應，調控EC功能、VSMC的增殖遷移、缺血再灌注損傷以及炎癥反應，促進AS的形成與發(fā)展[8]。

2 OS與AS

2.1 OS調控血管內(nèi)皮細胞功能促進AS的發(fā)展EC結構和功能受損是AS早期發(fā)生與發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)，受各種刺激因素如機械、血壓、血脂和吸煙等的影響。氧化損傷是EC結構和功能障礙的主要原因，EC可因線粒體呼吸作用和NOXs生成增加使ROS產(chǎn)生過多，激發(fā)OS反應，引起EC黏附或激活相關通路，造成EC結構和功能受損。

2.1.1 線粒體呼吸作用和NOX介導內(nèi)皮細胞生成ROS的機制線粒體膜去極化使復合物Ⅰ、Ⅲ的活性增加從而促進ROS的產(chǎn)生，而線粒體膜的超極化會導致ROS的過量產(chǎn)生[9]。輔酶Q10(coenzyme Q10，CoQ10)是線粒體呼吸鏈的組成部分之一，具有減輕氧化應激損傷、改善線粒體功能、促進能量代謝等功能[10]。有研究報道，CoQ10可以通過抑制ROS的過度釋放，增加腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate,ATP)含量，從而改善線粒體功能，預防AS[11]。線粒體功能障礙介導的ROS生成增加可引起線粒體DNA功能失調，使氧化低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，ox-LDL)在血管壁沉積，導致AS發(fā)生[12]。

NOX是一種具有跨膜亞基的跨膜蛋白，是線粒體電子傳遞鏈重要組成部分和細胞產(chǎn)生ROS的重要來源。JING等[13]研究發(fā)現(xiàn)，對甲酚硫酸鹽可上調EC和單核細胞中NOX4表達，促進ROS產(chǎn)生。在糖尿病胰島素抵抗模型大鼠的體內(nèi)中發(fā)現(xiàn)，NOX2可促進ROS水平增加，且NOX抑制肽NOX2ds-ta在抑制NOX2活性后可降低胰島素抵抗的EC中OS水平，促進一氧化氮(nitric oxide，NO)產(chǎn)生，使受損血管的舒張功能恢復并抑制AS的發(fā)展[14]。晚期糖基化終產(chǎn)物(advanced glycosylation end products，AGEs)在EC中可降低線粒體膜電位、ATP含量及過氧化氫酶(catalase，CAT)和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性，從而增強NOX活性，誘導ROS產(chǎn)生，促進OS； 另外，AGEs可作用于晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(receptor of advanced glycation endproducts，RAGE)而激活核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)，誘導ROS產(chǎn)生和線粒體功能障礙[15-16]。

2.1.2 ROS介導EC損傷導致AS發(fā)生、發(fā)展的機制大量ROS作用于EC基底膜時可損傷機體抗氧化系統(tǒng)，降低SOD、CAT、谷胱甘肽硫轉移酶等抗氧化酶活性，導致EC基底膜中的脂質氧化，引起EC屏障功能受損[17]，進而引起血小板黏附、聚集，釋放出血小板源性生長因子、轉化生長因子等炎癥介質，導致血管發(fā)生AS。EC屏障功能損傷引起EC中ICAM-1和VCAM-1顯著上調，進而增強單核細胞對EC的黏附，并激活p38/磷脂酰肌醇-3-羥激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)/蘇氨酸激酶(serine threonine kinase,Akt)通路，產(chǎn)生ROS和激活IκB合酶(IκB kinase，IKK)，促進AS的發(fā)展[18]。血管EC間縫隙連接蛋白43(connexin43，Cx43)介導的ROS傳遞導致酪氨酸激酶2(janus kinase 2，JAK2)/轉錄因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)信號通路失活，引起下游基質金屬蛋白酶(matrix metalloprotein，MMP)-2和MMP-9表達減少[19]，降低黏附分子表達和單核-內(nèi)皮細胞黏附導致AS發(fā)生。有研究報道，在AS斑塊中ROS可以激活酪氨酸激酶，使血管EC間鈣黏蛋白等細胞連接分子磷酸化，促進血管內(nèi)皮屏障功能受損，造成大量紅細胞和白細胞溢出、斑塊內(nèi)出血及斑塊破裂，使AS斑塊惡化導致心肌梗死[20]。

ROS通過多種通路發(fā)揮OS作用。研究顯示，刺激AMPK/沉默信息調節(jié)因子1(silent information regulator，SIRT1)信號通路可增加細胞內(nèi)炎癥反應，使細胞內(nèi)ROS水平明顯升高、線粒體膜電位水平顯著降低，導致膽固醇結晶誘導的內(nèi)皮細胞焦亡，促進AS斑塊的發(fā)展[21]。ROS可通過干擾NO信號通路，介導內(nèi)皮功能障礙和血管異常，導致eNOS解偶聯(lián)。當eNOS解偶聯(lián)時，使NO轉變?yōu)镺2-和過氧亞硝基陰離子，引起NO總量減少、生物利用度降低，導致血管舒張受限，促進AS發(fā)展[22]。精氨酸酶上調可使eNOS解偶聯(lián)，導致內(nèi)皮功能障礙和血管僵硬。有研究報道，在高糖條件下，L-瓜氨酸和L-精氨酸均能降低ROS的產(chǎn)生和p67phox的表達，促進eNOS解偶聯(lián)而轉化為NO，具有延緩EC衰老及抗AS作用[23]。DUBOIS-DERUY等[24]研究報道，血管緊張素II(angiotensin II，AngII)和NO之間的失衡可以抑制eNOS，加速apoE-/-小鼠的動脈粥樣硬化；N-硝基-L-精氨酸甲酯激活腎素-血管緊張素系統(tǒng)可使ROS和誘導性NOS上調，促進AS發(fā)展。MAEDA等[25]研究報道，利伐沙班可以激活eNOS，抑制p22phox，增加血漿NOX水平，降低O2-，抑制EC衰老，恢復EC功能，防止AS的發(fā)展。

2.2 OS通過調控VSMC增殖、遷移促進AS發(fā)生、發(fā)展VSMC是組成血管壁的一種多潛能細胞，在維持血管壁的結構、張力及血管重塑中發(fā)揮重要作用。在OS環(huán)境下，VSMC中的線粒體呼吸作用減弱引起過量ROS的產(chǎn)生，促使VSMC增殖、遷移以及細胞外基質的大量蓄積，加速AS的發(fā)展及血管重塑。

2.2.1 線粒體呼吸作用和NOXs誘導VSMC中ROS的產(chǎn)生線粒體呼吸作用減弱使ATP生成減少，促進AKT磷酸化、抑制基質金屬蛋白酶-9活化，進而促進ROS產(chǎn)生[26]。肥胖、高血脂、高血壓、吸煙、糖尿病、衰老等多種因素均會引起線粒體中ROS產(chǎn)生增加，進而損傷線粒體DNA；同時線粒體DNA損傷又可以削弱VSMC呼吸復合體的表達和線粒體呼吸，導致線粒體ROS水平增加并使ATP產(chǎn)生減少[27]，形成惡性循環(huán)，促進AS的形成及發(fā)展[28]。

線粒體中NOXs可通過轉運電子跨膜，消耗O2發(fā)生催化反應，所生成的O2-和H2O2是ROS合成的重要成分[8]。研究指出，AngⅡ可誘導NOX1刺激線粒體ROS產(chǎn)生，導致線粒體功能障礙和血管衰老[29]，且線粒體ROS可誘導吞噬細胞和心血管組織中NOX1的激活，進而促進AS[30]。聚合酶d-相互作用蛋白2(polymerase d-interacting protein 2，Poldip2)是協(xié)助NOX4參與OS的重要蛋白，Poldip2缺乏會誘導代謝重編程，抑制線粒體呼吸并增加糖酵解活性，促進VSMC表型調節(jié)[31]，但Poldip2增多同時可使NOX4活性增強而刺激ROS的產(chǎn)生，促進VSMC增殖遷移及新生內(nèi)膜的形成[32]。

2.2.2 ROS誘導VSMC遷移和增殖促進AS發(fā)生、發(fā)展的機制ROS是保持細胞氧化穩(wěn)態(tài)和細胞信號通路的重要調節(jié)因子，在多種通路中均發(fā)揮關鍵作用。有研究報道，高糖可增加AGEs、ICAM-1和黏著斑激酶(focal adhesion kinase，F(xiàn)AK)等炎癥因子的表達及ROS的增加，促進VSMC增殖、黏附和遷移；激活ROS后可觸發(fā)p38信號誘導NF-κB，增加白細胞介素(interleukin,IL)-6產(chǎn)生而促進VSMC發(fā)生分化、遷移和增殖，導致脂質蓄積而促進AS的發(fā)生、發(fā)展[15]。研究發(fā)現(xiàn)，AGEs通過刺激NOXs產(chǎn)生ROS在VSMC凋亡和鈣沉積中發(fā)揮重要作用[33]。核因子E2相關因子2/血紅素加氧酶-1(nuclear factor-E2-related actor 2/heme oxygenase，Nrf2/HO-1)信號軸是OS調節(jié)的重要信號軸之一，具有抗炎、抗氧化、減少線粒體損傷等作用。在體外誘導高糖情況下，上調microRNA-24可通過激活Nrf2/Ho-1信號抑制細胞內(nèi)反應性ROS的產(chǎn)生及丙二醛和NOX的活性，從而抑制OS反應[34]，促進糖尿病大鼠的血管重塑。

2.2.3 血紅素氧合酶-1和髓過氧化物酶參與VSMC增殖氧化應激催化酶除NOXs和NOS參與ROS產(chǎn)生外，還有血紅素氧合酶-1、髓過氧化物酶，其也參與ROS的產(chǎn)生。研究指出，HO-1可以通過降解血紅素產(chǎn)生的一氧化碳抑制VSMC從動脈中層向內(nèi)膜的遷移和增殖[35]。另有學者研究報道，抑制Krüppel樣因子10表達可上調HO-1，使ROS產(chǎn)生減少，進而對高糖暴露的VSMC產(chǎn)生抗氧化作用。髓過氧化物酶作為體內(nèi)ROS產(chǎn)生的主要催化酶之一，可催化底物H2O2生成次氯酸，進而釋放ROS，從而損傷血管壁，誘導炎癥介質產(chǎn)生，促進VSMC增殖，使管腔發(fā)生狹窄引起CAHD[36]。

2.3 OS通過調控巨噬細胞免疫炎癥參與AS發(fā)生、發(fā)展巨噬細胞是一種多功能的免疫細胞，在AS的形成和發(fā)展中發(fā)揮重要作用。ox-LDL、炎癥因子、NOXs等因素刺激引起的一系列OS反應可使ROS生成過多，導致巨噬細胞源性泡沫細胞的形成和凋亡以及免疫炎癥反應，致使AS形成。

2.3.1 巨噬細胞中NOXs誘導ROS產(chǎn)生的機制NOX1和NOX5在巨噬細胞中發(fā)揮顯著的致AS作用。BARTON等[37]研究報道，糖尿病ApoE-/-小鼠敲除NOX1具有顯著的抗AS作用，這一作用與ROS生成減少、趨化因子表達減弱、白細胞黏附和巨噬細胞浸潤減少以及促炎和促纖維化標志物表達降低有關。MANEA等[38]研究發(fā)現(xiàn)，NOX5調節(jié)Ca2+水平使血管發(fā)生OS，當巨噬細胞暴露于較高濃度的γ-干擾素或ox-LDL時，NOX5蛋白表達會呈劑量依賴性增加，細胞內(nèi)Ca2+濃度也會升高；而應用小干擾RNA沉默NOX5蛋白表達后，Ca2+依賴的NOX活性下降，促使選擇性Ca2+載體A23187誘導的巨噬細胞中ROS形成減少，從而減輕AS嚴重程度。

2.3.2 ROS誘導泡沫巨噬細胞的形成和凋亡參與AS的發(fā)生、發(fā)展ROS增加能夠促進ox-LDL引起的泡沫細胞形成，從而加重炎癥反應、巨噬細胞凋亡、易損斑塊破裂和繼發(fā)血栓的形成[39]。研究表明，ox-LDL能促進ROS的生成增多，降低 SOD的活性及IL-37水平，使膽固醇在巨噬細胞內(nèi)聚集，產(chǎn)生泡沫細胞，加速AS[40]。同時，ox-LDL可上調氧化低密度脂蛋白受體-1(lectin-like oxidized low density lipoprotein receptor-1，LOX-1)基因調節(jié)鈣蛋白酶，引起巨噬細胞遷移和泡沫細胞形成。重組人硫氧還蛋白通過抑制ROS的產(chǎn)生，激活p38 絲裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPKs)和血凝素樣LOX-1表達，從而抑制ox-LDL刺激的泡沫細胞形成和巨噬細胞凋亡[41]，因此，這一通路可能成為治療AS的潛在機制。體外研究發(fā)現(xiàn)，ox-LDL刺激巨噬細胞后產(chǎn)生的ROS可以激活NLRP3炎癥小體引起 AS，硫氧還蛋白還原酶-1可以減少ROS進而抑制NLRP3炎癥小體的作用，發(fā)揮抗AS作用[42]。巨噬細胞受體CD36結合ox-LDL后可介導血管生成、單核細胞分化、巨噬細胞中脂質積累、脂肪酸轉運和細胞凋亡的負調控，促進AS的發(fā)生[9]。Szeto-Schiller 31(SS-31)可特異性靶向清除線粒體內(nèi)膜的ROS。通過細胞內(nèi)油紅O染色和膽固醇含量的測定證明，SS-31可能通過清除ROS和抑制膽固醇流入而對泡沫細胞形成中的巨噬細胞產(chǎn)生有益作用[43]。

3 結語與展望

生理情況下，適當?shù)腛S使得機體氧化與過氧化保持平衡，對機體具有保護作用；而線粒體功能紊亂和NOXs生成過多等因素可促使ROS生成過多及抗氧化酶活性降低，細胞內(nèi)DNA、RNA、蛋白質以及脂質等將受到過氧化損傷，引起不同細胞功能異常，促使內(nèi)皮功能障礙、VSMC遷移和增殖以及巨噬細胞免疫炎癥等病理反應，導致AS的發(fā)生、發(fā)展。目前臨床中常用的維生素、葉酸可改善內(nèi)皮功能發(fā)揮抗氧化作用；多酚類藥物可增加eNOS的表達和激活發(fā)揮抗炎和抗氧化作用。同時，通過線粒體靶向療法改善線粒體功能、抑制ROS的大量產(chǎn)生、減輕OS有望成為臨床治療AS的重要靶點，并可顯著降低AS患者的發(fā)病率及不良心血管事件，改善CAHD患者的預后。