基于“脾失健运-膏脂转输障碍”探讨HDL蛋白修饰影响动脉粥样硬化发生发展的理论研究❋

崔馨月,王 群,宋 囡,吕美君,具 星,王琪格,陈丽娟,贾连群,杨关林

(辽宁中医药大学,沈阳 110847)

据《中国心血管健康与疾病报告2021》统计,我国心血管疾病的患病率和死亡率一直处于持续上升阶段,死亡率也超越肿瘤等其他疾病高居首位[1]。动脉粥样硬化 (atherosclerosis,AS) 是心血管疾病的重要病理基础,血脂异常是AS、冠心病等心脑血管疾病发生发展的重要危险因素。中医认为,脾主运化,能够推动水谷精微运行输布,而血脂亦由水谷化生并依赖于脾的转输功能而布散周身,因此脾失健运而致膏脂转输障碍是血脂异常的重要病机。高密度脂蛋白 (high density lipoprotein,HDL) 是体内重要的血浆脂蛋白,近年来研究发现,其在高脂高糖等状态下可发生翻译后修饰转变为“失功能”HDL (dysfunctional HDL,dys-HDL),致其参与胆固醇逆向转运 (reverse cholesterol transport,RCT)、抗炎、抗氧化等功能被抑制甚至表现出促进AS发生发展的作用[2],“脾失健运”所致膏脂转输出现障碍导致脂质异常堆积亦与此过程有相似之处。因此,基于“脾失健运-膏脂转输障碍”理论探讨HDL的蛋白修饰影响AS的发生发展,或可为中医药防治心脑血管疾病提供新思路和新靶点。

1 脾失健运所致膏脂转输障碍是AS发生发展的重要病机

“脾主运化”最早记载于宋代《济生方》“夫人受天地之中以生,莫不以胃为主,盖胃受水谷,脾主运化,生血生气,以充四体者也”[3],明确提出了脾的运化功能。脾主运化,是指脾将水谷转化为精微物质并于脉中循行,输布到全身各处,从而濡养五脏六腑、筋骨肌肉等以维持它们正常的生理功能[4]。而膏脂作为水谷精微的一部分,也可以通过脾气的推动作用在血液中运行以转输全身,发挥其营养作用[5]。由此可见,“脾主运化”与膏脂代谢关系密切,是膏脂转输的重要保障。“膏脂”最早见于《黄帝内经》,《中西汇通医经精义》曰“脾生膏油”[6]17“脂脾所司”[6]45,说明膏脂来源于中焦,由脾运化水谷而生成。“血脂异常”一词于中医典籍中并无记载,但与古籍中“膏脂”的描述颇相一致,因此在中医学中,血脂可归为膏脂范畴。血脂异常的病理状态多归于“膏”“脂”“浊”或“血瘀”等范畴,导致血脂异常的主要外因为饮食不当,主要内因为脾失健运,两者的共同之处就是均可以导致膏脂转输障碍而产生痰浊、血瘀等病理产物壅塞于血脉之中[7]。《素问·痹论篇》曰“饮食自倍,肠胃乃伤”,因饮食不节,过食肥甘厚味而使脾负担过重致脾虚,健运失司,无法将水谷精微完全输布运化而堆积于体内,则会形成病理之膏脂;《证治汇补》曰“脾为生痰之源”[8],因脾失健运,升清降浊,运化水湿等能力受损,无法推动水谷精微的正常运行使精微物质发生异常堆积,导致膏脂转输障碍,从而产生痰浊、血瘀等病理产物导致血脉病的发生,膏脂转输障碍多为血脉病发生的轻浅阶段,这一过程可与现代医学的血脂异常相对应。同时实验研究表明,痰浊、血瘀等病理产物是导致血脂异常的重要因素,而血脂异常则可使血液处于高凝与高黏状态引起AS的发生,进一步发展为心血管疾病[9]。由此可见,脾失健运、膏脂转输障碍是导致血脂异常进而引发AS性心血管疾病的关键病机[10]。

2 HDL蛋白修饰与AS发生发展密切相关

HDL是小肠黏膜及肝脏分泌的由多种脂质和蛋白质组成的复合体。在疾病状态下,HDL所含的蛋白质可以进行多种结构修饰,以氧化修饰为核心,包括甲基化、糖基化、氨甲酰化修饰、同型半胱氨酰化修饰等,而载脂蛋白A-Ⅰ (apolipoproteinA-I,ApoA-Ⅰ) 作为HDL的主要蛋白质成分成为了多种蛋白修饰的重要靶点,HDL的活性也因此受到影响,其参与RCT、抗炎、抗氧化等功能被抑制,继而促进了AS斑块的形成[11]。

2.1 HDL蛋白修饰影响RCT

RCT是HDL发挥抗AS作用的重要机制,RCT主要包括①外周组织细胞内游离胆固醇 (free cholesterol,FC) 通过ATP结合转运子A1 (ATP-binding cassette transporterA1,ABCA1) 流向细胞外;②HDL内FC经血浆内卵磷脂胆固醇酰基转移酶 (lecithin-cholesterol acyltransferase,LCAT) 酯化成胆固醇酯 (cholesterol ester,CE) 并转移至HDL核心;③HDL内CE由肝细胞表面存在的B类I型清道夫受体 (scavenger receptor type BI,SR-BI) 选择性摄取并被肝脏所代谢[12]。病理状态下,体内氧化应激水平升高,过氧化氢等底物分解产生的一系列活性氧基团攻击HDL载脂蛋白形成氯化、硝基化等氧化修饰,ApoA-Ⅰ为髓过氧化物酶 (myeloperoxidase,MPO) 介导的氧化修饰的首选靶点,硝基化修饰通过影响ApoA-Ⅰ对LCAT的激活能力来影响RCT,而氯化和氧化修饰则是通过损伤ABCA1促进细胞内FC外流的功能影响RCT,同时经过修饰的病理性ApoA-Ⅰ因无法进一步形成HDL而沉积在动脉内皮或其他组织上,促进了AS的形成。在羰基化修饰中,脂质过氧化产生的羰基化合物丙二醛可以修饰ApoA-Ⅰ,可能通过ABCA1途径影响胆固醇外排[13]。在糖化修饰中,Cooke等[14]的研究表明ApoA-Ⅰ可以激活LCAT,所以当ApoA-Ⅰ被糖化,其激活LCAT的能力也随之下降。Pu等[15]的研究也表明在2型糖尿病患者中,ApoA-Ⅰ的糖化程度越高,血清中LCAT的活性则越低,同时也证明ApoA-Ⅰ的糖化程度是2型糖尿病合并冠心病患者斑块进展的决定因素。

2.2 HDL蛋白修饰导致内皮细胞和心血管功能紊乱

内皮功能障碍,特别是一氧化氮 (nitric oxide,NO) 的生物利用度被认为在AS的发生和发展中起关键作用,NO具有松弛血管平滑肌、抑制血小板等作用,是维持和调节内皮细胞功能的重要因素之一。羰基化修饰中,经丙二醛修饰后的HDL可降低内皮细胞产生NO的能力,故内皮细胞的抗炎作用和修复功能会受到影响[16]。经糖化修饰的HDL可能通过线粒体功能障碍诱导内皮细胞凋亡,继而引发血管功能的恶化[17],亦有实验证明糖化的HDL显著影响了HDL对血管的保护作用,进而削弱HDL的抗AS作用[18]。Speer等[19]研究发现在慢性肾脏病患者体内对称性二甲基精氨酸 (symmetric dimethylarginine,SDMA) 积累并对HDL进行甲基化修饰,经修饰后的HDL通过诱导内皮细胞反应,促进活性氧 (reactive oxygenspecies,ROS) 的产生,并抑制内皮细胞NO的释放,引起炎症反应,从而导致内皮修复受损。此外,在终末期肾病患者体内HDL易发生氨甲酰化修饰抑制内皮细胞中SR-BI信号通路的表达,而影响内皮细胞的迁移、血管生成、增殖及修复功能[20]。同型半胱氨酰化修饰的发生也会干扰NO的产生,还会导致内皮抗氧化系统的失灵,扰乱脂蛋白代谢,导致AS血管病变的发生[21]。

2.3 HDL蛋白修饰导致炎症反应的发生

AS是以巨噬细胞和T细胞在动脉内膜内沉积和血浆中炎性介质浓度增加为特点的慢性炎症。HDL可通过降低黏附因子的表达来减少炎症反应的发生,并通过抑制低密度脂蛋白的氧化来降低AS发生的风险。疾病状态下,糖化修饰和氧化修饰的发生不仅可以改变ApoA-Ⅰ的结构及生理功能,也可以加速HDL清除,导致血浆内高密度脂蛋白胆固醇 (high-density lipoprotein cholesterol,HDL-C) 含量下降。HDL-C不仅具有抗炎、抗氧化的功能,也可以抑制血栓的形成,当其含量下降时功能亦随之消失,在炎症状态下,抗炎、抗氧化蛋白如对氧磷酶和LCAT将失活,促炎蛋白如血清淀粉样蛋白A (serum amyloid A,SAA) 和血浆铜蓝蛋白不断积累,使MPO诱导ApoA-Ⅰ发生修饰而使HDL的功能失调即产生dys-HDL,从而导致巨噬细胞所依赖的ABCA1介导的胆固醇外流途径受损,炎症因子NF-κB通路被激活,使经修饰后的脂蛋白具有致炎效应,从而增加了冠状动脉疾病发生的风险[22]。

2.4 HDL蛋白修饰相关标志物与AS

MPO是一种由中性粒细胞分泌的白细胞酶,MPO可以和ApoA-Ⅰ相结合,在炎症条件下发生氧化修饰,导致ABCA1介导的RCT出现障碍。HDL被氧化修饰成氧化型高密度脂蛋白 (oxidized HDL,ox-HDL) 会导致其抗AS的作用消失,甚至会出现致AS的作用。此外,MPO也可以导致HDL氨甲酰化、损伤LCAT的功能从而影响ApoA-Ⅰ在RCT过程中发挥作用[23]。Rashid等[24]的研究指出在不稳定的AS斑块中MPO活性升高,MPO可以作为鉴别AS的特异性标志物,也为治疗AS提供了新的靶点。对氧磷酶1 (paraoxonase1,PON1) 是一种经肝脏合成后入血与HDL紧密结合并协助其发挥抗炎和抗氧化作用的酯酶,对抗AS有着至关重要的作用。PON1的活性也与脂质过氧化密切相关,可以阻止HDL中丙二醛的形成,降低血清中过氧化物的含量[25]。当PON1活性降低时,脂质过氧化可持续生成丙二醛与HDL发生羰基化修饰继而影响NO的释放,导致内皮细胞抗炎和血管修复功能受损。PON1还可以抑制同型半胱氨酸 (homocysteine,Hcy) 与HDL发生同型半胱氨酰化修饰生成同型半胱氨酸硫内酯 (homocysteine thiolactone,HTL),从而起到抗AS的作用,但当PON1活性减弱时,HDL抗炎、抗氧化的作用也随之减弱,导致血管重塑,促进AS斑块形成[26]。SDMA是一种由翻译后修饰形成的毒性非蛋白原性氨基酸,在HDL中SDMA的积累导致了HDL甲基化修饰的发生,可抑制NO的产生,也使HDL丧失了抗炎和再生的特性。SDMA可以作为HDL功能异常的标志物,并在许多疾病中发挥多功能的作用,SDMA也已成为心血管疾病发生和死亡的独立预测因子和风险标志物[27]。晚期糖基化终产物 (advanced glycation end products,AGES) 是糖尿病患者体内蛋白质和脂质在无酶情况下发生糖基化和氧化而产生的生物活性分子,并在血管壁上积累,AGES可以激发巨噬细胞和血管细胞的炎症反应,还可以通过影响NO的生成进而影响血管的正常生理功能[28]。此外,AGES在血清中的浓度被证实可以预测AS的严重程度和心血管疾病的发生[29]。

3 “脾失健运-膏脂转输障碍”所致HDL蛋白修饰改变影响AS发生发展

在疾病状态下,HDL所含的蛋白质可以进行多种结构修饰,这种结构修饰受后天环境、营养等因素影响[30],而脾为后天之本,主运化水谷精微,若脾虚健运失司,水谷精微不归正化,水湿内生,聚而为痰,滞留营中,可形成血脂异常。高脂状态使HDL发生结构修饰,分子形态受损或改变,转变为dys-HDL,导致内皮细胞发生炎症反应,脂质颗粒沉积于动脉内皮下,形成粥样斑块[22],这种dys-HDL与脾虚膏脂转输障碍的病理产物类似。由此可见,“脾失健运-膏脂转输障碍”与HDL蛋白修饰发生密切相关,进而影响AS的发生发展。

有临床实验研究发现脾虚血脂异常人群HDL亚类代谢异常,HDL颗粒直径呈变小趋势,dys-HDL标志性蛋白SAA显著增加[31]。进一步通过动物实验和细胞实验研究证实脾失健运-膏脂转输障碍状态下,HDL组分ApoA-Ⅰ、PON1、MPO含量减少,SAA/ApoA-Ⅰ、MPO/PON1比值降低,HDL重塑,RCT途径受阻[32-33],健脾降浊法可通过纠正HDL代谢异常进一步调节RCT途径发挥防治AS性心血管疾病的作用[34-35]。

HDL在脂质代谢异常引发的AS发病机制中一直是研究的热点,深入探讨“脾失健运-膏脂转输障碍”与HDL蛋白修饰的关系,并深入阐释其在动脉硬化性疾病发生发展中的分子生物学机制是团队下一步的研究重点。本研究可从HDL及其亚类蛋白修饰层面丰富脾主运化理论的科学内涵,为临床“从脾论治”AS性心血管疾病提供新思路和新靶点。