内皮细胞氧化应激相关信号通路的研究进展

贾懿卜，杨爽

作者单位：1 150001 哈尔滨,黑龙江省哈尔滨医科大学附属第二医院心内科

氧化应激（OS）与机体多种病理过程有关，体内氧化系统和抗氧化系统的失衡导致大量活性氧（ROS）产生，ROS除了对细胞产生直接的损害外还可激活多种信号通路，间接加重或减轻组织的损伤程度[1,2]。研究表明，氧化应激是内皮细胞损伤的主要原因，可使内皮细胞一氧化氮（NO）的产生减少，而ROS的产生增加，氧化—抗氧化体统失衡，导致内皮细胞损伤和凋亡，在血管内皮衰老、糖尿病及高血压、动脉粥样硬化等心血管疾病的发生发展中起重要作用。阐明参与内皮细胞氧化应激的各种信号通路可能为内皮氧化应激诱导的疾病提供新的治疗靶点。

1 内皮细胞氧化应激及其影响因素

氧化应激（OS）是指机体在遭受各种有害刺激时，体内氧化系统与抗氧化系统稳态失衡，即细胞活性氧（ROS）和活性氮（RNS）的生成超过氧化物的清除能力，从而导致组织损伤，它与机体多种病理过程有关。内皮细胞持续暴露于血浆中氧化脂质及蛋白的外部应激与内生性氧化应激条件下，极易发生氧化应激反应产生各种生物活性物质，可通过多种途径引起内皮细胞功能损伤和自身凋亡。研究表明，氧化应激是内皮细胞损伤的主要原因，内皮细胞中ROS的增加是内皮细胞功能紊乱和心血管疾病发生发展的主要因素[2]。氧化应激可引起内皮细胞膜稳定性和通透性平衡失调、内分泌和旁分泌功能受损、粘附分子表达增加及脂质过氧化等。脂质过氧化可改变细胞的转运功能和酶的功能。酶活性的变化（如活化caspase 3）可诱导内皮细胞的凋亡，刺激内皮细胞合成血小板活化因子，引起血小板和中性粒细胞聚集，促进炎症反应等。氧化应激还可使内皮细胞NO的产生减少，从而引起内皮功能紊乱[3]。此外，多项研究表明，氧化应激可通过多种通路导致内皮细胞凋亡[4]，而内皮细胞的凋亡可能对动脉粥样硬化脂质斑块的侵蚀与破裂起重要作用。目前研究已证明，内皮的损伤、凋亡及死亡与糖尿病[5]、动脉粥样硬化[6]和其它血管疾病的发生发展密切相关。

导致内皮细胞氧化应激的病理条件很多，如炎症反应、缺血再灌注、高血压、糖尿病等。高糖血症时，重要的抗氧化蛋白由于糖基化而失活，使抗氧化防御屏障减弱，引起内皮细胞损伤。过氧化氢（H2O2），氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）、同型半胱氨酸（HCY）和晚期糖基化细胞产生的终产物（AGE）也影响内皮细胞的氧化还原反应。这些物质的浓度在血浆或组织中持续升高时，通过氧化应激影响细胞的病理生理过程。此外，外部因素，如环境污染、紫外线、辐射、或大量的化学品的摄入（如葡萄糖、脂肪等），均可诱发内皮功能氧化应激[7]。

2 参与氧化应激的通路

内皮细胞氧化应激时产生大量活性氧（ROS），ROS除了对细胞产生直接的损害外还可激活多种氧化应激通路和抗氧化应激通路，间接加重或者减轻组织的损伤程度[8,9]。

2.1 Nrf2/ARE通路Nrf2/ARE通路是目前已知的最重要的内源性抗氧化应激保护性通路。核因子E2相关因子2（Nrf2）调控细胞保护酶如血红素氧化酶（HO-1）和γ-谷氨酰半胱氨酸连接酶（γ-GCL）的表达，并增加细胞内抗氧化物还原型谷胱甘肽（GSH）水平。Nrf2作为转录因子，正常情况下，绝大部分Nrf2与胞质Keap1结合以非活性的状态稳定存在于细胞质中，不进入细胞核。当受到ROS刺激时，Nrf2与Keap1解离而被激活。激活后游离Nrf2转移到细胞核与抗氧化反应元件（AREs）结合，启动下游超过200种以上的抗氧化、抗炎等相关靶基因的表达，提高机体抗氧化能力[10]。在氧化还原平衡恢复后，Nrf2转回胞质中，经泛素-蛋白酶体途径降解或通过负反馈调节使其消耗后维持正常水平。近年来有研究发现，人参皂苷通过氧化应激的诱导改善内皮功能障碍，减弱了阿霉素诱导的心脏毒性，部分通过对Nrf2/ARE信号通路的激活[11]。

在细胞主要防御过程中，Nrf2在参与细胞抗氧化应激和抗外源性有毒物质方面发挥重要作用，是外源性有毒物质和氧化应激的感受器。在正常细胞中，Nrf2及其下游基因活化后产生的抗氧化应激作用是抵抗促癌物质，抑制肿瘤生成的重要机制。

2.2 NF-κB通路核因子κB（NF-κB）是普遍存在于真核细胞中的多向性转录因子，通过多种途径在细胞增殖、分化及凋亡方面起着关键的作用。引起NF-κB信号通路异常激活的因素很多，其中氧化应激是一个重要的因素。NF-κB以p50/p65异二聚体形式存在于细胞浆中，与NF-κB的抑制性蛋白（IκB）结合而呈非活性状态。内皮细胞氧化应激时，ROS生成增多，可通过多种信号转导途径使IκB磷酸化，再在蛋白水解酶作用下发生降解。IκB降解后，暴露NF-κB上的核定位信号，NF-κB迅速发生转核，通过与凋亡相关基因（如c-myc）启动子上的κB位点结合，启动基因转录，引起内皮细胞凋亡[12-14]。氧化应激时激活的NF-κB信号转导途径还可引起血管内皮细胞上粘附分子表达增加，介导白细胞的粘附贴壁，致白细胞聚集、浸润，导致局部炎症的发生。此外，NF-κB活化还可影响凝血与纤溶系统的动态平衡，促进血栓形成。研究证明NF-κB是动脉粥样硬化、糖尿病等疾病中重要的转录因子。

2.3 PI3K/Akt信号通路PI3K（磷脂酰肌醇3-激酶）/Akt（蛋白激酶B）通路广泛存在于细胞中，PI3K下游Akt的激活被认为是细胞存活的最关键因素。活化的Akt通过磷酸化进一步激活/抑制Bad、Caspase9、NF-κB、Tuberin、mTOR等下游因子，介导多种生长因子诱发的细胞增殖、迁移等，是重要的抗凋亡因子。对PI3K/Akt的研究最早主要集中在肿瘤细胞凋亡中，近年来的研究发现，PI3K与氧化应激密切相关[15,16]。氧化应激时，PI3K/Akt通路激活可以抑制氧化应激引起的细胞凋亡。Sui等[17]在HUVECs中发现白藜芦醇（RSV）可通过激活PI3K/Akt信号通路来逆转H2O2诱导的凋亡发挥对HUVECs的保护作用。抗凋亡基因Bcl-xl可通过提高Akt磷酸化水平保护内皮细胞。血管紧张素Ⅱ也通过抑制PI3K的表达和Akt磷酸化而诱导内皮细胞功能障碍。此外，PI3K/Akt信号通路可通过刺激eNOS激活[18]，从而调节NO产生介导血管舒张，发挥内皮细胞保护作用。PI3K/Akt信号通路还可通过信号间“crosstalk”增加核内Nrf2的水平，达到抗氧化作用[19]。

2.4 AMPK 信号通路AMPK（AMP依赖的蛋白激酶）是一种能感受能量分子变化的激酶，被称为生物体内能量调控的开关。在内皮细胞中，AMPK通过维持细胞能量和代谢平衡可抑制氧化应激诱导的内皮细胞损伤[20]。AMPK是一个参与多种信号转导通路的关键蛋白，AMPK信号通路失调与氧化应激密切相关[21]。Zhou等证明AMPK/PGC-1α/Sirt3信号通路对白藜芦醇（RSV）处理的内皮细胞线粒体ROS动态平衡具有关键调节作用[22,23]。自噬在内皮细胞氧化损伤中起着重要保护作用。有研究表明，白藜芦醇可通过激活Sirt1/AMPK信号通路诱导自噬减轻高葡萄糖诱导的人脐静脉内皮细胞氧化应激损伤。

3 总结

内皮细胞氧化应激是一个涉及氧化应激及抗氧化应激等多条信号通路及相关蛋白的复杂病理过程，且各信号通路间也有复杂的交互联系。但目前对内皮细胞氧化应激损伤的研究主要集中在某一方面进行，对这些通路的重要蛋白之间横向联系的研究很少。鉴于氧化应激及其信号通路的复杂性和综合性，抗氧化应激必须采取综合措施，充分考虑各因素之间的相互作用，以期抗氧化应激获得更大效益。