泡沫细胞在动脉粥样硬化形成过程中的作用研究进展*

刘子歌，刘 洋，宋国瑞，张 晨，陈德胜，郭凤英，李 燕△

1.宁夏医科大学(银川 750004)；2.宁夏医科大学总医院骨科(银川 750004)；3.宁夏医科大学基础医学院(银川 750004)

心血管疾病仍是全世界成人发病率和病死率的主导因素[1]，动脉粥样硬化(Atherosclerosis,AS)作为心血管疾病的病理基础，形成过程复杂，涉及许多细胞机制和途径，如炎症，脂质蓄积，氧化应激，自噬和凋亡等[2]。正常动脉壁具有三层结构。最外层的外膜含有神经末梢、肥大细胞和血管，这些微血管滋养着中膜的外层。中膜由静止的平滑肌细胞和细胞外基质组成，细胞外基质包括弹性蛋白、胶原和其他大分子[3]。动脉粥样硬化斑块形成于最内层，即内膜。在病变开始的早期阶段，低密度脂蛋白(Low density lipoprotein,LDL)颗粒在内膜中积聚，同时进行氧化和其他修饰，使它们具有促炎和免疫原性。单核细胞在血液中循环，与活化的内皮细胞表达的粘附分子结合，在趋化因子作用下进入内膜，单核细胞就可以成熟为巨噬细胞。这些细胞不断增殖并吞噬大量的修饰型低密度脂蛋白颗粒成为泡沫细胞。泡沫细胞堆积形成脂质条纹，随着病变的进展，平滑肌细胞和泡沫细胞等细胞发生凋亡、坏死，脂质释放、细胞碎片堆积形成动脉粥样硬化的坏死、脂质核心。晚期动脉粥样硬化斑块可侵犯动脉管腔，阻碍血流并导致组织缺血，严重的则会形成血栓，从而闭塞管腔，导致各种心血管疾病及并发症的发生。综上所述，泡沫细胞对动脉粥样硬化斑块的初始形成、发展和不稳定性至关重要[4]。

1 AS中泡沫细胞的来源

1.1 巨噬细胞-泡沫细胞 泡沫细胞的来源有多种，如单核-巨噬细胞、内皮细胞(Endothelial cells,ECs)和血管平滑肌细胞(Vascular smooth muscle cells,VSMCs)都可转化为泡沫细胞[5]，动脉粥样硬化早期出现的泡沫细胞主要是巨噬细胞来源的，中后期出现的泡沫细胞多来源于平滑肌细胞和其他细胞类型。

巨噬细胞在不同极化因子的作用下可分化成M1和M2两种亚型，不同亚型的巨噬细胞在动脉粥样硬化病变发展过程中发挥不同的作用[6]。M1型巨噬细胞表现出较低的胆固醇清除能力，其内化脂蛋白颗粒后形成的泡沫细胞会分泌局部炎性细胞因子、活性氧和基质金属蛋白酶，促进动脉粥样硬化发展，破坏动脉粥样硬化斑块的稳定性。相反，M2型巨噬细胞具有较低的泡沫细胞易感性，这些细胞表现出高吞噬活性，清除凋亡细胞能力增强，并产生抗炎因子。随着病变发展，M2型巨噬细胞随后转变为M1表型，并在疾病的晚期分泌白细胞介素1β，白细胞介素6和肿瘤坏死因子α[7]。说明动脉粥样硬化病变进展与哪种亚型巨噬细胞占主导地位密切相关。

Dasilva等[8]研究探讨了M1和M2极化因子对培养的人巨噬细胞和泡沫细胞促炎和抗炎基因表达的影响，巨噬细胞相比较，泡沫细胞对M1极化因子的反应减弱，表现为促炎因子表达减少。而当受到M2极化因子作用时，巨噬细胞和泡沫细胞都通过典型的抗炎基因上调做出反应，两种细胞差异不大。培养的人巨噬细胞转化为泡沫细胞可抑制其对M1极化因子的促炎反应。因此，在动脉粥样硬化病变的M1极化微环境中，泡沫细胞的形成可能会局部削弱动脉粥样硬化形成中巨噬细胞性的炎症成分。同时，由于在人类动脉粥样硬化易破裂、不稳定斑块区域M1型巨噬细胞是主要组成部分[9]，故暴露于M1极化因子之前将巨噬细胞转化为泡沫细胞可能有抵消斑块的不稳定性的作用。

1.2 血管平滑肌细胞/内皮细胞-泡沫细胞 存在于人类动脉壁中的驻留细胞类型在泡沫细胞形成中也具有重要作用[10]。部分泡沫细胞起源于ECs和VSMCs。通过对人类冠状动脉病变中平滑肌细胞来源泡沫细胞的定量，发现泡沫细胞中来源于VSMCs的比例大于50%[11]。

天然动脉粥样硬化斑块中的VSMCs主要来源于中层动脉。在这个过程中，VSMCs经历了复杂的结构和功能变化，产生了广泛的表型。内膜中的VSMCs表达清道夫受体，可以像巨噬细胞一样摄取脂蛋白颗粒形成泡沫细胞[12]。其机制包括脂蛋白颗粒的胞吞作用[13]和通过血凝素样氧化低密度脂蛋白受体(Lectin like Ox-LDL receptor-1,LOX-1)[14]摄取氧化型低密度脂蛋白(Oxidized low density lipoprotein，ox-LDL)。如上所述，利用游离胆固醇诱导培养的平滑肌细胞表达巨噬细胞标志物并且失去平滑肌细胞标志物[15]，不过VSMCs向巨噬细胞的转化是可逆的。VSMCs向巨噬细胞样细胞的转化受转录因子KLF4(Kruppel-like factor 4，KLF4)的调控[16]。

ECs可分化为参与促动脉粥样硬化血管重构的平滑肌样细胞。ECs在动脉粥样硬化的进展中起着重要作用，因为它们除了过度表达促进动脉粥样硬化发展的黏附分子外，还分泌趋化因子和其他物质，将单核细胞吸引到动脉粥样硬化的发生部位[17]。这些细胞可以吞噬氧化修饰低密度脂蛋白和胆固醇，并将其储存在细胞质脂滴中，这些脂滴是细胞脂质代谢的关键细胞器，可触发这些细胞分化为泡沫细胞[18]。在此背景下，Corrêa等[19]证实了内皮细胞中泡沫细胞形成的机制，溶血磷脂酰胆碱(Lysophosphatidylcholine,LPC)可以通过脂滴在人内皮细胞和人单核细胞中诱导泡沫细胞的形成，这是一种炎症依赖的途径。

1.3 其它细胞-泡沫细胞 最近发现的血管驻留干细胞/祖细胞提供了直接的证据表明它们可能是动脉粥样硬化病变中泡沫细胞的重要来源[20]。这些细胞具有很高的增殖能力和产生内皮细胞、平滑肌细胞、造血细胞或间充质细胞后代的潜力[21]。越来越多的数据表明，这些干细胞/祖细胞中的一些参与了动脉粥样硬化的发病过程，这提示了泡沫细胞来自常驻干细胞的可能性。

2 泡沫细胞的形成过程

2.1 修饰型低密度脂蛋白 泡沫细胞形成的主要原因是胆固醇摄入、储存以及流出稳态失调的结果[22]。胆固醇在血液中常以脂蛋白的形式存在，而血浆中LDL是运输内源性胆固醇的主要载体，LDL是一类由载脂蛋白B和磷脂膜构成的外壳包裹富含胆固醇酯内核的球状颗粒，通过血液运输水不溶性的胆固醇。尽管巨噬细胞和VSMCs都能摄取天然(即未经修饰的)LDL，但动脉粥样硬化微环境内的泡沫细胞形成过程中摄取的大部分脂质来自修饰的低密度脂蛋白。研究表明，天然低密度脂蛋白不能引起细胞内脂质的积累和随后泡沫细胞的形成，而当用体外化学修饰的低密度脂蛋白颗粒取代天然低密度脂蛋白时，细胞内脂质的积累显著增多[23]。修饰后的低密度脂蛋白生物活性发生了改变，呈现明显的细胞毒性、化学趋向性和免疫原性。动脉对ox-LDL的累积暴露仍然是动脉粥样硬化发生和发展的主要决定因素[24]。

2.2 巨噬细胞对脂质的识别和内化作用 由于内皮屏障功能受损，脂蛋白颗粒可沉积在动脉壁中，并被细胞外基质大分子保留在内膜层内。动脉内膜介质中，巨噬细胞对脂蛋白颗粒的内化是由一系列清道夫受体(Scavenger receptor，SR)介导的，例如SR-A1，CD36和血凝集素样LOX-1等，每种清道夫受体都会特异性的识别特定的LDL修饰[25]。

SR-A1受体有三种亚型，其中两种在功能上相关，并且可以参与ox-LDL的转移。在实验性动脉粥样硬化小鼠模型中，敲除SR-A1可以抑制泡沫细胞的形成，产生抗动脉粥样硬化作用[26]。SR-A1的表达受核转录因子(NF)-κB的调节，NF-κB可以被促炎性细胞因子刺激[27]。

CD36属于清道夫受体B家族。CD36对ox-LDL具有很高的亲和力，通过内化CD36-oxLDL组合体来促进动脉粥样硬化的发生[28]。他汀类药物可以抑制CD36，使得单核/巨噬细胞对脂质的摄取减少，并且可以减少ox-LDL在动脉内膜的积聚[29]。一些植物抗氧化剂，包括角鲨烯，槲皮苷等，可以抑制巨噬细胞中CD36的表达，从而防止这些细胞中过多的脂质沉积[30]。

在动脉粥样硬化形成过程中，LOX-1受体的表达明显上调[31]。该受体在单核细胞中不表达，但在分化的巨噬细胞中上调，表明它具有促进动脉粥样硬化的作用[32]。LOX-1是内皮细胞结合ox-LDL的主要受体[33]，并且可以在VSMCs中诱导，这表明在动脉粥样硬化中VSMCs转化为泡沫细胞的可能性[34]。该受体还可以识别未完全氧化的LDL，表明LOX-1在早期动脉粥样硬化形成过程中可能起作用[35]。促炎细胞因子，如ox-LDL、脂多糖(LPS)、活性氧(ROS)等，可能是巨噬细胞中LOX-1表达上调的有效诱因。动脉粥样硬化小鼠模型中，LOX-1基因的缺失或敲低可以减少斑块进展，减少炎症[36]。而高胆固醇血症小鼠中LOX-1的过表达会引起血管细胞凋亡增加，斑块的不稳定和动脉血栓的形成[37]。

这些结果表明，清道夫受体主导巨噬细胞摄取胆固醇的能力。巨噬细胞除了通过SRs摄取胆固醇以外，还可以通过吞噬和胞饮作用摄取修饰型低密度脂蛋白[38]。

2.3 巨噬细胞中的胆固醇处理机制 胆固醇酯的形成在巨噬细胞向泡沫细胞的转化过程中起着至关重要的作用。巨噬细胞具有先进的酶促机制，促进胆固醇酯的形成，胆固醇酰基转移酶1(Aeg cholesterol acyltransferases1,ACAT1)是一种可以将胆固醇转化为胆固醇酯的酶。新形成的胆固醇酯可通过两种酶水解：中性胆甾醇酯水解酶1和溶酶体酸性脂肪酶，从而将胆固醇酯分解成游离脂肪酸和胆固醇[39]。巨噬细胞还表达一系列膜泵，例如ATP结合盒(ABC)转运蛋白ABCA1和ACCG1，它们与清道夫受体SR-BI共同将胆固醇转运到细胞外，再通过高密度脂蛋白运回肝脏[40]。因此，胆固醇的酯化/去酯化之间的平衡可能决定巨噬细胞是否会转化为泡沫细胞。

3 miRNAs在泡沫细胞形成中的作用

微核糖核酸(miRNAs)是一类调节基因表达的内源性非编码核糖核酸。miRNAs已被证明在血管系统中起着关键的调节作用，具有广泛的生理病理效应。miRNAs的异常表达在动脉粥样硬化形成过程的(包括泡沫细胞的形成)各个阶段中均起着关键的作用[41]，如细胞表型转换、黏附分子表达、巨噬细胞对修饰型低密度脂蛋白的摄取和细胞胆固醇稳态。在巨噬细胞中，对胆固醇摄入，储存和流出的分子机制的调控是由多个miRNAs共同实现的，这对于维持血脂稳态至关重要。由于泡沫细胞的形成是促进动脉粥样硬化发展的，所以促进泡沫细胞产生的miRNAs可以被认为是促动脉粥样硬化的。与之相反，抑制泡沫细胞形成的miRNAs则具有抗动脉粥样硬化的作用。在巨噬细胞中，ABCA1和ACAT1的表达受到多个miRNAs的调节，这些蛋白在维持胆固醇和磷脂稳态中起关键作用。ABCA1是胆固醇逆向转运的主要泵，抑制该转运蛋白可促进泡沫细胞的形成。ACAT1催化胆固醇酯化，下调该酶可抑制泡沫细胞的生成。

miRNAs还可以通过控制参与胆固醇稳态调节的通路或基因的表达来间接影响这一机制。例如，miR-21、miR-133a和miR-223通过靶向Toll样受体4(TLR4)/核因子(NF)-κB信号来下调LPS诱导的脂质堆积和炎症。在人巨噬细胞中，miR-216a直接靶向胱硫氨酸γ裂解酶(CSE)基因的3’非翻译区，通过抑制CSE/H2S系统对ABCA1的表达产生负面影响。miR-134被证明通过抑制血管生成素样4(ANGPTL4)促进胆固醇沉积，ANGPTL4是一种分泌的不可逆的脂蛋白脂酶(LPL)抑制剂。

在经过LDL处理的THP-1巨噬细胞中，观察到miR-150依赖于脂联素受体2(AdipoR)的抑制引起胆固醇外流相关基因的激活，从而抑制泡沫细胞的形成。通过靶向HMG-box转录因子1(HBP1)，miR-155水平的增加被证明促进巨噬细胞向泡沫细胞的转化。最后，miR-486通过靶向组蛋白乙酰基转移酶1来控制ABCA1的表达，组蛋白乙酰转移酶1是一种表观遗传调节因子，通过在ABCA1基因的启动子上乙酰化组蛋白H4的赖氨酸5和12来促进ABCA1的产生。miRNAs通过促进或抑制细胞内脂质沉积和泡沫细胞的形成，在调节胆固醇动态平衡方面发挥重要作用。因此，miRNAs可能是动脉粥样硬化中改善胆固醇逆向转运和防止泡沫细胞产生的一个有前途的治疗靶点。

4 小结与展望

近年来，对动脉粥样硬化发展的各方面的深入研究，提高了对该疾病的总体认识。巨噬细胞不是泡沫细胞形成的唯一来源，内皮细胞和血管平滑肌细胞等也具有向泡沫细胞转化的能力。然而，在我们对动脉粥样硬化形成的理解中，促炎反应作为细胞内脂质积累的诱因，这是动脉粥样硬化进展的原因而不是结果。可以简单的将这一过程描述：修饰型低密度脂蛋白与细胞相互作用，从而刺激吞噬作用，诱导促炎细胞因子的释放，进而导致或加强细胞内脂质的积累。因此，在动脉粥样硬化的进展和退行过程中，更准确地确定病变中泡沫细胞形成的不同细胞来源和分子机制，更好地理解泡沫细胞的特性和功能，可以为预防和治疗动脉粥样硬化性疾病开辟新的途径。