内皮脂肪酶在高密度脂蛋白介导的动脉粥样硬化中的作用机制研究进展

马茴煌,李姚娜,杨慧宇

动脉粥样硬化(atherosclerosis,As)是一种较常见的慢性炎症性血管性疾病,早期动脉粥样硬化的特征是冠状动脉内皮功能障碍(CED)。它的形成会分段破坏内皮结构[1],在没有阻塞性冠状动脉疾病的情况下,冠状动脉内皮功能障碍可使心室功能障碍、心肌缺血、死亡率增加和主要不良心脏事件(MACE)的发生风险增加[2]。高密度脂蛋白(HDL)占循环蛋白质的25%～30%,负责在循环中携带脂质。HDL具有复杂的结构,其特点是颗粒大小和脂质成分不同,从而导致不同的心血管保护作用,除了组织胆固醇动员活性外,HDL还发挥多种作用,从抗炎到抗糖尿病、抗血栓形成、拮抗心力衰竭等[3]。而内皮脂肪酶(endothelial lipase,EL)作用于内皮细胞,可以通过水解HDL表面的磷脂,在HDL的分解中起关键作用[4],进而影响动脉粥样硬化进展。因此,识别早期冠状动脉粥样硬化的非传统危险因素已成为临床研究的重点。现就近年来内皮脂肪酶在心血管领域中取得的研究进行综述,探讨内皮脂肪酶作为一种生物标志物对动脉粥样硬化的诊断以及利用内皮脂肪酶抑制剂治疗动脉粥样硬化的潜在价值。

1 内皮脂肪酶的结构和基本特征

内皮脂肪酶的基因定位位于18q21.1,由483个氨基酸组成,分子量为55 kD[5]。内皮脂肪酶是三酰甘油脂肪酶家族的新成员,是一类磷脂酶,主要由内皮细胞合成,与肝脂肪酶(HL)、脂蛋白脂肪酶(LPL)一同归于脂肪酶,主要参加脂蛋白的新陈代谢。内皮脂肪酶通过在内皮细胞表面介导HDL,并且在与硫酸肝素蛋白聚糖结合后,可有效水解HDL产生溶血卵磷脂、游离脂肪酸以及载脂蛋白A1(ApoA1)[5-6],国内外已有多项研究表示,内皮脂肪酶与HDL水平有着密切的关系,并且比其他脂蛋白更能有效地水解HDL。

2 内皮脂肪酶与HDL的关系

HDL被广为人知的是在胆固醇中的逆向转运(RCT)作用,该过程将多余的胆固醇从细胞中去除,然后运输到肝脏,再排泄到胆汁中[7]。HDL是一种脂蛋白颗粒的异质混合物,负责在循环中携带脂质[1],对内皮发挥了几种潜在的血管保护功能[8]。值得注意的是,HDL的经典功能,即诱导动脉粥样硬化斑块中巨噬细胞泡沫细胞的胆固醇流出需要两次通过内皮屏障,一次进入动脉内膜,另一次可能通过淋巴管返回血流[9]。而内皮功能障碍被认为在动脉粥样硬化的发生发展中起到了关键的作用,在近几年的研究中表明,HDL发挥直接的内皮保护作用,例如刺激内皮产生抗动脉粥样硬化分子,还具有抗氧化、抗炎和抗血栓形成的作用[10]。内皮脂肪酶是具有磷脂酶活性的三酰甘油脂肪酶家族的最新成员[11],主要由内皮细胞分泌,是HDL结构和功能特性的有效调节剂,内皮脂肪酶以高亲和力结合HDL并有效水解其磷脂,产生溶血磷脂和游离脂肪酸,这些磷脂和游离脂肪酸部分与内皮脂肪酶修饰的HDL相关,部分分布到清蛋白以及表达内皮脂肪酶的底层细胞[12]。Jaye等[13]研究表明,通过腺病毒介导的基因转移在肝脏中高水平过度表达内皮脂肪酶导致高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)和ApoA1明显降低,表明内皮脂肪酶可能是HDL代谢的生理调节剂。Schilcher等[14]研究了内皮脂肪酶在体外和体内对血清和分离HDL的组成和功能的影响,表明内皮脂肪酶对人和小鼠血清进行体外修饰会增加血清的胆固醇流出能力(CEC),但会降低从内皮脂肪酶修饰的血清中分离HDL的胆固醇流出能力。内皮脂肪酶的过度表达会消耗HDL,从而严重损害血清的胆固醇流出能力。Schaltenberg等[15]实验研究表明,通过对小鼠进行冷刺激,激活的产热脂肪细胞会诱导棕色脂肪组织和腹股沟白色脂肪组织中内皮脂肪酶的表达,但内皮脂肪酶编码的缺失不影响产热标志物的基因表达。此外,在野生型(WT)和内皮脂肪酶编码的缺陷型小鼠中,产热的激活导致HDL-C水平下降。在内皮脂肪酶编码的小鼠中,寒冷诱导的肝脏HDL-C清除率较低。总结出内皮脂肪酶是高产热活动条件下HDL脂质组成、胆固醇通量和HDL转换的决定因素,内皮脂肪酶在激活适应性产热后促进HDL代谢加速,内皮脂肪酶参与小鼠冷诱导的HDL转换和反向胆固醇转运,内皮脂肪酶的损失会增加血浆HDL浓度。通过这些研究可以得出内皮脂肪酶表达水平的升高通过一系列的分解及代谢过程,导致HDL水平下降。

3 HDL与动脉粥样硬化的关系

动脉粥样硬化是多种心脑血管疾病发生的基础,可进一步引发心肌梗死、脑梗死等,是全球主要死亡原因之一,约占全球死亡人数的30%,而脂质代谢紊乱是导致动脉粥样硬化发展的关键因素之一[16]。在动脉粥样硬化形成的早期,血浆胆固醇异常沉积,血液中高水平的脂蛋白和含低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)的载脂蛋白B(ApoB)对内分泌细胞造成损害;低密度脂蛋白(LDL)可携带大量的胆固醇,在血管内分泌间隙发生氧化,从而形成氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL),进一步促进脂质沉积[17]。同时,巨噬细胞表面的清道夫受体可以快速识别并吞噬ox-LDL,演变成含有大量胆固醇酯(CEs)的泡沫细胞,大量积累形成动脉粥样硬化脂质斑块[17-18]。泡沫细胞逐渐分解形成不稳定的、富含脂质的核心,并带有易破裂的纤维帽。不稳定的斑块会出现裂缝、侵蚀或破裂,从而导致血栓形成,进而导致急性靶器官损伤[19]。反向胆固醇转运途径是抑制动脉粥样硬化形成的主要机制,通过将异常沉积的胆固醇从外周组织细胞转运到肝脏进行排泄,其中包括动脉粥样硬化斑块中的泡沫细胞[20]。由HDL转运不溶性脂质,HDL是唯一具有抗动脉粥样硬化作用的血浆脂蛋白[21],最主要就是通过促进胆固醇的逆向运输加以调控,所以被看作是心血管防护因子,与冠状动脉粥样硬化性心脏病的发病机制以及预后有着密切的联系。HDL不仅可以促进胆固醇的外流,同时也参与调控了动脉粥样硬化的免疫细胞的一系列反应,还具有多效性动脉粥样硬化保护特性,如抗炎、抗血栓形成、拮抗心力衰竭、抗氧化等[22-23]。HDL可以在体内有效保护LDL免受由动脉内膜中自由基引起的氧化损伤,从而抑制促炎氧化脂质的产生,主要是脂质氢过氧化物,还有短链氧化磷脂[24]。HDL还抑制内皮细胞中黏附分子的表达,从而减少血液单核细胞向动脉壁的募集[25]。因此,现在认为HDL功能性,而不是HDL-C水平,可以更好地反映这些脂蛋白的抗动脉粥样硬化作用和保护作用[16]。表明HDL可能发挥几种潜在的重要抗动脉粥样硬化和内皮保护作用,特别是可以促进胆固醇的逆向转运,如今已被认为是HDL的抗动脉粥样硬化作用,可促进动脉粥样硬化病变的消退[10]。

4 内皮脂肪酶与动脉粥样硬化的关系

逆向胆固醇转运是HDL防止动脉粥样硬化的主要机制,内皮脂肪酶会降低HDL水平[26]。有研究表明,在载脂蛋白E(ApoE)基因敲除小鼠中,靶向破坏内皮脂肪酶可使动脉粥样硬化病变的形成减少约70%,缺乏内皮脂肪酶会导致血浆中抗动脉粥样硬化性HDL水平以及促动脉粥样硬化性极低密度脂蛋白和LDL-C水平升高[27]。少数研究认为,内皮脂肪酶可通过促进致动脉硬化脂蛋白的摄取和代谢发挥一定的抗动脉粥样硬化作用,但更多的研究表明,内皮脂肪酶能促进动脉粥样硬化发生。也曾有报道称,白细胞介素-1β(IL-1β)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等炎性细胞因子可增加人脐静脉和冠状动脉内皮细胞中内皮脂肪酶的表达[28]。Yu等[29]研究发现,在小鼠中使用病毒载体或转基因动物过度表达内皮脂肪酶会导致HDL-C和ApoA1的血浆浓度明显降低。相反,在内皮脂肪酶基因突变的动物中或注入抗内皮脂肪酶抗体,HDL-C水平明显增加[30-31],表明内皮脂肪酶在体内调节血浆HDL水平。这连同内皮脂肪酶对HDL的影响表明,内皮脂肪酶可能与动脉粥样硬化的发展有关。日本Yan 等[32]对转基因和非转基因(Tg)兔,喂食含有不同量胆固醇的饮食,以使其血浆胆固醇水平升高。从而得出肝脏中内皮脂肪酶的过表达通过增强β-极低密度脂蛋白(β-VLDL)清除率来防止饮食诱导的动脉粥样硬化。Badellino 等[33]研究发现,代谢综合征病人血中内皮脂肪酶浓度明显高于正常人群,并且与动脉粥样硬化的发生呈正相关。Schilche等[34]研究证明,内皮脂肪酶还调节小鼠血浆中含载ApoB的脂蛋白水平,并且与人类的促动脉粥样硬化脂质谱和亚临床动脉粥样硬化有关。此外,目前认为内皮脂肪酶促进动脉粥样硬化的可能机制有:①通过果胶裂解酶(PL)活性水解HDL而使HDL失去抗动脉粥样硬化的作用;②通过水解HDL产生的游离脂肪酸和溶血卵磷脂,可抑制内皮依赖性血管舒张,从而可激活内皮细胞表达细胞间黏附分子-1(ICAM-1)和血管细胞黏附分子-1(VCAM-1),促进血管内皮细胞与巨噬细胞的黏附;③可减弱内皮细胞增殖能力,降低生长速度,进而使迁徙能力增加,凋亡率增加;④锚定在血管内皮细胞表面的内皮脂肪酶,可促进LDL在动脉壁内的聚集,增加对动脉粥样硬化的易感性[35]。

5 血管生成素样(ANGPTL)拮抗剂对内皮脂肪酶的抑制

血浆三酰甘油(TG)的升高和HDL-C水平的降低是动脉粥样硬化和心血管疾病的危险因素[36]。因此,可同时降低血浆TG和增加HDL-C水平的药物能预防和治疗动脉粥样硬化和心血管疾病。已有研究表明,ANGPTL蛋白家族中的3个成员即血管生成素样3(ANGPTL3)、血管生成素样4(ANGPTL4)和血管生成素样8(ANGPTL8)已被证明可调节脂质代谢。3者均通过抑制内皮脂肪酶和脂蛋白脂肪酶,水解HDL的磷脂来调节血浆TG和HDL-C水平。Zhang等[37]通过培养的缺乏内皮脂肪酶和低密度脂蛋白受体(LDLR)小鼠,测试ANGPTL3抑制剂对小鼠脂质水平的影响,从而证明ANGPTL3是脂蛋白脂肪酶和内皮脂肪酶的抑制剂,且目前已成为血管脂质代谢的关键调节剂。Gusarova等[38]使用单克隆抗体REGN3776阻断ANGPTL8,通过上调脂蛋白脂肪酶活性有效减少循环TG,从而提出了ANGPTL8抑制是治疗高三酰甘油血症的潜在靶点。Chen等[39]在37 ℃和22 ℃下,使用ANGPTL3、ANGPTL3/8、ANGPTL4和ANGPTL4/8进行内皮脂肪酶活性实验,在确认ANGPTL3作为内皮脂肪酶抑制剂的同时,发现ANGPTL4是比ANGPTL3更有效的内皮脂肪酶抑制剂。

6 总结与展望

内皮脂肪酶作为三酰甘油酶家族的新成员,可以通过水解HDL表面的磷脂,在HDL的分解中起关键作用,进而影响动脉粥样硬化进展。血浆低水平的HDL-C 已经成为动脉粥样硬化发生的独立危险因素,由此考虑抑制内皮脂肪酶,进而间接升高血浆HDL可对冠状动脉粥样硬化病变产生有益影响,故通过对其进一步的深入研究及研发相关的内皮脂肪酶抑制剂或拮抗剂,可为临床上动脉粥样硬化相关疾病的防治开辟一个崭新的方向。