易损斑块的病理组织学特征和机制研究现状

陈威宇 肖晗 郭丽君

100191 北京大学第三医院心血管内科

易损斑块概念的提出源自20世纪80年代后期，强调易损斑块和(或)其结局斑块破裂继发腔内血栓，是急性冠状动脉综合征(acute coronary syndrome，ACS)的病理基础。研究发现，约2/3的ACS患者被证实合并斑块破裂，但目前以易损斑块为导向的个性化风险评估和指导治疗的效果较差，因此，人们对易损斑块概念的有效性提出了质疑[1-2]。本文将复习新近的研究和系统综述文献，针对易损斑块及其破裂结局的病理组织学特征和机制等问题进行综述。

1 易损斑块和破裂斑块的病理组织学特点

病理研究发现，易损斑块最常表现为薄纤维帽粥样斑块(thin-cap fibroatheroma，TCFA)，斑块纤维帽厚度常小于65 μm，斑块坏死核心约占斑块总面积的23%，斑块内血管平滑肌细胞稀少，伴有大量巨噬细胞浸润，这些特征与破裂斑块的病理最为接近，被认为是斑块破裂的前体。

其他类型的易损斑块有病理性内膜增厚、厚纤维帽粥样斑块和钙化斑块伴腔内钙化结节、斑块内胆固醇结晶和新生血管生成等[2-5]，这些特征的斑块均可通过不同的机制诱发腔内血栓形成或斑块破裂。病理性内膜增厚被认为是早期的进展期粥样硬化病变，其特征是内膜层近中膜层形成脂核，多为丰富的蛋白聚糖及脂质沉积，尚无含坏死细胞的坏死核心形成，其引起腔内血栓的原因可能与斑块侵蚀相关。厚纤维帽粥样斑块则与TCFA相对应，纤维帽较厚，较大的坏死核心远离血管腔，少有单核巨噬细胞及淋巴细胞浸润，也是发生斑块侵蚀的主要病理类型。钙化斑块伴腔内钙化结节多发生于高度钙化的动脉，其特征为腔内可见“喷发式”凸出的钙化结节，其表面缺乏内皮及胶原附着，可诱发富含血小板的血栓。且纤维帽中微钙化的存在可使心脏周期中作用在纤维帽上的机械张力增大而诱发斑块破裂[4]。斑块内胆固醇结晶通过撕裂斑块表层和(或)增大斑块体积造成机械损伤，诱发血栓形成，还可促进斑块局部炎症。斑块内新生血管壁缺乏适当的完整结构，脆性和渗透性强，一方面容易破裂导致斑块内出血，增加斑块体积和纤维帽张力，另一方面是血液成分和细胞因子直接进入斑块形成恶性循环，诱发斑块破裂。

易损斑块最常见的结局是斑块破裂和(或)血栓形成。破裂斑块的病理组织学表现是具有较大的坏死核心，坏死核心平均占斑块面积的34%，临近破裂处纤维帽厚度接近23 μm，95%的纤维帽厚度小于65 μm，纤维帽断裂处有大量巨噬细胞和淋巴细胞浸润，以巨噬细胞为主，平滑肌细胞稀疏，多伴腔内血栓形成，血栓直接与坏死核心相连[2-3]。

近年来涌现出的腔内影像学技术，如血管内超声(intravascular ultrasound，IVUS)、近红外光谱(near infrared spectroscopy，NIRS)、光学相干断层显像(optical coherence tomography，OCT)以及一些尚在开发阶段的技术(NIRS-IVUS、OCT-NIRS等)可一定程度地在体评估易损斑块[6]，其中OCT被认为是评估斑块成分和形态最准确的手段。

Stefanadis等[5]总结了薄纤维帽斑块的组织形态特征和临床“罪犯”倾向的易损斑块特征，见表1、2。

表1 薄纤维帽粥样斑块的组织形态学特征[5]

表2 临床“罪犯”倾向的易损斑块特征[5]

2 易损斑块和破裂斑块的病生理机制

易损斑块和破裂斑块的病生理机制涉及炎症细胞聚集、炎症介质释放、泡沫细胞死亡、平滑肌细胞凋亡、细胞外基质分解等过程。新生血管、交感神经激活、纤维帽钙化、胆固醇结晶与生物力学变化等也是斑块破裂的重要因素。

2.1 单核巨噬细胞

聚集于粥样斑块处的单核细胞，通过释放细胞因子如肿瘤坏死因子α(tumour necrosis factor，TNF-α)、白细胞介素1/6(interleukin，IL-1/-6)、血小板源性内皮细胞生长因子、生长转化因子α/β(transforming growth factor，TGF-α/-β)，促进凝血瀑布，参与活性氧簇介导的细胞损伤并向巨噬细胞转化参与斑块破裂，是破裂斑块炎症的始动因子[7-8]。

巨噬细胞分泌的一些蛋白酶(金属蛋白酶)能降解细胞外基质，是使纤维帽变薄断裂的重要因素。金属蛋白酶家族主要包括基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)、解整合素金属蛋白酶(a disintegrin and metalloproteinase，ADAM)和人类含Ⅰ型血小板结合蛋白基序的解整合素金属蛋白酶(a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin type 1 repeats，ADAMTS)。其中，MMP-9、ADAMTS-7被认为能够增加斑块的不稳定性。Pahk等[9]发现，在ApoE基因敲除小鼠中，使用CD147-CypA拮抗剂SP-8356能够抑制其下游MMP-9的活性，缩小颈动脉斑块脂质核心的面积，增加纤维帽厚度，增加斑块稳定性。Bengtsson等[10]在201例颈动脉斑块剥脱术后患者的斑块组织研究中发现，血中ADAMTS-7水平升高的患者，斑块内平滑肌细胞减少、细胞外基质中胶原和弹性蛋白水平降低，同时发现有脑血管病症状的患者血中ADAMTS-7水平更高，且随访期内血中ADAMTS-7水平升高的患者有更高的术后再发脑血管事件风险，提示升高的ADAMTS-7可能增加斑块的不稳定性。

斑块内巨噬细胞凋亡增加和功能下降是斑块坏死核心增大的重要原因。参与巨噬细胞凋亡过程的有经典通路核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)通路、干扰素(interferon，IFN)通路和Toll样受体2/4(toll like receptor 2/4，TLR2/4)通路[11]，以及近年发现的内质网应激(endoplasmic reticulum，ER)通路[8]。ER是细胞在各种刺激下，出现如蛋白合成、钙调节和细胞氧化还原代谢等功能的反应性失调。ER的直接反应是非折叠蛋白反应子(unfolded protein response，UPR)的表达，可能涉及下列促巨噬-泡沫细胞凋亡通路[8，11-12]：(1)C/EBP同源蛋白(C/EBP-homologous protein，CHOP)途径；(2)内质网应激活化抑制NF-κB、蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)和p38a以及细胞自噬等代偿性细胞存活通路；(3)在ER应激活化环境下，固有免疫模式识别受体(pattern recognition receptors，PRRs)(主要包括清道夫受体和TLR)被激活，通过增强烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶反应和氧自由基途径促进凋亡和抑制细胞存活途径；(4)脂质代谢异常可能通过内质网应激的肌醇需求酶1(inositol requiring protein-1，IRE1)通路介导巨噬细胞凋亡。

在正常生理情况下，吞噬细胞有足够的功能储备应对巨噬细胞凋亡增加；吞噬细胞功能障碍时，则不能及时清除凋亡巨噬细胞进而使坏死核心逐渐增大[13]。目前，吞噬细胞功能下降的机制尚未完全清楚，很多通路可能与吞噬细胞功能下降有关：(1)巨噬细胞吞噬受体(Mer receptor tyrosine kinase，MerTK)裂解，直接抑制了吞噬作用[14]；调控MerTK的通路，如CaMKIIγ/ATF6/LXRα通路能够抑制MerTK的表达而间接抑制吞噬细胞的吞噬作用[15]；(2)TNF-α通过NF-κB1通路促进抗吞噬分子CD47的表达来抑制吞噬细胞功能[16]；(3)干扰素调节因子5(interferon regulatory factor 5，IRF-5)能通过促进巨噬细胞CD11c表达来抑制其吞噬作用[17]。

2.2 淋巴细胞亚群

淋巴细胞亚群的构成改变，促炎与抗炎平衡被打破，可能是增加斑块不稳定性的原因。斑块处最多的淋巴细胞亚群辅助性T细胞1(T helper 1 cell，Th1)，即CD4+细胞，是促炎因子如IFN-γ、TNF-α的主要来源，其亚型CD4+CD28nullTh1细胞，既能分泌IFN-γ和TNF-α，调节单核巨噬细胞的趋化和功能，并且能分泌穿透素和颗粒酶损伤内皮和平滑肌细胞，还能抵抗调节性T细胞(regulatory T cells，Tregs)的炎症抑制作用[18]。CD4+CD25+Tregs是T细胞中主要起抗炎作用的亚群。Meng等[19]在ApoE-/-小鼠颈动脉粥样硬化模型中的研究发现，注射Tregs显示了剂量依赖性的稳定斑块作用，高剂量Tregs可增加Foxp3(Tregs功能的标志性转录因子)以及抗炎因子TGF-β和IL-10的表达，同时降低单核细胞趋化蛋白1(monocyte chemotactic protein，MCP-1)、TNF-α、IL-6以及MMP-2和MMP-9的表达，使动物颈动脉斑块破裂率明显降低，斑块内平滑肌细胞、胶原成分增加，巨噬细胞浸润减少。贾敏等[20]发现，在经IVUS确定的易损斑块患者中，外周血Tregs的水平是显著降低的，而外周血微小RNA-155的水平和Tregs的水平呈正相关，提示微小RNA-155可能参与Tregs的稳定斑块作用。Liuzzo等[21]发现，与稳定性心绞痛患者比较，ACS患者血中CD4+CD28null细胞的水平显著升高，而Tregs则显著降低，提示CD4+CD28null与Tregs所代表的促炎与抗炎的平衡紊乱可能是斑块破裂的重要因素。

其他T细胞亚型的功能并非仅发挥单一的保护或促进斑块进展作用，如Th2及其分泌的IL-5和IL-13，被认为是抑制斑块进展的保护因子，但其标志性分泌物IL-4，又被认为是促斑块因子[22]。Th17及其分泌的IL-17作用也存争议，在LDLr-/-小鼠中，上调Th17细胞与其分泌的IL-17，能增加纤维帽胶原的合成；而在ApoE-/-小鼠，拮抗IL-17也增加纤维帽厚度及其胶原含量[23]。对于自然杀伤T(natural killer T，NKT)细胞，Li等[24]将NKT细胞转入T、B细胞缺陷的ApoE-/-，Rag2-/-小鼠可见斑块面积增加和巨噬细胞聚集，实验提示NKT细胞可能通过分泌穿透素和颗粒酶B上调血管细胞粘附分子1和MCP-1的水平而发挥促斑块作用。

2.3 斑块内新生血管

不稳定斑块局部炎症因子如血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor，FGF)、血小板源性生长因子(platelet-derived growth factor，PDGF)、TGF-β及缺氧环境相关的缺氧诱导因子能促进斑块内血管增生，而这类血管在发育过程中常伴有缺陷和异常，易出现渗漏甚至破裂，导致斑块内出血，使炎症细胞进入斑块，诱发斑块不稳定或破裂[25]。OCT检查发现，有新生血管的病变斑块破裂的发生率显著高于无新生血管的病变，且纤维帽厚度更薄，TCFA斑块的检出率更高[26]。Mao等[27]用病毒载体向兔颈动脉斑块转染VEGF-A、FGF-2和PDGF-BB发现，过表达VEGF-A、FGF-2增加斑块新生血管、导致斑块内出血和斑块劈裂，值得一提的是，同时过表达FGF-2和PDGF-BB能够促进新生血管成熟和VEGF受体降解，反而起到增加斑块稳定性的作用。Van der Veken等[28]在小鼠中用阿昔替尼(Axitinib)拮抗VEGF治疗可以减少斑块内新生血管、巨噬细胞聚集及斑块内出血，增加平滑肌细胞容量，使心肌梗死的概率减少达40%。

2.4 纤维帽微钙化和胆固醇结晶

平滑肌细胞凋亡和巨噬细胞释放基质囊泡是内膜微钙化发生的关键机制，微钙化增加斑块不稳定性的机制可能为增大纤维帽局部张力，放大心脏周期中施加在纤维帽上的机械力[4]。近年来学者发现，在急性心肌梗死患者罪犯血管中，18氟化钠正电子发射计算机断层显像测定的微钙化活性显著高于非罪犯血管[29]。

胆固醇结晶可机械损伤斑块导致斑块裂隙生成、斑块体积增大，同时间接参与炎症反应，如巨噬细胞在吞噬胆固醇晶体过程中介导了促炎因子IL-1的分泌[4]。临床研究提示，针对IL-1β的人单克隆抗体Canakinumab治疗心肌梗死伴有残余炎症持续状态的高危患者，显著降低了严重心脏和脑不良事件的风险[30]。

2.5 交感神经激活

Xiao等[31]在小鼠研究中发现，去甲肾上腺素通过β1受体-NLRP3通路，上调IL-18表达，进一步启动下游的炎症瀑布。炎症反应是斑块不稳定的关键环节，临床研究中OCT检查明确合并斑块破裂或TCFA的患者，其血清IL-18水平显著升高[32]。

2.6 生物力学因素

管壁剪切力(shear stress，SS)亦被称为内皮剪切力，是血液在血管内流动时作用于血管表面的摩擦力，在血管分叉、迂曲以及狭窄病变的下游肩部降低。管壁剪切力起斑块保护作用，低剪切力通过增加内皮对脂质的摄取，促进MMP过表达，募集炎症细胞等多种途径导致斑块不稳定[33]。临床研究证实，低剪切力是预测斑块负荷增加和管腔变狭窄的独立危险因子[34]。

斑块结构应力(plaque structural stress，PSS)是动脉压引起血管扩张或延展后，最终作用于血管壁或粥样斑块体部的应力，与斑块成分和形态相关，参与斑块破裂[33]。PSS在狭窄病变的上游肩部以及薄纤维帽处升高，高PSS能够促进巨噬细胞聚集、MMP表达、抑制平滑肌细胞活性，导致基质降解、纤维帽变薄，高PSS可能与斑块内新生血管相关，能够诱发新生血管破裂和斑块内血肿。Costopoulos等[35]对比了64例经冠状动脉IVUS和OCT诊断的破裂斑块及非破裂斑块的PSS值，发现破裂斑块组PSS值显著高于非破裂斑块组，受试者工作特征曲线分析显示PSS>135 kPa联合IVUS测定纤维粥样硬化斑块负荷>70%能够预测斑块破裂。

3 小结

易损斑块是ACS的主要病理学基础，腔内影像学和分子影像学技术可在体评估易损斑块。动脉斑块破裂的发生机制复杂，炎症反应、新生血管、斑块内钙化或胆固醇结晶、血管壁生物力学因素等通过复杂的通路参与斑块不稳定或破裂，为冠心病患者的预防和治疗提供了新的思路和靶点。金属蛋白酶、淋巴细胞亚群等炎症因子的检测和新生血管形成、结构应力等斑块特征的识别，能帮助我们预测冠心病患者预后。近年来针对斑块炎症的治疗，IL-1β单克隆抗体Canakinumab的大型临床试验也显示了其降低心血管事件的效果，但更多的治疗靶点仍在动物实验阶段，如抑制MMPs活性、抑制新生血管生成的治疗等。进一步理解动脉斑块发展和破裂机制对指导临床治疗至关重要。

利益冲突：无