外周血白细胞端粒长度与心脑血管疾病风险的研究进展

李静，张梅，张伟丽

我国第三次死因抽样调查结果表明，心脑血管疾病已经成为我国国民第一位死亡原因[1]，因此，开展心脑血管病的防控研究是当前医疗卫生工作的重要任务之一。近年国内外研究发现心脑血管病等年龄相关性疾病患者的外周血白细胞端粒长度明显缩短[2-3]。本文就外周血白细胞端粒和端粒酶与心脑血管疾病关系研究的进展进行综述。

1 端粒与端粒酶

1.1 端粒 端粒是真核细胞线性染色体末端的一段特殊的DNA蛋白质复合物，端粒DNA不具备编码蛋白质的功能，是富含鸟嘌呤（G）的高度保守序列，人类端粒DNA是由3'-TTAGGG-5'串联重复序列组成，端粒像帽子一样保护着染色体末端的结构，以维持染色体末端的稳定性和完整性。端粒随着细胞分裂次数的增多而逐渐缩短，当缩短到一定程度时，细胞就停止分裂而进入衰老或死亡的过程[4]。因此，端粒长度可视为细胞年龄的生物学标志物。

1.2 端粒酶 端粒酶是一种自身携带RNA组分作为复制模板的反转录酶，又是一种以RNA为模板复制DNA的核糖核蛋白DNA聚合酶。端粒酶主要由端粒酶RNA（telomerase RNA，TR）、端粒酶相关蛋白（telomerase protein，TP）和端粒酶反转录酶（tolomerase reverse transeriptase，TERT）组成。其主要功能是合成染色体末端的端粒，维持端粒长度的稳定性，保证基因组的完整性[5]。人类绝大多数体细胞不表达端粒酶活性，所以随着细胞分裂次数的增多，端粒长度就会逐渐缩短，当缩短到临界长度时，细胞停止分裂，这就是所谓的“末端复制问题”。

1.3 端粒长度 端粒长度很大程度上取决于父母端粒的长度及出生时父亲的年龄[6]，同一年龄的不同个体之间端粒的长度有很大的差别[7]，不同种族之间的端粒长度也有所不同[8]，而且，成人女性的端粒长度要比男性长[9]。端粒长度不仅与遗传因素有关，非遗传因素如吸烟、饮酒、饮食、运动、精神压力等都会对端粒长度产生影响。Dellara F Terry等[10]对健康的百岁老人（19例）和患有高血压、糖尿病等基础疾病的百岁老人（19例）的端粒长度进行研究，结果健康组老人的端粒长度显著长于不健康组。有研究表明氧化应激及炎症反应可以明显缩短端粒长度[11-12]，氧化应激可加速细胞的衰老[13]。Abbijit Sen等[14]对健康老年人进行横断面研究，结果表明健康老年人血浆微量元素的浓度越高，其端粒长度越长，认为这些微量元素对维持端粒长度有保护作用。Yen等[15]研究发现，在65～74岁的老年人中，收入高并且婚姻幸福美满的个体端粒长度较长。

2 端粒长度与动脉粥样硬化

在动脉粥样硬化形成的过程中，血管内皮细胞损伤是主要的机制。内皮细胞通过保护血管壁防止血液中的脂肪浸润、血小板聚集，合成内源性血管舒张因子——一氧化氮，以及对抗氧化应激等作用来发挥血管内皮的保护效应。高血压、高血糖、高血脂、氧化应激及炎症反应因子等能通过损伤血管内皮细胞，加速细胞老化，启动动脉粥样硬化的发生、发展。

目前有研究认为端粒长度与动脉粥样硬化相关。巴勒斯坦的一项调查结果显示[16]，匹配年龄和性别之后，冠状动脉钙化、冠状动脉粥样硬化患者的端粒长度较血管正常者缩短。一项前瞻性研究对2819例无明显血管疾病人群进行调查，从2003年开始，平均随访5.5年，结果发现最短端粒组动脉粥样硬化多于最长端粒组，端粒缩短与动脉粥样硬化的发生有显著相关性[17]。

血管内皮细胞损伤是动脉粥样硬化的重要机制，在动脉粥样硬化发展过程中，氧化型低密度脂蛋白、同型半胱氨酸、C反应蛋白等可破坏内皮祖细胞（endothelial progenitor cells，EPC）的抗氧化能力，抑制端粒酶活性，促使EPC凋亡，阻碍受损血管内皮再生。在血管平滑肌细胞端粒的研究中，也显示平滑肌细胞端粒长度和端粒酶活性可能与动脉粥样硬化进展有关。Matthew等[18]检测了动脉粥样斑块处血管平滑肌和自身正常血管平滑肌的端粒长度，发现前者显著缩短，而且端粒缩短的程度与动脉粥样硬化的程度正相关。体外研究显示[19]，血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cells，VSMC）内的端粒酶活性与细胞增殖活性相关，抑制端粒酶活性可减少VSMC生长。如诱导VSMC内端粒酶反转录酶的磷酸化，激活端粒酶活性，则可促使VSMC生长[20]。动脉粥样硬化是一个典型的年龄相关性退化的病理过程，会增加线粒体内DNA的损伤，导致外周血端粒长度缩短和线粒体功能障碍[21]。

3 白细胞端粒与心脑血管疾病关系

白细胞具有容易获取、端粒长度检测简单的优点，因此在端粒与心脑血管疾病的研究中，外周血白细胞端粒长度（leukocyte telomere length，LTL）常被作为检测的指标。目前的研究证据显示外周血白细胞端粒长度可能作为预警动脉粥样硬化性血管病风险的生物学标志物[22]。

3.1 外周血白细胞端粒长度与冠状动脉粥样硬化性心脏病的关系 Samani等对冠状动脉粥样硬化性心脏病组（10例）和无冠状动脉病变的对照组（20例）进行了外周血白细胞端粒长度检测，2组人群均进行了动脉造影确诊，结果显示，病例组端粒长度较对照组显著缩短[23]。Shaffer等[24]一项前瞻性研究中收集了1917例正常人群的静脉血标本并检测端粒长度，随后平均随访8.7年，结果有164例发生冠状动脉粥样硬化性心脏病，且中短端粒组冠状动脉粥样硬化性心脏病发病率较长端粒组显著增高。2014年进行的一项荟萃分析，对24项研究，共43 725例被调查者，包括5566例冠状动脉粥样硬化性心脏病患者和2834例脑血管病患者的资料进行汇总，结果显示最短端粒组较最长端粒组发生冠状动脉粥样硬化性心脏病的风险增加，危险比1.54（95%CI1.30～1.83）[25]。

3.2 外周血白细胞端粒长度与脑血管疾病的关系 Ding等[26]通过病例对照研究调查脑血管病患者和健康对照人群各1309例，结果显示病例组外周血白细胞端粒长度比对照组显著缩短，研究者对其中858例脑血管病患者随访5年，发现端粒长度缩短患者的卒中后死亡风险增加144%。Annette等[27]对年龄＞65岁的老年人群进行了10年随访，结果显示年龄低于73岁的人群中，端粒每缩短l kb，心肌梗死的危险性增加3.08倍，同时，脑血管病的危险性增加3.22倍。另有实验对150例脑血管病患者、150例患者的兄弟姐妹中无卒中者及150例健康对照者进行了外周血白细胞端粒长度测定，脑血管病患者的外周血白细胞端粒长度较另外2组显著缩短[28]。2006年，Martin-Ruiz等[29]对195例脑血管病患者进行前瞻性研究，在卒中后3个月和卒中后2年分别检测患者的外周血中单核细胞端粒长度，发现端粒较长组对应较低的死亡和认知下降的风险，而较短端粒的患者，死亡、痴呆和认知下降的风险较高，患者端粒长度每减少一个碱基对，其死亡风险提高将近1倍。国内一项病例对照研究[30]纳入了1756例脑血管病患者（动脉粥样硬化性脑梗死767例，腔隙性脑梗死503例，脑出血486例）和1801例对照组，平均随访4.5年。结果338例复发卒中，312例死亡，其中181例死于心脑血管疾病。动脉粥样硬化性脑梗死患者，端粒较短者发生全因死亡的风险增加69%，心脑血管死亡风险是长端粒组的2.57倍。

目前关于脑血管病与外周血白细胞端粒关系的研究结果并不一致，也有研究显示外周血白细胞端粒长度与脑血管病关系并不确定。哈佛医学院进行的巢式病例对照研究，结果发现脑血管病患者与健康对照组比较，端粒长度差异无显著性[31-32]。来自欧洲的一项研究表明端粒长度与脑血管病之间无显著性联系[33]。另有一项研究[34]，纳入从2004年1月到9月在卒中单元住院治疗的215例脑血管病患者，结果未发现脑血管病与外周血端粒长度的关系，而且也未显示卒中亚型与端粒长度有关。另外，在2014年的包括24项研究的荟萃分析中，通过对其中全部2834例脑血管病患者的资料分析结果也显示，最短外周血白细胞端粒组脑血管病的危险比为1.42（95%CI1.11～1.81），但未达统计学意义（P=0.08）[25]。

综上所述，目前的研究显示端粒的长度与人类的衰老、疾病密切相关。外周血白细胞端粒的长度与冠状动脉粥样硬化性心脏病的风险相关，但在脑血管病领域，外周血端粒的长度是否提示脑血管病发生的风险尚有争议。因为外周血白细胞端粒的监测相对简便，取材时创伤小，因此作为生物学标志物有方法学的优势，因此可能成为心脑血管疾病防治研究的热点和重点方向。

1 Sarti C, Rastenyte D, Cepaitis Z, et al. International trends in mortality from stroke, 1968 to 1994[J].Stroke, 2000, 31:1588-1601.

2 Mukherjee M, Brouilette S, Stevens S, et al.Association of shorter telomeres with coronary artery disease in Indian subject[J]. Heart, 2009, 95:669-673.

3 Chimenti C, Kajstural J, Torella D, et al. Senescence and death of primitive cells and myocytes lead to premature cardiac aging and heart failure[J]. Circ Res,2003, 93:604-613.

4 Blackbum EH. Switching and signaling at the telomere[J]. Cell, 2001, 106:661-673.

5 Nazari-Shafti TZ, Cooke JP. Telomerase therapy to reverse cardiovascular senescence[J]. Methodist Debakey Cardiovasc J, 2015, 11:172-175.

6 Prescott J, Du M, Han J, et al. Pateral age at birth is associated with offspring leukocyte telomere length in the nurses’ healtn study[J]. Human Reproduction,2012, 12:3622-3631.

7 Butler MG, Tilburt J, Devrise A, et al. Comparison of chromosome telomere integrity in multiple tissue from subject at difference ages[J]. Cancer Genet Cytogen, 1998, 105:138-144.

8 Zhu HD, Belcher M, Van DH. Healthy aging and disease:role for telomere biology?[J]. Clin Sci, 2011,120:427-440.

9 Benetos A, Okuda K, Lajemi M, et al. Telomere length as an indictor of biological aging:the gender effect and relation with pulse pressure and pulse wave velocity[J]. Hypertension, 2011, 37:381-385.

10 Dellara FT, Vikki GN, Stacy LA, et al. Association of longer telomeres with better health in centenarians[J].NIH Public Access, 2008, 63:809-812.

11 Epel ES, Blackbum EH, Dhabhar FS, et al. Accelerated telomere shorting in response to life stress[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2004, 101:17312-17315.

12 Von ZT. Oxidative stress shortens telomere[J]. Trends Biochem Sci, 2002, 27:339-344.

13 Tie GD, Yan JL, Messina JA, et al. Hypercholesterolemia induces oxidant stress that accelerates the ageing of hematopoietic stem cells[J]. J Am Heart Assoc, 2014,3:e000241.

14 Abhijit S, Marsche G, Paul F, et al. Association between higher plasma lutein, zeaxanthin, and vitamin C concentrations and longer telomere length:Results of the Austrian Stroke Prevention Study[J]. J Am Geriatr Soc, 2014, 62:222-229.

15 Yen YC, Lung FW. Older adults with higher income or marriage have longer telomeres[J]. Age Ageing, 2013,42:234-239.

16 Kark JD, Hisham N, Dorith S, et al. Leukocyte telomere length and coronary artery calcification in Palestinians[J]. Atherosclerosis, 2013, 229:363-368.

17 Chen SF, Lin J, Matsuguchi T, et al. Short leukocyte telomere length predicts incidence and progression of carotid atherosclerosis in American Indians:The Strong Heart Family Study[J]. Research Paper, 2014,6:414-427.

18 Matthew C, Gorenne I, Scott S, et al. Vascular smooth muscle cells undergo telomere-based senescence in human atherosclerosis:effects of telomerase and oxidative stress[J]. Cric Res, 2006, 99:156-164.

19 Minamino T, Kourembanas S. Mechanisms of telomerase induction during vascular smooth muscle cell proliferation[J]. Circ Res, 2001, 89:237-243.

20 Minamino T, Mitsialis SA, Kourembanas S. Hypoxia extends the life span of vascular smooth muscle cells through telomerase activation[J]. Mol Cell Biol, 2001,21:3336-3342.

21 Sobenin IA, Zhelankin AV, Sinyov VV, et al.Mitochondrial aging:focus on mitochondrial dna damage in atherosclerosis-A mini-review[J].Gerontology, 2015, 61:343-349.

22 Zhang W, Hui R, Yang S. Telomeres, cardiovascular aging, and potential intervention for cellular senescence[J]. Sci China Life Sci, 2014, 57:858-862.

23 Samani NJ, Boultby R, Butler R, et al. Telomere shortening in atherosclerosis[J]. Lancet, 2001,358:472-473.

24 Siqin Ye, Shaffer JA, Kang MS, et al. Relation between leukocyte telomere length and incident coronary heart disease events (From the 1995 Canadian Nova Scotia Health Survey)[J]. Am J Cardiol, 2013, 111:962-967.

25 Haycock PC, Heydon EE, Kaptoge S, et al. Leucocyte telomere length and risk of cardiovascular disease:systematic review and meta-analysis[J]. BMJ, 2014,349:g4227.

26 Ding H, Chen C, Shaffer JR, et al. Telomere length and risk of stroke in Chinese[J]. Stroke, 2012, 43:658-663.

27 Fitzpatrick AL, Kronmal RA, Gardner JP, et al.Leukocyte telomere length and cardiovascular disease in the cardiovascular health study[J]. AM J Epidemiol,2007, 165:14-21.

28 Jiang X, Dong M, Cheng JQ, et al. Decreased leukocyte telomere length (ltl) is associated with stroke but unlikely to be causative[J]. PLoS One, 2013,8:e68254.

29 Martin-RC, Dickinson HO, Keys B, et al. Telomere length predicts poststroke mortality, dementia, and cognitive decline[J]. Ann Neurol, 2006, 60:174-180.

30 Zhang W, Chen Y, Wang Y, et al. Short telomere length in blood leucocytes contributes to the presence of atherothrombotic stroke and haemorrhagic stroke and risk of post-stroke death[J]. Clin Sci, 2013,125:27-36.

31 Markus S, Jennifer P, Rimma D, et al. Telomere length and ischemic stroke in women:A nested case-control study[J]. NIH Public Access, 2013, 20:1068-1074.

32 Robert YL, Amy J, Nathaniel SB, et al. Relative leukocyte telomere length and risk of incident ischemic stroke in men:a prospective, nested casecontrol approach[J]. Rejuvenation Res, 2010, 13:411-414.

33 Fyhrquist F, Silventoinen K, Saijonmaa O, et al. Telomere length and cardiovascular risk in hypertensive patients with left ventricular hypertrophy:the Life Study[J]. J Hum Hypertens,2011, 25:711-718.

34 Biotti D, Aho S, Béjot Y, et al. Leukocyte telomere length:a focus on cerebrovascular events[J].Rejuvenation Res, 2012, 15:274-280.