巨噬细胞内脂质代谢及泡沫细胞形成机制的研究进展

景昱 王宣春

动脉粥样硬化是引起心血管疾病的主要病因［1-2］，是以大量脂质、炎性细胞及纤维物质积聚于血管内皮下为特征的渐进性、复杂的血管疾病［3］。泡沫细胞是构成动脉粥样硬化斑块的主要成分［4］，其形成被认为是动脉粥样硬化过程的标志点和关键步骤［5］。除小部分来源于血管内皮细胞和平滑肌细胞外，绝大部分泡沫细胞来自于吞噬脂质的巨噬细胞［6］。本文主要介绍巨噬细胞来源的泡沫细胞，阐明巨噬细胞内胆固醇摄取、酯化水解、外溢等紊乱对泡沫细胞形成的作用及机制［7］。

1 胆固醇的摄取

巨噬细胞主要通过胞饮、清道夫受体介导等方式摄取胞外胆固醇。正常生理状态下，巨噬细胞可以通过表达低密度脂蛋白受体（LDLR）或其表面的清道夫受体CD36等，结合并清除载脂蛋白（Apo）B运载的胆固醇。但在病理状态下，胞外升高的胆固醇会使LDLR表达下降，相应的脂蛋白必须经过氧化修饰等其他方式入胞。现公认的模式是升高的胆固醇会诱导血管壁发生氧化应激，促进低密度脂蛋白（LDL）修饰，并产生错误信号，使脂蛋白通过模式识别受体（PRR）入胞［8］。

1.1 胞饮

胞饮是液相内吞的一种形式，大多数细胞仅通过胞饮的方式吞噬小分子物质，巨噬细胞还可以通过这种方式吞噬大分子物质［9］。体外研究证实，胞饮有助于人外周血巨噬细胞、氟波酯（PMA）诱导的巨噬细胞和巨噬细胞集落刺激因子（MCS-F）诱导的巨噬细胞摄取LDL 和氧化型低密度脂蛋白（ox LDL）［10］。此外，低氧化型LDL（mmLDL）可通过Toll样受体（TLR）4/脾脏酪氨酸激酶（SYK）依赖机制诱导巨噬细胞胞饮，增加细胞对天然LDL和ox LDL的摄取，促进动脉粥样硬化的进展［11］。生长因子、化学因子［12］、γ干扰素（IFN-γ）、转化生长因子-β（TGF-β）、白细胞介素（IL）-33和IL-17A 均可调节巨噬细胞的胞饮过程［10］。胞吞后的蛋白质和氨基酸将被运载至溶酶体降解，并参与哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1（mTORC1）控制的细胞代谢通路［9］。

1.2 清道夫受体介导的胞吞

除胞饮外，巨噬细胞还可以通过受体介导的方式吞噬大分子物质。清道夫受体（SR）最先由Brown等［13］在1979年研究巨噬细胞内乙酰化低密度脂蛋白（acLDL）沉积作用机制时发现，主要包括SR-A1、SR-A2、CD36、SR-B1、等，这些清道夫受体可以通过与脂蛋白acLDL、ox LDL等相互作用介导脂蛋白入胞［9］。其中SR-A1、CD36介导了75%～90%ac LDL 或ox LDL的入胞［14］，并且SR-A1和CD36识别和摄取ox LDL 的过程不受细胞内胆固醇的负反馈调节，对ox LDL可以无限制的摄取［15］。

1.2.1 SR-A1 SR-A1是一种Ⅱ型糖蛋白，其编码基因位于人类8号染色体，通过RNA的选择性剪切产生SR-A1、SR-A1.1、SR-A1.2亚型［16］。1997年，Suzuki等［17］成功构建了第一个SR-A1敲除小鼠模型，研究发现，与ApoE-/-小鼠相比，SR-A1-/-ApoE-/-小鼠血浆胆固醇水平明显升高，动脉粥样硬化斑块面积显著减少。随后Babaev 等［18］在SR-A1-/-LDL-R-/-小鼠体内也证实了SR-A1在动脉粥样硬化病变中的积极作用。因此，这些研究认为SR-A1功能的缺失可以减少巨噬细胞内脂质堆积，延缓动脉粥样硬化病变发展。但Van等［19］发现，在ApoE-/-或LDL-R-/-小鼠体内过表达人的SR-A1，斑块面积并未改变，在小鼠体内过表达牛源性SR-A1 反而会减少斑块面积［20］。Kuchibhotla等［21］也发现，SR-A1的缺失仅减少雌性小鼠体内斑块面积，雄性小鼠无此现象。SR-A1在动脉粥样硬化形成中的作用仍存在争议。近年来也发现，SR-A1不仅介导巨噬细胞内脂质堆积，在炎症［22］、肿瘤发生［23］、肌营养不良中［24］也发挥重要作用。

1.2.2 CD36 CD36属于B类清道夫受体家族，是一种跨膜糖蛋白受体［25］，参与了脂质代谢、免疫、血管生成等多种病理生理过程［26］，被认为是动脉粥样硬化的生物标记物［27］。巨噬细胞通过表面的CD36吞噬oxLDL，内吞的ox LDL可以向过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）提供特定的氧化脂质，上调CD36的表达。这一被称为“吃掉我”的信号过程，有助于巨噬细胞进一步吞噬ox LDL［28］。CD36介导oxLDL内吞的同时，还可增加转录因子核因子κB（NF-κB）、IL-6、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和IL-1β等炎性因子的表达，促进动脉粥样硬化的炎性过程［29］。Febbraio等［30］研究发现，小鼠体内移植入缺失CD36的巨噬细胞后，主动脉斑块面积明显减少，重新植入表达CD36的巨噬细胞后，斑块面积增加约2倍。此外，IL-34可通过激活p38丝裂原活化蛋白激酶（p38 MAPK）信号通路，上调CD36的表达，促进泡沫细胞的形成［31］。高脂血症患者外周血单核细胞中CD36 mRNA表达水平也明显高于正常者［32］。这些均证实CD36在促进巨噬细胞源性泡沫细胞形成中起着重要作用。

2 脂质的酯化

巨噬细胞胞浆内胆固醇酯和自由胆固醇处于动态平衡。正常情况下只有未酯化的自由胆固醇可被运输到胞外，胞内过多的胆固醇酯将会以脂滴的形式储存。当胞内自由胆固醇含量过多，细胞排除能力有限时，自由胆固醇将在内质网酯化，从而减少其堆积所致的细胞毒性。胆固醇酰基转移酶1（ACAT1）和中性胆固醇酯水解酶（nCEH）主要参与维持巨噬细胞内脂质的平衡。

2.1 ACAT1

ACAT又称甾醇-O-酰基转移酶，负责将内质网中自由胆固醇转化为胆固醇酯。哺乳动物体内有2个亚型：ACAT1和ACAT2。ACAT1广泛表达于各类细胞，特别是巨噬细胞；ACAT2仅表达于小肠上皮细胞和肝细胞，参与脂蛋白的合成分泌［33］。研究发现，ACAT1-/-Apo E-/-和ACAT1-/-LDLR-/-小鼠体内主动脉斑块面积和胆固醇酯含量明显少于对照组［34］。用药物选择性阻断ACAT后，小鼠血浆胆固醇水平降低，斑块面积减少［35］。Hongo等［36］发现瘦素可通过上调ACAT1，抑制高密度脂蛋白（HDL）介导的胆固醇外排。这些研究提示，单纯阻断ACAT1，可减少胆固醇酯的合成，从而延缓疾病发展。但临床试验发现，心血管患者在使用ACAT抑制剂帕替麦布后，疾病并未缓解，反而有可能加重［37］。胞浆和内质网内过多自由胆固醇的堆积还会产生细胞毒性，诱发内质网应激和细胞凋亡［38］。

2.2 nCEH

nCEH 也称激素敏感脂肪酶，负责水解胆固醇酯生成游离胆固醇，由19号染色体上的LIPE基因编码［39］。胞内的胆固醇酯只有被nCEH 降解为自由胆固醇，才可运输出胞，因此nCEH 的水解作用被认为是胆固醇逆向转运的限速步骤［38］。过表达nCEH 将使载脂巨噬细胞内胆固醇水解增加。然而，仅过表达nCEH 而不降低ACAT1的表达，其保护动脉粥样硬化的作用并不显著［40］。只有两种酶兼顾，才能达到预期目的。

3 胆固醇的外溢

为减少泡沫细胞形成，巨噬细胞需要将胞内过多的脂质运送到肝脏降解，即胆固醇外溢。ATP结合盒转运体A1（ABCA1）、ATP结合盒转运体G1（ABCG1）、清道夫受体B1（SR-B1）均参与此过程。

3.1 ABCA1

ABCA1是一种高度保守的跨膜转运蛋白，通过促进胆固醇外排［41］和抑制炎性反应［42］来发挥抗动脉粥样硬化作用。ApoA-1作为主要的HDL相关蛋白，负责运载ABCA1分泌的游离胆固醇［43］。蛋白酶体抑制剂和ApoA-1可通过抑制ABCA1降解来增加巨噬细胞内胆固醇的逆向转运［44］。ABCA1的表达受PPARγ-核受体肝X受体α（LXRα）通路调控［45］。槲皮素［46］、益母草碱［47］均可通过激活PPARγ/LXRα轴上调ABCA1表达，促进巨噬细胞内胆固醇外溢。水蛭中的活性多肽也可通过激活LOX-1/LXR-a/ABCA1信号通路阻止泡沫细胞的形成［48］。因此，ABCA1被认为是抗动脉硬化研究中重要的潜在药物作用靶点。

3.2 ABCG1

Kennedy等［49］发现，ABCG1主要表达于心脏、肝脏、脾脏、肺、脑和肾上腺，通过将胞内脂质运输到成熟的HDL来维持巨噬细胞内脂质平衡。给予ABCG1-/-小鼠高脂饮食，可增加其巨噬细胞中脂质堆积，而过表达ABCG1 则可抑制脂质堆积。过表达ABCG1的巨噬细胞注入小鼠体内后，可促进小鼠体内胆固醇转运，反之则减少其体内胆固醇转运［50］。ABCG1的表达受饮食调控。Helal等［51］发现，用特级初榨橄榄油处理巨噬细胞后，ABCG1表达增加，脂质溢出增多。此外，肠道微生物可通过将花青素转变为原儿茶酸（PCA）下调微小RNA-10b，刺激ABCA1/ABCG1的产生［52］。

3.3 SR-B1

SR-B1是HDL的一种受体，主要通过与HDL结合，选择性介导脂质从巨噬细胞的外向转运及其在肝脏中的降解［3］。Van Eck等［53］发现，敲除SR-B1可加重小鼠动脉粥样硬化病变。Apo A1通过作用于SR-B1 来减轻阿奇霉素所致的心脏毒性［54］。但在动脉粥样硬化早期，SR-B1可像SR-A1一样，促进巨噬细胞脂质和胆固醇摄取，并且抑制ABCA1的活性［55］。研究发现，内皮细胞上的SR-B1受体还可介导LDL的主动入胞，打破了LDL被动浸润至内皮下的传统观念［56］。特异性SR-B1封闭抗体或抑制剂有望转化为治疗冠状动脉粥样硬化性心脏病的新药物。

4 小结

动脉粥样硬化的病理过程复杂，泡沫细胞在动脉粥样硬化过程中发挥重要作用，是构成动脉斑块的主要成分，并且影响斑块的稳定性。大多数泡沫细胞来源于巨噬细胞，而巨噬细胞内脂质代谢紊乱是其形成泡沫细胞的先决条件。正常情况下，巨噬细胞内脂质摄取合成、酯化水解和外排之间维持着动态平衡，但胞外脂质水平紊乱可间接导致胞内代谢紊乱，巨噬细胞与脂质代谢有关的受体和酶的表达均会发生改变，这些受体及酶有望成为新的治疗靶点。