氧化应激与自噬在动脉粥样硬化发生发展中的研究进展

薛万华，杨 婷

德州市人民医院检验科，山东 德州 253000

动脉粥样硬化（AS）是一种主要累及大、中型动脉，以粥样斑块形成为特征的慢性病变，它的发生涉及多因素和多环节的调控紊乱，如血管平滑肌细胞、炎症细胞、内皮细胞、巨噬细胞等的功能失调，是遗传因素和环境共同作用的结果[1]。对于AS的发生机制，目前形成了多种学说，氧化应激学说是其重要组成部分。同时，研究人员发现自噬这一广泛存在于机体各种病理生理过程的中现象在AS的发生发展过程中也发挥重要作用。但两者在AS过程中发挥作用的具体机制，以及二者间的相互调节机制至今仍不十分清楚，本文将对近年来氧化应激与自噬及其相互作用在AS发生发展过程中的研究进展作一综述。

1 NADPH氧化酶是AS的主要氧化应激压力

氧化应激是指机体在正常代谢或受到各种有害刺激时，产生活性氧自由基（ROS）和活性氮自由基（RNS）等高活性分子，当这些高活性分子产生的速度超过清除速度，会导致体内氧化系统和抗氧化系统失衡，造成组织损伤。氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）的生成被认为是动脉粥样硬化的早期关键事件，研究证明氧化应激在动脉粥样硬化的发生发展过程中起着十分重要的作用，尤其是对于低密度脂蛋白的氧化修饰作用，即ox-LDL的生成。NADPH氧化酶（Nox）氧化应激反应过程中ROS的主要来源[1]，Nox是一类广泛表达于各种动物血管组织细胞中的酶，由其产生的ROS涉及包括有丝分裂、细胞凋亡、迁移、增生和细胞外基质的调节修饰在内的多个病理生理过程。最初对它的研究是在免疫系统的专职性吞噬细胞中，近来研究发现其在血管内皮细胞、平滑肌细胞、心肌细胞等非吞噬性细胞中也广泛表达。在高糖、高脂、促有丝分裂或转化生长因子等的刺激下，Nox表达上调导致ROS的产生增加[2]。Nox的作用是将电子从NADPH传递给超氧阴离子自由基（O2·-），该自由基不能稳定存在且不能跨膜，之后在超氧化物歧化酶的催化下O2·-转化为较稳定并可以跨膜扩散的H2O2，参与调节细胞信号通路，调控细胞病理生理过程[3]。已发现人体内存在的Nox亚型共7种，存在于脉管系统的有4种，分别是Nox1/2/4/5。有学者认为，Nox1，2和5来源的过氧化物，引起血管壁内皮细胞功能失调，炎症反应和细胞凋亡，Nox4产生H2O2，增加NO生物利用度，对血管壁起保护作用[4]。

目前对Nox在动脉粥样硬化中作用的研究多以ApoE-/-小鼠为研究对象，该小鼠模型胆固醇代谢异常，其主动脉及分支处可自发形成动脉粥样硬化斑块。过表达NOX的转基因小鼠与野生型小鼠相比颈动脉AS损伤程度更明显，而采用NOX抑制剂GKT137831后，AS斑块处的炎症反应明显降低，斑块面积明显减小[5]。Nox1是目前研究最多的Nox，Sobey等[6]发现ApoE-/-小鼠高脂饮食喂养14周后，Nox1表达显著下降，Nox1（-/y）/ApoE（-/-）双基因敲除小鼠体内出现较高的VLDL/LDL和甘油三酯，且与ApoE（-/-）单基因敲除的小鼠相比，双基因敲除小鼠主动脉窦处内膜厚度增加了40%，该处斑块所含胶原减少了60%，平滑肌减少了40%，基质金属蛋白酶-9则增加了2.5倍，表明Nox1在ApoE-/-小鼠中对高脂血症和动脉粥样硬化起保护作用。Gray等[7]发现用药物抑制Nox1和Nox4的表达后，能显著抑制糖尿病小鼠动脉粥样硬化进程。通过基因敲除Nox1或Nox2均可通过影响体内NO生物活性来调节动脉血管舒张[3]。Nox2在动脉粥样硬化斑块处的表达显著上调，Nox2抑制剂能延缓动脉粥样硬化进程[8]，可以作为治疗动脉粥样硬化的潜在靶标，夹竹桃麻素（Apocynin）是NOX1/2的拮抗剂，该领域是心血管疾病新的治疗方法。Nox4在人体内含量最为丰富，研究发现内皮细胞中表达的Nox4调节内皮细胞活化，功能失调及损伤，促进动脉粥样硬化的发展、高血压、心肌肥大等其他心血管系统疾病。Nox也可通过调节靶基因的表达，影响细胞功能，在动脉粥样硬化发展过程中起重要作用[3]。Nox4来源的ROS在AS过程中主要起保护作用，在小鼠血管平滑肌细胞中增加Nox4的表达活性，将增加TGFβ1水平，通过促进炎症反应加速动脉粥样硬化进程[9]。Nox4来源的H2O2通过影响内皮型一氧化氮合酶（eNOS）活性来舒张血管，动物实验结果表明敲除Nox4基因会引起内皮细胞功能失调，加速动脉粥样硬化过程[10]。Nox4-/-小鼠动脉粥样硬化程度明显加重，H2O2生成减少导致炎症因子IL-1β，TNF-α及血管巨噬细胞堆积的减少。同时Gray等[11]发现，Nox2的表达与Nox4呈负相关，这为研究Nox2活性调控Nox4某些作用的缺失提供了可能。在粥样硬化斑块处的平滑肌细胞中研究人员观察到Nox5的表达增加[12]，直接活化eNOS，产生过氧亚硝基阴离子，导致内皮细胞功能损伤。

2 自噬在AS进程中的双重作用

自噬是细胞将错误折叠的蛋白质或受损细胞器包裹形成自噬体，再与溶酶体结合降解，从而维持细胞内环境稳态的过程。按照生理功能和进入溶酶体方式的不同，自噬分为3种类型：巨自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬，其中巨自噬是目前获得关注最多的一类，它广泛存在于机体各种病理生理过程中，如感染、肿瘤、神经系统疾病、心血管疾病等[13]，而其具体作用机制仍有待进一步研究。通常自噬被认为是细胞的一种自我保护机制，但近来研究发现，自噬与细胞死亡，即细胞自噬性死亡，也存在着密切联系，研究发现自噬在动脉粥样硬化过程中似乎存在着保护和损害的双重作用[14]。

在动脉粥样硬化进程中，自噬在保护细胞对抗氧化应激，减少细胞凋亡和增加AS斑块的稳定性方面发挥重要作用。当血管平滑肌细胞受到oxLDL、氧化应激等刺激时，自噬过程的关键蛋白LC3、beclin1表达增加，自噬过程启动，清除细胞内受损结构，维持细胞内环境稳态[15]。脂滴是巨噬细胞源性泡沫细胞内胆固醇的主要贮存场所，通过自噬，脂滴与溶酶体结合，溶酶体酸性脂肪酶水解胆固醇酯产生游离胆固醇，经由ATP结合盒转运蛋白A1（ABCA1）转运出细胞，即胆固醇的逆向转运。

在内皮细胞中，自噬能抑制巨噬细胞凋亡，减少胞葬作用，当在LDLR-/-小鼠模型中自噬过程被抑制时，早期动脉粥样硬化斑块坏死和氧化应激造成的损伤加重[16]。7-酮基胆固醇（7-KC）可促进细胞氧化应激、内质网压力、细胞凋亡，当其刺激巨噬细胞6 h后，在细胞内观察到产生了大量自噬体[16]。7-KC作用于平滑肌细胞能增加相关蛋白泛素化，显著抑制由低浓度他汀类药物引起的细胞死亡[17]。过量的ox-LDL产生氧化应激产物会增加清道夫受体LOX-1的表达，从而减少保护性自噬反应，进而引进内皮细胞功能失调这一动脉粥样硬化早期关键事件的发生，加速动脉粥样硬化进程[18]。增加AMPK α1的表达可上调FoxO3依赖的自噬关键蛋白LC3 和ULK1的表达，而其表达量的降低则将导致自噬调节的单核细胞分化减少，单核巨噬细胞在斑块损伤处的聚集减少，最终减轻ApoE-/-小鼠动脉粥样硬化程度[19]。选择性抑制PI3K/Akt/mTOR途径后，可引起细胞自噬增加，减少巨噬细胞在斑块处积聚，通过保护细胞和减少炎症因子分泌来保护细胞[20]。同时，自噬还可通过降低炎症小体的活性和数量来抑制凋亡，增加AS斑块的稳定性[21]。

3 氧化应激与自噬的相互作用及调控机制

氧化应激可以被理解为存在于胞内或胞外的过量的氧自由基，是ROS的生成和降解过程失衡的结果，在许多病理情况下细胞内ROS的过度堆积将打破细胞内在平衡，导致氧化应激压力，线粒体功能失调，引发自噬。反之，自噬也能通过吞噬和降解ROS来对抗氧化应激带来的损伤[22]。越来越多的研究证明这两者在动脉粥样硬化过程中的发挥了重要作用，特别是由于其参与了促AS关键因子LDL的氧化过程，ox-LDL具有细胞毒性，巨噬细胞表面的清道夫受体摄取入细胞后形成泡沫细胞。适当浓度的ox-LDL刺激平滑肌细胞可活化自噬，降解ox-LDL，保护细胞，高浓度则抑制自噬，导致凋亡增加[23]。Ox-LDL导致的线粒体DNA损伤，使Toll样受体9（TLR9）表达增加，炎症信号通路关键调节分子表达增加，自噬加强，即在AS过程中氧化应激造成的损伤的线粒体DNA可以逃避自噬，引发强烈的炎症反应[24]。

自噬在AS进程中发挥保护还是抑制作用主要取决于细胞类型，氧化物浓度及暴露时间等。在强大的氧化应激压力下，自噬作用就会受损而不能充分清除错误折叠的蛋白质及受损的细胞器。细胞线粒体损伤后伴随产生的ROS可以调节细胞的自噬性死亡。长期或高浓度的ROS也可直接损伤溶酶体膜结构，致溶酶体酶释放[24]。同时，过量的ROS可以增加植物血凝素样氧化低密度脂蛋白受体-1（LOX-1）的表达，导致线粒体DNA损伤，并活化自噬作用。损伤的线粒体DNA可以逃避自噬从而引起炎症反应[24]。蜡样色素为一种由氧化脂质和蛋白组成的不可溶性复合体，其与巨噬细胞来源的泡沫细胞或平滑肌细胞共定位于早期AS斑块，这些损伤的细胞中包含大量的溶酶体蜡样色素沉积能损伤自噬作用，引起细胞凋亡[25]。

ROS与自噬间的相互作用主要是通过转录调控和转录后调控来实现的。在细胞核内，ROS的产生可以活化转录因子HIF-1、p53、FOXO3、NRF2等，使自噬相关基因BNIP3、TIGAR、LC3、BNIP3、p62等表达增加，最终导致胞浆内自噬加强。此外，内质网应激感应蛋白PERK的下游分子也可通过增加自噬相关基因的表达引起自噬[26]。自噬能清除ROS造成的线粒体损伤，目前认为溶酶体/蛋白酶途径降解氧化蛋白是其中的主要作用机制，相关信号通路包括分子伴侣介导的自噬、线粒体自噬、p62传递途径等[27-29]。OxLp（a）被认为是一种促AS因子，研究表明它能通过影响内皮细胞内ROS的产生作用于依赖ROS的PAPR-1-LKB1-AMPK-mTOR信号通路引起自噬，而超氧化物歧化酶则可抑制这种作用[30]。

4 结论

当前大量研究表明氧化应激和自噬在动脉粥样硬化发生发展过程中起着重要作用，目前人们普遍形成的共识是，自噬可以通过降解受的损的细胞内物质保护细胞对抗氧化应激，而过度激活的自噬则会引起细胞自噬性死亡，导致胶原合成减少，纤维冒变薄，斑块不稳定性增加及急性血管事件的发生。由于自噬是一个由多环节构成，受多种因素调节的复杂过程，探明AS斑块损伤处ROS和自噬的发生机制，二者间相互调控的分子机制以及它们如何影响AS进展有重要意义，靶向调控氧化应激和自噬将为AS治疗提供新的临床思路。