植物雌激素对心血管内皮祖细胞的类雌激素保护作用的研究进展

孟园，李平，刘欣，袁晶

(北京中医药大学第三附属医院心内科，北京 100029)

心血管疾病(cardiovascular diseases，CVD)是引起死亡率升高和生活质量下降的主要因素之一，女性绝经后CVD的发生风险显著增加，可能与该时期雌激素水平降低有关[1]。研究发现，健康女性在绝经早期已出现明显的内皮功能下降，这是CVD的重要危险因素[2]。炎症、活性氧类及微RNA可导致内皮损伤及功能障碍，内皮损伤后可通过激活自身的吞噬功能进行修复，但损伤严重时则会出现炎症反应、氧化应激和血小板激活等，加速CVD的发生发展[3]。内皮祖细胞(endothelial progenitor cells，EPCs)是内皮前体细胞，属于干细胞系，在一定条件下可分化为内皮细胞，参与血管内皮修复，但其数量和功能有限，作用局限，且心血管危险因素的持久刺激亦会损伤EPCs的功能并致其老化。研究表明，雌激素能减轻炎症反应和氧化应激，提高一氧化氮(nitric oxide，NO)利用率，改善内皮功能障碍[4]。而外源性雌激素可能通过血管内皮对绝经后女性的CVD产生一定的保护作用，但需要综合评价开始治疗时间、药物剂型、剂量、配方及心血管不良事件评估等因素[5]。植物雌激素具有类雌激素样作用，能通过提高EPCs的数量和功能等改善血管内皮功能，具有抑制血管平滑肌增殖、舒张血管、抗氧化、抗炎症、抑制血栓形成等作用[6]，能延缓动脉粥样硬化、高血压、高血脂及糖尿病等的进展[7-8]。现就植物雌激素对心血管EPCs的类雌激素保护作用的研究进展进行综述。

1 内皮功能障碍与EPCs

血管内皮细胞为单层扁平细胞，具有一定的细胞再生能力，生理状态下，血管内皮可隔离血液和平滑肌层发挥屏障作用，维持血管的基本结构和功能，并分泌抗凝物质和NO等血管活性物质和细胞因子等，发挥抗炎、保持抗凝和促凝的平衡及血管舒缩平衡的作用。年龄、性别、高血压、高血脂、高血糖及高水平同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)等均是内皮功能障碍的独立危险因素，机体在上述因素影响下通过炎症、氧化应激及凋亡等介导造成血管内皮结构和功能损伤，即内皮功能障碍，其中NO的合成和利用障碍是发生内皮功能障碍的核心。内皮功能障碍主要表现为血管舒缩功能异常、促凝和抗凝失衡及炎症反应等，因此是高血压、动脉粥样硬化等发生的重要因素。

内皮损伤后内质网膜可将损伤或坏死物质包裹形成自噬小体，细胞通过自噬作用将受损的蛋白质和细胞器降解或排出，从而改善细胞功能、减轻氧化应激和炎症反应等，阻断内皮细胞的深度损伤[9]。同时，损伤周边区的内皮细胞可通过迁移、增殖等启动内皮再生功能，填补损伤区域。但内皮损伤严重、出现内皮功能障碍时，细胞的自噬和再生能力也减弱，难以进行大面积修复。借助干细胞进行修复为改善内皮功能障碍提供了新思路。进行内皮功能修复的干细胞有EPCs、多能胚胎干细胞和诱导性多功能干细胞等，EPCs因具有自体获得性、临床安全性和遗传谱系稳定等特点备受关注，不仅能修复损伤内皮，还具有强大的血管生成作用。

EPCs是指能分化为成熟内皮细胞和促进血管形成的细胞，由骨髓基质细胞分化而来，主要分布于骨髓、外周血、脾脏以及胎肝中，具有增殖、迁移、黏附、血管形成及旁分泌等功能。当机体受到缺血、缺氧等刺激损伤内皮细胞时，一方面EPCs通过旁分泌功能促进损伤区周边的内皮细胞增殖和迁移等，以修复损伤区域；另一方面EPCs在血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)和基质细胞衍生因子1等因子的动员下，可从成体骨髓迁移并黏附至损伤区，并不断进行增殖、分化为成熟内皮细胞，在损伤部位合并入内皮细胞层以参与修复受损的内皮细胞。

EPCs具有较强的复制能力，能改善内皮功能障碍，衰老、高血压、高脂血症、糖尿病、代谢综合征等对EPCs的数量和功能具有抑制作用[10-11]。EPCs对CVD的发生具有预测作用，循环EPCs水平降低及体外EPCs数量减少和功能下降可增加CVD的发生风险[12]。

2 雌激素的内皮保护作用及雌激素替代疗法

研究显示绝经前女性的循环EPCs水平明显高于绝经后女性，绝经后女性的EPCs水平与年龄匹配的男性无明显差别[13-14]，表明雌激素可能发挥了保护作用。雌激素能促进血管舒张、抑制氧化应激和炎症反应、调节脂质水平等[15]，具有血管保护作用，同时还能促进EPCs的增殖、迁移和黏附能力[16]，并显著改善由端粒酶活性和氧化应激损伤所致的EPCs衰老和凋亡[17]，抑制CVD的进程。

虽然雌激素能改善EPCs的数量和功能，具有一定的内皮保护作用，但目前激素替代疗法在CVD的适应证(包括应用年龄等)、不良反应和禁忌证等方面还存在争论。雌激素补充治疗对绝经后CVD具有一定的治疗作用，但可能增加高脂血症、静脉血栓和乳腺癌等发生风险[18]。研究表明激素替代疗法能减少绝经早期妇女(绝经<10年)的心力衰竭、心肌梗死等CVD的发生而不增加癌症、血栓的风险，但对于绝经晚期患者则无此作用[19]。有研究分别对绝经早期(绝经<6年)和绝经晚期(绝经≥10年)女性给予雌二醇干预，发现早期干预后动脉粥样硬化进展明显减缓，晚期则无明显作用[20]。但有研究指出心肌梗死史、脑卒中史、凝血障碍史等应为雌激素应用的禁忌证[21]。

3 植物雌激素的心血管内皮保护作用

植物雌激素是一种天然的非甾体类化合物，主要来源于中药材，可分为以下几类。①异黄酮类：主要来源于豆类，包括大豆异黄酮、染料木黄酮(又称染料木素)、葛根素等，也是研究较多的一类；②木脂素类：属植物次生代谢物，可经体内肠道菌群的作用转化而成，可来源于蔬菜、水果、谷物等，在芝麻和亚麻籽中含量最高，如去甲二氢愈创木酸、肠内酯和肠二醇等；③香豆素类：有补骨脂素、蛇床子素等；④萜类：如丹参酮ⅡA，三萜类(如三七皂苷R1、人参皂苷、柴胡皂苷d)；⑤其他：真菌类(如α-玉米赤霉醇)、二苯乙烯类(如白藜芦醇)。

酚类环是植物雌激素发挥雌激素效应的关键结构[22]，在人体内对雌激素受体的亲和力是雌二醇的万倍以上，可迅速与雌激素受体结合，主要通过与雌激素受体结合、作用于下丘脑-垂体-性腺轴、与芳香化酶相互作用等方式[23]发挥弱雌激素和抗雌激素的双重作用[24]。植物雌激素具有保护血管、改善血脂和血管炎症以及抗氧化等作用，能减少CVD和危险事件的发生，现从抗衰老、抗高血压、调节血脂、抗糖尿病和高糖状态以及改善炎性状态5个方面论述植物雌激素对心血管系统的保护作用。

3.1抗衰老 在没有其他危险因素作用的情况下，衰老本身会对机体造成不利影响，主要体现在机体组织和器官等功能的逐渐丧失。目前认为衰老主要包括氧化应激、端粒损耗、细胞凋亡和干细胞枯竭等[25]。①抗氧化应激：正常状态下，细胞线粒体、内质网及过氧化物酶体的代谢等均可产生自由基，通过机体的抗氧化酶系统(超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶等)和非酶类抗氧化剂(谷胱甘肽、维生素E、维生素C等)进行清除。机体自由基的产生与抗氧化系统发生失衡、自由基产生过多时，可造成细胞膜脂质过氧化增强、蛋白质功能障碍、核酸和染色体破坏等，引起细胞衰老和凋亡，导致细胞功能损伤和障碍。核因子E2相关因子2(nuclear factor-erythroid 2 related factor 2,Nrf2)是机体抗氧化通路的重要转录因子，细胞受到氧化刺激时，Nrf2解离并与抗氧化反应组件结合，启动下游基因-血红素加氧酶-1(heme oxygenase-1,HO-1)表达以抑制还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase，NOX)活性和减少活性氧类的产生。葛根素能调节超氧化物歧化酶和丙二醛水平、上调细胞HO-1和Nrf-2蛋白表达，减轻EPCs氧化损伤，其机制可能与Nrf2/HO-1通路的激活有关[26]。过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator-activated receptor,PPAR)是一类核转录因子，属于核激素受体超家族，能调节脂质代谢、血管炎症和细胞增殖等过程。白藜芦醇通过激活PPARγ/HO-1信号通路，降低NOX表达，从而抑制氧化反应对EPCs的损伤[27]。沉默信息调节因子1属于蛋白质脱乙酰基酶家族，可通过下游蛋白核因子κB、NOX和超氧化物歧化酶等来调控氧化应激、细胞衰老和凋亡，保护血管内皮[28]。但沉默信息调节因子1的水平和活性可随年龄的增加而逐渐下降，柚皮苷能激活沉默信息调节因子1酶活性和增强沉默信息调节因子1表达，并抑制活性氧类、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6)的产生[29]。②抗端粒耗损：端粒酶可阻止端粒极短时激活的细胞衰老[30]，白藜芦醇可通过激活蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)信号转导提高端粒酶活性，延缓EPCs的衰老[31]。③抗细胞凋亡：胱天蛋白酶(caspase)是一类在细胞凋亡和炎症反应中起关键作用的蛋白水解酶，caspase-3是细胞凋亡途径中的必备物质，Bax和Bcl-2是细胞凋亡的关键蛋白，白藜芦醇能抑制促凋亡蛋白Bax及caspase-3蛋白的表达，促进抗凋亡蛋白Bcl-2的表达，从而抑制EPCs凋亡，增加EPCs数量和功能[32]。槲皮素属于黄酮类雌激素，能通过激活胞外信号调节激酶通路启动EPCs自噬程序，保护EPCs免受氧化损伤[33]。

3.2抗高血压 高血压是CVD的重要危险因素，随着雌激素水平的降低，绝经后高血压的发生率不断增加，能通过肾素-血管紧张素-醛固酮系统机制和内皮系统机制等造成内皮功能障碍。高血压患者发生内皮功能障碍的原因可能与氧化损伤[34]和炎症[35]等有关。内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)是NO合成中的关键酶，其活性与钙调素有关。金雀异黄素[36]和槲皮素[37]均能降低自发性高血压大鼠的血压水平，其机制可能与增加钙调素-1表达和减少活性氧类产生从而提高eNOS活性有关，金雀异黄素还能通过G蛋白偶联途径促进eNOS磷酸化和自发性高血压大鼠的内皮舒张，改善内皮功能[38]。与周龄的京都Wistar大鼠组相比，自发性高血压大鼠中骨髓来源的EPCs的增殖、迁移、黏附功能及NO分泌能力等明显降低[39]。葛根素能抑制活性氧类生成、降低TNF-α、IL-6及黏附分子等的表达，减轻血管紧张素Ⅱ对EPCs的损伤，其可能是通过激活胞外信号调节激酶1/2-Nrf2通路抑制炎症和氧化损伤发挥作用[40]。

H型高血压是指伴有高水平Hcy的原发性高血压，高水平Hcy是动脉粥样硬化和血栓等CVD的重要危险因素。Hcy是蛋氨酸和半胱氨酸代谢的中间产物，当Hcy出现代谢障碍或肝肾功能不全时，体内Hcy升高，通过氧化应激、炎症反应、细胞凋亡及甲基化等机制抑制EPCs的数量并削弱其功能。Hcy促进EPCs凋亡的途径可能有激活促分裂原活化的蛋白激酶通路和caspase、抑制磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)/Akt等[41]。蛋白激酶C活化途径是Hcy代谢障碍和氧化损伤的重要通路，其中蛋白激酶C亚型β是Hcy的主要靶点，严重的高Hcy血症可通过蛋白激酶C激活单核细胞NOX，从而导致氧化应激和内皮功能障碍[42]。人参皂苷Rb1能激活PI3K/Akt通路，抑制蛋白激酶C活化，减轻Hcy诱导的氧化损伤和细胞凋亡[43]。基质细胞衍生因子1和VEGF是EPCs的重要动员因子，能将成体骨髓中的EPCs动员至外周血，基质细胞衍生因子1/CXC趋化因子受体轴在EPCs动员、归巢和迁移中发挥重要作用。人参皂苷Rb1通过激活VEGF/p38促分裂原活化的蛋白激酶和基质细胞衍生因子1/CXC趋化因子受体4通路来改善EPCs的功能[44]。研究显示，Hcy能通过Akt/eNOS通路抑制内皮功能[45]，α-玉米赤霉醇可升高主动脉eNOS表达水平，降低Hcy水平，减轻血管内皮损伤[46]。

3.3调节血脂 血脂水平在动脉粥样硬化、冠心病等CVD中发挥着重要作用，与男性相比，绝经后女性脂质代谢开始出现紊乱，主要表现为总胆固醇、三酰甘油、低密度脂蛋白水平升高和高密度脂蛋白水平下降，并成为CVD的重要危险因素之一。载脂蛋白B是重要的脂解酶，主要通过结合和转运脂质来调节血脂平衡。肝脏合成的载脂蛋白B减少能抑制极低密度脂蛋白的聚集和分泌，从而导致低密度脂蛋白合成减少。大豆异黄酮具有较强的雌激素活性，能明显改善血脂代谢紊乱，可能与肝脏中载脂蛋白B mRNA的表达降低、调节肝代谢有关[47-48]。研究表明高脂血症患者中EPCs功能降低，包括黏附、迁移和成管能力，同时NOX-2和NOX-4的表达和活性增加，NOX可促进组织活性氧类生成增加，表明高脂血症患者中EPCs功能的损伤可能与氧化应激相关[49]。PPARα能促进三酰甘油的分解、脂肪酸的转运、β-氧化及酮体生成等过程，提高脂蛋白脂酶活性促进极低密度脂蛋白和低密度脂蛋白降解；PPARβ能增强三酰甘油的代谢过程和调节载脂蛋白B水平，从而调节血脂水平。Formononetin(黄芪的根部提取物)的合成衍生物——XH601能显著降低高脂饮食仓鼠的血清三酰甘油、总胆固醇、低密度脂蛋白、载脂蛋白B和载脂蛋白E水平，升高高密度脂蛋白水平，其机制可能与上调PPARα和PPARβ的表达有关[50]。人参皂苷Rg3能逆转氧化型低密度脂蛋白诱导的内皮功能障碍，抑制内皮细胞中血管细胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)和细胞间黏附分子-1(intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1)的分泌及单核细胞黏附，还能降低高脂小鼠中低密度脂蛋白、VCAM-1和ICAM-1水平，升高高密度脂蛋白水平，其机制可能与上调PPARγ的表达和抗炎作用有关[51]。三七总皂苷可明显改善血脂异常患者EPCs的数量[52]，葛根素不仅能改善高脂血症患者的脂质代谢水平，还能提高NO并降低ET-1水平来改善内皮功能[53]。VEGF是EPCs的重要动员因子，可促进EPCs从成体骨髓动员至外周血，再归巢至损伤区。人参皂苷Rh2可能通过升高外周血EPCs数量及血清VEGF水平来改善EPCs功能，以降低高脂饮食下缺血再灌注损伤大鼠的血脂水平，降低CVD发病率[54]。

3.4抗糖尿病和高糖状态 糖尿病是一种慢性代谢疾病，可引发多种CVD和危险事件，并成为2型糖尿病患者死亡的主要原因。内皮功能障碍可能是糖尿病引发心血管并发症的重要原因，而高血糖和胰岛素抵抗能抑制EPCs的主要功能，促进其凋亡，加重内皮功能障碍[55]。有研究表明，糖尿病患者可通过抑制相关通路、增加晚期糖基化终末产物生成、促进氧化损伤和炎症反应、影响细胞自噬及促进细胞凋亡等降低EPCs功能[56]。PI3K/Akt通路不仅通过调控eNOS来促进NO的生成，进而改善EPCs的迁移和动员，该通路本身对EPCs的增殖和动员也有调节作用。晚期糖基化终末产物是糖类、蛋白质和核酸上的氨基经非酶促反应和翻译修饰而成的终末产物，并主要通过与血管内皮细胞上的晚期糖基化终末产物受体结合启动炎症反应和氧化应激，造成内皮功能障碍和血管损伤。晚期糖基化终末产物的累积可致Syndecan-4(Synd 4)脱落，进而损伤细胞功能。Synd 4是一种细胞表面硫酸乙酰肝素蛋白多糖，具有促进EPCs迁移、黏附及血管生成的作用[57]。淫羊藿苷能改善高糖诱导的EPCs功能障碍，提高其增殖、迁移和血管形成能力，可能与激活Akt/eNOS/NO通路有关[58]。白藜芦醇能抑制晚期糖基化终末产物诱导的EPCs上的Synd 4脱落，改善EPCs的损伤及功能异常，并通过调节Synd 4/Akt/eNOS通路逆转EPCs功能障碍[59]。丹参酮ⅡA能增加外周血中基质细胞衍生因子1水平和上调CXC趋化因子受体4表达，促进EPCs从骨髓动员至外周血[60]。有研究显示，丹参酮ⅡA联合葛根素可降低糖尿病大鼠血清胰岛素水平及主动脉中单核细胞趋化蛋白-1、TNF-α、VCAM-1和ICAM-1表达等，其机制可能与抑制炎症反应相关[61]。

3.5改善炎性状态 长期慢性炎症是多种CVD发生发展的核心过程和重要危险因素，炎症分子、趋化因子、转录因子、黏附分子、白细胞介素和VEGF等是炎症和慢性CVD发生的重要介质[62]。研究发现，木脂素的摄入量与血管炎症和内皮功能障碍呈负相关[63]，核因子κB途径是沟通炎症反应和CVD的重要信号通路，正常状态下存在于细胞质，与其抑制性蛋白结合而处于未活化状态。内皮损伤后，在IL-6和TNF-α等炎症因子刺激下，核因子κB与抑制性蛋白分离、活化并转移至细胞核，可调控多种细胞因子、炎症介质及氧化相关酶等的表达。丹参酮ⅡA具有抗炎作用，能抑制TNF-α诱导EPCs分泌VCAM-1和ICAM-1，可能与阻断核因子κB途径和降低EPCs黏附作用有关[64]。环腺苷酸是一种信号分子，能激活下游分子cAMP依赖性蛋白激酶A，并通过cAMP反应元件组合蛋白，引发内皮通透性增加和屏障受损，造成内皮功能障碍[65]。金雀异黄素能改善TNF-α诱导的血管内皮炎症，降低ICAM-1、VCAM-1、单核细胞趋化蛋白-1和IL-6等炎症因子水平，可能与抑制cAMP/蛋白激酶A通路有关[66]。Krüppel样因子属于转录因子家族，与细胞增殖、发育和凋亡等相关，Krüppel样因子2则主要负责细胞迁移和血管运动功能等，白藜芦醇能通过上调Krüppel样因子2表达抑制TNF-α诱导的炎症损伤，降低EPCs中VCAM-1、ICAM-1表达，提高EPCs的迁移、黏附和血管生成能力[67]。

4 展 望

作为干细胞系之一，EPCs有广阔的临床应用前景，但直接应用可能会由于缺氧和缺乏营养等导致EPCs功能下降或出现异常，因此需进行改良，如可将多种生长因子、基因、药物等整合至EPCs中，增强其功能。EPCs作为干细胞疗法目前仍处于基础研究阶段，需考虑其应用时机、应用方式、应用细胞类型等因素。尽管植物雌激素能显著改善EPCs的功能，促进血管内皮修复，具有抗炎症、抗氧化损伤和舒张血管等心血管保护作用，并可降低绝经后女性的CVD发病率，但目前植物雌激素的研究仍存在多种问题：①大多数研究处于基础实验阶段，缺乏临床研究；②植物雌激素种类繁多，生物特性和作用机制存在差异，无统一的评判标准；③植物雌激素的类雌激素作用机制阐述不深入且不全面等。因此，应以祖细胞为切入点，深入研究植物雌激素在心血管疾病中发挥的作用和机制，以更好地指导CVD的临床治疗。