内皮细胞氧化应激对动脉粥样硬化发病过程的作用机制*

王 玲综述 蒲里津审校

内皮损伤-反应学说是目前最为公认的动脉粥样硬化发病机制之一，而内皮细胞损伤则是动脉粥样硬化形成的起始步骤和最重要因素。内皮细胞在生理情况下将血液和血管、器官组织分离开来，发挥抗凝、调节血管稳态、维持血管紧张度、调节血液和组织之间液体及分子交通等重要作用[1]。内皮细胞功能障碍在粥样硬化中的重要作用表现在以下方面：(1)内皮细胞通透性改变导致循环低密度脂蛋白(Low Density Lipoprotein，LDL)渗透至内皮下增多，继之形成氧化型低密度脂蛋白(Oxidized Low Density Lipoprotein，ox-LDL)，是粥样硬化斑块的主要成分,也是驱动泡沫细胞形成的关键因素。(2)内皮细胞功能障碍引发血管内环境促凝和促炎倾向。受损的内皮细胞释放炎症因子增多，导致平滑肌细胞增殖及循环血单核细胞趋化形成巨噬细胞，吞噬ox-LDL形成泡沫细胞，后者分泌的细胞因子进一步加剧炎症、氧化应激和血小板激活黏附，终致粥样硬化斑块形成[2]。(3)内皮细胞分泌舒血管活性物质减少、缩血管活性物质增加，引起血管收缩舒张功能紊乱[3]，为粥样硬化形成奠定有利条件。而在内皮细胞功能障碍致动脉粥样硬化发生发展过程中，氧化应激诱导细胞肥大和信号传导异常，引起细胞坏死和凋亡[4]，和/或直接导致内皮细胞通透性增加，内皮下LDL积聚增多，氧化应激同时干扰体内脂质代谢，参与LDL氧化，造成ox-LDL形成增加，泡沫细胞显著增多[5]，加速动脉粥样硬化的疾病进程；氧化应激还能活化炎症因子，加重内皮细胞损伤，引起胶原合成减少、纤维帽变薄和斑块失稳，诱发急性血栓事件。因此，氧化应激是导致内皮细胞功能障碍的首要原因之一，对动脉粥样硬化的形成具有重要意义。本文综述氧化应激损伤内皮细胞在动脉粥样硬化过程中的作用机制。

1 氧化应激的直接作用机制

机体氧化还原体系的平衡维持着生物体内环境的稳定，在细胞信号传导、基因表达、抵御外来微生物入侵、维持细胞正常生长和坏死等进程中发挥着至关重要的作用。活性氧(Reactive Oxygen Species, ROS)生成增加和/或抗氧化体系活性减弱将导致氧化还原平衡打破，对DNA、脂类和蛋白质等细胞大分子造成损伤。

1.1 氧化应激导致内皮细胞一氧化氮合成减少、生物利用度降低

血管内皮细胞是一氧化氮(Nitric Oxide，NO)产生的主要场所。NO对血管舒张的调节是血管系统中最重要的动脉粥样硬化防御机制。腺苷5'-单磷酸依赖的蛋白激酶(Adenosine 5’-Monophosphate - Activated Protein Kinase, AMPK)作为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)负调节剂，通过降低NOX的表达，从而预防血管氧化损伤和内皮功能障碍，是他汀类药物作用靶标之一。NO能激活AMPK，促进内皮祖细胞动员并向内皮细胞分化，修复内皮细胞的损伤。氧化损伤引起NO减少，AMPK通路抑制，延迟内皮细胞的修复，为粥样硬化形成提供有利条件。除导致NOX增加外，氧化应激引起黄嘌呤氧化酶、环氧合酶、脂氧合酶、髓过氧化物酶和细胞色素P450单加氧酶等多种氧化酶上调，产生大量ROS，均能够迅速与NO结合，形成高活性的过氧亚硝酸盐中间体，导致NO含量和生物利用率降低[9]，同时促进蛋白质硝化，引起内皮功能障碍和死亡[10]。过量ROS干扰内皮细胞NO信号传导、介导NO合酶解耦连[11]，使内皮细胞介导的血管舒张和收缩功能紊乱，血管壁张力增加，加速粥样硬化形成。

1.2 氧化应激是ox-LDL生成的直接驱动力

Ox-LDL具有显著细胞毒性，很容易被巨噬细胞和平滑肌细胞吞噬,引起胆固醇积聚和泡沫细胞形成，是动脉粥样硬化形成的最主要驱动因素。过度氧化是LDL形成ox-LDL的主要原因[12]。Ox-LDL通过丙二醛依赖途径，破坏动脉内皮细胞的完整性并影响细胞寿命[13]。Ox-LDL诱导内皮细胞表达细胞间黏附因子、血管-细胞黏附因子、P选择素、E选择素等，调控如核因子κB(Nuclear Factor Kappa-B, NF-κB)、丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-Activated Protein Kinase, MAPK)、Toll样受体(Toll-like Receptors, TLR)、转化生长因子-β(Transforming Growth Factor-β, TGF-β)等氧化还原及炎症相关信号通路，引起下游ROS的产生超过生理需要，正反馈加重脂蛋白氧化修饰、内皮细胞活化、巨噬细胞浸润等过程。另一方面，LDL氧化修饰过程中形成的中间产物溶血磷脂酰胆碱作为趋化因子，协同内皮细胞表达的黏附分子驱动单核细胞的募集、黏附和分化，最终吞噬ox-LDL形成泡沫细胞[14]。Ox-LDL通过与细胞膜上清道夫受体(Scavenger Receptors, SCRs)和凝集素样氧化低密度脂蛋白受体-1(Lectin Like Low-density Lipoprotein Receptor, LOX-1)结合，促进平滑肌细胞和成纤维细胞来源的泡沫细胞形成，后者分泌肿瘤坏死因子-α(Tumor Necrosis Factor-α, TNF-α)，白细胞介素-1(Interleukin , IL-1)等促炎物质，加速动脉粥样硬化进程[15]。同时，ROS能够引起巨噬细胞表面的LOX-1发生脂质过氧化而显著提升胆固醇与巨噬细胞表面受体的积聚效率，使巨噬细胞更迅速的转化为泡沫细胞，促进粥样硬化形成过程。氧化应激也是巨噬细胞晚期凋亡的主要原因，如凋亡的巨噬细胞清除不足，将加速粥样斑块的破溃、坏死，是急性心血管事件的致病因素之一[16]。

2 氧化应激的间接作用机制

2.1 氧化应激触发炎症介导内皮细胞损伤

炎症是机体对有害刺激的适应性反应，炎症的调控不当将直接导致组织器官的损伤。氧化应激可激活包括NF-κB在内的多种转录因子表达，继而使炎性因子和趋化因子增加，将炎症播散到不用组织，引起包括动脉内皮细胞的损伤[17]，致其分泌金属蛋白酶增多、活性增强，同时促进胶原蛋白降解，不仅为动脉粥样硬化提供条件，也是粥样斑块破溃的主要机制[18]。此外，被激活的炎症因子通过多种途径正反馈加重氧化应激对内皮细胞的损伤，如TNF-α、IL-6通过阻碍内皮型一氧化氮合酶(Endothelial Nitric Oxide Synthase, eNOS)磷酸化，影响NO生成[19]；IL-17可致NO的超氧反应物过氧亚硝酸盐增多[20]，使NO含量和生物利用率降低而引起内皮细胞功能障碍，影响血管舒缩功能；IL-1β和γ干扰素 (Interferon γ, IFN-γ)通过线粒体和NOX途径诱导ROS产生而上调SCRs表达，SCRs通过摄取凋亡细胞片段、细菌内毒素及ox-LDL，进一步加重脂质积聚和泡沫细胞形成[21]。因此，氧化应激触发炎症不断循环往复，不断加重内皮细胞损伤，从而加速粥样硬化进程。

2.2 氧化应激导致自噬功能失调

自噬作为一种生理模式，通过清除受损的细胞器和潜在的具有毒副作用的产物，保护细胞处于正常生物学功能状态，是一种有效的修复系统。研究发现自噬基因Atg5敲除小鼠的粥样斑块形成增加，而基础水平的自噬能够在动脉粥样硬化中起保护作用；粥样硬化的主动脉中自噬蛋白p62/ SQSTM1表达水平的升高，提示粥样硬化过程中发生了自噬功能失调[22]。自噬在维持NO生物利用度方面起关键作用，还能调节内皮细胞对剪切应力的反应，保护内皮细胞维持正常功能[23]。氧化应激通过多种途径引起自噬功能失调，使其丧失在动脉粥样硬化进展中对内皮细胞的保护作用。氧化损伤早期，溶酶体可与自噬体融合形成自噬溶酶体，以清除细胞内有害成分，但由于溶酶体内富含不稳定铁，对氧化应激十分敏感，长期暴露于ROS导致溶酶体膜不稳定[24]，不能与自噬体融合形成自噬溶酶体，而丧失自噬的保护性机制；并且，溶酶体溶解后释放水解酶到细胞质中，破坏蛋白质和细胞器，引起细胞损伤[25]。受到氧化应激损伤的线粒体DNA能够通过逃避自噬，诱导强烈的炎症反应而促进动脉粥样硬化的发展[26]。有报道，正常组织的自噬反应有助于ox-LDL的降解，保护细胞免受ox-LDL毒性损害，但这种效应仅对相对低浓度ox-LDL起效，过度氧化应激形成的高水平ox-LDL，使自噬功能受到抑制，细胞凋亡显著增加[26]。

2.3 氧化应激加速衰老导致内皮细胞功能障碍

动脉粥样硬化的发生率随年龄的增长而增加，氧化应激导致的衰老是内皮细胞功能障碍的关键因素。动物研究中，敲除抗氧化酶类基因的小鼠寿命缩短[27]，提示氧化还原稳态的失衡与机体衰老直接相关。冠状动脉内皮细胞的体外培养显示，随着细胞传代增加，细胞逐渐表现出的功能障碍、增殖能力降低与氧化应激密切相关[28]。氧化应激激活p38MAPK/ p53通路，上调内皮细胞表达NOX2和NOX4，促进黏附分子、白细胞介素和趋化蛋白的表达，引起内皮细胞促血栓形成倾向[29]，同时使细胞进入不可逆周期停滞，促进细胞衰老，导致内皮细胞功能障碍[30]。

3 内皮细胞氧化应激的表观遗传学改变

3.1 非编码RNA对内皮细胞氧化应激的双向调节作用

研究发现，多种微小RNA(Micro RNA ，miRNA) 在内皮细胞氧化应激损伤中发挥重要作用。miRNA-106a-5p通过调节信号传导及转录激活蛋白3(Stat3)，参与ox-LDL刺激的内皮细胞氧化损伤和凋亡[31]；miRNA-338-3p的下调能够靶向抑制甲基胞嘧啶双加氧酶2促进内皮细胞氧化损伤[32]；氧化应激导致miR-103高表达，通过抑制终末期自噬导致内皮细胞损伤[33]。具有正向调节作用的miRNA，如miR-328可通过靶向动脉粥样硬化中的高迁移率族蛋白B1，改善ox-LDL诱导的内皮细胞损伤[34]，miR-210可通过减少ROS生成，抑制氧化应激诱导的内皮细胞凋亡，阻止动脉粥样硬化发展[35]，miRNA-200-3p可靶向组蛋白脱乙酰酶4改善氧化应激诱导的内皮细胞凋亡[36]。

新近发现作用于内皮细胞氧化应激的长链非编码RNA(Long Non-coding RNA，lncRNA)和环状RNA (Circle RNA，circRNA)，绝大部分以miRNA为作用靶点。LncRNA OIP5-AS1通过TLR4/NF-κB信号通路调节miR-98-5p介导的高迁移率族蛋白B1，加速ox-LDL诱导的内皮细胞损伤[37]；而LncRNA XIST、LncRNA PVT1、LncRNA SNHG6基因敲除可分别靶向miR-204-5p/TLR4、miR-153-3p/GRB2、miR-135a-5p/ROCK轴在动脉粥样硬化中减轻ox-LDL诱导的血管内皮细胞损伤[38-40]。Circ RNA中Circ-BPTF通过靶向miR-384，增加内皮细胞的氧化应激和炎症损伤，导致糖尿病血管内皮细胞功能障碍，诱发动脉粥样硬化[41]；Circ_0000231通过下调miR-135a-5p参与ox-LDL诱导的内皮细胞损伤[42]；Circ_0004104、Circ_0003204、Circ-USP9X基因沉默分别通过靶向动脉粥样硬化中的miR-328-3p/TRIM14、miR-942-5p/HDAC9、miR-599/CLIC4减轻ox-LDL诱导的人脐静脉内皮细胞损伤[43-45]。

3.2 DNA甲基化

DNA甲基化是内皮细胞转录过程中重要的表观遗传调节因素，与血流紊乱的动脉粥样硬化易感区相关。Jiang等[46]利用免疫沉淀测序对不同易感部位的主动脉弓和胸降主动脉的内皮细胞进行了全基因组DNA甲基化分析，发现了5500多个差异甲基化区域在氧化应激和内质网应激方面具有丰富的功能。另有实验发现，同型半胱氨酸通过TLR4/NF-κB/DNA甲基转移酶1(DNA Methyltransferase, DNMT1)诱导LOX-1 DNA甲基化引起LOX-1表达水平增高，导致氧化应激和内皮细胞损伤，促进动脉粥样硬化形成[47]。

3.3 乙酰化和去乙酰化

真核生物的DNA盘绕在组蛋白上，通过组蛋白翻译后修饰,能够精确地控制基因表达。其中，精氨酸和赖氨酸残基乙酰化在动脉粥样硬化的发展中起着关键作用。阿司匹林是广泛应用于治疗和预防动脉粥样硬化的药物，低浓度阿司匹林发挥血管保护的作用机制之一即为通过诱导eNOS的赖氨酸乙酰化作为一种翻译后蛋白质修饰，增加NO含量，改善血管内皮细胞功能[48]。LDL在动脉粥样硬化的形成中发生多重修饰，氧化型修饰LDL形成的ox-LDL对动脉内皮细胞具有脂质毒性，而去乙酰化修饰的LDL亦能够诱导细胞中的脂质积聚[49]。

4 结语

内皮细胞氧化应激在动脉粥样硬化中的损伤机制是涉及多水平、多维度的复杂生物学过程，尽管目前对这一领域有了一定认识，但尚缺乏针对该机制作用效果明确的临床治疗。随着科学研究的日新月异，更加深入和全面地认知氧化应激损伤对内皮细胞的损伤机制，有助于更好的理解动脉粥样硬化发病过程，并为临床治疗提供更多理论依据。

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本文作者简介：

王 玲(1989-)，女，汉族，博士研究生，研究方向冠状动脉粥样硬化性心脏病