LDL-C 累积暴露与动脉粥样硬化性疾病的研究进展

陶怡凝，彭延波，刘春燕

（华北理工大学附属医院神经内科，河北 唐山）

0 引言

我国居民动脉粥样硬化性心血管疾病(atherosclerotic cardiovasculardisease，ASCVD) 危险因素普遍暴露，ASCVD死亡率位居首位，达到 40%以上[1]。血脂异常易致动脉粥样硬化，其中，低密度脂蛋白胆固醇（low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C）或 TC 升高是影响动脉粥样硬化性心血管疾病的发生进展的关键。最新研究显示，降低ASCVD 的发生风险，不仅关注于LDL-C 单次测量数值，总暴露的时间也至关重要[2]。

1 低密度脂蛋白

1.1 低密度脂蛋白颗粒的生物特性

LDL 颗粒是多分子复合物，由假胞状、类球形和多分子复合体组成。微观上说各亚类是具有不同物理化学、代谢和功能特征的多个离散粒子，宏观上来看主要由蛋白和脂质构成，其中，Apo B 100 占脂蛋白的95%，其胆固醇的含量达到50%，包括＞300 种不同的脂类分子。将胆固醇转运到肝外组织细胞加以利用的脂蛋白主要是极低密度脂蛋白VLDL。肝脏产生载脂蛋白Apo100 （包含颗粒大小不等），当血浆TG 浓度在0.85-1.7mmol /L，肝脏释放VLDL1 和VLDL2，迅速分解为IDL，然后分解为中等大小的LDL[3]。从富含甘油三酯(TG)的极低密度脂蛋白(VLDL) ，到小的极低密度脂蛋白(VLDL2)和中密度脂蛋白(IDL)，最后到低密度脂蛋白(LDL)。VLDL在脂解和重塑作用下形成残体-IDL，脂蛋白脂肪酶(LPL)、肝脂肪酶(HL)和胆固醇酯转移蛋白(CETP)参与形成LDL。

LDL-C 有三个主要的亚类: LDL-I（密度1.019-1.023g/mL）、LDL-II（密 度1.023-1.034 g/mL）、LDL-III（密 度1.034-1.044 g/mL）、LDL-IV （密度1.044-1.063 g/mL）[4]。化验室检测到的LDL-C 主要是由各种亚类、中密度脂蛋白和载脂蛋白共同组成。极低密度脂蛋白水平是LDL 亚组分谱的主要决定因素，主要由分泌的LDL 颗粒的性质、循环浓度、脂肪酶的活性和中性脂质转移蛋白决定。性别也是一个关键因素，在给定的TG 水平下，男性比女性拥有较高的肝脂肪酶活性。所以男性更容易产生小密度脂蛋白。当循环颗粒浓度为1mmol/L 时，LDL 是人体血浆中胆固醇的主要载体(每个颗粒有2000-2700 个分子，其中1700 个为酯化形式)[5]。

近年来，大量的研究证据表明，低密度脂蛋白的运动是被动过滤（根据颗粒大小和浓度)，通过受损的高通透性内皮细胞来实现的。低密度脂蛋白通过囊泡进行胞吞转运的，通过受体介导的与清道夫受体B1 (SR-B1)、激活蛋白受体样激酶1 (ALK1)相关的胞外转运或LDL 受体(LDLR)(只出现在脑ECs 中) 、以及小凹介导的直接胞吞使内皮细胞发生转位[6]。其中，SR-B1 和ALK1 位于小凹中，促进特定的LDL 结合和负载，促进LDL 的运输。但是关于LDL 转运的更多细节，比如ABCA1 和ABCG1 、DOCK4 等有待进一步研究。并且研究证实， SR-B1 在人类动脉粥样硬化中高表达。雌激素通过影响内皮细胞SR-BI 减少来抑制低密度脂蛋白的转运。这些发现也解释了为什么女性在绝经前患ASCVD 的风险比男性低。依据转运途径不同，胞吞主要分为直接途径、间接途径。直接胞吞途径包括分子从进入的一侧直接运输到另一侧，而后者又与质膜的基底外侧融合。在间接运输途径，分子被内吞进入早期的内含体，转移至回收内含体，并在内皮细胞 (EC)的另一侧被胞吐[7]。

ASCVD 中低密度脂蛋白颗粒质量差异的重要性体现在聚集敏感性的测量上。冠心病死亡患者的循环LDL 颗粒中存在较高比例的神经鞘磷脂(SM)和神经酰胺。通过研究发现易于聚集的LDL 颗粒富含SM 和神经酰胺。容易聚集的LDL 颗粒进入动脉内膜，诱导泡沫细胞形成，加上基质金属蛋白酶7（MMP7）的分泌和激活T 细胞，从而导致动脉粥样硬化，炎症和斑块破裂，最终增加了致命性CAD 的风险。因此，降低循环LDL 的聚集敏感性可降低CAD 风险。 在体外和小鼠模型中，易聚集的LDL 颗粒可通过诱导其鞘脂含量来抵抗聚集。在人类中，健康饮食或用PCSK9 抑制剂治疗可改善LDL颗粒的质量，从而产生抗聚集的肝磷脂酰胆碱（PC）、溶血磷脂酰胆碱（LPC）和ichLDL 颗粒[8]。

1.2 低密度脂蛋白颗粒致动脉粥样硬化的机制

动脉粥样硬化是一种慢性的炎症过程，这种反应由脂蛋白、单核细胞、巨噬细胞、泡沫细胞、T 淋巴细胞、内皮细胞(ECs)和平滑肌细胞和成纤维细胞一系列复杂作用。其发生在中等动脉的内皮下间隙(内膜)中血流紊乱的区域，是由内皮功能障碍和内皮下脂蛋白潴留之间的相互作用引起的。其中，脂蛋白的跨内皮转运在动脉粥样硬化的发病机制中起着重要作用。

低密度脂蛋白颗粒具有不同程度的致动脉粥样硬化性，其受蛋白质、脂质、蛋白多糖结合、聚集性和氧化敏感性的影响。有关LDL 致动脉粥样硬化机制的论述较多，主要来源于以下几种[9-13]：

（1）巨噬细胞在吞噬聚集LDL 颗粒之后形成泡沫细胞，LDL 中的脂质、蛋白成分经由共价修饰后被清道夫受体摄取。非酶促或者酶促反应都可能导致LDL 聚集。氧化研究(磷脂、胆甾醇酯和胆固醇)，apoB100 可发生酶促(如髓过氧化物酶)或非酶促(内皮细胞或巨噬细胞)。

（2）具有生物活性的促炎性脂质（例如：被氧化的磷脂）或者其氧化后的碎片(如短链醛)，可能发生局部和系统作用。

（3）先天免疫反应的诱导，包括损伤相关的分子机制(DAMPs，特别是氧化特异性表位和胆固醇晶体)。损伤相关的分子模式通过促进免疫炎性细胞的募集(单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、淋巴细胞和树突状细胞)导致局部和潜在慢性炎症，可诱导细胞凋亡或坏死，从而促进坏死的形成。

（4）通过醛基化或apoB100 降解激活特异的t 细胞反应和抗体，诱导apoB100 的共价修饰以此获得免疫反应。

（5）细胞外的脂质沉积形成，尤其是胆固醇的沉积，颗粒变性等。

低密度脂蛋白致动脉粥样硬化的机制尚不明确，但是，综合来说低密度脂蛋白在动脉壁的保留和积累会引发一系列的病变。[14-15]由于内皮下的局部微环境，低密度脂蛋白颗粒易受酶和非酶机制的氧化，从而导致氧化型的低密度脂蛋白(oxLDL)的生成，其中包含多种生物活性物质（包括氧化磷脂）。同样的，氧化的低密度脂蛋白经由激活的内皮细胞来启动无菌性炎症反应，来上调粘附分子和趋化因子，触发单核细胞(典型的炎症性Ly6Chi 单核细胞)募集到动脉壁。这种白细胞的募集是由一系列不同的趋化因子及其受体以一种特异性的方式严格控制的[16-17]。继而，单核细胞向巨噬细胞分化，分化后的细胞按照以上的论述，产生泡沫细胞。在斑块形成的后期，内膜巨噬细胞主要通过自我更新来维持，这增加了斑块中泡沫细胞的负担。并且，平滑肌细胞可能会摄取富含胆固醇的脂蛋白，形成类似于巨噬细胞的细胞，从而导致细胞数量的增加，进而导致病变。巨噬细胞脂质超负荷的后果是胆固醇晶体的形成，它激活细胞内复合物NLRP3 炎性小体，促进IL-1b 和IL-18 的局部生成[18-19]。

因此，LDL 的保留和随后的修饰可能还会引发先天和适应性的细胞和体液免疫反应，其中许多抗体对oxLDL 具有特异性，并以一种亚型依赖的方式触发补体激活，进一步调节炎症反应从而导致动脉壁的炎症。如果通过靶向诱导剂和介质打破这一恶性循环，可在特定阶段阻止动脉粥样硬化形成。

2 LDL-C 累积暴露的研究现状

人体循环中LDL 和其他直径＜70 nm 含apo B 的脂蛋白，包括较小的富含甘油三酯的极低密度脂蛋白及其残留颗粒，可自由地穿过内皮屏障，与细胞外结构如蛋白多糖相互作用而保留在细胞外基质中。依据动脉粥样硬化的反应 - 保留模型，含有apo B 脂蛋白颗粒在动脉壁内膜下的保留引起复杂、不良的炎症过程，从而导致动脉粥样硬化的发生发展。聚集的脂蛋白颗粒随时间保留在动脉壁中，新生的动脉粥样硬化逐渐扩大，形成大且复杂的动脉粥样硬化斑块。然而，在任何给定的LDL-C 浓度下，LDL 颗粒将保留在动脉壁中的可能性很低，随着持续暴露于相同的LDL-C 浓度，额外的LDL 颗粒随时间保留并在动脉壁中积聚，加剧动脉粥样硬化斑块的生长。血管内超声研究显示，动脉粥样硬化斑块进展的速度与血浆LDL 的水平成正比。随着时间的推移，动脉粥样硬化斑块会随着更多的脂蛋白颗粒的残留而增长，所以总动脉粥样硬化斑块负荷的大小由循环LDL（和其他含有apo B 的脂蛋白）的浓度以及暴露于这些脂蛋白的持续时间决定。

因此，一个人的总动脉粥样硬化斑块负荷与他或她对LDL 和其他含有apo B 的脂蛋白的累积暴露大致成正比，并且可以通过将人的年龄乘以LDL 浓度来粗略估计。以mgyears（年龄×LDL-C 测量的mg / dl）或mmol-years（年龄×LDL-C，以mmol / l 测量）测量的LDL 累积暴露的估计值[2]。

2.1 LDL-C 累积暴露病理生理基础

低密度脂蛋白与动脉粥样硬化疾病的因果关系已经得到证实，多项随机试验表明，使用他汀药物治疗期间，降低LDL-C 可大大的降低动脉粥样硬化性疾病风险。接受他汀治疗的患者仍然存在高残留风险，每降低1 mmol/l 的LDL-C浓度，风险降低20%，但仍有80%残留风险。

动脉粥样硬化是由LDL-C 进入动脉壁引起的，这一过程会触发一系列的炎症事件[54]。这个过程在生命的早期就开始了，形成了主要由胆固醇(主要是胆固醇)组成的脂肪条纹。新生的斑块随着时间的推移逐渐形成隆起的病变，包括覆盖在富含脂肪的核心上的瘢痕组织纤维层。随着时间的推移，这些升高的纤维斑块与血浆LDL-C 的循环水平(以及与其他危险因素的水平)成正比，随着进一步发展，最终形成更大、更复杂的病变。总体来说，于生命早期降低LDL-C 水平，可以延迟、预防动脉粥样硬化疾病的进展。

在冠状动脉的大体病理研究中发现，大约75%的年轻男性在战争中丧生（朝鲜战争和越南战争），其平均年龄22 岁，但是尸检中发现了纤维斑块。在青年动脉粥样硬化的病理决定因素研究中，冠状动脉病变的患病率在15-29 岁之间缓慢增加，但在30-34 岁之间增加了2 倍，在30-34 岁之间增加了3 倍[20]。由于致动脉粥样硬化脂蛋白在青年和中年时期在动脉壁中缓慢积聚，在此期间累积暴露的LDL-C 和其他含apo B 的脂蛋白数量通常较少，不足以导致动脉粥样硬化斑块的形成从而阻碍血液流动或者说导致ASCVD。因此，在青年和中年期，心脑血管事件的短期风险很低，但是随着更多的LDL颗粒在这段时间内被保留，动脉粥样硬化的总负担逐渐增加。最终，动脉粥样硬化斑块负荷增大达到某个临界值，超过该临界值，斑块的破坏可导致血栓急剧阻塞血液流动进一步导致不稳定的心绞痛，心肌梗塞，脑卒中或死亡。一旦斑块总负荷的大小超过该阈值，人经历急性心脑血管事件的风险大大提高。

动脉粥样硬化斑块总负荷的大小主要由循环LDL-C（和其他含有apo B 的脂蛋白）的浓度以及暴露于这些脂蛋白的持续时间决定。当斑块总负荷已达到阈值大小，斑块破坏，经历ASCVD 的风险大幅度提高，可以通过使用LDL-C 的累积暴露来作为斑块总负荷大小的估计。在超过累积LDL-C 暴露阈值后，动脉粥样硬化斑块总负荷与循环血浆LDL-C 浓度成比例地继续增大，随着时间的推移保留了更多的LDL 颗粒。一旦超过累积LDL-C 阈值，随着斑块的持续增长，出现ASCVD 风险将呈对数线性增长。

因此，更早开始降低LDL-C 水平或者有效利用LDL-C的累积暴露可能会大大延迟或者改变动脉粥样硬化疾病的进展，从而阻止晚期动脉粥样硬化斑块的发展，降低动脉粥样硬化性疾病的风险。

2.2 LDL-C 累积暴露与心血管疾病的关系

理想情况下，长期暴露于低LDL-C 对冠心病(CHD)风险的影响应是在随机、对照试验中进行评估。但是，在临床试验的范围内，对大量无症状的年轻人进行数十年的跟踪研究可能是不切实际的。然而，在随机试验的基础上，利用孟德尔随机化原则仍有可能评估其对冠心病风险的影响。研究发现多单核苷酸多态(SNPs)与低密度脂蛋白(LDL-C)的微小差异相关。每一种SNPs 在受孕时被随机分配，被称为孟德尔随机化[21]。对于携带低LDL-C 相关基因，类似于从出生开始就被随机分配到一种低LDL-C 的治疗中，而遗传另一种等位基因相当于被随机分配到日常护理中。

一项涉及31200 名参与者的荟萃分析，我们发现，在生命早期预防性的降低LDL-C，与生命后期服用他汀类药物治疗相比，每降低一单位LDL-C，冠心病风险就会降低3 倍。例如，对于长期暴露于低1 mmol/l (38.7 mg/dl) LDL-C 的环境中，可使冠心病风险降低55%。相比之下，在生命后期开始使用他汀类药物治疗，则需要降低LDL-C 3 倍3 mmol/l (116 mg/dl)，以达到相同的风险降低。此外，长期暴露于低LDL-C 与冠心病风险之间的关系类似为对数线性关系，正如LDL-C 降低的幅度与他汀类药物治疗的临床益处之间的关系近似为对数线性关系[22]。在他汀类药物试验中，如果在生命早期长期接触低水平的LDL-C，可能会显著降低患心血管疾病的风险。事实上，即在整个成年期维持低水平LDL-C，冠心病的患病风险是极低的[23]。

在6 个不同基因中的9 个核苷酸多态性研究中，包括编码针对PCSK9 的他汀类药物和单克隆抗体靶点的基因多态性。研究发现尽管这些多态性可能通过不同的机制影响循环的LDL-C 水平，但是这些SNP 对LDL-C 水平的等位基因效应变化超过6 倍。所有9 种多态性均与LDL-C 降低冠心病的风险有关。这一发现表明，长期暴露于低LDL-C 对冠心病风险的影响似乎与LDL-C 低表达的机制无关。因此，降低LDL-C 可能不如降低LDL-C 的幅度和时间重要。因此，在降低冠心病风险方面，饮食和锻炼可能与他汀类药物或其他降低LDL-C 水平的治疗方法一样有效[24]。

事实上，研究表明，[24]在生命早期降低LDL-C，相当于成年后维持低水平的LDL-C，可能预防或大大延迟动脉粥样硬化的发展，降低心血管事件的风险，比动脉粥样硬化发展后降低 LDL-C 有效。这一发现可能解释了接受他汀类药物或其他降脂治疗的患者发生冠状动脉事件的剩余风险。在动脉粥样硬化发生后期开始降低LDL-C，可能只是为了稳定现有的动脉粥样硬化斑块，而这些斑块仍可能进展为引起症状或破坏从而导致急性冠状动脉综合征，从而导致事件的高残留风险。相反，在生命早期长期接触低LDL-C 与冠心病风险的显著降低相关，因此，冠状动脉事件的相应残留风险也显著降低。

降低LDL-C 可能是目前公认有效的冠心病一级预防策略。但是，目前对降低LDL-C 作为冠心病一级预防策略的有效性的估计主要基于他汀类药物试验的数据。然而，他汀类药物随机试验的平均年龄为63 岁[25]，这意味着参与这些试验的人已经暴露于循环的LDL-C 浓度，动脉粥样硬化斑块的发展已经形成，只能降低高残留风险。可见，LDL-C 暴露的大小和暴露于LDL-C 的时间长短对冠心病的风险都有重要的影响。因此，降低LDL-C 的有效性，冠心病的一级预防可以通过在生命中较早地开始采用降低LDL-C 的治疗而得到实质性的改善。

这些数据有力地支持了这样一种假设，即在重大疾病发生之前预防动脉粥样硬化可能比在血管疾病发展到晚期时降低LDL 更有效。

2.3 LDL-C 累积暴露与脑血管疾病的关系

目前已有较多研究明确了LDL-C 与动脉粥样硬化相关疾病的密切相关性，但对于其与脑血管疾病的关系研究较少。对于动脉粥样硬化相关性脑病，我们习惯于谈论“相对风险降低”、低密度脂蛋白目标、二级和一级预防和“残留风险”。尽管这些概念对揭示临床试验的关键和可靠的证据基础是有帮助的，但我们更需要一个指标来反映动脉粥样硬化脑病的终生发病机制和更有效的干预措施。

孟德尔随机化研究表明，每单位LDL-C 的长期下降脑血管病风险的下降幅度要比基于他汀类药物的临床试验大得多。这一新的证据有力地证明了终身暴露于LDL-C 的“剂量依赖”效应，并强烈表明干预越早，效果越好[26]。世界卫生组织会议最近的15年卫生经济分析强调了考虑终生受益的重要性。虽然5年的试验内他汀类药物治疗使脑血管病的风险降低了30%，但在接下来的10年里，中风的发生率显著降低，心力衰竭的发生率下降了45%。显然，我们低估了降低低密度脂蛋白累积暴露带来的终生受益[27]。他汀类药物试验的荟萃分析显示，低密度脂蛋白胆固醇降低1.0 mmol/l (38.7 mg/dl)其相对风险降低22%[28]。然而，最近对LDL-C 基因位点的研究表明，中老年个体的临床试验低估了治疗的影响，如果终生维持较低的LDL-C，则脑血管疾病风险降低40%至50%[26]。最近的证据来自PESA（早期亚临床动脉粥样硬化的进展）研究表明，大约50%的总胆固醇水平低于200mg / dl的人在非侵入性成像研究中有动脉粥样硬化斑块的证据。因此，将最佳脂质水平定义为总胆固醇＜200 mg/dl 意味着随着时间的推移，这些损害将有增无减。因此，维持目前最佳血脂水平的定义将错失降低血脂水平的机会，将失去减缓斑块进展速度的机会，不能防止总胆固醇水平低于200 mg/dl 的并且已经形成动脉粥样硬化的人群发生心脑血管事件。

这些观察结果支持这样的观点，我们应维持低水平的LDL-C 累积暴露，早期预防病变的形成，而不是等到斑块形成后只能去维持斑块稳定。

3 展望

目前，LDL-C 单次测量仍然是临床上便捷常规使用的方法，临床医生通过一次测量指标对患者的血脂水平进行干预，往往忽略了可能隐藏的高风险病患，也很有可能过度强调了LDL-C 值的单次降低，这对患者长期健康都是不利的。本研究不仅是探究脑卒中的危险因素，为预防提供新的临床依据，更是为了进一步探讨LDL-C 的长期危害，开拓了新的科研思路。我们往往忽略累积暴露带来的提示作用，单次测量并不能更好的反应整体的变化情况。对于受多种危险因素影响的LDL-C 指标，我们不仅需要长期多次监测，重要的是要将多次测量结果综合分析。