血管内皮细胞功能障碍与动脉粥样硬化关系的研究进展

2018-01-17，，

中西医结合心脑血管病杂志 2018年20期

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目前冠心病、高血压等慢性疾病在我国发病率逐年增加，心脑血管事件发病率不断升高，冠心病、高血压等心脑血管疾病的发生均与动脉粥样硬化(AS)关系密切。早期对内皮细胞功能障碍是否引起AS的描述侧重于解剖结构的损伤与否。1973年Ross和Glomset提出AS是血管内皮结构损伤导致的假说。

进一步深入研究，认为AS是动脉血管壁的慢性炎症性病变。AS主要由于内皮损伤后，出现一系列炎症反应和复杂内皮功能紊乱，其具体发病机制复杂，由多种危险因素所致，是导致心脑血管疾病的重要原因[1]。随着生物工程和基因组学技术的发展，对内皮细胞功能的研究从宏观转向微观，对AS的治疗提供精准的治疗靶点。本文综述血管内皮细胞功能与AS关系的研究进展。

1 血管内皮细胞的生理功能

血管内皮细胞主要由存在于心、血管和淋巴管内表面的扁平上皮细胞组成，是一层有活性的细胞，主要生理功能是屏障功能，是血液与血管壁之间的屏障，同时具有重要的内分泌功能，可合成和释放多种内皮衍生的血管活性因子，具有减少血管通透性、抑制细胞的迁移与趋化、调节血管收缩与舒张、抑制血小板聚集和抗黏附等多种生理功能。

2 血管内皮细胞功能障碍与AS

AS过程开始于血管内皮细胞功能障碍[2]。大多数心血管疾病的发病介质可激活内皮细胞，导致趋化因子、细胞因子、黏附分子和其他促炎因子表达显著增加。

血管内皮细胞损伤、内皮功能障碍是AS的起始环节[2]，其参与AS的启动和进展过程。内皮功能障碍及形态学损伤引起白细胞-内皮细胞黏附、血管收缩、血小板聚集、氧化应激、平滑肌增殖及血栓形成。内皮细胞功能的调节和其多种相关因子之间的作用机制是复杂的，若能明确早期内皮炎症过程的始动因子，可阻止这种损害的进展和后果，并为今后的研究指明方向。

2.1 一氧化氮(NO) 内皮细胞通过释放舒血管因子降低血管通透性，近年来研究证明NO是内皮细胞重要的舒血管因子[3]。NO在扩张血管，抑制血小板黏附、聚集，抑制白细胞-内皮细胞黏附和平滑肌细胞增殖等方面发挥重要作用。NO通过环磷酸鸟苷介导使内皮细胞Ca2+减少，达到调节血管张力的目的。有研究表明，NO合成减少、生物利用度降低、NO通路功能障碍等参与AS的发病过程[4]。

NO是L-精氨酸在氧化氮合酶(NOS)催化作用下生成的。NOS是精氨酸生成NO反应中唯一的限速酶，而诱导型NOS(iNOS)是在细胞内毒素和炎症细胞因子诱导下产生，诱导巨噬细胞和淋巴细胞的浸润。四氢生物蝶呤(BH4)是内皮型一氧化氮合酶(eNOS)催化L-精氨酸生成NO过程重要的辅酶因子，可调节心血管系统eNOS表达。NOS功能障碍不能合成NO时，可导致AS的发生[5]。Leiper等[6]指出精氨酸和NOS代谢的改变是内皮功能障碍原因，也是其中一个重要的治疗靶点。实验研究证实通过药物补充提高血管BH4水平能适当恢复eNOS活性，有利于抑制内皮功能障碍、血管舒张功能不全和AS等心血管疾病的发展[7]。相关动物实验发现通过介导L型精氨酸产生NO，从而影响血管内皮功能[8]。在AS发展中，内皮源性NO的抗感染活性和抗AS活性迅速丧失与活性氧(ROS)有关[9]。ROS代谢失调导致氧化应激，主要由于超氧化物与NO生成之间平衡失调所致，并能产生过氧化亚硝酸盐(OONO-)导致内皮氧化损伤加速AS病程[10]。有研究发现NO供体通过减少M3毒蕈碱型乙酰胆碱受体(mAChR)的分离和Ras相关的C3肉毒系底物(Rac1)活性的维持，促进VE-钙黏着蛋白/β-连环链蛋白和肌动蛋白细胞骨架的相互作用，可能有利于生理条件下血管内皮的屏障作用，减少AS的血管通透性[11]。

2.2 内皮素(ET) ET不仅存在于血管内皮，也广泛存在于各种组织和细胞中，是调节心血管功能的重要因子，在维持基础血管张力与心血管系统稳态发挥重要作用。ET是迄今所知最强的缩血管物质，NO是最重要的舒血管因子，两者认为是反映血管内皮功能的代表性指标。相关研究表明促进损伤细胞NO分泌，抑制ET分泌，能维持血管收缩和舒张的平衡，提高各种抗氧化剂在体内活性，进而上调体内抗氧化系统的活性，清除过多自由基，降低细胞凋亡率，最终达到保护血管内皮细胞目的[12]。

ET-1是ET家族中表达量最多的成员，主要由血管内皮细胞分泌，血浆ET-1水平与AS的严重程度呈正相关。现有研究表明ET-1反复升高导致明显的内皮损伤[13]。Wang等[14]通过对慢性间歇性缺氧(CIH)大鼠研究发现，CIH可诱发冠状动脉内皮损伤和内皮依赖性血管舒张功能障碍，可能与CIH暴露后冠状血管中ET-1和内皮素受体A(ETA)表达增加有关。Yoon等[15]采用随机双盲安慰剂对照试验方法，应用ETA受体拮抗剂阿曲生坦(atrasentan)对35例非梗阻性冠状动脉疾病和冠状动脉内皮功能障碍病人进行为期6个月的治疗，结果发现ETA受体拮抗剂可减轻内皮功能障碍病人冠状动脉斑块的进展。相关临床实验通过选择性ETA受体阻断研究，结果说明ET-1是空腹血糖浓度受损成人发生心血管疾病的独立危险因素[16]。戴尧等[17]研究应用二肽基肽酶-4(DPP-4)抑制剂西格列汀通过抑制核转录因子-κB(NF-κB)p65活化在转录和翻译水平上增加eNOS表达、降低ET-1及iNOS表达，进而改善内皮细胞功能，预防糖尿病AS的发生。作为ET-1的生物学前体，大内皮素-1(Big ET-1)的血浆半衰期长，组织清除缓慢，与ET-1在血浆中可等摩尔测定，因此血浆Big ET-1水平能精确反映ET-1系统活性[18]。Qing等[19]测定510例受试者Big ET-1水平，发现与无冠状动脉钙化(CAC)病人相比，CAC病人ET-1水平显著升高，结果表明血浆Big ET-1水平是CAC存在的独立危险因素，而CAC临床认为是AS的重要预测指标之一。

2.3 血管紧张素Ⅱ(AngⅡ) AngⅡ由内皮细胞将血液中的血管紧张素Ⅰ转化而来，参与肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)组成。AngⅡ与血管紧张素1受体相结合，激活还原型辅酶Ⅱ[NAD(P)H]氧化酶，从而产生活性氧[20]，尤其是超氧阴离子。这些物质将NF-κB信号通路激活，诱导促炎性介质如iNOS、细胞间黏附分子(ICAM)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和其他趋化因子[21]。因此AngⅡ及其产物是重要的细胞机制，在诱导血管壁损伤中起主要作用，引起氧化应激和血管炎症，导致血管内皮细胞功能障碍，并与AS发展有关。Zhang等[22]通过对ApoE基因敲除小鼠研究，在国际上首次证明血管紧张素转换酶2(ACE2)过表达可显著降低斑块内巨噬细胞和脂质含量，增加斑块内平滑肌细胞和胶原纤维含量，抑制AS早期病变。该作用的产生通过下调AngⅡ-ROS-NF-κB信号通路，减少AngⅡ的产生实现。ACE2是ACE的同源体，是体内降解AngⅡ的主要途径，在ACE2作用下，将AngⅡ转化为血管紧张素1-7(Ang1-7)，Ang1-7又能与受体(致癌基因产物MAS)结合，具有激活一氧化氮合酶对抗AngⅡ的作用[23]。

目前对AngⅡ和Ang1-7的研究提示对氧化应激和炎症反应进行干预可能有助于减少心血管疾病。Zhang等[24]用Ang1-7皮下注射ApoE-/-AS小鼠，表明Ang(1-7)通过AngⅡ诱导的基质金属蛋白酶8(MMP-8)的逆调节保护从而发挥作用。经报道，二甲双胍和5-氨基咪唑-4-氨甲酰核糖核苷(AICAR)药物能抑制单核细胞分化为巨噬细胞，从而抑制AngⅡ诱发粥样斑块的形成[25]。AngⅡ受体拮抗剂能有效抑制AS。奥美沙坦在阻断AngⅡ与受体结合同时，可增加ACE2表达，从而增加Ang1-7的生成[26-27]，进而维持血管舒缩调节的平衡，并加速血管内皮修复，抵抗外界刺激，对血管内皮功能具有重要的保护作用。

2.4 黏附因子血管内皮细胞损伤后，可分泌多种黏附分子，如血管细胞间黏附分子-1(VCAM-1)、连接黏附分子(JAMs)、血小板-内皮细胞黏附分子-1等，均属于免疫球蛋白超家族，这些物质可趋化单核细胞及T淋巴细胞黏附于血管内皮。动脉硬化发生早期，白细胞黏附、聚集是一个重要环节，正常的血管内皮不与白细胞发生黏附，但在血管硬化部位白细胞黏附于内膜表面，并穿透内皮细胞间连接进入到内膜，内皮细胞表面表达的黏附分子参与白细胞进入内膜的过程。有研究表明，免疫炎症反应贯穿于AS始终，并将AS描述为一种炎症性疾病[28]。

干预黏附分子表达的一些治疗靶点，对治疗AS具有重要的临床指导意义。VCAM-1在血管内皮细胞上表达，可促进白细胞和血管内皮细胞黏附，加速白细胞向血管内皮游走，并促进平滑肌细胞增殖。穆伟等[29]研究用RNA干扰技术阻断ApoE-M、鼠VCAM-1基因表达于mRNA环节，发现VCAM-1基因沉默后小鼠动脉硬化斑块体积及斑块内脂质含量均明显下降，证实减少VCAM-1基因的表达可减轻AS程度，说明VCAM-1在AS形成和发展过程中发挥重要作用。相关实验通过观察VCAM-1在ApoE-/-小鼠颈AS斑块中的表达变化，认为在AS疾病中，微小RNA126的低表达导致VCAM-1表达升高，从而不能抑制炎症细胞黏附聚集，促进AS斑块形成[30]。Hou等[31]研究雌激素(E2)对细胞因子刺激的人主动脉内皮细胞黏附分子表达的影响，发现E2可抑制TNF-α诱导血管VCAM-1和细胞内ICAM-1的表达，结果表明E2降低VCAM-1和ICAM-1表达可能对内皮细胞具有抗炎作用，从而抗AS。有研究发现通过破坏内源性VCAM-1和ICAM-1介导的白细胞迁移，并清除活性氧物质信号传导中介体，抑制Ldlr-/-小鼠AS斑块的形成[32]。

有研究显示CD100参与血小板-内皮细胞相互作用，是AS形成和血栓形的重要步骤[33]。CD100是semaphorin蛋白家族的成员之一，CD100作为黏附分子参与单核细胞-内皮细胞结合，说明CD100参与单核细胞黏附和AS之间存在一定的生物学活性，为今后AS治疗提供新的研究靶点。

2.5 血管内皮生长因子(VEGF) VEGF首先由Ferrara和Henze首先在体外牛垂体滤泡细胞培养分离出的一种血管调节物质[34]。VEGF是由两个相同多肽链以二硫键组成的同源二聚体糖蛋白，由内皮细胞、平滑肌细胞、巨噬细胞分泌产生，它能作用于内皮细胞，促进细胞有丝分裂进而引起血管新生，具有较强的特异性。VEGF具有增强血管通透性作用[35]。有研究认为，AS血管内皮细胞VEGF的表达增加，诱导新生血管形成，增加血管壁的厚度，促进AS的进一步发展[36]，因此，VEGF在AS斑块进展期起较大作用，有研究证实，通过抑制血管内皮生长因子的表达，使局部AS斑块新生血管的形成减少，阻碍斑块的发生和发展进程[37]。

目前虽已有大量关于VEGF与AS的研究，但仍存在较多未明确问题，如发生粥样硬化血管中VEGF表达及其与内皮细胞其他因子之间的关系，促进斑块血管生成的具体机制仍需进一步研究。刘宏等[38]通过检测兔动脉粥样斑块中趋化因子受体4和VEGF表达含量的相关性进行分析，发现趋化因子受体4与VEGF含量呈正相关，认为由内皮细胞表达的趋化因子受体4促进VEGF表达上调，在AS斑块进展中起重要作用。有研究发现VEGF和低氧诱导因子1α(HIF-1ɑ)表达水平随着颈动脉狭窄程度的增高而升高，且VEGF和HIF-1ɑ呈正相关，认为HIF-1α通过诱导VEGF的表达，加速粥样硬化的发展[39]。

2.6 前列环素(PGI2) PGI2主要由血管内皮细胞产生，是血管平滑肌舒张剂和血小板聚集抑制剂，它是花生四烯酸的代谢产物，其半衰期短，是一种在局部起作用的不稳定活性物质。PGI2降解后形成稳定的6-酮-前列腺素，因此，临床上常通过测量6-酮-前列腺素反映PGI2的水平。PGI2是血栓素的对抗剂，通过激活腺苷酸环化酶，使血小板前列醇内环磷酸腺苷(cAMP)含量增高[40]，从而导致血管舒张反应、抑制炎症介质释放、拮抗血栓烷A2(TXA2)的缩血管和血小板聚集作用。生理状态下，PGI2和TXA2处于动态平衡，共同维持血管的正常生理功能。内皮功能障碍，PGI2和TXA2之间的平衡打破，引起血小板聚集、炎症介质增加，发生一系列病理反应，加速AS进展[41]。有研究表明，通过升高PGI2/TXA2比值，抑制AS发展上能起到一定的作用[42]。PGI2能刺激NO的释放，并增加冠状动脉血管对NO的敏感性，在抗AS和保护血管方面有重要意义[43]。

2.7 非编码RNA 非编码RNA(Non-coding RNA)是指不编码蛋白质的RNA，包括rRNA、tRNA、LncRNA和miRNA等。大量研究证明，LncRNA可作为各种病理生理过程中的关键调节剂，且一些LncRNA和miRNA在调节内皮细胞功能中发挥重要作用。Fiedler等[44]通过RNA测序和微阵列方法研究人脐静脉内皮细胞(HUVEC)的缺氧敏感型LncRNA，揭示LINC00323-003和MIR503HG两种LncRNA在内皮生物学中的重要作用，提出LncRNAs有可能成为心血管疾病的重要未来治疗靶点。内皮凋亡损伤模型研究发现，LncRNA HIF 1 alpha-antisense RNA1(HIF1A-AS1)水平明显上升，通过miRNA抑制HIF1A-AS1的表达可明显减少内皮细胞凋亡，促进细胞增殖，同时发现氯吡格雷可能通过抑制HIF1A-AS1，从而起到保护内皮细胞作用，提示这可能是氯吡格雷在治疗血管疾病中隐含的分子机制[45]。对人脐静脉内皮细胞的研究结果表明，LncRNA通过激活血清淀粉样蛋白3(SAA3)调节高糖诱导的白介素-6(IL-6)和TNF-α炎症介质上调，从而影响内皮功能[46]。

let-7家族是miRNA的成员之一，let-7家族功能的研究已成为后基因组时代的必需和必然，其研究成果将促进人类和整个生物界研究领域的进一步发展。let-7e是let-7家族的成员，也是内皮功能和炎症的重要调节因子。Lin等[47]研究let-7e在HUVECs中的作用，揭示let-7e作为促炎介质和通过ceRNA串扰的NF-κB通路的新调节机制，包括let-7e及其靶点NF-κB的抑制蛋白(ⅠκBβ)和ceRNA lnc-MKI67IP-3。得出结论，let-7e可能在VEC的炎症反应和AS的发展中起重要作用。

一些研究表明，非编码RNA是动脉管壁内皮细胞(EC)中新型的一类炎症调节剂，但很多非编码RNA在血管内皮功能调节的重要性在很大程度上仍未知，在今后研究中将发现更多的内皮炎症相关非编码RNA，为心血管疾病的治疗提供新靶点。