趋化因子在动脉粥样硬化中的作用及研究进展

涂少文　陈云宪　唐良秋

【摘要】 动脉粥样硬化是一种累及中大型动脉的慢性炎症性疾病，是心血管疾病的潜在病因，其形成机制包括脂质沉积、单核细胞募集、泡沫细胞和纤维帽的形成。趋化因子及其受体密切调节着动脉粥样硬化斑块从形成致消退甚至破裂的整个过程。大量研究表明这个复杂的病理生理过程与趋化因子交互作用的功能多样性、细胞特异性和机体状态有关。这为寻找潜在的动脉粥样硬化治疗靶点带来困难。本文将对不同的趋化因子如何参与动脉粥样硬化病变发展的各个阶段做一综述。

【关键词】 趋化因子 动脉粥样硬化 冠状动脉疾病

The Role and Research Progress of Chemokines in Atherosclerosis/TU Shaowen， CHEN Yunxian， TANG Liangqiu. //Medical Innovation of China， 2022， 19（15）： -179

[Abstract] Atherosclerosis is a chronic inflammatory disease involving medium and large arteries and a potential cause of cardiovascular disease， its formation mechanisms include lipid deposition， monocyte recruitment， foam cell and fibrous cap formation. Chemokines and their receptors closely regulate the whole process of atherosclerotic plaque formation， regression and even rupture. A large number of studies have shown that this complex pathophysiological process is related to the functional diversity， cell specificity and body state of chemokine interaction. This makes it difficult to find potential therapeutic targets for atherosclerosis. This article will review how different chemokines are involved in the development of atherosclerotic lesions.

[Key words] Chemokines Atherosclerosis Coronary artery disease

First-author’s address： Yue Bei People’s Hospital， Guangdong Province， Shaoguan 512026， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2022.15.042

動脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）是一种累积中、大型动脉持续进展的慢性疾病，其形成机制的特征早期以血管平滑细胞、巨噬细胞及脂质在动脉内膜下聚集为主，随后胶原、弹力纤维及蛋白多糖等结缔组织增生形成具有明显特征的纤维帽，随着时间的累积，斑块生长阻塞动脉甚至破裂形成血栓，导致下游组织的缺血缺氧损伤，最终导致心脑血管不良事件的发生。而趋化因子（chemokines）参与到了上述AS斑块的发生、发展和消退的整个过程。目前，AS不能通过药物治疗逆转，因此需要更好地了解斑块形成的病理发生机制，以便往后有希望开发新的靶点或治疗策略来对抗这种死亡疾病。本文将对趋化因子及其受体如何在斑块的形成、进展和衰退各个过程发挥作用做一综述。

1 趋化因子的基本结构

趋化因子是一个结构相关的细胞因子家族，分子量一般在8～12 kDa，是最大的细胞因子家族[1]。根据其N末端保守半胱氨酸残基位置和数目的不同，该家族可分为C、CC、CXC和CX3C四个典型亚类[2]。趋化因子最初发现的功能是与趋化因子受体结合引导白细胞到炎症部位从而发挥趋化效应，然而近年来通过研究发现其不仅在细胞募集中起作用，还能影响细胞的内稳态与活化。趋化因子及其受体广泛并显著表达在内皮细胞、平滑肌细胞、巨噬细胞，这些细胞在AS的形成和发展中起重要作用。近年来各研究还发现了一组没有特定的N端半胱氨酸残基却能发挥趋化因子作用的一类细胞因子，被称为“类趋化因子功能”的趋化因子，如单核细胞游走抑制因子（macrophage migration inhibitory factor，MIF）[3]。

2 趋化因子在动脉粥样硬化初期形成中的作用

2.1 内皮的损伤与巨噬细胞的活化 AS普遍公认的形成机制是1973年提出的损伤-反应学说，以内皮细胞损伤为始动因素，随后内皮细胞发生一系列功能障碍，如渗透性增加，从而导致脂质尤其是低密度脂蛋白在内皮下的沉积。沉积的低密度脂蛋白易被氧化，它的其中一种成分溶血磷脂酸可以通过与血管内膜的溶血磷脂酸1和溶血磷脂酸3受体结合，刺激内皮细胞释放CXCL1趋化因子，CXCL1血清水平上升并与CXCR2受体结合以募集单核细胞和中性粒细胞到脂质沉积的血管壁[4-5]。内皮下和募集而来的巨噬细胞吞噬脂质并在细胞内膜中形成胆固醇和脂肪酸，胆固醇经过酯化会形成难以被巨噬细胞分泌的胆固醇酯。这些物质聚集在巨噬细胞内从而形成泡沫细胞，表现为粥样硬化斑块形成初期典型的脂质条纹特点。有研究发现注射CXCL1中和抗体可以减少病变处巨噬细胞的数量和斑块形成的范围，这可能是通过抑制上述巨噬细胞初期活化而实现的[6]。

2.2 趋化因子与单核细胞的募集 在人类和小鼠中，单核细胞根据表面抗原表达的不同可以分为经典、中间、非经典单核细胞[7]。单核细胞可以为趋化因子提供趋化因子受体，受体在不同单核细胞亚群中表达不同，从而使它们对不同的趋化因子易感，并最终导致不同的功能。其中，经典单核细胞在动脉粥样炎症反应中起着主导作用，它是迁移到内膜下并吞噬脂质形成泡沫细胞的主力军[8]。循环中单核细胞的计数，特别是经典单核细胞的计数，与小鼠斑块病变处巨噬细胞的积聚和AS病变形成的范围直接相关[6，8]，甚至与冠心病或心肌梗死的发生率直接相关[9]。

不同亚群的单核细胞可以通过相同或不同的趋化因子受体募集到粥样硬化斑块中。有研究将载脂蛋白E基因敲除（Apoe-/-）小鼠的动脉粥样硬化主动脉弓转移到相应趋化因子基因敲除的小鼠中，结果显示经典单核细胞主要通过CCR2/CCR5和CX3CR1发挥募集作用[10]。然而，另一研究表明经典单核细胞主要是以CCR1和CCR5发挥募集作用[6]。造成这种差异的原因可能是经典单核细胞的趋化因子受体并不是在所有情况下都直接参与了单核细胞的募集，从而影响了斑块的形成，如CCR2缺陷小鼠粥样斑块内单核细胞的减少可能是因为从骨髓释放入循环血液中单核细胞计数的减少，而不是募集作用减弱[11]。值得一提的是，虽然CCR1和CCR5都可以通过募集单核细胞参与初期斑块形成，但它们在整个炎症反应及AS形成发展的过程中作用似乎是矛盾的。CCR5缺乏且在高脂饮食喂养的小鼠显示更少的斑块进展，而CCR1缺乏的小鼠在早期即可发现更多的斑块进展[12]。

这种复杂的相互作用性不仅体现在细胞表型及受体，更体现在不同的机体环境中。在急性炎症时，小鼠以CCL2/CCR2和CCL7/CCR2依赖的方式从骨髓中动员经典单核细胞，提示它们在急性炎症条件下有促进单核细胞募集的作用。但是在高脂饮食小鼠模型中，CCL2与CCL7的浓度并没有上升[13]。而且，尽管缺乏CCR2的小鼠在稳态条件下循环中的经典单核细胞数量明显减少，但在高胆固醇血症下，这些小鼠中的单核细胞数量仍然增加[6]。以上研究说明趋化因子及其受体在单核细胞的募集中发挥着功能复杂的相互作用。鉴于这些趋化因子受体在大量不同类型的细胞上的表达，差异可能与其在病变进展中趋化因子作用的细胞特异性或者细胞表型及所处高脂血状态有关。

2.3 趋化因子与单核细胞的黏附及迁移 募集的单核细胞将通过黏附、游出的作用进入到内皮下组织。趋化因子与其受体的结合将引发一系列信号转导，激活整合素和选择素。单核细胞可以直接通过整合素VLA-4、LFA-1与内皮细胞黏附分子及细胞间黏附分子相互作用牢固地黏附于内皮细胞。除了这种直接作用外，事实上，循环中的血小板也可以通过趋化因子介导黏附作用。有研究观察到，与病变处的内皮细胞结合的血小板可以向具有CXCL16活性的外周血单核细胞（peripheral blood mononuclear cell，PBMC）提供CXCR6，表明内皮分泌的CXCL16和血小板CXCR6可以充当有效的PBMC黏附配体，诱导PBMC黏附于易动脉粥样硬化的血管壁，从而介导了PBMC与内膜的间接黏附作用[14]。血小板在这个过程中可以为单核细胞提供趋化因子并定位发生粥样硬化的斑块。血小板内富含CCL5、CXCL4等趋化因子，可以吸附CCR5和CCR1表型阳性的PBMC并将其牢牢固定在病变处[6]。因此，在缺乏CCR5或用马拉韦罗拮抗剂阻滞CRR5作用的小鼠实验中[12，15]，可以观察到AS中巨噬细胞数量的减少和病变范围的缩小。不仅如此，有研究指出CCL5还可以与CXCL4形成CCL5-CXCL4异构体，破坏这种异构体可以明显抑制AS病变的形成[16]。因此可以推论CCL5与其受体诱导的黏附作用还将会在其与CXCL4的相互作用下进一步加强。无论是直接黏附还间接黏附，这些游出到皮下的单核细胞在巨噬细胞集落刺激因子刺激下分化为吞噬细胞，与内皮下的吞噬细胞共同组成泡沫细胞。

3 趋化因子与动脉粥样硬化的进展与衰退

在斑块内，单核细胞来源的巨噬细胞被大量的趋化因子包围，所有这些趋化因子都在激活、增殖、存活和极化方面以不同的方式调节巨噬细胞的命运。清道夫受体（如CD36、SRA1）参与巨噬细胞摄取氧化低密度脂蛋白（oxidized low density lipoprotein，oxLDL），参与泡沫细胞的形成和斑块进展。其中CXCL16是一种具有清道夫受体活性的跨膜趋化因子。虽然在體外CXCL16的缺乏可以减少巨噬细胞对oxLDL的摄入，但是在体内CXCL16的缺乏会导致病变处巨噬细胞含量的显著增加，提示CXCL16具有动脉粥样硬化保护作用[17]。后续研究表明CXCL16可以上调两个关键胆固醇转运蛋白ATP结合盒转运蛋白A1（ATP-binding cassette transporter A1，ABCA1）和ATP结合盒转运蛋白G1（ATP binding cassette transporter G1，ABCG1）的表达，增加细胞内胆固醇流出至高密度脂蛋白和载脂蛋白A受体的效率，参与巨噬细胞胆固醇逆向转运，从而发挥出对动脉粥样硬化斑块的保护作用[18]。除此之外，CXCL5与CXCR2的结合也可以通过上调ABCA1的表达来限制巨噬细胞胆固醇含量和泡沫细胞的形成，从而发挥出在动脉粥样硬化中的保护作用[19]。可见ABCA1和ABCG1是泡沫细胞形成的关键蛋白。然而，CXCL4被发现既可以增加ABCA1的表达，增强胆固醇逆向转运，也可以与oxLDL结合增强巨噬细胞对它们的主动摄取[20]。虽然一些相互矛盾的发现表明趋化因子在巨噬细胞和泡沫细胞形成中的复杂作用，但这些研究清楚地强调了趋化因子直接影响泡沫细胞的形成，并被认为是未来可能的治疗靶点。

随着粥样硬化斑块的进展，内膜下的巨噬细胞内由于脂质和碎片的持续积累，过载的巨噬细胞最终会发生凋亡。研究发现CX3CR1/CX3CL1反应轴可以减少这种脂质过载而引起的细胞凋亡[21]。在CX3CR1缺乏且Apoe-/-的小鼠模型中也可以观察到病变处有更多的坏死的巨噬细胞，提示CX3CR1可以减少巨噬细胞的凋亡，增强巨噬细胞的生存能力，延缓粥样斑块衰退[22]。病变处泡沫细胞或巨噬细胞的迁出也是一个重要过程。在斑块消退的外科模型中，观察到由于泡沫细胞从AS病变向淋巴管的迁移，斑块大小因此而显著减小，当阻断CCR7的配体（CCL19和CCK21）时，这种迁移作用消失，提示CCR7介导了巨噬细胞在AS斑块退化中迁出病变的作用[23]。然而，在这个模型中，淋巴管和血管膜之间会发生自发地再吻合，因此可能导致巨噬细胞流向淋巴管的假阳性结果。尽管如此，仍有研究发现他汀类药物可以通过上调CCR7启动子的表达激活CCR7依赖的巨噬细胞迁移途径，促进AS的消退[24]。与这些结果相反的是，在用编码载脂蛋白E的腺病毒载体治疗Apoe-/-小鼠或和CCR7缺乏且Apoe-/-小鼠时，两种小鼠的动脉粥样硬化斑块大小和巨噬细胞含量减少并没有差异，说明载脂蛋白E诱导斑块消退和巨噬细胞减少并不涉及CCR7依赖的巨噬细胞的迁出，表明巨噬细胞迁移可能不是斑块消退的重要机制，其他控制巨噬细胞/泡沫细胞命运的机制可能占主导地位[25]。

4 趨化因子与斑块稳定性和心脑血管不良事件

Ⅴ期粥样斑块的纤维帽主要由平滑肌细胞（smooth muscle cell，SMC）分泌的胶原蛋白和弹性蛋白组成。纤维帽厚度通常用作斑块病变稳定性的量度，具有较厚纤维帽的病变更稳定且不易破裂。有研究发现，注射CXCL12的小鼠可以通过增加平滑肌祖细胞（smooth muscle progenitor cells，SPC）向病变斑块处的募集而发生更稳定的AS病变，其特征是纤维帽更厚[26]。更进一步研究表明，这种作用可以通过CXCL12/CXCR4轴诱导造血祖细胞在骨髓中的归巢和动员来解释[27]。不仅如此，有研究证实，在小鼠AS逆转模型中移植内皮祖细胞可以加强纠正血脂对动脉粥样硬化斑块的逆转作用，提示他汀类药物联合祖细胞动员疗法可以治疗AS[28]。这些结果都表明CXCL12诱导的SPC动员似乎是治疗不稳定AS的一种有前途的方法。然而，CXCL10在斑块稳定性中也起着重要的作用，尽管是有害的[29]。CXCL10的抑制结果导致斑块内相对更多的SMC，表明CXCL10本身将导致更薄的纤维帽。脆弱的病变，由薄的纤维帽组成，很可能破裂并导致血栓形成引起血管闭塞，最终引起心脑血管不良事件。

5 总结与展望

趋化因子在AS中的形成和进展的各个阶段中起重要作用。但是，这些复杂的相互作用除了表现在不同的趋化因子及其受体发挥着交互复杂的作用外，更表现在趋化因子相对应的细胞特异性及细胞表型在AS阶段特异性中的复杂作用。以趋化因子作为靶向药物治疗AS也引起了广泛的研究，如CX3CL1阻滞剂可以抑制单核细胞与内皮细胞黏附并减少AS的形成[30]，IL-8受体拮抗剂G319可以抑制血管平滑肌细胞的增殖和迁徙从而抑制AS的发展[31]，这些都具有潜在的治疗作用。然而开发有效而安全的治疗方法仍然很困难。这需要更多的研究阐明趋化因子及其受体的确切作用，甚至与临床实践结合，从而为更具体的治疗靶点创造机会。

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（收稿日期：2021-11-15） （本文編辑：张明澜）

①广东省韶关市粤北人民医院 广东 韶关 512026

通信作者：涂少文