炎症因素与动脉粥样硬化病变发病机制关系的研究进展

郭晓坤，王林

(天津医科大学第二医院老年病科，天津 300211)

动脉粥样硬化是全身性疾病，老年人群尤为多见。炎症因素与动脉粥样硬化病变的研究近年来不断深入和发展，目前认为，动脉粥样硬化是一种以剧烈的免疫活动为特征的慢性炎症性疾病，炎症在动脉粥样硬化病变的发生、发展中发挥重要作用[1]。动脉粥样硬化斑块形成以脂质积累、血管局部炎症反应、平滑肌细胞(smooth muscle cells，SMCs)增殖、细胞凋亡、坏死以及纤维化为特征，主要为初始内皮细胞损伤后引发的炎症细胞活化和一系列慢性炎症反应，是动脉硬化性狭窄的主要原因[2]。高脂血症是动脉粥样硬化发生的第一步，脂质代谢紊乱和低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)修饰在动脉粥样硬化发生、发展中起重要作用[3]。血管内皮细胞通过增加内皮素-1水平、降低一氧化氮水平破坏血管紧张素的调节，而活化后的巨噬细胞通过炎症反应等机制对动脉粥样硬化病变的进展发挥作用[4]。内质网应激与自噬途径在动脉粥样硬化病变过程中发挥作用，持续存在的或严重的内质网应激可通过诱导其下游炎症细胞因子的释放引起细胞凋亡，进一步促进动脉粥样硬化病变进展[5]。与动脉粥样硬化相关的炎症反应机制是极其复杂的，很多机制还没有被完全认识和理解。现就炎症因素与动脉粥样硬化发病机制关系的研究进展予以综述。

1 脂质代谢与动脉粥样硬化病变

脂质代谢是探究动脉粥样硬化病变机制的重点。血清LDL和三酰甘油水平增高是动脉粥样硬化病变形成的重要原因[3]。降低LDL胆固醇水平已成为减少动脉粥样硬化病变以及由此引发的心脑血管疾病等合并症的重要目标[1]。动脉粥样硬化病变始于LDL的局部累积，LDL通过黏附富含蛋白多糖的细胞外基质蛋白被隔离在内皮下，并通过内皮通透性的改变、细胞间转运以及活性受体介导的胞移等机制发生累积作用[6-7]。内皮下的LDL被血管细胞氧化，触发血管细胞产生单核细胞趋化蛋白1(monocyte chemotactic protein-1，MCP-1)和巨噬细胞集落刺激因子[8]。在高血压、高血糖、高脂血症和吸烟等危险因素下，活性氧类(reactive oxygen species，ROS)的产生增加，并超过内源性抗氧化反应，而氧化应激可增加LDL氧化，损害内皮功能[9]。在LDL修饰的初始阶段，脂质成分与ROS相互作用，产生多种脂质氧化产物[10]。氧化型低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，ox-LDL)是清道夫受体的配体，巨噬细胞与清道夫受体相互作用后被激活，摄取ox-LDL[11]。ox-LDL还可通过凝集素样ox-LDL受体1诱导产生多种促炎因子和促炎细胞[12]。炎症细胞和单核细胞随后释放MCP-1激活白细胞，刺激SMCs增殖，SMCs增殖可促进动脉粥样硬化斑块的增厚和坏死核的形成[13]。ox-LDL和炎症细胞因子的激活影响细胞外基质重构，通过增加基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)-1和MMP-9的表达引起斑块变薄[14]。由此可见，ox-LDL在动脉粥样硬化病变进展过程中发挥了关键性作用。

2 巨噬细胞与动脉粥样硬化

巨噬细胞是天然免疫系统中的典型细胞，主要的功能是吞噬细胞外的病原体和细胞碎片以及抗原呈递，并刺激机体免疫系统，促进相关炎症因子的分泌[15]。在动脉粥样硬化斑块形成早期，单核细胞迁移到血管内皮下层，分化为巨噬细胞，巨噬细胞通过对血管炎症、血管脂质沉积等进行调控影响动脉粥样硬化病变的发展[16]。按照极化后发挥的功能巨噬细胞可分为M1和M2两种表型，M1型分泌促炎因子，发挥促炎活性；M2型分泌抗炎因子，发挥抗炎活性，促进组织修复。M1型巨噬细胞在摄入经修饰的LDL后通过分泌白细胞介素(interleukin，IL)-1β、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α、IL-12等促炎细胞因子引发炎症反应；M2型巨噬细胞通过胞葬作用和释放辅助性T细胞(help T cell，Th细胞)2细胞因子(IL-4、IL-10和IL-13等)发挥斑块内抗炎功能[17]。M2型巨噬细胞又被细分为M2a、M2b、M2c及M2d等亚型细胞[18-19]。IL-4、IL-13、免疫复合物、脂肪酸以及Toll样受体(Toll-like receptors，TLRs)激动剂等通过刺激分化产生M2a，分泌大量IL-10、TNF-α、IL-6和IL-1；免疫复合物和TLR配体或IL-1受体激动剂联合可诱导M2b巨噬细胞产生炎症细胞因子(如IL-6和TNF-α)和抗炎细胞因子(如IL-10)，而IL-10和糖皮质激素又可诱导M2c巨噬细胞[20]。M2d由TLRs和腺嘌呤A2A受体激动剂共同刺激诱导产生，以IL-10和血管内皮生长因子水平升高为特点，有潜在的血管生成作用[21]。在动脉粥样硬化方面，Mhem巨噬细胞[22]和CXC趋化因子14诱导的M4巨噬细胞使IL-6、TNF-α等促炎因子和MMP的表达增加，促进颈动脉斑块不稳定性增加[23]。动脉粥样硬化病变初始巨噬细胞摄取大量ox-LDL，巨噬细胞胞质内脂化胆固醇出现大量沉积，胆固醇自胞质内运出减少，破坏了巨噬细胞内脂质平衡状态，进而形成泡沫细胞；巨噬细胞清除效果不显著，内质网应激延长，引起泡沫细胞凋亡，导致继发性细胞坏死，形成坏死核[24]。巨噬细胞可通过激活脂肪酸合成酶凋亡通路，分泌促凋亡TNF-α和一氧化氮，引发SMCs凋亡；巨噬细胞还可通过巨噬细胞源性MMPs，尤其是MMP-2和MMP-9，减少SMCs胶原合成，降解胶原纤维，使斑块纤维帽变薄，巨噬细胞分泌的TNF-α等细胞因子使SMCs凋亡，而SMCs凋亡和细胞外基质减少导致动脉粥样硬化斑块进展、破裂，致使血栓形成性物质暴露、血小板黏附和聚集[25]。

3 淋巴细胞与动脉粥样硬化

新近的研究发现，动脉粥样硬化斑块的形成是血管内皮细胞与影响动脉粥样硬化的免疫细胞之间的活性作用所导致的，这种相互作用干扰了体内自我维持的炎症循环，形成促进斑块进展和破裂的慢性炎症环境[26]。T淋巴细胞、单核细胞和巨噬细胞是动脉粥样硬化斑块形成中最早的相关细胞[27]。T淋巴细胞是最先进入到动脉粥样硬化斑块内的细胞之一[28]。研究表明，T淋巴细胞大量存在于人类晚期动脉粥样硬化斑块病变中，大多数T细胞中有CD3、CD4和T细胞受体的表达，并与巨噬细胞、树突状细胞等具有抗原呈递功能的吞噬细胞相互作用[29]；暴露于特定抗原后，这些T细胞产生细胞因子，促发炎症反应，进而促进动脉粥样硬化病变的发生、发展[30]。T淋巴细胞在不同的环境中又分化为Th1、Th2或Th17细胞。Th1细胞是在动脉粥样硬化病变中最常观察到的T细胞，可分泌γ干扰素、IL-2和TNF等细胞因子，这些细胞因子通过巨噬细胞或血管细胞发挥作用，促进炎症反应[31]。IL-18、IL-12等可刺激Th1细胞的细胞因子，也被证明可促进动脉粥样硬化[32]。所以，Th1通过增强促炎通路，加速动脉粥样硬化病变进展。有研究表明，在急性冠状动脉综合征患者中可检测出Th17/Th1细胞，作为Th17细胞的亚型，其与急性冠状动脉综合征的发展相关[33]；此外，Th17细胞本身即可增加心脑血管疾病风险[28]。尽管B淋巴细胞在动脉粥样硬化斑块内很少见，但研究结果却表明B1和B2亚型在动脉粥样硬化病变的发病机制中发挥着重要作用[34]。B1亚型细胞是免疫球蛋白(immunoglobulin，Ig)M天然自身抗体的主要来源，包括具有动脉粥样硬化保护作用的IgM抗ox-LDL自身抗体[35]。虽然B2亚型细胞是致动脉粥样硬化的因素，其作用可通过诱导IgG抗体或者产生促炎细胞因子(如TNF)等途径实现[36]，但这些自身抗体的真正潜在致病作用还需要进一步阐明[37]。

4 内皮细胞功能障碍与动脉粥样硬化

血管内皮细胞功能障碍是动脉粥样硬化性心脑血管病变的重要环节[38]。血管内皮细胞通过分泌一氧化氮、内皮素-1、前列腺素、血栓素A2、血管紧张素Ⅱ等多种物质，在血管紧张性调节、血管纤维蛋白溶解、血管SMCs增殖调控、炎症细胞因子黏附和迁移等方面发挥关键作用[4]。动脉粥样硬化早期，高脂血症、糖尿病、吸烟以及高血压等危险因素可诱发氧化应激反应，激活细胞因子，增加LDL水平，同时巨噬细胞迁移至血管壁，炎性刺激因素促进内皮功能障碍，启动动脉粥样硬化病变[39]。迁移后，巨噬细胞表型从M1型向M2型转化，最终进入泡沫细胞，与内皮源性炎症介质协同作用，促进SMCs增殖[40-41]、血管床损伤以及动脉粥样硬化斑块形成[42]。功能失调的内皮细胞可加速产生ROS，诱导局部炎症反应[43]。一氧化氮可通过调节血管紧张性、纤维蛋白原溶解以及血小板和单核细胞黏附，抑制血管SMCs的异常增殖，发挥保护性作用[44-45]。在生理条件下，四氢生物蝶呤(tetrahydrobiopterin，BH4)作为组织内抗动脉硬化分子，调节一氧化氮合酶的活性，刺激一氧化氮产生；但在高血压、高胆固醇血症、吸烟、糖尿病等情况下，增强的氧化应激反应氧化BH4，导致BH4缺乏，低BH4水平可诱发一氧化氮合酶和超氧化物的解偶联，导致内皮细胞损伤和功能障碍[46]。

内皮素-1通过与一氧化氮相互作用调节血管收缩、炎症反应和内皮细胞增殖[47]。TNF-α、转化生长因子-β、IL-1、ox-LDL、血管紧张素Ⅱ和低氧血症可诱导内皮素-1的表达增加[48]。高浓度的内皮素-1可诱导内皮细胞黏附分子表达，促进单核细胞迁移和激活；此外，内皮素-1还可刺激血管SMCs增殖以及巨噬细胞内细胞因子和超氧化物的产生，在泡沫细胞形成后，局部炎症反应和ROS促进病变的进一步发展[49]。

5 血小板活化与动脉粥样硬化斑块的进展

血小板由巨核细胞释放，在止血、血栓形成和动脉粥样硬化中发挥重要作用[50-52]。生理状态下，血管内皮细胞释放前列环素和一氧化氮，抑制血小板活化，使其在周围循环中维持静息状态，但在血管内皮功能障碍时，暴露的胶原和炎症介质使血小板迅速被激活，黏附于受损血管部位[53]；同时，与炎症细胞结合，募集炎症细胞到内皮，并强力黏附于内皮下基质[54]。血小板活化与血管内膜损伤相互作用，促进动脉粥样硬化发展，而氧化应激和ROS的产生也可激活血小板，当血小板被活化后，表面分子与其他细胞反应导致血栓形成[50,55]。血小板活化受血小板信号和分泌蛋白、微RNA及血栓形成分子通路的调控[56-58]。

血小板被激活后，诱导细胞内钙流出，释放钙离子流。IL-1β的释放和CD-40L的表达诱发内皮细胞产生IL-6、IL-8、MCP-1和ROS，同时白细胞黏附分子上调[59]。另外，细胞因子和白三烯B4可促进化学引诱物释放、单核细胞分化、中性粒细胞活化、单核细胞释放趋化因子、前列腺素E2和前列腺素I2的过度产生以及环加氧酶的表达增加，经过一系列反应，血小板稳定黏附后，血栓可侵入血管腔，引发组织缺血或梗死[60-62]。

6 内质网应激相关细胞凋亡与动脉粥样硬化的关系

当内质网处于各种应激状态时，蛋白成熟受损，发生错误折叠蛋白的累积和未折叠蛋白反应。未折叠蛋白反应在一定程度上可保护细胞免受应激反应的影响，有利于细胞内稳态的重建，但是，随着内质网应激的持续和加重，未折叠蛋白反应的激活可促进细胞死亡[63]。内质网应激介导的细胞凋亡通路是细胞凋亡的重要机制，C/EBP同源蛋白(C/EBP-homologous protein，CHOP)是内质网应激下的一种特异性促凋亡分子，参与动脉粥样硬化[64]、糖尿病[65]等多种疾病的发病机制。动脉粥样硬化病变过程中，随着巨噬细胞持续不断地摄取LDL，巨噬细胞出现内质网应激、细胞凋亡和坏死，以适应脂质的不断聚集；而内质网应激可刺激CHOP的产生，促进钙离子从内质网释放、线粒体释放细胞色素C以及细胞凋亡蛋白酶依赖性细胞凋亡[66]。在动脉粥样硬化病变发展的初始阶段，细胞凋亡具有保护意义，可降低斑块细胞结构多样性、清除胆固醇过载的细胞，但这种有益作用取决于凋亡的巨噬细胞能否通过胞葬作用从病变部位有效清除，而病变部位细胞的胞葬作用开始于细胞表面受体c-mer原癌基因酪氨酸激酶，当c-mer原癌基因酪氨酸激酶活性受损时，凋亡泡沫细胞的清除减少，凋亡碎片开始堆积并导致继发性坏死[67]。

在动脉粥样硬化发展的不同阶段，巨噬细胞凋亡均发挥着重要作用，在动脉粥样硬化斑块不稳定和破裂过程中表现尤其明显。有研究证据表明，内质网应激CHOP通路介导的巨噬细胞凋亡可促进动脉粥样硬化斑块不稳定性的进展[68]，而ox-LDL通过上调CHOP通路启动巨噬细胞和内皮细胞凋亡[69-71]。

自噬是真核细胞降解细胞内受损细胞器和蛋白等大分子物质的过程，该过程在缺氧、内质网应激、氧化应激、DNA损伤等条件下被激活，机体可通过自噬过程回收和利用内源性细胞成分以维持细胞稳态[72]。持续的内质网应激常引发自噬活动的进一步发展，以减轻内质网应激反应和细胞死亡，而未折叠蛋白反应与自噬高度协调，维持细胞内稳态[73]。有研究显示，自噬可在一定程度上对抗氧化应激，减少内质网应激反应，抑制炎症反应，减少细胞凋亡，从而增加动脉粥样硬化斑块的稳定性[74]。但过度的自噬可导致SMCs和内皮细胞死亡、斑块纤维帽变薄，增加斑块的不稳定性，以致血栓形成，甚至引发急性心脑血管事件；此外，自噬性细胞死亡还可导致免疫性反应和炎症因子释放，且与诱导自噬的内质网应激和氧化应激等密切相关[75]。

7 动脉粥样硬化的抗炎治疗

目前抗动脉粥样硬化的药物主要针对脂质代谢和血小板活化途径，如他汀类和阿司匹林。特别是他汀类药物，除降脂外，还有抗炎作用。应用氟脱氧葡萄糖扩散加权成像或CT发现，他汀类药物可显著缩小动脉粥样硬化炎症斑块，从另一方面验证了他汀类药物的抗炎作用[76]。CANTOS(Canakinumab Anti-Inflammatory Thrombosis Outcomes Study)研究证实，在不进行降脂治疗的前提下，抑制炎症反应可显著减少急性心脑血管事件的发生[77]。最近，3项随机双盲对照临床研究结果提示，积极抑制炎症反应对于心脑血管事件高风险患者的二级预防也是一项至关重要的治疗目标[78]。随着对动脉粥样硬化中炎症反应机制不断深入的研究，抗炎治疗可能成为抗动脉粥样硬化治疗的新靶点之一。

8 小 结

炎症细胞和细胞因子等炎症因素在动脉粥样硬化斑块起始和进展阶段圴发挥了重要作用。首先，高脂血症状态是动脉粥样硬化病变发展的第一步，导致ox-LDL的累积；其次，内皮细胞功能障碍破坏血管张力的调节，促进血小板活化。同时，巨噬细胞在炎症反应中也发挥重要作用，促进内质网应激的发生和持续，巨噬细胞活化后与其他免疫细胞共同作用于晚期动脉粥样硬化病变。然而，目前与动脉粥样硬化相关的炎症反应机制在很大程度上仍不明确。未来希望通过对动脉粥样硬化相关炎症反应的深入研究，可以为动脉硬化的干预治疗提供坚实的基础。