乙酰肝素酶和環(huán)氧合酶-2在動脈粥樣硬化相關(guān)疾病中的研究進展*

王詩琪，王蒙琴，韓軒茂，藺雪峰，張 柱

(包頭醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院心內(nèi)一科，內(nèi)蒙古包頭 014010)

動脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)是臨床最常見的心血管疾病，表現(xiàn)為血管內(nèi)膜的脂質(zhì)沉積、灶狀纖維化乃至纖維斑塊的形成，是一種由多種炎癥因子共同參與的、復雜的、慢性炎癥反應[1]。有研究證實乙酰肝素酶(heparanase,HPSE)和環(huán)氧合酶-2(cyclooxyenase-2,COX-2)參與AS斑塊的形成，并與病變嚴重程度相關(guān)，且參與了急性冠脈事件全過程?，F(xiàn)就HPSE和COX-2在動脈粥樣硬化相關(guān)疾病發(fā)生發(fā)展過程中的機制及其在冠心病病情判斷、預后評估中的意義作一綜述。

1 HPSE

1.1HPSE的功能及表達 HPSE是一種多功能蛋白，具有酶和非酶兩種活性。作為一種葡萄糖醛酸內(nèi)切酶，細胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)和基底膜中的硫酸乙酰肝素蛋白聚糖(heparan sulfateproteoglycans,HSPG)側(cè)鏈-硫酸乙酰肝素(heparan sulfate,HS)只可由其降解[2]，并釋放出一系列生物活性分子來參與多種病理生理功能。早在1970年于哺乳動物細胞中發(fā)現(xiàn)此類反應，隨后在轉(zhuǎn)移性黑色素瘤中也驗證了有這種降解活動的存在。經(jīng)過多年實驗研究，證實了HPSE的表達不僅在胎盤、血小板、角質(zhì)形成細胞和免疫細胞中比較顯著，而且內(nèi)皮細胞和結(jié)締組織細胞中也表達少量的HPSE，同時也在炎癥、細胞侵襲、腎臟病、婦科疾病和冠心病中發(fā)揮重要作用[3]。近年來HPSE的表達增加對AS斑塊發(fā)生發(fā)展過程的影響成為廣泛關(guān)注點。

1.2HPSE在AS中的作用 部分動物模型實驗已經(jīng)表明，AS的形成過程主要以炎癥這一線索貫穿始終。由于斑塊破裂部位有大量活化的免疫細胞，產(chǎn)生蛋白水解酶和炎癥分子，HPSE表達于此，識別分離切割HSPG中的HS，并與其他蛋白水解酶共同重塑、破壞細胞外基質(zhì)及基底膜的內(nèi)部穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，致使斑塊屏障減弱[4-5]，促進AS的發(fā)展。也有研究應用HPSE轉(zhuǎn)基因小鼠模型驗證了HPSE的過表達會引起患者甘油三酯脂蛋白清除延遲和高密度脂蛋白膽固醇降低[6]，動脈內(nèi)膜下脂質(zhì)的過量堆積成為AS斑塊形成的危險因素；紅細胞膜上存在的游離膽固醇還可直接使斑塊中心進一步增大,加快斑塊進展速度。

在人頸動脈斑塊鈣化中，Aldi等[6]認為HPSE對其具有雙重作用。在AS斑塊的晚期，HPSE導致血管鈣化可能主要與巨噬細胞源性破骨細胞介導的骨溶解有關(guān)，斑塊中HPSE與巨噬細胞表達部位一致，隨著AS斑塊和炎癥的進展，HPSE的表達會逐漸增高[7]，表明HPSE通過激活巨噬細胞而引起一些細胞因子的過量生成與斑塊進展關(guān)系密切。

這些結(jié)果顯示，HPSE可作為一種新的因子來預測臨床冠心病患者病情發(fā)展。然而臨床重點在于AS斑塊進展為不穩(wěn)定斑塊之后，易破裂出血及血栓形成，引起血管狹窄甚至徹底阻塞，最終形成如急性心肌梗死、卒中等一系列嚴重的臨床心腦血管事件。因此，探究使斑塊易損的原因，以及如何進一步預防不穩(wěn)定斑塊的出現(xiàn)，就更為重要。

1.3HPSE與易損斑塊 AS斑塊的病理演變?yōu)槌跗诘膬?nèi)膜增厚(pathologic intimal thickening, PIT)，經(jīng)過各種途徑和一系列細胞因子參與細胞外基質(zhì)重塑過程，形成薄帽纖維粥樣斑塊(thin-cap firoatheroma, TCFA)[8],即易損斑塊(Vulnerable patches，VP)或不穩(wěn)定斑塊。已有研究證實，穩(wěn)定病變到不穩(wěn)定病變進展過程中，HPSE的增加超過3倍[9]，表明HPSE既參與AS斑塊的生成，又與其從穩(wěn)定向不穩(wěn)定的過渡緊密相關(guān)。

可能的發(fā)病機制如下：HPSE作用于HSPG中的HS鏈，加之其他酶的參與，干擾、破壞、重塑ECM和基底膜原本穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，引起斑塊屏障減弱；還可以活化基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)降解ECM和膠原纖維來影響AS斑塊的穩(wěn)定性，是斑塊破裂的關(guān)鍵因素[10]。

另有研究證實，HPSE促進人體頸動脈斑塊中血管新生，通過降解內(nèi)皮細胞下結(jié)構(gòu)，促進內(nèi)皮細胞的增殖和遷移，同時釋放一系列血管生長因子[11]，為血管新生創(chuàng)造條件。新生幼稚血管可使紅細胞和炎性介質(zhì)作用于斑塊中心。紅細胞膜上的游離膽固醇、游離血紅蛋白、磷脂可產(chǎn)生活性氧，擴大斑塊壞死中心的面積；游離膽固醇還可直接使斑塊中心進一步增大，斑塊擴大伴隨著缺氧和炎細胞浸潤，可產(chǎn)生各種血管生成因子，新生血管增加，加之此時幼稚血管極易破裂，所以斑塊內(nèi)出血風險隨之升高。高危易損斑塊形成，使斑塊內(nèi)不穩(wěn)定事件循環(huán)往復[12]。

雖然有研究表明急性心?；颊哐錒PSE水平高于健康人群的9倍，穩(wěn)定型心絞痛患者血清HPSE水平高于健康人群的3倍[6]，證實了HPSE對AS斑塊從穩(wěn)定到不穩(wěn)定之間的過渡有顯著影響，但Gurbuz等[12]通過病例對照研究包括92例經(jīng)冠狀動脈造影后血管狹窄超過70 %的穩(wěn)定型冠狀動脈疾病(Stable coronary heart disease,SCAD)患者和34例血管正常的對照組，發(fā)現(xiàn)SCAD患者的HPSE水平低于冠脈正常者，且低水平的HPSE可以預測SCAD，這與我們之前了解到的說法有所不同，可作為一定的理論參考。

可見HPSE通過一系列途徑包括誘導血管新生來共同參與VP的形成，而HPSE的高表達還可促使血液產(chǎn)生高凝狀態(tài)和血栓，在VP的基礎(chǔ)上進一步增加ACS等疾病的發(fā)生風險。

1.4HPSE與血栓形成 有研究證實，HPSE可激活纖溶酶原，還可通過P38依賴信號通路誘導組織因子(tissue factor,TF)水平升高，非酶活性的HPSE可作為TF的輔因子促進TF與凝血因子VIIa形成復合物以參與凝血級聯(lián)反應，同時HPSE也可使細胞表面組織因子途徑抑制物(tissue factor pathway inhibitor,TFPI)從內(nèi)皮細胞表面脫落，且增加凝血因子X的表達水平，進而增加凝血活性[13]。研究還發(fā)現(xiàn)，HPSE與人頸動脈斑塊中的纖維蛋白沉積高度重合[14]，因此HPSE過度表達與血液高凝狀態(tài)緊密相關(guān)，也可進一步促進血栓形成。

另外，冠狀動脈內(nèi)血栓負擔是ST段抬高型急性心肌梗死(ST-elevated myocardial infarction,STEMI)患者長期不良心血管事件和介入治療后支架內(nèi)血栓形成的高危因素。盡管使用了多種抗血小板和抗凝藥物，高冠狀動脈內(nèi)血栓負擔仍是一個很大的挑戰(zhàn)[15]，就此Gurbuz等[10]通過研究HPSE與冠狀動脈內(nèi)血栓負擔的關(guān)系，得出結(jié)論：高冠狀動脈內(nèi)血栓負擔的急性心肌梗死患者與低冠狀動脈內(nèi)血栓負擔患者相比，血清HPSE水平顯著增高，而且，經(jīng)皮冠狀動脈介入治療(percutaneous coronary intervention，PCI)術(shù)后無再流患者的HPSE水平更高，再次提示HPSE升高可能與血栓并發(fā)癥有關(guān)。

總之，HPSE的過表達能夠加速AS的發(fā)展和斑塊內(nèi)血栓形成，誘發(fā)急性心肌梗死、腦卒中等缺血性疾病。而在這些疾病的治療過程中，血流重新灌注后對組織的刺激和一系列化學損傷比前期缺血更易導致嚴重的后果，更應引起關(guān)注。

1.5HPSE與缺血/再灌注損傷 心肌缺血/再灌注(ischemia/reperfusion,I/R)是指AS斑塊破裂或繼發(fā)血栓形成導致的冠脈部分或全部閉塞后，在有限的時間內(nèi)再次獲得血液流通，此時即使缺血的心肌重新被灌注，但心肌組織的損傷反而會進一步惡化[16]，是比較主要和常見的心血管疾病術(shù)后并發(fā)癥。

近年來相關(guān)的研究主要集中在腎臟領(lǐng)域，如在腎臟移植中引起急性腎損傷和移植物功能延遲等，嚴重情況下可進一步導致腎間質(zhì)纖維化。對此有實驗用野生型和HPSE大量表達的小鼠通過夾閉雙側(cè)腎動脈來制作I/R模型[17]，結(jié)果顯示，在實驗中，腎動脈再灌注后HPSE表達增加，過多的HPSE在I/R后腎小管上皮細胞向間質(zhì)細胞轉(zhuǎn)化的過程中起著重要促進作用，HPSE過表達組的小鼠可能比野生型小鼠更易導致急性腎損傷。

雖然國內(nèi)外尚未有文獻報道關(guān)于HPSE與心肌細胞I/R損傷的關(guān)系，但由此可以猜測，HPSE在心肌細胞I/R中是否也可以過表達，進而引起一系列的細胞損傷、凋亡及轉(zhuǎn)化，造成心力衰竭等嚴重的并發(fā)癥。至于具體的機制，還需要進一步的實驗研究和深入探討。

綜上，HPSE在AS斑塊、VP、血栓形成和I/R等各個方面都發(fā)揮著重要作用，在臨床冠心病診斷、治療、甚至評估預后中不可或缺。抑制HPSE有可能成為治療AS的新策略,最新研究已經(jīng)證實一種人工合成的硫酸乙酰肝素類似物(proteoglycan545，PG545)可以抑制HPSE，顯著減輕AS的嚴重程度[18]。新型抗腫瘤藥(progen industries 88,PI88)作為腫瘤生長及轉(zhuǎn)移抑制劑，在心血管病研究中也取得了一定的臨床依據(jù)，可以抑制HPSE的表達并使其降解[19]，臨床應用前景比較可觀。而與此同時，COX-2也廣泛涉及了AS斑塊及VP的生成，不僅在I/R的組織或細胞中顯著表達，近年來選擇性COX-2抑制劑與心血管事件的研究也很受關(guān)注。

2 COX-2

2.1COX-2的功能及表達 環(huán)氧合酶(cyclooxygenase，COX)是引起花生四烯酸轉(zhuǎn)化為前列腺素的重要酶，其有COX-1和COX-2兩種亞型存在[20]：COX-1為結(jié)構(gòu)型，在生理或病理情況下、正常動脈和AS病變處均能表達，位于血管、胃等組織器官中，主要維持正常的生理功能；COX-2為誘導促炎型，只在AS病變處或接受特定炎癥刺激時才大量表達[21]，而未見于正常動脈。一定條件下磷脂酶A被激活，破壞膜磷脂，產(chǎn)生花生四烯酸，在COX的作用下生成前列腺素(prostaglandin，PG)，分別為PGE2、PGH2,后者在血小板內(nèi)生成TXA2，有促進血小板的聚集和強烈的縮血管作用，在內(nèi)皮細胞中生成前列環(huán)素(PGI2),具有抗血小板聚集和舒張血管作用，還在其他組織中合成PGD2,PGE2,PGF2等各種前列腺素，均發(fā)揮促炎作用[22]。目前大量研究證實，很多廣泛的、復雜的病理生理反應都有COX及其代謝產(chǎn)物PG的參與，包括多種心血管疾病，其中COX-2與AS的發(fā)生發(fā)展過程密切相關(guān)[23-24]。

2.2COX-2在AS中的作用 COX-2及其代謝產(chǎn)物PG在各種炎癥反應尤其是AS斑塊中的表達顯著升高，貫穿了AS的形成及VP的破裂、內(nèi)皮細胞的損傷、泡沫細胞的形成等各個階段，并與其嚴重程度相關(guān)。Liang等[25]的研究支持這一觀點：通過AS轉(zhuǎn)基因小鼠模型發(fā)現(xiàn)COX-2高表達于AS病灶，抑制COX-2可以明顯減輕斑塊病變程度，且參與AS斑塊組成的如內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞、單核/巨噬細胞內(nèi)均含有COX-2。值得注意的是，COX-2僅存在于AS病變處而非正常動脈中。

另外，亞臨床AS是指有AS的危險因素如糖尿病、高血壓、肥胖、高血脂等，但無相應的臨床癥狀，經(jīng)檢測其中同樣有COX-2表達的增高[24]，這很大程度上說明了COX-2可以作為一種新的標志物來早期預測AS的發(fā)展，從而降低臨床心血管病致死風險。

因此，COX-2是AS形成發(fā)展中一種關(guān)鍵的因子，而COX-2長此以往的炎癥刺激使得AS斑塊從微小的病變轉(zhuǎn)化為不穩(wěn)定斑塊，甚至被破壞形成血栓，進而引發(fā)急性缺血梗死事件。

2.3COX-2與VP COX-2可能通過一系列途徑增加單核巨噬細胞黏附,并刺激其產(chǎn)生趨化因子，刺激平滑肌細胞遷移和增生，增加血管通透性，參與炎癥反應，誘導炎性因子如前列腺素E2(PGE2)的產(chǎn)生，繼而激活MPP，降解細胞外基質(zhì)，引起斑塊穩(wěn)定性降低。巨噬細胞是AS斑塊中最重要的促炎細胞，因此斑塊中巨噬細胞的升高可能代表此斑塊易損。研究證實斑塊中巨噬細胞分布較多的位置上，COX-2和PGE2也集中表達，進而促進炎癥反應導致蛋白水解、斑塊穩(wěn)定性下降[26]。另一項研究也發(fā)現(xiàn)，COX-2在易損斑塊中的表達明顯上調(diào)。提示COX-2不但參與AS的形成過程，更增加斑塊的易損性。

此外，免疫系統(tǒng)的作用也展現(xiàn)在AS發(fā)生發(fā)展的各個環(huán)節(jié)。有實驗通過小鼠易損的頸動脈斑塊模型[27]，證實了調(diào)節(jié)性T細胞可以較大程度地抑制VP和巨噬細胞中COX-2的含量，抑制炎癥反應，進而阻止AS的發(fā)展，使AS穩(wěn)定性得以提高。

COX-2的表達涉及了AS斑塊的形成及不穩(wěn)定，不穩(wěn)定斑塊的破裂也勢必會引起急性心肌梗死等疾病，有必要探討COX-2在心梗的嚴重并發(fā)癥如缺血再灌注損傷(I/R)中是否仍繼續(xù)表達。

2.4COX-2與缺血/再灌注損傷(I/R) 有研究表明，I/R的發(fā)生使心肌細胞受到刺激，經(jīng)過一系列復雜的病理生理機制引起COX-2表達上調(diào)，隨后當其催化前列腺素生成的同時釋放大量活性氧(reactive oxygen species,ROS)，導致心肌細胞進一步損傷，并且心肌細胞受損和凋亡的程度隨著COX-2水平的增高而增高[28]。使用選擇性COX-2抑制劑可明顯降低由I/R損傷引起的炎癥因子和ROS的水平[29]，進而減輕心肌細胞的受損程度。有研究還發(fā)現(xiàn)，ROS減少的同時會引起一氧化氮升高，并縮小梗死面積，對心肌細胞和組織都有很大的益處。目前為止所有相關(guān)研究表明，COX-2與I/R確實存在很密切的關(guān)系，選擇性COX-2抑制劑可大量用于I/R損傷及AS相關(guān)疾病的治療，然而關(guān)于選擇性COX-2抑制劑對心血管的影響機制十分復雜，說法不一，值得深入研究探討。

2.5選擇性COX-2抑制劑與心血管事件 非甾體抗炎藥主要通過抑制COX來減少各種前列腺素的生成，以達到抗炎鎮(zhèn)痛的效果，其中阿司匹林屬于非選擇性環(huán)氧合酶抑制劑，可抑制COX，阻斷介導血小板的TXA2合成、抑制炎癥反應，進而發(fā)揮抗AS作用。由于COX-2參與AS的發(fā)生發(fā)展，所以抑制COX-2可能延緩AS進程。1998年美國食品藥品管理局(FDA)批準了第一個選擇性COX-2抑制劑塞來昔布，隨后通過基因敲除小鼠AS實驗，證實了用選擇性COX-2抑制劑塞來昔布能降低PEG2水平，可對抗炎癥來抑制AS斑塊的進展。也有實驗采用低密度脂蛋白受體基因敲除小鼠為AS模型，給予選擇性COX-2抑制劑羅非昔布，最終顯著抑制了早期AS斑塊的進展。

而后的臨床藥物應用和實驗發(fā)現(xiàn)，選擇性COX-2抑制劑阻礙AS進展的同時也產(chǎn)生了一系列不良的心血管事件。一方面可能是由于內(nèi)皮細胞產(chǎn)生的前列環(huán)素(prostacyclin，PGI2)可以抗血小板聚集和舒張血管，所以最早人們認為，PGI2在冠心病患者中具有預防血栓形成的有益作用，猜測如果抑制COX-2可能會增加AS患者進一步的風險。同時VIGOR實驗的后期分析顯示了羅非西布確實可以增加心肌梗死率，特別是在高?；颊咧?。另一方面，單核巨噬細胞中COX-2產(chǎn)生的PGE2和TXA2具有促進AS發(fā)生發(fā)展的作用，抑制COX-2可以對抗AS。所以不同細胞內(nèi)的COX-2及其代謝產(chǎn)物對AS各種階段的影響有所差異，可能是相反的、雙重的作用。但也有研究表明，選擇性COX-2抑制劑并不能抑制全部的PGI2，因為COX-1也可產(chǎn)生PGI2，而且機體也可以通過其他途徑使內(nèi)皮細胞產(chǎn)生舒張血管和抗血小板聚集物質(zhì)如NO，并不只有COX-2一條通路，所以雖然目前選擇性COX-2抑制劑對心血管的安全性仍存在爭議，但從這一角度出發(fā)，其仍可以抑制炎癥、對抗AS進而產(chǎn)生有益作用。

綜上所述，雖然在AS及相關(guān)疾病中未發(fā)現(xiàn)HPSE和COX-2的關(guān)系，但Gawthorpe 等人通過對246個乳腺腫瘤標本進行免疫組化分析得出結(jié)論：HPSE是乳腺腫瘤轉(zhuǎn)移到區(qū)域淋巴結(jié)的關(guān)鍵因子，而COX-2過表達可能是淋巴結(jié)陽性的獨立預測因子[30]。Zeng 等[31]通過免疫組化檢查了80例宮頸癌病例中HPSE、COX-2和血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的表達，結(jié)果證實HPSE和COX-2的表達與宮頸癌的淋巴管生成有關(guān)，并且HPSE、COX-2和VEGF-C的表達之間存在顯著相關(guān)性。也有研究在胃印戒細胞癌中證實了HPSE和COX-2表達之間存在密切相關(guān)性。既往研究已經(jīng)表明，HPSE可以通過激活NF-κB信號通路，增加腫瘤細胞中COX-2、白細胞介素-6(interleukin-6)、白細胞介素-1(interleukin-1)、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNFα)、ROS的生成，作用于細胞膜表面HPSE受體，通過Src、Akt、p38等途徑增加VEGF-A、VEGF-C的表達；非酶活性的HPSE還可以直接誘導COX-2，COX-2繼而通過誘導原癌基因Bcl-2和各種生長因子的表達，促進腫瘤血管、細胞、淋巴結(jié)的增殖轉(zhuǎn)移。這些發(fā)現(xiàn)證明HPSE通過調(diào)節(jié)COX-2的表達在腫瘤發(fā)生發(fā)展中有重要作用。

同時有研究證實，HPSE通過PI3K/Akt通路產(chǎn)生大量活性氧，當超過自身抗氧化防御系統(tǒng)平衡時，引發(fā)氧化應激，導致細胞凋亡，參與AS斑塊和急性冠脈事件全過程，且與病變嚴重程度相關(guān)。而COX-2本身可以由斑塊內(nèi)炎癥細胞產(chǎn)生，促進ROS的生成，加速斑塊進展。所以AS斑塊中，在HPSE和COX-2同時表達且參與整個氧化應激途徑的前提下，HPSE是否同樣可以通過誘導COX-2來共同參與AS斑塊的形成和發(fā)展，抑制HPSE能否使COX-2生成減少進而維持AS斑塊的穩(wěn)定性，為臨床治療冠心病提供一定的理論依據(jù)，對此還有待于進一步臨床實驗及研究。