氧化應激相關酶介導心血管疾病中血管內膜增生的機制

倪 鈞

氧化應激相關酶介導心血管疾病中血管內膜增生的機制

倪 鈞

體內多種氧化應激相關酶，如血紅素氧合酶-1、髓過氧化物酶以及還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶，均與血管內膜增生過程相關。深入研究體內氧化還原酶及其介導的氧化應激過程，有利于了解心血管疾病中血管內膜增生的機制，尋求合適的治療靶點。

氧化應激；氧化還原酶；血管內膜增生；心血管疾病

動脈粥樣硬化引起的心血管疾病，尤其是冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(冠心病)已成為當前最常見的疾病之一。動脈粥樣硬化主要由內皮損傷和脂質代謝異常等因素引起，導致血管腔狹窄[1]，如不及早治療，可引起心絞痛、心肌梗死。經皮冠狀動脈介入治療(PCI)已成為治療冠心病的首選方法，但 PCI 術后支架內再狹窄仍是困擾臨床醫(yī)師以及影響患者預后的重要因素[2-3]。支架內再狹窄的發(fā)生主要與血管損傷后平滑肌細胞過度增殖有關，而支架擴張的高壓作用又進一步刺激并促進平滑肌細胞增殖。藥物洗脫支架載有的藥物能顯著抑制血管內膜平滑肌細胞增殖，使支架內狹窄的發(fā)生率顯著降低，但仍有部分患者在冠狀動脈置入藥物支架后反復出現(xiàn)支架內再狹窄。對于這部分患者，進一步探索血管內膜增生的內在機制，顯得非常重要。

1 氧化應激參與血管內膜增生

氧化應激在血管內膜增生過程中扮演著重要角色[4]。血管內膜增生是血管受損后的自然修復過程，但過度的增生會導致血管再狹窄的發(fā)生。以往的研究已經發(fā)現(xiàn)，血管內膜增生源于血管壁中膜的平滑肌細胞受到了局部或血液循環(huán)中氧化應激和炎癥因子刺激后，發(fā)生過度增生增殖的反應。其整個過程包括血管內皮受損，血小板聚集，炎性細胞浸潤，平滑肌細胞增殖及遷移至內膜下[5]。血管受到損傷后，局部超氧陰離子(O2-)成倍地增加，促使血管活性物質釋放[6]。增加的O2-能加重局部血管內皮和平滑肌細胞凋亡，介導血管平滑肌細胞增殖和遷移，最終導致血管重構[7]。而使用抗氧化劑(如普羅布考及維生素C、E等)能在動物模型中抑制新生內膜的形成[8-9]。人體內多種重要的催化酶，如血紅素氧合酶-1、髓過氧化物酶以及還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶等，參與并介導氧化應激過程，研究發(fā)現(xiàn)這些酶均與血管內膜增生有關。

2 血紅素氧合酶-1

血紅素氧合酶-1是人體內血紅素代謝的重要酶，其主要作用是將血紅素氧化降解為二價鐵離子、一氧化碳和膽綠素，后者轉化為膽紅素排出體外[10-11]。血紅素氧合酶-1能抑制血管平滑肌細胞的增殖和從動脈中層向內膜的遷移，從而保護受損血管。

血紅素氧合酶-1誘導劑普羅布考能顯著抑制體外血管平滑肌細胞增殖。動物實驗也表明，普羅布考能抑制兔髂動脈支架內膜增生，其作用機制與血紅素氧合酶-1的酶活性有關，可能由血紅素氧合酶-1降解血紅素產生的一氧化碳介導[12]。體外實驗發(fā)現(xiàn)，一氧化碳能明顯抑制平滑肌細胞對炎癥刺激的反應，拮抗一氧化碳則能完全消除血紅素氧合酶-1抑制平滑肌細胞增殖的作用[13]。血紅素氧合酶-1基因敲除小鼠的血管平滑肌細胞具有高度增殖和合成 DNA 的潛力，血紅素氧合酶-1轉基因小鼠在主動脈球囊受損后則無明顯的內膜增生。臨床研究提示，冠狀動脈介入治療后患者長期服用血紅素氧合酶-1誘導劑普羅布考能顯著改善患者的長期預后，提高生存率[14]。

藥物洗脫支架顯著降低了冠心病支架內再狹窄和術后心臟事件的發(fā)生率，但其長期療效還有待觀察，某些藥物洗脫支架存在晚期再追趕現(xiàn)象，即支架內再狹窄僅在一定時間內被抑制，其后仍然發(fā)生[15]。在高膽固醇飲食喂養(yǎng)的大鼠球囊損傷模型和高膽固醇飲食喂養(yǎng)的兔髂動脈球囊損傷模型中，血紅素氧合酶-1顯著抑制血管內膜增生，且對血管再內皮化無明顯影響[16]。體外運用腺病毒過表達血紅素氧合酶-1能抑制血管平滑肌細胞的增殖，防止內膜增生[13]，并促使血管內皮細胞增殖，促進受損血管再內皮化。血紅素氧合酶-1有望成為冠心病支架術后再狹窄和血栓形成的備選藥物。

3 髓過氧化物酶

髓過氧化物酶是中性粒細胞、單核細胞和某些組織的巨噬細胞胞內顆粒的主要成分[17]，是內源性防御的重要因子和體內產生活性氧自由基(reactive oxygen species, ROS)的主要來源。髓過氧化物酶的主要功能是在吞噬細胞內殺滅微生物，利用過氧化氫(H2O2)和氯離子產生次氯酸，形成具有氧化能力的ROS。髓過氧化物酶還可釋放到細胞外，激發(fā)免疫反應，清除多種細胞及有害物質，如腫瘤細胞、血小板、自然殺傷細胞、原蟲和毒素等。髓過氧化物酶可參與調節(jié)炎癥反應的許多過程，但其催化產生的ROS過多會使組織發(fā)生損傷。

Yang[18]等使用純化的髓過氧化物酶處理分離后培養(yǎng)的大鼠頸動脈1 h后發(fā)現(xiàn), 血管內膜增生的程度顯著增加，提出其機制為髓過氧化物酶催化底物H2O2生成次氯酸，次氯酸釋放ROS損傷血管壁，誘導炎癥介質產生，促進血管平滑肌細胞增生。Tiyerili[19]等發(fā)現(xiàn)，髓過氧化物酶抑制劑能顯著減少血管損傷后的內膜增生，在髓過氧化物酶敲除的小鼠中，這種抑制作用更加明顯。這些結果均提示髓過氧化物酶在動脈粥樣硬化炎癥發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用。

4 NADPH氧化酶

NADPH氧化酶是維持機體內氧化還原平衡的重要酶分子。NADPH氧化酶催化NADPH和O2發(fā)生反應，產生NADP+及H2O2。反應過程中產生的O2-和H2O2均是ROS的重要組成部分，是體內細胞防御(如中性粒細胞清除細菌和霉菌)的重要途徑。Violi等[20]報道，NADPH氧化酶和動脈粥樣硬化的發(fā)病相關，NADPH氧化酶產生的ROS可介導巨噬細胞黏附并遷移進入受損血管壁。NADPH氧化酶抑制劑則能延緩小鼠動脈粥樣硬化的發(fā)生[21]。

NADPH氧化酶家族分為NADPH氧化酶1～4亞型，其中NADPH氧化酶1、NADPH氧化酶2和NADPH氧化酶4主要在血管壁中表達。上調血管組織中NADPH氧化酶1的表達量，能促進平滑肌細胞遷移和增殖，抑制內皮細胞的功能，降低一氧化氮合酶(eNOS)的釋放，加速動脈粥樣硬化的發(fā)生。Jing等[22]使用腎功能衰竭毒素PCS刺激人血管內皮細胞和單核細胞，發(fā)現(xiàn)NADPH氧化酶4的蛋白表達增加，而NADPH氧化酶1的表達僅輕度升高，提示NADPH氧化酶4可能是腎性毒素促動脈粥樣硬化的途徑之一。細胞內NADPH氧化酶4的上升同樣使ROS升高，引起O2-和H2O2增加，促進細胞分泌炎性介質，促使巨噬細胞和炎性細胞浸潤，使斑塊的穩(wěn)定性顯著降低。NADPH氧化酶4大量分布于血管內皮和平滑肌細胞的線粒體、內質網及細胞核內。研究表明，NADPH氧化酶4與聚合酶δ相互作用蛋白2(polymerase-δ-interacting protein 2，POLDIP2)和p22等基團結合后，才具有相應的催化活性[23]。與其他NADPH氧化酶亞型(如NADPH氧化酶1和NADPH氧化酶2蛋白)相比，NADPH氧化酶4蛋白具有E-loop的尾部，其中的組氨酸序列高度保守，組氨酸序列中的點突變能改變NADPH氧化酶4的催化作用，使催化反應的產物由H2O2變?yōu)镺2-。這些O2-在粥樣斑塊中釋放，能降低斑塊穩(wěn)定性，使斑塊破裂的可能性顯著增加。Jing等[22]還指出，在高膽固醇飲食喂養(yǎng)的ApoE-/-小鼠中，使用NADPH氧化酶抑制劑Apocinin能顯著降低PCS誘發(fā)的動脈粥樣硬化的形成。

5 結語

綜上所述，血紅素氧合酶-1、髓過氧化物酶以及NADPH氧化酶介導的氧化應激過程均在血管內膜增生的病理生理過程中發(fā)揮重要作用。深入研究體內氧化還原酶及其介導的氧化應激過程，有利于進一步了解心血管疾病中血管內膜增生的機制，尋求合適的治療靶點，為轉化醫(yī)學提供理論基礎和實踐目標。

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(收稿：2016-09-26 修回：2016-10-03)

(本文編輯：胡曉靜)

200025 上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院心內科

10.3969/j.issn.1673-6583.2016.06.012