巨噬细胞与动脉粥样硬化

巨噬细胞与动脉粥样硬化

肝疾病（cpd）是一种严重危害人类健康和生命的重大疾病。世界上每年约有1670万人死亡，是世界上死亡率的第一位。动脉粥样硬化（as）是cpd形成和发展的重要病理基础。AS是一类发展缓慢的、复杂的血管炎症性疾病,其特点是动脉管壁增厚变硬、失去弹性和管腔缩小,在动脉内膜上积聚呈黄色粥样的AS斑块。AS斑块的形成过程,包括坏死成分、钙化区域、改变后脂质的聚集、平滑肌细胞(smoothmusclecells,SMCs)、泡沫细胞、内皮细胞(endothelialcells,ECs)和白细胞的迁移及巨噬细胞的浸润等［1］。笔者主要讨论巨噬细胞及巨噬细胞相关的主要生物大分子在AS病理进程中的重要作用,以便阐述AS病理机制,为AS的诊断、治疗及药物研究和开发提供文献依据。1损伤应激模型1829年JeanLobstein首先提出AS概念,长期以来AS被认为仅涉及胆固醇在动脉壁的被动聚集［2］。在20世纪70年代,建立了损伤应答模型。目前,关于AS的描述已经更加复杂化,AS被认为是具有慢性炎症反应特征的病理过程,其发展始终伴随炎症反应。AS的斑块是以脂质与渗透进来的T淋巴细胞、巨噬细胞等免疫细胞一起聚集在动脉壁为特征的［3］。炎症细胞迁移至动脉损伤部位的程度由单核细胞的募集、巨噬细胞的渗透、以及处于动脉壁内这些细胞增殖、存活和凋亡之间的平衡所决定［4］。1.1有机溶剂转染AS早期,低密度脂蛋白(lowdensitylipoprotein,LDL)聚集在血管内膜,激活内皮表达白细胞黏附分子和趋化因子,促进单核细胞和T细胞募集。在巨噬细胞集落刺激因子(macrophagecolonystimulatingfactor,M-CSF)以及其他分化因子的驱使下,单核细胞分化成巨噬细胞。巨噬细胞上调模式识别受体(patternrecognitionreceptors,PRRs),包括Toll受体(Toll-likereceptors,TLRs)和清道夫受体(scavengerreceptor,SRs)。TLRs通路的激活导致炎性反应,SRs通过调节氧化的低密度脂蛋白(oxidizedlowdensitylipoprotein,ox-LDL)导致泡沫细胞形成。巨噬细胞表达的ATP结合盒(ATP-bindingcas-sette,ABC)转运子参与胆固醇逆转运,降低血浆胆固醇水平。1.1.2单核细胞分化成M1、M22种亚型巨噬细胞在M-CSF以及其他分化因子的驱使下,单核细胞分化成巨噬细胞和/或树突细胞(dendriticcells,DCs)［7］。在免疫过程中,尽管M1和M2两种亚型的巨噬细胞都出现在硬化损伤部位,二者却表现出一个相反的作用［8］。M1型巨噬细胞由Ly6Chigh单核细胞分化而来,具有促炎作用,其经典活化途径为:在干扰素γ(IFN-γ)存在的条件下被脂多糖激活,导致IL-2,IL-23,IL-6,IL-1和TNF-α的表达量升高。相反,活化的M2型巨噬细胞由Ly6Clow单核细胞分化而来,具有抗炎作用。在IL-4、IL-13、IL-1或维生素D3存在条件下,M2型巨噬细胞受到活化并释放大量的IL-10、SRs、甘露糖受体和精氨酸酶［9］,起保护作用。1.1.4清道夫受体(SRs)SRs一种细胞表面糖蛋白,同时也是一种PRRs,具有特异的脂质转运功能,在AS性心血管疾病中起保护作用。SRs有A、B2种亚型。表达在巨噬细胞表面的SR类A型受体(SR-AI和AII),解释了多数巨噬细胞偏向于摄取乙酰化LDL,结合ox-LDL,识别微粒中修饰后的apoB元件等现象［13］。SR类B型受体(SR-BI和BII)参与胆固醇逆转运及高密度脂蛋白(highdensitylipoprotein,HDL)生成,影响巨噬细胞的表型,参与AS进程［14］。1.1.5ATP结合盒转运子ABCAl、ABCG1ABCAl和AB-CG1参与胆固醇逆转运及HDL的生成,影响AS发生发展。在AS患者的血管中有ABCAl和ABCG1表达,尤其是在早期脂质条纹的巨噬细胞中高表达。ABCAl和ABCG1敲除会导致大量脂质聚集在巨噬细胞,形成泡沫细胞［15］。研究表明,ABCAl和ABCG1与细胞凋亡、炎症因子释放有关,ABCAl和ABCG1敲除会增加斑块炎症［16］,而ABCA1、ABCG1缺陷型小鼠,循环中的单核细胞数增加［17］,均促进了AS进展。但有趣的是,在ABCG1和ApoE双基因敲除小鼠中却发现巨噬细胞凋亡,斑块面积变小［18］。1.2细胞凋亡和对凋亡细胞的激活巨噬细胞在AS发展进程中起着重要作用,体现在:促进斑块的形成、稀释纤维帽和坏死核心成分,由此导致炎性应答的增加和斑块内SMCs、白细胞等凋亡信号的增强。易损斑块易于导致血栓破裂。斑块的破裂部位几乎都位于斑块坏死核心附近,与稀释纤维帽有关。纤维帽强度是决定斑块稳定性的重要因素,纤维帽内胶原基质减少则会引起纤维帽强度降低。巨噬细胞能够通过其衍生的基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinase,MMPs)的分泌来降低内膜SMCs中胶原的合成。斑块的坏死对于炎症、血栓形成、斑块的崩解以及生理应激的形成起重要作用。巨噬细胞可减少内膜成肌纤维细胞样SMCs的数目以及胶原的降解。体外数据表明,巨噬细胞可通过Fas凋亡途径和分泌促凋亡的肿瘤坏死因子-α(tumornec-rosisfactorα,TNF-α)与氮氧化物触发SMCs的凋亡［19］。研究表明,NF-κB受体活化因子配体(receptoractivatorofnuclearfactorkappaBligand,RANKL)作用于单核巨噬细胞,通过增加IL-6和TNF-α的表达,促进SMCs的钙化［20］,TNF-α在AS中的作用也将在第2部分详细讨论。在血管受损部位,巨噬细胞的凋亡和对凋亡细胞的吞噬清除导致坏死核心增加、斑块稳定性降低。研究发现,在AS进程中,SR-A的作用与前文讨论的在AS早期时相反,与主要穹窿蛋白形成复合物,促进巨噬细胞凋亡和凋亡细胞清除,加快斑块坏死［21］。2常见的外周血诱导形式巨噬细胞产生的炎性细胞因子能够刺激内皮黏附分子、蛋白酶和其他调节分子的产生,这些调节分子以可溶性的形式进入全身循环诱导AS斑块发生、进展,增加斑块的易损性,影响着AS病理发展的进程。同时,巨噬细胞也可通过分泌抗炎细胞因子,起保护作用。这些巨噬细胞相关生物大分子,不仅在AS发生发展中起重要作用,同时其表达量的高低也与AS进程密切相关,可能成为评价AS风险的生物标志物以及治疗AS的重要靶点。2.1抗tnf-疗法2.1.1肿瘤坏死因子-α(TNF-α)巨噬细胞在TLRs和TNF-α自身受体介导的应答下诱导产生TNF-α,而TNF-α可调节一系列重要细胞功能,包括细胞增殖、存活、分化和凋亡。在脉管系统中,TNF-α调节ECs和SMCs的功能以及ECs和血细胞相互作用,这在AS进程中非常重要。TNF-α表达增加促进活性氧自由基(reactiveoxidespecies,ROS)产生,导致内皮功能紊乱。另外临床研究发现,内皮损伤和主动脉僵硬度增加会直接加快AS进程,而运用抗TNF-α疗法,可以降低主动脉僵硬度,减轻炎症,减慢AS进程。2.1.3可溶性CD40配体(CD40ligand,CD40L)CD40与CD40L在巨噬细胞、ECs和VSMCs等AS病变相关细胞中均有表达。CD40与CD40L结合后,通过凋节多种细胞因子、趋化因子、黏附分子、生长因子和MMPs等表达,促进AS相关炎症、免疫反应,诱导AS斑块发生进展,增加斑块易损性［27］。调查急性脑梗死患者发现CD40/CD40L系统上调且伴随着不同程度的血管栓塞,且两者成一定相关性,因此CD40/CD40L系统可能成为临床评估AS稳定性的生物标志物［28］。2.2小鼠亚组织化学模型2.2.1白细胞介素-10(interleukin-10,IL-10)IL-10由单核细胞和巨噬细胞等免疫细胞分泌,抑制其他细胞因子的分泌,是AS发展中后期一个重要的抗炎细胞因子。IL-10-/-小鼠体内胶原蛋白数目明显下降［29］。ApoE-/-小鼠给予共轭亚油酸致AS模型中,IL-10表达量升高,其下游信号通路激活,AS病程减慢［30］。2.2.2转化生长因子(transforminggrowthfactorβ,TGF-β)包括巨噬细胞在内的多种细胞都可以产生TGF-β,在炎症部位,TGF-β可抑制巨噬细胞活性,表现出抗炎效应。在AS患者体内,AS斑块处TGF-β1高表达,且血清中TGF-β1的增加有利于降低冠心病的发生［31］。另外,TGF-β1可以抑制ox-LDL的摄取,调节巨噬细胞源性泡沫细胞的形成,诱导巨噬细胞表达ABCAl、ABCGl和apoE,促进细胞中胆固醇的流出,提高HDL水平,减缓AS进程［32］。转基因致ApoE-/-CD11cDNR小鼠TGFβRⅡ失活,与ApoE-/-CD11cDNR小鼠相比,炎性斑块面积大,AS病程加快。2.3mif在小鼠、人颈动脉和脂质等组织中的表达MIF由单核巨噬细胞分泌,是炎症反应中的重要介质,在ECs和VSMCs等AS病变相关细胞中均高表达。研究显示,MIF的表达与小鼠、人颈动脉斑块、喂养动脉粥样化饮食的家兔主动脉的I/M增加和脂质沉积相关［33］。MIF和Ldlr双基因敲除小鼠研究表明,MIF通过调节脂质代谢、蛋白酶表达、内膜增厚,影响AS病程［34］。2.4s1p和tgf-MMPs是蛋白酶活化酶家族的成员,主要由活化的巨噬细胞及VSMCs产生。在AS斑块中MMP-9高表达,而HDL、S1P和TGF-β均可下调其表达［35］。在AS斑块形成过程中,MMP可以调节细胞外基质(extra-cellularmatrix,ECM)降解、细胞增殖和迁移、组织重塑以及生长因子和细胞因子的产生和分泌［36］。Ldlr-/-Apob100/100小鼠模型证明,MMP-2和MMP-9表达和活性增加,促进AS斑块增大［37］。2.5crp检测及转导因子表达在人ECs中,CRP促进VCAM-1、ICAM-1、E-选择素以及单核细胞趋化蛋白(monocyteschemoattractantprotein-1,MCP-1)的表达,促进炎症反应发生,是AS发展中的重要炎性标志物［38］。CRP通过下调eNOS转录,使ICAM-1表达增加,刺激单核细胞产生组织因子和促炎细胞因子,刺激血管移位,通过与膜攻击物结合等途径促进AS的发生发展［39］。但也有研究显示,CRP-/-小鼠分别与ApoE-/-小鼠和LDLR-/-小鼠杂交建立两种AS小鼠模型,与正常组相比,斑块面积相当甚至增加,表明CRP可能也起到一定的保护作用［40］。2.6通过nf-b信号通路调节mirna-155的表达AS的发生发展过程中是否也受到miRNA的调控成为近年来的研究热点。在单核细胞/巨噬细胞,TNF-α、LPS等通过NF-κB信号通路上调miRNA-155的表达水平,调节DCs功能,影响AS的发生发展［41］。从miRNA在心脑血管疾病中的重要作用可以预期miRNA可能成为临床诊断的一个有前景的生物标志物,甚至是药物治疗靶点［42］。3细胞生物学及相关生物分子吸烟、高血压、致粥样硬化的脂蛋白、高血糖等促进AS主要损伤因子形成的各种有害刺激,促进黏附分子及各种细胞因子分泌,促进单核细胞附着于ECs,而聚集的趋化因子进一步导致单核细胞迁移至内膜下空隙,转变为巨噬细胞。脂纹的形成始于单核细胞变为巨噬细胞,摄取胆固醇脂蛋白。巨噬细胞可以促进斑块的形成、稀释纤维帽和坏死核心成分,导致血栓形成、斑块崩解。一方面,巨噬细胞产生的TNF-α、IL-1等炎性细胞因子能够刺激内皮黏附分子、蛋白酶和其他调节分子的产生,促进血栓形成、扩大斑块面积,增加斑块的不稳定性,诱导AS的发生发展。另一方面,巨噬细胞产生的IL-10、TGF-β等抗炎因子通过降低斑块处蛋白酶活性或抑制血管ECs致炎黏附分子的表达,增加AS斑块的稳定性,增加HDL水平,起保护作用。综上所述,巨噬细胞参与了动脉粥样硬化病理进程中的多个环节,巨噬细胞相关细胞因子、趋化因子、酶、转运蛋白、miRNA等生物大分子也发挥着重要作用,可能成为评价AS风险的生物标志物,以及治疗AS的重要靶点。因此,认识巨噬细胞及相关生物大分子在动脉粥样硬化发生发展中的作用,对于深入理解动脉粥样硬化的病因、发病机制,为其诊断、治疗及药物研发具有重要意义。1.1.1单核细胞募集至冠状动脉壁在AS病理进程中,血液中的单核细胞渗透至内膜及内膜下层,经趋化因子激活,通过一种相互作用将apoB-LPs覆盖在ECs表面,翻转并紧紧贴服于ECs。当单核细胞滚动至发炎的冠状动脉内皮组织后,在淋巴细胞功能相关抗原-1(lymphocytefunctionassoc