耿超強 高奮

(1.山西醫(yī)科大學,山西 太原 030001;2.山西醫(yī)科大學第二醫(yī)院心內(nèi)科,山西 太原 030001)

動脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)是心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)發(fā)生的重要病因,而CVD是全球死亡的主要原因。AS始于內(nèi)皮功能障礙,伴有低密度脂蛋白(low density lipoprotein,LDL)潴留并且在內(nèi)膜中被氧化形成氧化型低密度脂蛋白。平滑肌細胞和巨噬細胞吞噬大量的氧化型低密度脂蛋白后轉變成泡沫細胞。泡沫細胞是AS形成的關鍵細胞[1]。脂質(zhì)代謝在AS的形成和進展中起到重要作用。最近的研究表明,紅細胞膜中攜帶大量游離膽固醇,是血漿脂質(zhì)代謝的參與者,并且可參與膽固醇逆轉運(reverse cholesterol transport,RCT)[2-4],對AS血脂代謝起到重要作用?，F(xiàn)重點關注紅細胞參與全身脂質(zhì)代謝以及影響AS斑塊的研究。

1 紅細胞結構和生理功能

1.1 紅細胞結構

紅細胞是血液中最豐富的細胞類型。紅細胞總數(shù)占全身血容量的45%,脂質(zhì)占紅細胞質(zhì)量的40%。紅細胞由大量的血紅蛋白(hemoglobin,Hb)組成,Hb是由兩個α鏈和兩個β鏈組成的變構四聚體結構。血紅素由一個Fe2+為中心的卟啉環(huán)組成,氧氣與鐵原子強烈結合。紅細胞不能合成膽固醇,也無法參與膽固醇的酯化。但紅細胞膜包含大量的游離膽固醇,含量是人體內(nèi)任何其他細胞的1.5～2.0 倍,單個紅細胞膜中膽固醇的體積估計為0.378 μm3[5]。紅細胞膜膽固醇是影響紅細胞膜流動性的主要因素。另外紅細胞膜膽固醇的濃度與血漿脂蛋白的濃度基本相同,且可與脂蛋白發(fā)生膽固醇和磷脂轉運[6]。

1.2 紅細胞生理功能

紅細胞的主要生理作用是與組織進行氣體交換,運輸O2及CO2。另外,紅細胞參與體內(nèi)酸堿平衡調(diào)節(jié)、止血和血栓形成,還具備重要的免疫調(diào)節(jié)功能。紅細胞內(nèi)存在谷胱甘肽、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸等抗氧化劑,在生理條件下具備抗氧化作用。但當紅細胞遭到破壞時會釋放促氧化物質(zhì),參與氧化還原反應,并且破裂的紅細胞還會釋放損傷相關分子模式并參與炎癥反應。紅細胞內(nèi)存在內(nèi)皮型一氧化氮合酶,參與NO合成,NO能擴張血管、調(diào)節(jié)血流量,在心血管穩(wěn)態(tài)中具有重要作用[7]。最新研究[2]發(fā)現(xiàn),紅細胞還可參與脂質(zhì)代謝調(diào)節(jié),與AS的形成和進展有重要關系。

2 紅細胞與脂質(zhì)代謝

2002年Arbustini等[8]從慢性血栓栓塞性肺動脈高壓患者的斑塊中發(fā)現(xiàn)了紅細胞特異性糖蛋白染色呈強陽性,說明紅細胞可能參與AS的形成。Delbosc等[9]在兔子主動脈AS模型中發(fā)現(xiàn),紅細胞可在AS的最早階段進入動脈壁,并被平滑肌細胞吞噬。因此,紅細胞可能全程參與AS的形成。在載脂蛋白(apolipoprotein,Apo)E/低密度脂蛋白受體(low-density lipoprotein receptor,LDLR)基因敲除的小鼠AS模型中分離紅細胞膜發(fā)現(xiàn),隨著AS過程的形成,主要生化變化是脂質(zhì)含量的變化、膽固醇酯和酯化脂質(zhì)的增加,蛋白質(zhì)含量保持不變。膜脂質(zhì)變化是紅細胞與血漿交換的結果[10]。目前關于紅細胞膜和脂蛋白之間膽固醇和磷脂交換的機制尚不清楚,可能與鞘磷脂、卵磷脂的含量以及卵磷脂-膽固醇酰基轉移酶的活性有關[11]。

2.1 高密度脂蛋白

高密度脂蛋白(high density lipoprotein,HDL)促進膽固醇從周圍細胞(包括巨噬細胞和泡沫細胞)流出,啟動RCT,增強膽固醇流出。最新研究發(fā)現(xiàn)紅細胞也可參與RCT。Hung等[3]在小鼠模型中用[3H]標記膽固醇并注射體內(nèi),追蹤[3H]膽固醇放射性進入血漿、肝臟和糞便,發(fā)現(xiàn)與ApoA1轉基因小鼠相比,貧血ApoA1-/-小鼠將糞便的RCT降低了35%以上。并且在ApoA1-/-小鼠的血漿和紅細胞間隙中發(fā)現(xiàn)了[3H]膽固醇,然后用[3H]膽固醇標記小鼠的紅細胞,將其注入ApoA1-/-小鼠體內(nèi),發(fā)現(xiàn)[3H]膽固醇在紅細胞、血漿、肝臟和糞便中的含量分別為4.5%、1.3%、21.5%和32.0%。以上說明紅細胞膽固醇是動態(tài)的,在低水平HDL條件下,紅細胞可促進外周膽固醇到糞便的RCT。Lai等[4]在研究中發(fā)現(xiàn)紅細胞顯著增加了泡沫細胞中流出的膽固醇的凈含量(5%～10%),并且膽固醇流出呈劑量依賴性。在一項臨床研究[12]中發(fā)現(xiàn),在紅細胞水平較高與HDL水平較低的患者中,冠心病的患病率和嚴重程度降低,說明較高水平的紅細胞可在低水平HDL的情況下對冠狀動脈起到保護作用。因此,較高水平的紅細胞可能在不依賴HDL的條件下參與RCT,延緩AS進展。

ATP結合盒蛋白(ATP-binding cassette protein,ABC)A1和ABCG1是AS斑塊中RCT初始步驟的關鍵受體,介導泡沫細胞膽固醇流出。ABCA1和ABCG1增強的膽固醇流出可防止AS進展[4]。目前在紅細胞中未發(fā)現(xiàn)LDLR、ABCG1或B類Ⅰ型清道夫受體,但發(fā)現(xiàn)了大量的ABCA1 mRNA和蛋白質(zhì),使用ABCA1抑制劑釩酸鹽不能抑制膽固醇外流,這表明盡管ABCA1存在于紅細胞中,但它可能不會導致膽固醇流向ApoA1,ABCA1可能并不參與紅細胞RCT[13]。

2.2 LDL

在一項實驗中,將紅細胞與自體血漿孵育,發(fā)現(xiàn)了膽固醇從LDL到紅細胞的轉移和膽固醇從紅細胞到HDL的轉移。說明紅細胞可從LDL中攝取膽固醇,并可將膽固醇轉移給HDL[2]。目前發(fā)現(xiàn)LDL可促進表達ABCG1的腎細胞的膽固醇外流[14]。在小鼠中,LDL可誘導巨噬細胞未酯化膽固醇外流,并且可能通過ABCG1依賴性途徑發(fā)生[15]。因此,LDL顆?？勺鳛榧毎麃碓吹姆酋セ懝檀嫉挠行е虚g受體,從而防止HDL顆粒的飽和并促進其膽固醇外流。然而紅細胞攜帶大量非酯化膽固醇,LDL能否促進紅細胞膜膽固醇外流,目前尚無研究證實。

2.3 Apo

ApoA1是HDL的主要成分,與不同的受體和轉運蛋白相互作用,包括ABCA1、卵磷脂-膽固醇?；D移酶和B類Ⅰ型清道夫受體,并在RCT中起重要作用[16]。紅細胞可和ApoA1單向發(fā)生膽固醇轉移,參與RCT[4]。

ApoB是所有致AS的脂蛋白都攜帶,且可作為結構蛋白。血漿ApoB濃度升高已被確定為CVD的強預測因子。紅細胞可和ApoB結合,減少這些脂蛋白與內(nèi)皮細胞的相互作用,從而減少AS的形成與進展[17]。目前發(fā)現(xiàn)低水平的紅細胞導致與ApoB結合減少,引起ApoB濃度升高,增加CVD的發(fā)病率和死亡率,尤其是在既往發(fā)生過CVD的患者中[18]。

ApoM介導紅細胞鞘氨醇-1-磷酸(sphingosine-1-phosphate,S1P)流出。紅細胞是血漿S1P的主要來源。S1P是一種細胞內(nèi)信號分子,具有調(diào)節(jié)淋巴細胞循環(huán)、維持血管完整性以及促進新生血管生成等作用。在輻照LDLR-/-缺乏鞘氨醇激酶2的小鼠中,發(fā)現(xiàn)紅細胞、血漿、HDL中的S1P濃度升高1.5～2.0倍,并且發(fā)現(xiàn)AS斑塊減少50%[19]。因此,S1P還具有抗AS作用。ApoM主要與HDL顆粒有關,約5%的HDL顆粒含有一個ApoM分子。超過50%的S1P與HDL結合,約40%與白蛋白結合[20]。HDL促進了紅細胞中S1P的輸出,并且當HDL顆粒中存在ApoM時,HDL進一步增強S1P的輸出,且ApoM可作為游離重組蛋白不與HDL結合,可有效地促進S1P的輸出,ABCC1轉運蛋白可能參與S1P從紅細胞向ApoM的輸出[21]。

ApoC3是脂質(zhì)代謝中的重要分子,與高脂血癥和發(fā)生CVD的風險增加密切相關。ApoC3通過上調(diào)腫瘤壞死因子-α和連接黏附分子-1的表達,引起內(nèi)皮細胞炎癥。腫瘤壞死因子-α濃度的增加導致活性氧和連接黏附分子-1增加,破壞細胞間的緊密連接[22]。細胞間的緊密連接調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮通透性,破壞后導致內(nèi)皮屏障發(fā)生滲漏,導致血液中的紅細胞趨化和滲出,從而導致AS進展。在ApoC3敲除兔模型中發(fā)現(xiàn),ApoC3缺乏減輕了高脂血癥,減少AS斑塊的形成[23]。因此,ApoC3可作為一個新的降脂靶點。

3 紅細胞通過脂質(zhì)調(diào)節(jié)影響AS的機制

3.1 紅細胞參與AS斑塊脂質(zhì)的蓄積

AS核心中膽固醇為酯化膽固醇,但目前研究發(fā)現(xiàn)在壞死核心內(nèi),游離膽固醇約占斑塊總脂質(zhì)的25%。游離膽固醇在AS進展中具有重大作用。盡管凋亡的巨噬細胞可能是游離膽固醇的來源,但有研究[24]發(fā)現(xiàn)晚期斑塊壞死核心內(nèi)的游離膽固醇含量更多來源于紅細胞。Tziakas等[25]發(fā)現(xiàn)急性冠脈綜合征患者的紅細胞膜膽固醇含量(cholesterol content of erythrocyte membranes,CEM)升高。而Namazi等[26]發(fā)現(xiàn)CEM水平與穩(wěn)定性冠狀動脈疾病的嚴重程度呈正相關。Zhong等[27]發(fā)現(xiàn)CEM水平與冠狀動脈粥樣硬化的嚴重程度呈正相關,并且口服瑞舒伐他汀片6個月可降低冠心病患者的CEM水平,并可能有效地幫助減輕冠心病的進展。因此,CEM可能是冠心病的獨立危險因素,在AS斑塊的進展和不穩(wěn)定性中起重要作用,但需更多的臨床研究證實。

3.2 紅細胞參與AS斑塊炎癥反應

紅細胞在壞死核心的促炎癥和氧化環(huán)境的條件下會迅速破裂,釋放膽固醇和損傷相關分子模式,包括:血紅素、熱激蛋白70、腺苷二磷酸和白細胞介素(interleukin,IL)-33 等,這些物質(zhì)會更進一步促進壞死核心的炎癥反應及氧化還原反應。紅細胞破裂釋放出游離膽固醇,游離膽固醇的積累可導致膽固醇在血管壁中結晶。膽固醇晶體可誘導核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3炎性小體活化和IL-1β的產(chǎn)生[28],IL-1β是一種可強力促進AS的細胞因子。

紅細胞破裂釋放出Hb,觸珠蛋白是一種血漿蛋白。觸珠蛋白可結合血漿中游離的Hb,Hb-觸珠蛋白復合物的形成降低了血紅素/Hb的氧化能力,并促進巨噬細胞清除受體CD163的識別,促進了血紅素的分解[29]。盡管血漿中觸珠蛋白含量豐富(0.41～1.65 mg/mL),但血漿中觸珠蛋白的含量允許Hb的清除量為3 g,一旦觸珠蛋白/CD163系統(tǒng)的容量不堪重負,游離Hb就會積聚在血漿中[30]。游離Hb或血紅素是有效的局部或全身NO螯合劑,可增強組織內(nèi)平滑肌收縮和動脈血管痙攣。循環(huán)NO的耗竭會升高血壓,增加心肌梗死后心室重塑的嚴重程度[31]。在AS復雜的病變過程中,Hb被氧化成高鐵血紅蛋白,高鐵血紅蛋白是一種強有力的促炎癥刺激物,通過激活PI3K/HIF-1α/VEGF通路促進巨噬細胞向炎癥變型轉換,并分泌IL-1β和腫瘤壞死因子-α[32]。

血紅素誘導Toll樣受體4(Toll-like receptor 4,TLR4)通路,TLR4能激活核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB),促進炎癥反應。TLR4通過過氧化物酶體增殖物激活受體/肝X受體α通路下調(diào)ABCG1的表達,導致血管平滑肌細胞的炎癥和脂質(zhì)蓄積。NF-κB通路的激活在炎癥反應中起重要作用,是AS發(fā)病機制中炎癥和細胞死亡的關鍵調(diào)節(jié)因子。觸發(fā)TLR4/NF-κB信號的激活和下游炎癥反應,促進斑塊的生長和不穩(wěn)定[33]。游離血紅素和高鐵血紅蛋白誘導內(nèi)皮細胞活化以及NF-κB活化,導致活性氧產(chǎn)生增多、黏附分子和促炎細胞因子表達增加,誘導中性粒細胞和巨噬細胞浸潤,誘導巨噬細胞中活性氧產(chǎn)生、核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3活化和促炎細胞因子產(chǎn)生[32]。血紅素促進鐵死亡。無序的細胞內(nèi)鐵會對巨噬細胞、血管平滑肌細胞和血管內(nèi)皮細胞造成損害,并影響AS病變中的脂質(zhì)過氧化、氧化應激、炎癥和血脂異常等[34]。

紅細胞破裂還會釋放熱激蛋白70,目前發(fā)現(xiàn)熱激蛋白70通過JNK/Elk-1途徑抑制ABCA1和ABCG1的表達,促進ApoE-/-小鼠AS的進展[35]。

3.3 紅細胞參與AS斑塊氧化還原反應

在冠心病患者中發(fā)現(xiàn),紅細胞結構和抗氧化系統(tǒng)存在紊亂。過氧化氫酶和超氧化物歧化酶活性的明顯降低導致抗氧化系統(tǒng)的紊亂。冠心病對紅細胞的負面影響表現(xiàn)為脂質(zhì)過氧化增加以及膜流動性減少。此外,紅細胞破裂釋放出膽固醇,形成的膽固醇晶體可通過還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸和黃嘌呤氧化酶產(chǎn)生活性氧,激活布魯頓酪氨酸激酶,導致斑塊內(nèi)脂質(zhì)氧化加劇。膽固醇晶體以布魯頓酪氨酸激酶依賴的方式誘導p300酪氨酸磷酸化和活化,p300導致信號轉導與轉錄激活子1乙?；?并且與過氧化物酶體增殖物激活受體的相互作用誘導CD36表達,從而促進泡沫細胞形成[36]。

3.4 紅細胞和斑塊內(nèi)出血

斑塊內(nèi)出血促進AS進展,紅細胞可能有助于這一過程。將紅細胞膜注射到高膽固醇血癥ApoE-/-小鼠中,溶解的紅細胞膜促進血管平滑肌細胞分化和礦化,增加了堿性磷酸酶活性及成骨細胞特異性轉錄因子和分化標記物(骨橋蛋白及骨鈣素)的表達,從而導致血管壁或瓣膜的鈣化[37]。紅細胞可能在晚期AS血管鈣化中起重要作用,可能是由內(nèi)皮型一氧化氮合酶產(chǎn)生和釋放NO所調(diào)節(jié)[37-38]。

4 總結與展望

紅細胞含有大量的游離膽固醇,是血漿脂質(zhì)代謝的參與者,并且參與RCT過程,增加膽固醇流出,還可與ApoB結合,減少致AS的脂蛋白和內(nèi)皮結合,并且釋放S1P,發(fā)揮抗AS作用。另一方面,紅細胞破裂可釋放出膽固醇和損傷相關分子模式,擴大壞死核心的炎癥及氧化還原反應范圍,促進AS的形成和進展。因此,紅細胞是血漿血脂代謝的參與者,對AS的形成和進展既可發(fā)生抑制作用,又可促進AS,具體哪方面占主導地位,目前尚不清楚。關于紅細胞和血漿脂蛋白之間膽固醇轉運的動力學和機制目前尚未完全闡明,還需繼續(xù)研究。