氧化應激和自噬在動脈粥樣硬化中的作用*

李 超，姜 楓 綜述，李運倫△ 審校

(1.山東中醫(yī)藥大學，濟南 250355；2.山東中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院，濟南 250014)

·綜述·

氧化應激和自噬在動脈粥樣硬化中的作用*

李 超1，姜 楓2綜述，李運倫2△審校

(1.山東中醫(yī)藥大學，濟南 250355；2.山東中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院，濟南 250014)

動脈粥樣硬化；氧化性應激；自噬

動脈粥樣硬化(atherosclerosis,As) 是一種多因素所致的慢性的、漸進性的動脈炎癥性疾病，以動脈壁變硬增厚、彈性減退和管腔狹窄為主要病變特征。雖然AS的發(fā)病機制及病理演變尚未明晰，但是研究證實脂質代謝異常及氧化應激損傷是其主要原因之一。近年來研究發(fā)現(xiàn)，氧化應激能夠誘導細胞發(fā)生自噬現(xiàn)象以減輕氧化損傷[1]。有學者在20世紀50年代首次提出了細胞自噬的概念。自噬，作為一個動態(tài)的細胞內(nèi)物質周轉的過程，當細胞外環(huán)境改變時，可以通過降解損壞的細胞器及部分蛋白，從而為細胞生存提供新的原材料和能量[2]。本文從自噬和氧化應激在動脈粥樣硬化中的交相作用的角度進行綜述，以期為AS的防治提供新的思路。

1 氧化應激在AS中的作用

氧化應激指的是體內(nèi)氧化反應與抗氧化能力的不均衡狀態(tài)，進而對機體產(chǎn)生各種損傷。研究揭示，活性氧(reactive oxygen species,ROS)的蓄積是氧化應激的主要病理變化，ROS的產(chǎn)生超過了機體抗氧化系統(tǒng)的清除能力。正常濃度的ROS具有細胞信號傳導、調(diào)節(jié)細胞生長分化及參與炎性反應等重要作用。然而，氧化應激時蓄積的ROS能夠促進脂質過氧化、損傷DNA和蛋白質及誘導細胞凋亡和增殖，進而促進AS的進展[3]。

1.1ROS蓄積促進AS的病理進程 氧化應激對AS病理變化的影響主要體現(xiàn)在ROS的蓄積對AS病理進展的促進作用，其主要通過損傷血管內(nèi)皮依賴性舒張功能、誘導內(nèi)皮細胞凋亡及平滑肌細胞增殖遷移、促進內(nèi)皮細胞黏附因子及炎性因子的表達等，進一步造成的血管壁損傷和斑塊的形成、破裂。(1)損傷血管內(nèi)皮依賴性舒張功能：血管內(nèi)皮功能障礙是AS早期的一個重要標志。一氧化氮(NO)生物利用率(包括NO的生成和NO的生物活性)的降低被認為是血管內(nèi)皮依賴性舒張功能降低最主要的因素[4]。ROS不僅能直接抑制NO 的生物活性，還能夠抑制內(nèi)皮型一氧化氮合成酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)的表達和活性。此外，ROS也能夠氧化四氫生物蝶呤(tetrahydrobiopterin,BH4)從而促進eNOS解偶聯(lián)生成ROS而不是NO[5]。(2)誘導內(nèi)皮細胞凋亡及平滑肌細胞增殖遷移：研究表明，ROS參與了血管緊張素Ⅱ和胰島素促進血管平滑肌細胞增殖遷移，而通過抑制ROS的產(chǎn)生能夠有效地減輕平滑肌細胞增殖遷移，此外H2O2還能夠誘導內(nèi)皮細胞凋亡[6]。oxLDL也能夠通過促進ROS的產(chǎn)生而進一步誘導血管內(nèi)皮細胞凋亡[7]。(3)促進內(nèi)皮細胞黏附因子和炎性因子的表達：腫瘤壞死因子-α(TNF-α)是AS發(fā)生和發(fā)展的一個關鍵炎性因子，而ROS能夠誘導血管內(nèi)膜的脂質過氧化及通過介導核轉錄因子-κB(NF-κB)等通路，進而促進TNF-α的產(chǎn)生，同時促進血管細胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)、細胞間黏附分子-1(intercellular adhesion molecule 1,ICAM-1)等的表達[8]。

1.2ROS蓄積的調(diào)節(jié)機制 ROS的蓄積主要是由于ROS的產(chǎn)生與抗氧化系統(tǒng)的清除平衡失調(diào)。促進ROS產(chǎn)生的來源除了吸煙、污染等外源性因素，主要依賴多種ROS生成酶活性等內(nèi)源性因素。ROS 的清除則主要依靠機體的抗氧化系統(tǒng)，在血漿中非酶抗氧化劑起到主要作用，但在細胞層面，主要依賴于SOD、過氧化氫酶和谷胱甘肽過氧化物酶(GPx)等活性酶。

1.2.1ROS生成酶 在血管細胞中，生成ROS的酶系主要有4種：還原型輔酶Ⅱ(NADPH)氧化酶、黃嘌呤氧化酶、eNOS功能障礙和線粒體呼吸鏈酶。NADPH氧化酶是主要作用于血管內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞等細胞膜的一種復合酶，當接觸轉換生長因子、高糖、高脂等條件時，NADPH氧化酶則表現(xiàn)較高水平的反應性，通過多種機制產(chǎn)生超氧陰離子(O2-)，被認為是血管中生成ROS的最主要酶系[9]。動物實驗證實，在AS中血管緊張素Ⅱ介導的NADPH氧化酶活化被認為是生成ROS的主要來源，而p22phox基因表達的上調(diào)則是關鍵啟動環(huán)節(jié)[4]。黃嘌呤氧化酶能夠將電子傳遞給O2從而產(chǎn)生O2-和H2O2，也是ROS主要的生成來源，黃嘌呤經(jīng)黃嘌呤氧化酶氧化后的最終產(chǎn)物即是尿酸。臨床研究發(fā)現(xiàn)，黃嘌呤氧化酶抑制劑能夠明顯降低代謝綜合征患者的氧化應激反應，抑制過氧化物酶水平并提高血管舒張功能[10]。此外，尿酸在高濃度時被血管內(nèi)皮細胞吸收后，能夠增強氧化應激水平而損傷血管內(nèi)皮功能。eNOS在BH4濃度適宜時能夠產(chǎn)生NO，而當BH4缺乏時，eNOS就會解偶聯(lián)產(chǎn)生ROS而不是NO。eNOS解偶聯(lián)在過氧亞硝基處理的大鼠主動脈、低密度脂蛋白處理的內(nèi)皮細胞及離體的SHR主動脈等均可被發(fā)現(xiàn)。因此，氧化應激能夠促進eNOS解偶聯(lián)，而eNOS解偶聯(lián)又可以反過來加重氧化應激。臨床研究亦表明，補充BH4能夠明顯提高高血壓和高膽固醇血癥患者的內(nèi)皮功能[4]。線粒體呼吸鏈酶上產(chǎn)生O2-的地方主要是復合物Ⅰ和Ⅲ，復合物Ⅰ即NADH脫氫酶釋放O2-到基質中，也被認為是O2-生成的主要來源，而O2-的生成主要依賴于線粒體基質中的超氧化物歧化酶-2(superoxide dismutase 2,SOD2)的活性[11]。氧化損傷能夠促進線粒體產(chǎn)生更多的ROS，而動物實驗表明，線粒體功能障礙導致的SOD2缺乏加重了載脂蛋白E-/-小鼠線粒體DNA的損傷，并促進了AS的進展。

1.2.2抗氧化系統(tǒng) 血管壁能夠產(chǎn)生多種酶以減少ROS而發(fā)揮抗氧化作用，在細胞層面主要依賴于SOD、過氧化氫酶和GPx等活性酶。SOD催化O2-的歧化反應生成O2和H2O2，從而發(fā)揮抗氧化作用。包括主要位于細胞質中的SOD1(Cu-Zn-SOD)、線粒體中的SOD2(Mn-SOD)及細胞外的SOD3 (Cu-Zn-SOD)，而在心血管系統(tǒng)中主要依賴于SOD3降低O2-含量和維持血管的NO水平，血管壁細胞的SOD3高表達，能夠有效地減輕過氧化物的損傷及脂質斑塊的形成[12]。過氧化氫酶能夠催化H2O2分解為水和氧氣，對于過氧化氫酶的全部生物學意義尚未清楚，但是動物實驗顯示，雖然過氧化氫酶敲除小鼠生長正常并未有嚴重異常，但是過氧化氫酶的過表達卻具有延緩AS和抑制血管緊張素Ⅱ誘導的主動脈壁肥厚等心血管系統(tǒng)的保護作用[10]。GPx能夠促進游離過氧化氫和脂質過氧化物分別分解為水和相應的醇類。GPx1在GPx同工酶中廣泛表達，是很多細胞主要的抗氧化酶。研究發(fā)現(xiàn)，GPx1缺陷增加oxLDL誘導的泡沫細胞形成。GPx1的過表達能夠加速載脂蛋白E-/-小鼠AS的損傷和進展。GPx4可以清除H2O2和各種脂質氫過氧化物，包括氧化磷脂和膽固醇氫過氧化物，在載脂蛋白E-/-小鼠中GPx4的過表達能夠降低脂質過氧化和抑制血管細胞對氧化脂質的敏感性，進而延緩AS的進展[13]。

2 自噬在AS中的作用

2.1基礎水平的自噬 自噬是細胞對外環(huán)境改變做出的適應性反應，它能夠降解損傷的細胞器(尤其是極化的線粒體)和大分子蛋白質(長壽蛋白等)，基礎水平的自噬具有一定的保護作用。自噬不僅通過對受損細胞器的降解以保護血小板對抗氧化應激反應的損傷，還能夠延長平滑肌細胞壽命，平滑肌細胞釋放膠原纖維能夠增強脂質斑塊的穩(wěn)定性[14]。自噬在內(nèi)皮細胞和內(nèi)皮功能的保護方面也發(fā)揮了重要作用，氧化應激反應能夠在一定程度上誘導內(nèi)皮細胞自噬的產(chǎn)生，從而保護內(nèi)皮細胞以對抗氧化損傷。oxLDL能夠誘導內(nèi)皮細胞自噬產(chǎn)生，從而降低ROS的含量，增加NO 的合成，從而改善內(nèi)皮依賴性舒張功能[15]。

自噬的抗粥樣硬化作用不僅僅表現(xiàn)在穩(wěn)定脂質斑塊和抵抗氧化應激、炎癥損傷等方面，還表現(xiàn)其抗凋亡的作用。自噬對損傷線粒體等細胞器的吞噬，限制了促凋亡蛋白(如細胞色素C和細胞凋亡誘導因子等)的釋放，促進了細胞的修復，減輕了細胞外環(huán)境變化對細胞的損傷效應，從而延長了細胞壽命，減輕了細胞凋亡[2]。此外，自噬還可以下調(diào)血液中載脂蛋白B，而載脂蛋白B在動脈壁內(nèi)的潴留是AS的一個重要起始事件，也是AS的重要發(fā)病機制。由細胞外環(huán)境改變誘發(fā)的基礎水平自噬對細胞是一種保護作用，同時能夠延緩AS的發(fā)展進程，而往往嚴重而長久的損傷或刺激能夠降低細胞自噬的水平，因此適度的增強自噬，對于AS的治療具有重要的意義。

2.2過度自噬 與基礎水平自噬不同，過度自噬可能誘導內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞的損傷、凋亡。內(nèi)皮細胞的損傷能夠導致內(nèi)皮功能障礙、細胞因子分泌異常及促進血栓形成等；平滑肌細胞凋亡導致膠原蛋白合成減少及纖維帽變薄，最終促進了脂質斑塊的不穩(wěn)定和粥樣硬化的進展。近年來研究發(fā)現(xiàn)，吞噬細胞通過自噬作用的死亡能夠通過炎癥小體的激活而誘發(fā)炎性反應，促進相鄰吞噬細胞釋放白細胞介素-1β、白細胞介素-6和TNF-α等[16]。由此可見，過度自噬能夠促進平滑肌細胞的凋亡及脂質斑塊的不穩(wěn)定性，從而加快了AS的進展；還能夠通過損傷內(nèi)皮細胞而導致內(nèi)皮功能紊亂，進而促進血栓形成及AS的發(fā)展。

然而，也有報道發(fā)現(xiàn)提高自噬水平對抑制AS的進展具有一定積極意義。研究發(fā)現(xiàn)，Apelin-13能夠通過激活Class Ⅲ PI3K/Beclin-1通路增強自噬水平，抑制泡沫細胞的形成，從而延緩AS的進展[17]。也有研究證實熊果酸促進巨噬細胞自噬，從而抑制IL-1β分泌，促進膽固醇流出，并減輕小鼠的AS[18]。因此，具有針對性地了解藥物誘導自噬或調(diào)控自噬水平對具體疾病的作用及機制具有重要意義。

2.3自噬的誘導 最早在AS中發(fā)現(xiàn)誘導自噬現(xiàn)象的是西羅莫司的應用，在膽固醇喂養(yǎng)的兔子體內(nèi)發(fā)現(xiàn)，巨噬細胞的數(shù)量顯著減少，可能與其自身的自體吞噬有關。而后研究發(fā)現(xiàn)，在葡萄糖饑餓法試驗中自噬抑制劑促進了心肌細胞死亡，表明自噬可以通過補充耗盡的能量及清除功能失調(diào)的受損細胞器達到保護作用[19]。在AS中，自噬的誘導因素有很多，除了部分藥物之外，氧化應激、炎性反應、低氧、饑餓甚至剪切力等因素均能誘導細胞發(fā)生自噬。雖然適當?shù)淖允赡軌蚱鸬揭欢ǖ谋Ｗo作用，但是在疾病的長期發(fā)展過程中，往往會出現(xiàn)細胞自噬的不足，無法充分發(fā)揮保護作用，此時，針對細胞自噬的藥物靶向治療可能成為治療AS的新方向。

由于脂質斑塊穩(wěn)定性與巨噬細胞密切相關，因此適度的誘導巨噬細胞凋亡在易損斑塊的穩(wěn)定方面具有重要作用，而相對于凋亡和壞死，自噬作為一種新的方式調(diào)控巨噬細胞凋亡成為了學者關注的焦點，以臨床藥物靶向干預巨噬細胞自噬從而調(diào)控巨噬細胞凋亡有望成為穩(wěn)定脂質斑塊治療的新方向。近年來研究表明，很多藥物能夠通過靶向干預自噬相關通路以調(diào)控自噬，進而抑制oxLDL誘導平滑肌細胞凋亡，或減輕oxLDL對內(nèi)皮細胞的損傷，減少內(nèi)皮細胞凋亡，提高NO 的生物利用率，改善血管內(nèi)皮功能[1,20-21]。因此，通過藥物靶向調(diào)控自噬治療臨床疾病已逐漸成為研究熱點，但如何有效而適度的調(diào)控自噬仍是自噬在疾病治療中應用的關鍵問題。

3 AS中自噬與氧化應激的交互作用

氧化應激不僅僅直接誘導內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞凋亡、增殖，還通過損傷內(nèi)皮舒張功能促進AS的發(fā)展。研究證實，氧化應激能夠誘導自噬清除受損細胞器以保護細胞，其機制可能與ROS的蓄積和oxLDL的氧化損傷有關，脂質的過氧化能夠直接影響PI3K/AKT/mTOR、腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)等自噬相關通路而誘導自噬的產(chǎn)生[22-23]。近年來越來越多的研究表明，oxLDL能夠導致內(nèi)皮細胞的凋亡及功能障礙，而與此同時又可以誘導細胞發(fā)生自噬現(xiàn)象，從而減輕氧化損傷，改善血管內(nèi)皮舒張功能[15,24]。亦有研究發(fā)現(xiàn)，oxLDL能夠損傷平滑肌細胞自噬，促進平滑肌細胞轉化成泡沫細胞，提高自噬水平能夠逆轉這一現(xiàn)象[25]。

氧化應激能夠誘導細胞自噬的發(fā)生，而自噬也能夠反向調(diào)節(jié)氧化應激反應。研究發(fā)現(xiàn)，平滑肌細胞的自噬也能夠在一定程度上減輕氧化損傷，維持細胞功能，體外試驗證實上調(diào)自噬能夠減弱7-酮基膽固醇誘導的主動脈平滑肌細胞凋亡[26]，進而延緩AS的進展。白藜蘆醇通過增強自噬降低oxLDL產(chǎn)生的氧化應激反應，從而保護細胞免受損傷[27]。 同時研究發(fā)現(xiàn)，誘導自噬能夠較少由7-氧固醇導致的細胞脂質積累，并通過降低氧化應激反應減少細胞凋亡[28]。

氧化應激作為AS病理機制中的重要危險因素，能夠誘導細胞產(chǎn)生自噬現(xiàn)象，而自噬能在一定程度上反向調(diào)節(jié)氧化應激反應，減輕氧化損傷，維持內(nèi)皮功能和脂質斑塊的穩(wěn)定性，延緩AS的進展。然而長期氧化應激狀態(tài)又能夠抑制細胞自噬，減少了自噬對細胞的自體保護作用。

4 展 望

作為心腦血管不良事件發(fā)生的主要危險因素，AS同時也是很多疾病(例如高血壓病、高脂血癥等)的并發(fā)癥，其發(fā)生、發(fā)展的病理機制十分復雜，因此，治療基礎疾病時對脈管系統(tǒng)的的靶器官保護及對AS的靶向治療尤為重要。氧化應激反應是AS病理機制中不可或缺的因素，其不僅僅參與脂質斑塊的形成及內(nèi)皮功能障礙等多個環(huán)節(jié)，還能夠活化TNF-α和NF-κβ而誘導炎性反應，進而從多個方面促進AS的進展。自噬作為一種自我保護機制，能夠被氧化應激所誘導以減少氧化損傷，然而二者間的內(nèi)在作用機制尚未完全清楚，調(diào)控的平衡也難以把握，如果進一步明確二者在AS病理機制的相互作用，有望成為AS預防和治療的重要方向。

[1]He J,Zhang G,Pang Q,et al.SIRT6 reduces macrophage foam cell formation by inducing autophagy and cholesterol efflux under ox-LDL condition[J].FEBS J,2017,284(9):1324-1337.

[2]De Meyer GR,Martinet W.Autophagy in the cardiovascular system[J].Biochim Biophys Acta,2009,1793(9):1485-1495.

[3]Moris D,Spartalis M,Tzatzaki E,et al.The role of reactive oxygen species in myocardial redox signaling and regulation[J].Ann Transl Med,2017,5(16):324.

[4]Higashi Y,Maruhashi T,Noma K,et al.Oxidative stress and endothelial dysfunction:clinical evidence and therapeutic implications[J].Trends Cardiovasc Med,2014,24(4):165-169.

[5]Higashi Y,Kihara Y,Noma K.Endothelial dysfunction and hypertension in aging[J].Hypert Res,2012,35(11):1039-1047.

[6]高蒙蒙，孫桂波，斯建勇，等．紅車軸草總黃酮對H2O2誘導的血管內(nèi)皮細胞損傷的保護作用[J].中國藥理學通報，2013，29(2)：201-207．

[7]陳為，張葵，張宸豪，等.OX-LDL介導內(nèi)皮細胞損傷及其對TLR-4和EpCAM表達的影響[J].吉林大學學報(醫(yī)學版)，2015，41(6)：1144-1149．

[8]Husain K,Hernandez W,Ansari RA,et al.Inflammation,oxidative stress and renin angiotensin system in atherosclerosis[J].World J Biol Chem,2015,6(3):209-217.

[9]Lassègue B,San Martín A,Griendling KK.Biochemistry,physiology,and pathophysiology of NADPH oxidases in the cardiovascular system[J].Circ Res,2012,110(10):1364-1390.

[10]Yiginer O,Ozcelik F,Inanc T,et al.Allopurinol improves endothelial function and reduces oxidant-inflammatory enzyme of myeloperoxidase in metabolic syndrome[J].Clin Res Cardiol,2008,97(5):334-340.

[11]Li H,Horke S,F?rstermann U.Oxidative stress in vascular disease and its pharmacological prevention[J].Trends Pharmacol Sci,2013,34(6):313-319.

[12]Foerstermann U,Sessa WC.Nitric oxide synthases:regulation and function[J].Eur Heart J,2012,33(7):829.

[13]Guo Z,Ran Q,Roberts LJ,et al.Suppression of atherogenesis by overexpression of glutathione peroxidase-4 in apolipoprotein E-deficient mice[J].Free Radic Biol Med,2008,44(3):343-352.

[14]Navarro-Yepes J,Burns M,Anandhan A,et al.Oxidative stress,redox signaling,and autophagy:cell death versus survival[J].Antioxid Redox Signal,2014,21(1):66-85.

[15]De Meyer GR,Grootaert MO,Michiels CF,et al.Autophagy in vascular disease[J].Circ Res,2015,116(3):468-479.

[16]Petrovski G,Ayna G,Majai G,et al.Phagocytosis of cells dying through autophagy induces inflammasome activation and IL-1β release in human macrophages[J].Autophagy,2011,7(3):321-330.

[17]Yao F,Lv YC,Zhang M,et al.Apelin-13 impedes foam cell formation by activating Class Ⅲ PI3K/Beclin-1-mediated autophagic pathway[J].Biochem Biophys Res Commun,2015,466(4):637-643.

[18]Leng S,Iwanowycz S,Saaoud F,et al.Ursolic acid enhances macrophage autophagy and attenuates atherogenesis[J].J Lipid Res,2016,57(6):1006-1016.

[19]Mei Y,Thompson MD,Cohen RA,et al.Autophagy and oxidative stress in cardiovascular diseases[J].Biochim Biophys Acta,2015,1852(2):243-251.

[20]Jin X,Chen M,Yi L,et al.Delphinidin-3-glucoside protects human umbilical vein endothelial cells against oxidized low-density lipoprotein-induced injury by autophagy upregulation via the AMPK/SIRT1 signaling pathway[J].Mol Nutr Food Res,2014,58(10):1941-1951.

[21]Liang X,Zhang T,Shi L,et al.Ampelopsin protects endothelial cells from hyperglycemia-induced oxidative damage by inducing autophagy via the AMPK signaling pathway[J].Biofactors,2016,41(6):463-475.

[22]Hung CH,Chan SH,Chu PM,et al.Metformin regulates oxLDL-facilitated endothelial dysfunction by modulation of SIRT1 through repressing LOX-1-modulated oxidative signaling[J].Oncotarget,2016,7(10):10773-10787.

[23]Schrijvers DM,De Meyer GR,Martinet W.Autophagy in atherosclerosis:a potential drug target for plaque stabilization[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2011,31(12):2787-2791.

[24]Lin HH.In vitro and in vivo atheroprotective effects of gossypetin against endothelial cell injury by induction of autophagy[J].Chem Res Toxicol,2015,28(2):202-215.

[25]Li BH,Yin YW,Liu Y,et al.TRPV1 activation impedes foam cell formation by inducing autophagy in oxLDL-treated vascular smooth muscle cells[J].Cell Death Dis,2014,17(5):e1182.

[26]He C,Zhu H,Zhang W,et al.7-Ketocholesterol induces autophagy in vascular smooth muscle cells through Nox4 and Atg4B[J].Am J Pathol,2013,183(2):626-637.

[27]Guo H,Chen Y,Liao L,et al.Resveratrol protects HUVECs from oxidized-LDL induced oxidative damage by autophagy upregulation via the AMPK/SIRT1 pathway[J].Cardiovascular Drugs and Therapy,2013,27(3):189-198.

[28]Yuan XM,Sultana N,Siraj N,et al.Autophagy induction protects against 7-Oxysterol-induced cell death via lysosomal pathway and oxidative stress[J].J Cell Death,2016,7(9):1-7.

10.3969/j.issn.1671-8348.2017.35.040

國家自然科學基金資助項目(81473653)。

李超(1990-)，在讀博士，主要從事中西醫(yī)結合治療心血管疾病的研究。△

，E-mail：yunlun.lee@hotmail.com。

R363;R543.5

A

1671-8348(2017)35-5020-03

2017-06-25

2017-09-13)