炎癥生物標(biāo)志物和分子影像學(xué)技術(shù)在動脈粥樣硬化易損斑塊評價中的應(yīng)用

劉凡，邵宏元

動脈粥樣硬化是一種血管壁的慢性炎癥性疾病，其中炎癥細(xì)胞可通過產(chǎn)生基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）而降解細(xì)胞外基質(zhì)并削弱纖維帽，從而形成易損斑塊［1］。易損斑塊在臨床上定義為易破裂、血栓形成和快速進(jìn)展的動脈粥樣硬化斑塊［2-3］，具有較大的脂質(zhì)核、大量炎癥細(xì)胞、少量平滑肌細(xì)胞、薄纖維帽、微鈣化、斑塊內(nèi)出血、新生血管和壞死核等特征［4］，可導(dǎo)致栓塞事件發(fā)生。因此，評估動脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定性對預(yù)防無癥狀患者心腦血管疾病的發(fā)生至關(guān)重要。血清炎癥標(biāo)志物及分子影像學(xué)可監(jiān)測與動脈粥樣硬化易損斑塊相關(guān)的生物過程，可在一定程度上反映斑塊穩(wěn)定性。本文主要綜述了炎癥生物標(biāo)志物和分子影像學(xué)技術(shù)在動脈粥樣硬化易損斑塊評價中的應(yīng)用。

1 炎癥生物標(biāo)志物

炎癥可引起動脈粥樣硬化易損斑塊破裂，在此過程中部分生物標(biāo)志物從病變環(huán)境中擴(kuò)散至血液循環(huán)，另外一些生物標(biāo)志物在病理狀態(tài)下可能增高，二者均會導(dǎo)致斑塊脆性增加。因此，使用炎癥生物標(biāo)志物檢測潛在的不穩(wěn)定型動脈粥樣硬化將為無癥狀動脈狹窄患者治療方案的制定提供參考。

1.1 MMP MMP是鋅內(nèi)肽酶超家族成員，由內(nèi)皮細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞（vascular smooth muscle cell，VSMC）、成纖維細(xì)胞、成骨細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞等分泌［5］，其通過促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白降解、參與VSMC遷移而導(dǎo)致斑塊不穩(wěn)定［6-7］、破裂并繼發(fā)血栓形成。根據(jù)基質(zhì)和結(jié)構(gòu)域組織可將MMP分為28種亞型［6］，現(xiàn)就MMP-2、MMP-9、MMP-14 3種亞型進(jìn)行簡述。

1.1.1 MMP-2和MMP-14 MMP-2和MMP-14水平在易損斑塊中升高，其可能是識別易損斑塊的有價值的炎癥生物標(biāo)志物。GUO等［8］取人頸動脈內(nèi)膜切除術(shù)后頸動脈斑塊，通過超聲和組織學(xué)分析將其分為穩(wěn)定組和易損組，采用反轉(zhuǎn)錄-定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和免疫印跡法分別檢測MMP-2、MMP-14的mRNA、蛋白質(zhì)水平，采用免疫組化法定位穩(wěn)定斑塊和易損斑塊中的MMP-2和MMP-14，結(jié)果表明，易損斑塊中MMP-2、MMP-14的mRNA、蛋白質(zhì)水平均升高，二者主要分布在易損斑塊破裂區(qū)。

1.1.2 MMP-9 MMP-9可以作為預(yù)測動脈粥樣硬化斑塊不穩(wěn)定的生物標(biāo)志物。組織病理學(xué)研究表明，MMP-9主要分布在肩部區(qū)域、壞死核心和動脈粥樣硬化斑塊的纖維帽中，炎癥細(xì)胞可將大量MMP-9釋放到斑塊組織中，然后降解細(xì)胞外基質(zhì)，形成薄纖維帽并導(dǎo)致斑塊不穩(wěn)定。既往研究表明，不穩(wěn)定斑塊中的MMP-9水平和活性高于穩(wěn)定斑塊，且血液循環(huán)中高水平MMP-9與不良心腦血管事件密切相關(guān)［9］，缺失MMP-9基因、抑制MMP-9表達(dá)或活性可有效穩(wěn)定斑塊。

1.2 含Ⅰ型血小板結(jié)合蛋白基序的解聚蛋白樣金屬蛋白酶（a disintesrin and metalloprotease with thrombospondin type Ⅰmotifs，ADAMTS） ADAMTS家族由19種蛋白酶組成，具有對抗細(xì)胞外基質(zhì)蛋白水解活性的作用，在炎癥、凝血、血管生成等多種生理過程中發(fā)揮著重要作用。

1.2.1 ADAMTS4 ADAMTS4通過降解纖維帽連接成分多功能蛋白聚糖的細(xì)胞外基質(zhì)而使纖維帽變薄并形成易損斑塊［10］。多功能蛋白聚糖是一種硫酸軟骨素蛋白多糖，存在于動脈粥樣硬化細(xì)胞外基質(zhì)中，突出于纖維帽、斑塊肩部和含有巨噬細(xì)胞的斑塊邊緣，對維持斑塊穩(wěn)定具有重要作用［11］。DONG等［12］研究表明，ADAMTS4的表達(dá)受炎癥細(xì)胞因子調(diào)控，其上調(diào)與促炎癥反應(yīng)和基質(zhì)細(xì)胞死亡有關(guān)，晚期斑塊炎癥反應(yīng)可增加ADAMTS4的表達(dá)。動物實(shí)驗(yàn)表明，在ApoE-/-、ADAMTS4-/-小鼠動脈粥樣硬化模型中，消除ADAMTS4可減少動脈粥樣硬化斑塊形成、形成更穩(wěn)定的斑塊表型［13］。

1.2.2 ADAMTS7 ADAMTS7具有蛋白水解活性，可裂解軟骨寡聚基質(zhì)蛋白，抑制VSMC遷移［14］。VSMC遷移是動脈粥樣硬化形成和易損斑塊形成的重要過程。此外，ADAMTS7還可能通過刺激炎癥細(xì)胞因子和蛋白酶表達(dá)而促進(jìn)炎癥和基質(zhì)降解，從而影響斑塊穩(wěn)定性［15］。LI等［16］選取326例缺血性腦卒中患者，并選取432例健康者作為對照，采用MRI檢測受試者頸動脈斑塊易損性，利用TaqMan實(shí)時熒光定量PCR系統(tǒng)對ADAMTS7單核苷酸多態(tài)性進(jìn)行基因分型，結(jié)果顯示，ADAMTS7的兩個變異體rs7173743和rs3825807與斑塊穩(wěn)定性密切相關(guān)，其中rs7173743的T/T基因型（T等位基因）和rs3825807的A/A基因型（A等位基因）可有效增加易損斑塊的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。但ADAMTS7單核苷酸多態(tài)性在斑塊中的作用及機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。

1.3 高遷移率族蛋白B1（high mobility group Box protein 1，HMGB1） HMGB-1是一種DNA結(jié)合蛋白，其在細(xì)胞外空間可促進(jìn)炎癥反應(yīng)、組織再生和血管生成，從而促進(jìn)動脈粥樣硬化進(jìn)展，在心腦血管疾病的發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用［17］。最初階段，HMGB1在斑塊形成中的功能可能是通過刺激巨噬細(xì)胞遷移和調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞中促炎遞質(zhì)表達(dá)來介導(dǎo)的［18］。在細(xì)胞外環(huán)境中，HMGB1可通過連接Toll樣受體和晚期糖基化終產(chǎn)物受體而發(fā)揮作用，進(jìn)而增強(qiáng)炎癥反應(yīng)、趨化性、免疫及內(nèi)皮細(xì)胞活化、分化［19］。

BISCETTI等［19］研究發(fā)現(xiàn)，相對于正常血管，頸動脈粥樣硬化病變含有大量HMGB1，可促進(jìn)MMP分泌，刺激VSMC表達(dá)MMP-2 mRNA。MMP通過降解細(xì)胞外基質(zhì)而形成薄纖維帽，從而導(dǎo)致斑塊不穩(wěn)定。BISCETTI等［20］研究表明，HMGB1是意大利糖尿病患者頸動脈斑塊易損的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，是預(yù)測頸動脈斑塊不穩(wěn)定的生物標(biāo)志物，也是治療頸動脈不穩(wěn)定斑塊和預(yù)防卒中的可能分子靶點(diǎn)。

1.4 中性粒細(xì)胞明膠酶相關(guān)脂質(zhì)運(yùn)載蛋白（neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL） NGAL存在于人體活化的中性粒細(xì)胞顆粒中，在人頸動脈粥樣硬化組織中由巨噬細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)，在體外其可上調(diào)促炎細(xì)胞因子表達(dá)［21］，進(jìn)而引發(fā)炎癥反應(yīng)。NGAL與動脈粥樣硬化進(jìn)展有關(guān)，可參與MMP活性的調(diào)節(jié)，并與MMP-9形成穩(wěn)定的復(fù)合物，阻止其失活、延長其蛋白水解活性，而MMP-9的長期活性可能會增加栓塞易感性。EILENBERG等［22］研究表明，無癥狀的頸動脈易損斑塊患者血液循環(huán)中NGAL和MMP-9/NGAL水平明顯升高，血清NGAL水平可作為檢測無癥狀頸動脈易損斑塊的生物標(biāo)志物。未來，對于NGAL＞8.77×10-5g/L尤其是合并回聲斑塊和重度狹窄的無癥狀頸動脈疾病患者，可選擇早期進(jìn)行頸動脈內(nèi)膜切除術(shù)或支架植入術(shù)。

1.5 巨細(xì)胞病毒感染 巨細(xì)胞病毒感染是一種常見的病毒感染，巨細(xì)胞病毒可釋放內(nèi)源性炎癥因子，促進(jìn)動脈血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附，加重血管損傷，進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞增殖和凋亡受損，導(dǎo)致內(nèi)膜-中膜厚度增加、斑塊形成和再狹窄［23］。同時，巨細(xì)胞病毒感染還會影響MMP-9生成，加速細(xì)胞外基質(zhì)成分降解，使巨噬細(xì)胞產(chǎn)生更多的MMP-9，進(jìn)而導(dǎo)致纖維帽降解，使斑塊更加不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致斑塊破裂［24-26］。LI等［27］研究表明，人類巨細(xì)胞病毒感染增加了斑塊的不穩(wěn)定性，且與頸動脈粥樣硬化患者血清MMP-9、TNF-α和凝集素樣氧化低密度脂蛋白受體1表達(dá)上調(diào)密切相關(guān)。

2 分子影像學(xué)技術(shù)

分子影像學(xué)技術(shù)是通過靶向巨噬細(xì)胞、髓細(xì)胞和血管細(xì)胞黏附分子1等炎癥成分而檢測炎癥反應(yīng)，具有很高的特異性，可早期評估動脈粥樣硬化斑塊的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，可能為動脈粥樣硬化易損斑塊的早期診療帶來新的契機(jī)。

2.118F-氟代脫氧葡萄糖（18F-fluorodeoxyglucose，18F-FDG）

18F-FDG是一種細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖類似物，是最強(qiáng)大的正電子發(fā)射斷層掃描（positron emission tomography，PET）示蹤劑，可用于成像斑塊炎癥［28］。目前，18F-FDG被認(rèn)為是通過檢測血管炎癥和巨噬細(xì)胞負(fù)擔(dān)來識別易損動脈粥樣硬化斑塊的無創(chuàng)“金標(biāo)準(zhǔn)”。

加速葡萄糖代謝是18F-FDG與PET聯(lián)合檢測斑塊炎癥的基礎(chǔ)?；罨木奘杉?xì)胞和其他炎癥細(xì)胞需要大量的葡萄糖來確保其細(xì)胞代謝。18F-FDG通過葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白以與葡萄糖相似的途徑轉(zhuǎn)運(yùn)到消耗葡萄糖的炎癥細(xì)胞中，進(jìn)入細(xì)胞后FDG被己糖激酶系統(tǒng)磷酸化為FDG-6-磷酸，與葡萄糖-6-磷酸不同，F(xiàn)DG-6-磷酸不會沿著糖酵解途徑進(jìn)一步代謝，故在細(xì)胞內(nèi)以與其整體代謝狀態(tài)成正比的方式積累［29］。但就18F-FDG血管信號而言，其似乎主要與炎癥斑塊中的巨噬細(xì)胞活性相關(guān)［30］。在活動性斑塊內(nèi)，炎癥細(xì)胞的葡萄糖吸收率明顯高于非炎癥細(xì)胞。

采用18F-FDG-PET評估頸動脈斑塊炎癥程度有助于預(yù)測卒中早期復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。在有癥狀的頸動脈狹窄患者中，經(jīng)顱多普勒超聲檢查顯示微栓子信號時，斑塊內(nèi)FDG信號強(qiáng)度更高，表明斑塊炎癥可能促進(jìn)栓塞事件發(fā)生［31］，頸動脈斑塊中FDG攝取強(qiáng)度是卒中復(fù)發(fā)的獨(dú)立預(yù)測因子［32］。

此外，由于18F-FDG能夠反映活動性炎癥，其攝取可能是一種很有前途的監(jiān)測治療效果的工具［33］。而他汀類藥物可以減少斑塊中18F-FDG的攝取，故18F-FDG成像可用于評估穩(wěn)定斑塊藥物的治療效果［34］。目前，有利用18F-FDG［35］研制的基于導(dǎo)管的血管內(nèi)輻射探測器，可用于檢測易損斑塊。

2.2 無創(chuàng)光聲成像 光聲成像是一種新興成像技術(shù)，其結(jié)合了光學(xué)和超聲的優(yōu)勢，具有檢測動脈粥樣硬化炎癥的潛力。在光聲成像中，可吸收擴(kuò)散光子并釋放光聲信號。同時，成像對比度和靈敏度與光學(xué)熒光成像一樣高，能夠在深部組織中進(jìn)行精確的三維成像［36］。在活體光聲成像中，可見光或近紅外Ⅰ （650～900 nm）激發(fā)光在生物組織中發(fā)生強(qiáng)散射，而近紅外Ⅱ（1 000～1 700 nm）激發(fā)光在生物組織中表現(xiàn)出弱散射［37-38］，提示降低散射可提高光聲成像的深度和空間分辨率［39］。無創(chuàng)傷光聲成像方式已被用于獲得體外頸動脈粥樣硬化炎癥或鈣化的信息［40］。Vasilis教授團(tuán)隊(duì)將光聲技術(shù)應(yīng)用于健康人頸動脈成像，并以血液作為光聲信號源［41］。有基于小鼠模型的活體頸動脈血栓成像報(bào)道證實(shí)了無創(chuàng)光聲成像檢測頸動脈粥樣硬化炎癥具有潛在能力［42］。

研究證實(shí)，與傳統(tǒng)紅外區(qū)域（650～900 nm）［43］相比，將具有紅外Ⅱ區(qū)域（1 000～1 400 nm）的半導(dǎo)體聚合物納米顆粒用于光聲成像減少了光散射和背景，可提供更深的組織穿透率和更高的信噪比。XIE等［44］開發(fā)了一種吸收波長為1 064 nm的抗CD36修飾半導(dǎo)體聚合物納米顆粒，用于小鼠頸動脈粥樣硬化炎癥的活體成像，結(jié)果顯示，CD36通過攝取氧化低密度脂蛋白（oxidized low density lipoprotein，ox-LDL）觸發(fā)炎癥反應(yīng)的信號級聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)而參與動脈粥樣硬化形成。因此，CD36可以作為一種有效的標(biāo)志物來研究疾病進(jìn)展。LI等［45］使用免疫組化法在存在和未存在動脈粥樣硬化斑塊及不同炎癥嚴(yán)重程度的小鼠模型中驗(yàn)證光聲成像結(jié)果，結(jié)果顯示，使用光聲成像技術(shù)和納米顆粒靶向可以在體內(nèi)評估頸動脈粥樣硬化斑塊的炎癥程度，且具有無有害輻射、成本低、檢測特異性高、成像對比度高、成像深度分辨率高及與臨床成像模式兼容性良好等優(yōu)點(diǎn)，血管內(nèi)光聲成像技術(shù)能可視化動脈粥樣硬化斑塊的化學(xué)成分，評估斑塊易損性，具有較高的特異度和靈敏度。

2.3 MRI和靶向氧化鐵納米微粒（iron oxide nanoparticles，IONPs） MRI是一種非侵入性成像技術(shù)，具有良好的分辨率，可不使用電離輻射而產(chǎn)生良好的軟組織對比，識別易損斑塊［46］。IONPs是一種具有生物相容性和生物可降解的分子，具有低毒性，其作為靜脈磁共振造影劑被廣泛用于生物醫(yī)學(xué)［47］。IONPs是一種磁共振成像探針，可以在巨噬細(xì)胞存在的炎癥部位局部積聚，也可以通過非特異性受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用改變磁場。利用這些特性，可以檢測動脈粥樣硬化斑塊中的巨噬細(xì)胞存在［48］。巨噬細(xì)胞在動脈粥樣硬化斑塊形成中發(fā)揮著重要作用［49］，并參與動脈粥樣硬化斑塊的失穩(wěn)。因此，血管中巨噬細(xì)胞豐富區(qū)域的檢測可能有助于識別不穩(wěn)定動脈粥樣硬化斑塊［50］。

將人頸動脈斑塊組織中細(xì)胞黏附分子1和P-選擇素作為炎癥顯像的MRI探針——抗體偶聯(lián)超順磁性氧化鐵（superparamagnetic iron oxide，SPIO）粒子已被用于體外MRI識別和區(qū)分無癥狀斑塊群體中潛在的高風(fēng)險(xiǎn)炎癥斑塊和非炎癥斑塊。EVANS等［46］開發(fā)了一種雙成像模式，使用MRI、熒光顯微鏡和熒光標(biāo)記的氧化鐵微粒來靶向高風(fēng)險(xiǎn)炎癥斑塊。與SPIO相比，氧化鐵微粒越大，氧化鐵含量越高，故可以產(chǎn)生明顯的MR對比效應(yīng)。這種分子成像策略得益于氧化鐵微粒的快速結(jié)合和目標(biāo)穩(wěn)定狀態(tài)的維持及血液池中未結(jié)合粒子的快速清除，從而實(shí)現(xiàn)體內(nèi)強(qiáng)有力的、可量化的對比效果。目前研究結(jié)果證實(shí)，MRI結(jié)合熒光標(biāo)記的氧化鐵微粒可能為定量評估一系列動脈粥樣硬化斑塊的炎癥提供一種新的成像工具，可識別不穩(wěn)定炎癥斑塊的高危亞群，為早期預(yù)防心腦血管事件提供機(jī)會［51］。

3 小結(jié)

綜上所述，炎癥在斑塊不穩(wěn)定、轉(zhuǎn)化為易損斑塊及隨后的斑塊破裂中起關(guān)鍵作用。動脈粥樣硬化斑塊引起動脈管腔狹窄或易損斑塊引起急性缺血性心腦血管事件的機(jī)制有待進(jìn)一步研究。目前，對動脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定性的評估存在一定的局限性，尚不能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的風(fēng)險(xiǎn)分層。因此，探究血液循環(huán)中斑塊易損性相關(guān)炎癥生物標(biāo)志物和分子影像學(xué)技術(shù)的研究迫切需要增多。未來，炎癥生物標(biāo)志物可結(jié)合新興分子影像學(xué)技術(shù)及早發(fā)現(xiàn)無癥狀動脈粥樣硬化患者并進(jìn)行干預(yù)，延緩斑塊進(jìn)展，避免血栓形成，預(yù)防心腦血管疾病的發(fā)生和發(fā)展。此外，免疫介導(dǎo)炎癥調(diào)節(jié)是消除致命動脈粥樣硬化的一個新方向，靶向炎癥可能是治療卒中或急性冠脈綜合征的一種新方法。

作者貢獻(xiàn)：劉凡進(jìn)行文章的構(gòu)思與設(shè)計(jì)，研究的實(shí)施與可行性分析，數(shù)據(jù)收集、整理、分析，結(jié)果分析與解釋，負(fù)責(zé)撰寫、修訂論文；邵宏元負(fù)責(zé)文章的質(zhì)量控制及審校，對文章整體負(fù)責(zé)、監(jiān)督管理。

本文無利益沖突。