白三烯在动脉粥样硬化形成及治疗中的作用

吕 莎叶子芯陈 欢杨树龙洪芬芳*

(1.南昌大学基础医学院病原生物学实验中心,南昌 330000;2.南昌大学第一附属医院呼吸内科,南昌 330000;3.南昌大学第一附属医院神经内科,南昌 330000;4.桂林医学院附属医院神经内科,广西 桂林 541000;5.南昌大学抚州医学院生理教研室,江西 抚州 344000)

心血管疾病仍然是全世界死亡的主要原因。动脉粥样硬化性心脏病是最大的原因。 动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)的机制的研究进展仍然是科学的焦点。 免疫失调和炎症是导致AS 斑块的形成及冠状动脉综合征急性进展的重要原因[1]。 白三烯(leukotrienes, LTs)是具有免疫调节和促进炎症反应的重要脂质介质,在多种慢性炎症性疾病,如哮喘、AS 等疾病中的作用起关键作用[2]。 LTs 通过介导免疫细胞的招募和激活及平滑肌细胞增值和内皮功能障碍来调节AS 斑块炎症的免疫反应[3]。 研究白三烯与AS 形成中的作用,对AS 的治疗有重要作用。

1 白三烯的合成及生理作用

LTs 是花生四烯酸在白细胞中代谢产物分离得到的具有共轭三烯结构的二十碳不饱和酸。 可按取代基性质分为A、B、C、D、E、F 6 类[4]。 前体白三烯以花生四烯酸(arachidonic acid, AA)为原料,在5-脂氧合酶激活蛋白(5-lipoxygenase-activating protein, FLAP)(一种核跨膜蛋白,能有效地将花生四烯酸转移到5-脂氧合酶)的帮助下,经5-脂氧合酶(5-lipoxygenase, 5-LOX)催化合成了LTs[2]。 LTs通过介导免疫细胞的招募和激活以及平滑肌细胞增殖和内皮功能障碍来调节AS 斑块炎症的免疫反应。 LTs 的生物作用包括趋化性、内皮粘附和白细胞活化、趋化因子的产生以及微循环和呼吸道平滑肌的收缩;当LTs 过量时,将起到致病作用[4]。

白三烯B4(leukotrienes B4, LTB4)诱导多种促炎蛋白的过度表达,通过LTB4 受体(BLT1)促进趋化和泡沫细胞形成[5]。 LTB4 能间接引起血管收缩,通过激活主动脉内皮细胞的白三烯受体,刺激收缩因子和一氧化氮的释放,诱导内皮依赖性血管收缩[6],从而促进AS。 此外,LTB-4 可增加组胺和血栓素的释放,使BLT-1 受体表达增强,BLT-1 受体mRNA 表 达 上 调,从 而 促 进AS[7]。 LTB4 通 过BLT1-TAK1-P38 信号通路抑制L 型钙通道,这可能与AS 等病理过程有关[8]。

半胱氨酰白三烯(LTC4、LTD4 和LTE4)能增强内皮细胞通透性和心肌收缩性,并参与许多其他炎症状态[9]。 半胱氨酸白三烯通过核周CysLT-1 受体介导血管平滑肌细胞核钙信号转导和基因表达的改变。 在人冠状动脉平滑肌细胞中,脂多糖显著上调CysLT-1 受体,并显著增强LTC4 诱导的细胞内钙的变化[10]。

LTs 在许多炎症过程的信号通路中是具有免疫调节和促炎作用的重要脂质介质[4],本文主要介绍LTs 对AS 进程的影响。

2 白三烯与动脉粥样硬化

2.1 5-脂氧合酶途径与动脉粥样硬化

5-LOX 是LTs 生物合成的关键酶,含有对亲电修饰敏感的关键亲核氨基酸[11],是一种含有非血红素结合的铁中心离子,与FLAP 在催化配合物中生成5-氢过氧化物-二十碳四烯酸[12]。 已有研究表明5-LOX/LT通路能增加白细胞趋化性、血管炎症和增强通透性来促进AS[13]。 5-LOX 通路在AS 和再狭窄的发病机制中起着重要作用。 通过激活症状性斑块中的巨噬细胞来表达5-LOX,导致LTB4 积累,并促进基质金属蛋白酶的合成和释放,从而促进斑块破裂[14]。

数据表明,5-LOX 途径来源的LTs 通过激活ERK 和p38 MAPK 通路介导4 -羟基壬醛(4-hydroxynonanal, HNE)诱导的基质金属蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9, MMP-9)生成,从而导致AS 斑块不稳定[15]。 在AS 病变的巨噬细胞中,HNE和5-LOX 水平过高,激活的巨噬细胞产生降解AS斑块成分的MMP-9,从而促进斑块破裂。 通过LTB4 的产生,用HNE 刺激J774A.1 细胞进而激活5-LOX。 LTB4 和CysLTs 增强了巨噬细胞中MMP-9的产生,提示5-LOX 在HNE 介导的MMP-9 产生中起关键作用。 在MAPK 通路中,LTB4 和CysLT 增强了ERK 和p38 MAPK 的磷酸化。 P38 MAPK 抑制剂和ERK 抑制剂共同抑制了由LT 诱导的MMP-9 的产生[15]。

鞘氨醇-1-磷酸(sphingosine-1-phosphate,S1P)参与重要细胞的调控过程,包括免疫细胞的运输和增殖。 S1P 信号的变异与炎症、癌症进展和动脉粥样硬化有很强的关系。 S1P 能诱导S1P 受体介导体外和体内的有效抗炎作用,抑制5-LO 活性,从而抑制AS。 在Ca2+离子激发人中性粒细胞中,S1P 能有效抑制LTs 的生物合成[16]。

2.2 白三烯B4 与动脉粥样硬化

在培养的单核细胞中,LTB4 通过BLT1 和BLT2诱导有丝分裂原激活蛋白激酶(MAPKs、ERK1/2 和JNK1/2)和PI3K/AKT 的快速磷酸化以及在MAPK和活性氧依赖机制中增加核因子κB(NF-κB)DNA结合活性[17]。 NF-κB 的激活可使LTB4 诱导人单核细胞产生单核细胞趋化蛋白 ( monocyte chemoattractant protein-1, MCP-1),增强MCP-1 的表达[18]。 MCP-1 激活嗜碱细胞,在嗜碱性粒细胞和单核细胞中引起细胞溶质游离钙水平升高,在低浓度下触发嗜碱性粒细胞脱粒,释放组胺[19],从而促进AS。 LTB4 通过NF-κB 机制中BLT1 和BLT2,诱导白细胞介素-6、单核细胞趋化蛋白-1 和肿瘤坏死因子α mRNA 的过度表达,从而促进炎症环境[17]。白三烯B4 还通过NF-κB 依赖的BLT1 受体在动脉粥样硬化和内膜增生的血管平滑肌细胞上进行信号传导[20],诱导其趋化和增殖。 在血管损伤反应中抑制LTB4/BLT1 信号,可来减少内膜增生,提示LTB4/BLT1 信号通路可能是治疗AS 的靶点[20]。LTB4 通过趋化单核细胞以及通过增强CD36 的表达和脂肪酸的积累将单核细胞转化为泡沫细胞,来促进AS[21]。

2.3 半胱氨酸-白三烯(cysteinyl leukotrienes,CysLTs)(LTC4、LTD4 和LTE4)与动脉粥样硬化

CysLTs 是由活化的白细胞或跨细胞代谢产生的,在炎症或AS 过程中可能在不同程度上作用于血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells,VSMC)。 在培养大鼠的VSMC 中LTC4 和LTD4 对VSMC 增殖有调节作用。 VSMC 增殖的增加与LTD4刺激所伴随的IL-1 的自分泌有关。 这些结果可能为AS 形成过程中炎症参与的机制提供了新的线索,提示CysLTs 的控制可能在涉及IL-1 的炎症过程中起重要作用[22]。 LTC4 或LTD4 刺激的内皮细胞合成和保留的血小板活化因子可能诱导以前未受刺激的PMNs 粘附。 这一过程可能与炎症、血栓形成和血管损伤的机制有关,包括AS[23]。 半胱氨酸白三烯受体(CysLT-1 和CysLT-2)识别LTC4、LTD4、LTE4 和LTF4[24]。 CysLTs 诱导早期生长反应基因1、2、3 和环氧化酶-2 的mRNA 和蛋白表达,从而刺激内皮细胞。 这种反应由CysLTR2 与G(Q/11)的偶联,磷脂酶-C 和肌醇-1,4,5-三磷酸的激活所调解,通过IFN-γ 刺激可诱导CysLTR2 的表达,增强CysLTs 诱导的炎症反应[25]。 CysLTs 信号转导可通过cysLT-1 受体和IL-4 协同作用促进人单核细胞CCL 2的产生而参与炎症反应[26]。 LTD4 诱导大鼠血管平滑肌细胞IL-1β 表达和释放[27-28]。 IL-1β 等炎性细胞因子的过量产生可引起AS[29]。

2.4 其他影响LTs 的因素与AS

2.4.1 氧化心磷脂(oxidized cardiolipin)

氧化心磷脂(oxidized cardiolipin,oxCL)具有促炎作用,可通过激活内皮细胞,增加单核细胞/巨噬细胞和中性粒细胞中钙的细胞内浓度,选择性地增强巨噬细胞中5-LOX 的基因表达,诱导LTB4 的生物合成,从而促进AS。 此外,oxCL 可提高内皮细胞中粘附分子细胞间黏附分子-1 和血管细胞黏附分子-1 的水平。 膜联蛋白A5(一种抗血栓和抗炎血浆蛋白,有动脉保护作用)可以通过结合oxCL 来消除其诱导作用[30]。 此外,膜联蛋白A5 还可以通过抑制溶血磷脂酰胆碱(lysophosphatidylcholine,LPC)的促炎作用而发挥抑制AS 的作用。 LPC 是氧化型低密度脂蛋白的主要生物活性脂类成分[30],在炎症细胞和内皮细胞中能产生许多炎症效应[31],能诱导人冠状动脉平滑肌细胞炎症激活,而炎症诱导血管平滑肌细胞从收缩型转化为增殖/分泌型是AS形成特征的血管重构的标志。 LPC 通过刺激花生四烯酸代谢物LTB4、6-酮-前列腺素F1α、碱性成纤维细胞生长因子以及刺激细胞因子GM-CSF、IL-6和IL-8 的释放发挥促炎作用[31]。 膜联蛋白A5 可通过减少OxLDL 和LPC 的促炎作用,以及抑制OxLDL 的结合和巨噬细胞的摄取在AS 及其斑块破裂中发挥重要的保护作用[32]。

2.4.2 ω-3 脂肪酸(omega-3 fatty acids)

流行病学研究表明,ω-3 脂肪酸可降低心血管死亡率和冠心病发病率。 ω-3 脂肪酸在预防AS 方面有许多有益的作用:降低血压,改善脂蛋白代谢,改善止血(增加出血时间和减少血小板聚集),降低血浆纤维蛋白原,改善花生四烯酸及其衍生物的代谢降低血栓素和LTs 的合成,增加前列环素的合成[33]。 Bäck 等[34]通过ω-3 脂肪酸二十碳五烯酸(ω-3 fatty acid eicosapentaenoic acid, EPA)干预实验表明EPA 的乙酯形式,能显著减少心血管疾病。重要的是,EPA 其能刺激炎症的消退。 ω-3 脂肪酸能在炎症反应前和AS 发生前能降低LTs 的水平,导致有益的炎症平衡。 ω-3 衍生的促分解介质和促炎症脂质介质已被证明可以预测亚临床AS[35]。

2.4.3 α-生育酚/混合生育酚

低水平的α-生育酚与AS 的发生率增加有关,高水平的α-生育酚能预防AS。 α-生育酚补充后可减少人单核细胞中白细胞介素-1 和白细胞介素-6的释放,并且α-生育酚通过抑制5-LOX 抑制活化的人单核细胞中肿瘤坏死因子-α mRNA 和蛋白的表达。 Devaraj 等[36]发现,添加α-生育酚后,单核细胞超氧阴离子释放、脂质氧化、IL-1β 释放及与内皮的粘附均显著降低。 LTB4 是5-LOX 的主要产物,它能增加IL-1β 的释放。 在α-生育酚存在下,LTB4 和IL-1β 水平明显降低;在环氧化酶抑制剂吲哚美辛存在下,α-生育酚抑制IL-1β 活性,α-生育酚对IL-1β mRNA 水平和稳定性均无影响。 α-生育酚通过抑制5-LOX 抑制活化的人单核细胞中IL-1β 的释放。

3 阻塞性睡眠呼吸暂停综合征、糖尿病与动脉粥样硬化

3.1 阻塞性睡眠呼吸暂停综合征(obstructivesleep apnea syndrome,OSA)

LTB4 是涉及在AS 形成中的脂质介质。Lefebvre 等[37]研究了持续气道正压对LTB4 产生的影响,实验结果表明持续气道正压显著降低了50%的LTB4,阻塞性睡眠呼吸暂停时LTB4 的产生与氧饱和度有关,LTB4 可促进中度至重度低氧性阻塞性睡眠呼吸暂停患者早期血管重塑[38]。

OSA 患者出现早期AS 和LTs 途径的激活。 在OSA 患者中,白三烯的产生与OSA 的严重程度有关,免疫细胞在间歇性低氧下的体外暴露增加了LTs 途径转录。 此外,LTs 途径相关的转录与早期的血管重塑相关[39]。

OSA 患者LTB4 的产生增加,并与早期血管重构有关,其机制尚不清楚。 Stanke-Labesque 等[39]通过实验测定多形核细胞中LTB4 通路激活机制和OSA 早期血管重构及间歇性低氧的特殊作用。 研究表明OSA 患者的PMN 中LTB4 生成增加,5-LOX激活蛋白的mRNA 和蛋白显著增加,并与颈动脉管腔直径和内膜中层厚度相关。 在OSA 患者单核细胞中,LTB4(10 ng/mL)增加IL-6(P= 0.006)和MCP-1(P=0.002)的产生。 在对照组中,体外暴露于间歇性低氧环境中的多形核细胞可增强FLAP 的mRNA 水平(P=0.027),与暴露于常氧状态的多形核细胞相比,LTB4 的分泌增加2.7 倍(P=0.028)。综上所述,多形核细胞中对间歇性低氧的上调可能参与OSA 患者的早期血管重构,提示FLAP 可能是治疗OSA 相关的心血管疾病的潜在靶点[40]。

3.2 糖尿病

糖尿病患者AS 病变中,5-LOX/LTB4 途径表达的增加,导致斑块不稳定。 5-LOX 在糖尿病患者中的表达高于非糖尿病性斑块,与MMP-2 和MMP-9的表达增加有关。 酶谱分析显示,与非糖尿病斑块相比,糖尿病患者MMP 活性明显升高[14]。 糖尿病中,5-LOX 和LTB4 在AS 斑块中的过度表达可能促进MMP 诱导的斑块破裂[14]。 LTS 是与内皮依赖性舒张相关的炎性和血管活性介质,尿白三烯E4 与2 型糖尿病患者的肾功能相关,在糖尿病和急性冠状动脉综合征中尿白三烯E4 也有所增加[40]。

4 白三烯与动脉粥样硬化的防治

4.1 LTB4 受体(BLT1 和BLT2)拮抗剂

LTB4 是花生四烯酸经5-LOX 代谢的白细胞趋化因子,也是中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和T 淋巴细胞的有效趋化因子[41]。 它通过特定的细胞表面受体BLT1 和BLT2 发挥作用[42]。 BLT1 和BLT2,分别代表高亲和力受体和低亲和力受体[43]在人颈AS斑块中实验结果表明,LTB4 激活血管平滑肌细胞上功能性的BLT1 受体,诱导其趋化和增殖。 BLT1 受体通过Iκ 激酶β/NF-κB 依赖性途径上调。 在血管损伤反应中可抑制LTB4/BLT1 信号来减少内膜增生[43]。 在不同的小鼠模型中,刺激高亲和力LTB4受体(BLT1)有利于降低AS[44]。 BLT1 在关节炎、AS 和哮喘中的重要作用[45]。 BLT2 受体可转导促AS 信号[44]。 此外,在Biil284(3 mg/kg)治疗24 周的小鼠中观察到明显较小的主动脉病变。 减少的AS 与病变较少的平滑肌细胞、较低的动脉MMP 活性和较低的血浆TNF-α 和IL-6 水平有关[44]。 同时,LTB4 受体阻断剂通过抑制单核细胞聚集而延缓AS 进展的假说被验证,LTB4 还是一种有效的趋化剂,通过LTB4 受体激活单核细胞[41]。 综上所述,提

示LTB4 受体拮抗剂对AS 的治疗有重要价值。

4.2 CysLT 受体拮抗剂

CysLTs 是花生四烯酸通过5-赖氨酸途径产生的强有力的促炎介质。 它们通过与2 种不同受体(例如CysLT1 和CysLT2)的相互作用发挥重要的药理作用。 Hoxha 等[42]通过对两种活体动物以及人类研究进行了系统的回顾以确定白三烯受体拮抗剂可阻断CysLTs 的作用,可能在某些方面减少心血管疾病[43],减轻许多慢性疾病的症状。 扎鲁司特,CysLT 受体(CysLT1R)选择性拮抗剂,能从TNF-α诱导的炎症反应和损伤中对内皮细胞起保护作用,并且扎鲁司特通过抑制MAPK 激酶p38 和NF-κB的激活抑制炎症介质的产生[43]。

4.3 白三烯A4 水解酶(leukotriene A4 hydrolase,LTA4H)抑制剂

LTA4H 是一种广泛分布的69×103含锌细胞溶质酶,具有水解酶和氨基肽酶活性[44]。 LTA4H 催化不稳定的环氧化物LTA4 转化为二醇LTB4,二醇LTB4 是一种有效的趋化剂和中性粒细胞激活剂,以及嗜酸性粒细胞、巨噬细胞、肥大细胞和T 细胞的化学吸引剂。 抑制LTB4 的形成有望有助于治疗炎症性疾病和AS[44]。 LTA4H 与斑块不稳定性的相关性表明实验中,LTB4 生物合成中的3 种关键蛋白(5-LOX、FLAP 和LTA4H)的mRNA 水平显著升高。斑块不稳定症状的患者中,LTA4H 的表达增加[45]。LTB4 积累,并促进MMP 的合成和释放,从而促进斑块破裂。 人体病变组织会将花生四烯酸转化为大量的LTB4,而LTA4H 抑制剂可以阻断这种活性。LTs 通路的研究表明,LTs 通路可调节AS 过程[46]。

4.4 5-LOX 抑制剂

花生四烯酸的代谢可以由两个酶家族(环氧合酶或脂氧合酶)催化。 脂氧合酶可分为5-、12-和15-脂氧合酶等几个亚类[47]。 LTs 是由花生四烯酸产生的,通过FLAP 催化产生,其中FLAP,作为一种调节蛋白的运作有效地将花生四烯酸转化为5-LOX[1]。 VIA-2291 是一种有效的5-LOX 抑制剂。在一项双盲研究中表明,LTs 生成减少能影响AS[48]。 在S1P 治疗AS 中,S1P 诱导S1P 受体4 介导的体外和体内有效抗炎作用,并抑制5-LOX 活性[16]。 抑 制5-LOX 和COX 对AS 病 变 有 抗 炎作用[49]。

4.5 其他(他丁类药物)

他汀类药物对AS 患者的免疫和抗炎反应具有非胆固醇依赖性的多效性[50]。 他汀类药物最初是为低密度脂蛋白开发,能降胆固醇,但现在被认为通过抗炎作用改善心血管发病率和死亡率,抑制导致AS[51]。 在APOE 基因敲除小鼠的对照实验中,阿托伐他汀通过抑制5-LOX 通路和下调APOE-/-小鼠CCL3 的表达,显著减轻AS 病变[50]。 用阿托伐他汀治疗家兔颈动脉球囊扩张伤的实验中也表明,阿托伐他汀通过调节家兔5-LOX 途径稳定颈动AS斑块,通过抗炎作用延缓AS 进程[52]。

5 问题与展望

AS 病因与发病机制复杂,关于LTs 与AS 的形成与进展之间的密切关系,国内外的研究日益增多,LTs 是一种强有力的诱导剂和细胞趋附剂,能与其受体结合发挥趋化作用,诱发炎性反应,参与多种疾病病理过程;与LTs 有关的炎症通路将成为阻断与AS 有关的炎症发展一个重要标靶。 白三烯在AS 发生过程中的作用已经通过一系列研究证实其在AS 中的作用机制也通过白三烯拮抗剂的研究得到阐述。 但这种药物作用与临床治疗心血管疾病仍然局限于作为辅助用药延缓或减轻心血管疾病的进程,还需要进一步挖掘白三烯拮抗剂对心血管各类疾病的预防和治疗的潜在价值。