ABCA1在動(dòng)脈粥樣硬化細(xì)胞死亡調(diào)控中的作用及研究進(jìn)展*

唐紅悅,邢晨皓 綜述,張明明 審校

1.河北北方學(xué)院研究生學(xué)院,河北張家口 075000;2.河北省人民醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)研究中心,河北石家莊 050051

大中型動(dòng)脈血管壁的脂質(zhì)堆積與炎癥反應(yīng)是動(dòng)脈粥樣硬化(AS)較為明顯的特征[1]。AS的危險(xiǎn)因素之一是高膽固醇血癥,而三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體(ABC)A1可以介導(dǎo)膽固醇與載脂蛋白A-I(apoA-I)結(jié)合,產(chǎn)生高密度脂蛋白(HDL)[2-4]。此過(guò)程是ABCA1的主要功能,也是血液中HDL合成的關(guān)鍵步驟[5]。細(xì)胞死亡是一種受控制的生物過(guò)程,包括緊密結(jié)構(gòu)的信號(hào)級(jí)聯(lián)和分子機(jī)制,與細(xì)胞意外死亡有很大的不同,其涉及各種病理機(jī)制[6]。ABCA1與細(xì)胞死亡(細(xì)胞焦亡、胞葬、自噬)之間的相互作用可進(jìn)一步影響斑塊的穩(wěn)定性,因此,ABCA1調(diào)控細(xì)胞死亡的機(jī)制在AS的預(yù)防和治療中起著樞紐作用?，F(xiàn)將ABCA1調(diào)控細(xì)胞死亡,如細(xì)胞焦亡、胞葬、自噬等對(duì)AS的影響綜述如下,以期為AS的研究提供有效的參考依據(jù)。

1 ABCA1的結(jié)構(gòu)與功能

ABCA1是一條含有2 261個(gè)氨基酸,50個(gè)外顯子的多肽鏈,屬于ABC家族成員,該轉(zhuǎn)運(yùn)體家族包含兩個(gè)核苷酸結(jié)合域和兩個(gè)跨膜區(qū),它們利用ATP水解的能量運(yùn)輸?shù)孜?。ABCA1包括細(xì)胞質(zhì)區(qū)域和兩個(gè)較大的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域,細(xì)胞質(zhì)區(qū)域主要包含核苷酸結(jié)合域和調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域,這兩個(gè)結(jié)合域是最保守元件,此外兩個(gè)較大的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域?qū)τ赼poA-I的結(jié)合很重要,apoA-1與ABCA1細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域結(jié)合后有助于細(xì)胞膜釋放多余的磷脂與游離膽固醇,并與apoA-I結(jié)合產(chǎn)生HDL前體以此清除多余的膽固醇[7-10]。當(dāng)apoA-I與ABCA1結(jié)合后可激活信號(hào)分子Janus激酶2(JAK2),活化的JAK2可進(jìn)一步增加二者的相互作用,加速脂質(zhì)外排。

ABCA1基因位于9號(hào)染色體,具有高度多態(tài)性。ABCA1的內(nèi)含子、外顯子或啟動(dòng)子區(qū)域發(fā)生基因突變會(huì)影響ABCA1的功能。ABCA1純合子發(fā)生基因突變會(huì)導(dǎo)致丹吉爾病的發(fā)生[11-12],該病的特征是HDL完全缺失。雜合子突變會(huì)導(dǎo)致家族性HDL缺乏癥,該病患者血清膽固醇水平降低、膽固醇沉積于巨噬細(xì)胞內(nèi),患AS風(fēng)險(xiǎn)增加。因此,ABCA1對(duì)于HDL的合成至關(guān)重要,ABCA1介導(dǎo)的磷脂、膽固醇外流是HDL合成的第1步[13]。

2 ABCA1與AS

炎癥反應(yīng)與膽固醇沉積是AS的兩大特征。在預(yù)防AS方面,膽固醇外排能力更為重要,而在控制膽固醇排出方面ABCA1是關(guān)鍵。在東亞國(guó)家,黃芩素是一種廣泛使用的酚類黃酮類化合物。有研究表明,黃芩素通過(guò)上調(diào)ABCA1、ABCG1、肝X受體α(LXRα)和過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)的表達(dá),促進(jìn)膽固醇流出,并抑制脂質(zhì)積累。黃芩素還降低了巨噬細(xì)胞腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細(xì)胞介素(IL)-1β和IL-6的分泌和表達(dá)[14]。ZHANG等[15]發(fā)現(xiàn),在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中,辛酸可以減輕經(jīng)脂多糖處理的小鼠體內(nèi)的炎癥反應(yīng),并增強(qiáng)ABCA1與JAK2/信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3表達(dá),使TNF-α、核因子(NF)-κB mRNA表達(dá)降低。有研究發(fā)現(xiàn),椴樹素作為一種黃酮成分可通過(guò)下調(diào)巨噬細(xì)胞內(nèi)TNF-α/NF-κB信號(hào)通路發(fā)揮抗炎作用,此外,椴樹素通過(guò)下調(diào)SR-A1 mRNA從而上調(diào)B類清道夫受體和ABCA1表達(dá)進(jìn)而促進(jìn)膽固醇外流[16]。

膽固醇外排障礙導(dǎo)致的脂質(zhì)沉積、炎癥反應(yīng)與ABCA1具有密切聯(lián)系,研究ABCA1相關(guān)信號(hào)通路可能為預(yù)防和治療AS提供新的思路。在AS發(fā)展過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)細(xì)胞死亡,其死亡形式包括凋亡、自噬、焦亡、胞葬、鐵死亡等,了解其中的機(jī)制及與ABCA1之間的聯(lián)系可為AS提供新的治療思路。

3 在AS中ABCA1與細(xì)胞死亡相互作用的機(jī)制

3.1在AS中ABCA1與胞葬的聯(lián)系

3.1.1胞葬與AS的關(guān)系 人體內(nèi)細(xì)胞通過(guò)清除受損、功能失調(diào)、老化的細(xì)胞維持正常發(fā)育、組織穩(wěn)態(tài)或生理功能。為了有效地清除這些死亡細(xì)胞,吞噬細(xì)胞會(huì)在胞葬過(guò)程中發(fā)揮作用。胞葬即清除凋亡細(xì)胞(ACs)的過(guò)程[17]。該過(guò)程是高度保守的生理過(guò)程,需要吞噬細(xì)胞與ACs協(xié)同完成。胞葬可清除斑塊組織內(nèi)的ACs,促進(jìn)抗炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生,并減少促炎癥介質(zhì)的釋放。若胞葬被抑制,這些死亡細(xì)胞(凋亡泡沫細(xì)胞和斑塊)釋放的有毒物質(zhì)可能會(huì)促進(jìn)炎癥發(fā)展和組織壞死。細(xì)胞內(nèi)的炎癥會(huì)擴(kuò)散至斑塊,導(dǎo)致斑塊壞死并擴(kuò)大,斑塊穩(wěn)定性下降。由此可見胞葬對(duì)AS的重要性。

3.1.2ABCA1與胞葬相互作用的機(jī)制 在胞葬的3個(gè)階段中ABCA1發(fā)揮著重要作用。在招募階段,溶血卵磷脂(LPC)作為“找到我”信號(hào)的第1個(gè)因子和主要形式,是通過(guò)Ca2+非依賴性磷脂酶A2水解ACs膜上的磷脂酰膽堿釋放出來(lái)的[18]。在細(xì)胞凋亡過(guò)程中LPC信號(hào)的釋放取決于ABCA1表達(dá),ABCA1通過(guò)調(diào)控LPC的釋放影響胞葬,進(jìn)而調(diào)控凋亡細(xì)胞的清除,預(yù)防炎癥反應(yīng)。在識(shí)別階段,膜連蛋白A1(ANXA1)是識(shí)別階段的生物標(biāo)志物。有證據(jù)表明ANXA1具有抗炎癥反應(yīng)[19-20]、促進(jìn)細(xì)胞吞噬和清除、減少膽固醇水平、清除凋亡細(xì)胞等作用。在巨噬細(xì)胞和內(nèi)分泌細(xì)胞中,ANXA1的分泌需要ABCA1,ABCA1抑制劑格列本脲可阻斷ANXA1的分泌[21]。此外,缺血再灌注損傷中,神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層ABCA1的泛素化和降解增加,導(dǎo)致ANXA1分泌減少,而ANXA1分泌減少可造成視網(wǎng)膜炎癥和視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞凋亡[22]?？傊?ABCA1可通過(guò)與多種胞葬因子相互作用調(diào)控胞葬,從而達(dá)到清除ACs,減輕炎癥反應(yīng),預(yù)防AS的目的。

3.2在AS中ABCA1與細(xì)胞焦亡的相互作用機(jī)制

3.2.1細(xì)胞焦亡與AS 細(xì)胞焦亡是一種新型的細(xì)胞程序化死亡形式,氧化應(yīng)激和炎癥等危險(xiǎn)信號(hào)刺激細(xì)胞并誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)炎性小囊泡的形成,隨之激活天冬半胱氨酸酶-1(caspase-1),后者反過(guò)來(lái)介導(dǎo)促炎癥因子的成熟和釋放。炎癥性囊泡包含核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域受體家族(NLRP3)、黑色素瘤缺失2(AIM2)、Pyrin結(jié)構(gòu)域(Pyrin和HIN結(jié)構(gòu)域)等。NLRP3因在細(xì)胞焦亡中起著重要作用而備受關(guān)注,其作為caspase-1的上游可激活caspase-1?；罨腸aspase-1一方面可以激活細(xì)胞因子IL-1β和IL-18,還能將焦孔素D(GSDMD)裂解為GSDMD N端片段(GSDMD-N),加速膜孔的形成和質(zhì)膜破壞。細(xì)胞質(zhì)內(nèi)容物和炎癥因子的釋放導(dǎo)致細(xì)胞腫脹和細(xì)胞焦亡[23]。

眾所周知,活性氧(ROS)和氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)是AS的重要影響因素。而有研究表明,ROS與ox-LDL可直接激活NLRP3,誘發(fā)細(xì)胞焦亡[24]。AFRASYAB等[25]發(fā)現(xiàn),NLRP3炎性小體與急性冠脈綜合征患者冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的嚴(yán)重程度及預(yù)后有關(guān)。BURGER等[26]也觀察到在頸動(dòng)脈內(nèi)膜切除術(shù)患者的頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中,NLRP3、caspase-1、IL-1β和IL-18上調(diào)。以上研究表明,對(duì)細(xì)胞焦亡信號(hào)通路或焦亡機(jī)制進(jìn)行干預(yù)可能成為預(yù)防AS的重要措施。

3.2.2ABCA1與細(xì)胞焦亡的相互作用機(jī)制 有研究表明,當(dāng)骨髓細(xì)胞敲除ABCA1基因后IL-1β和IL-18表達(dá)水平增加,膽固醇積累從而激活NLRP3小體[27]。當(dāng)LDLR-/-小鼠敲除ABCA1基因,并敲除NLRP3或caspase-1/11后AS斑塊面積減少。結(jié)果表明ABCA1能通過(guò)抑制NLRP3/caspase-1通路減少炎癥因子IL-1β和IL-18分泌,而抑制NLRP3/caspase-1通路可有效緩解AS的發(fā)生和發(fā)展。

有研究表明,TLR4/NF-κB信號(hào)通路可激活NLRP3炎性小體,隨之上調(diào)炎性小體的成分包括非活性NLRP3、IL-1β和IL-18;凋亡相關(guān)點(diǎn)樣蛋白、NLRP3和前caspase-1組裝成多蛋白復(fù)合體[28]。另一項(xiàng)研究表明,NF-κB是GSDMD的重要轉(zhuǎn)錄因子[29],而GSDMD是細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵因子,在細(xì)胞焦亡過(guò)程中,活化的caspase-1會(huì)切割并分離GSDMD-N和C端,GSDMD-N會(huì)在細(xì)胞膜表面形成微小孔隙,導(dǎo)致促炎物質(zhì)大量釋放以及細(xì)胞腫脹。有研究表明,NF-κB的激活可能與巨噬細(xì)胞中ABCA1的表達(dá)和膽固醇外排有關(guān)[30],NF-κB信號(hào)激活抑制劑顯著阻斷了ox-LDL對(duì)ABCA1表達(dá)的抑制,促進(jìn)了巨噬細(xì)胞來(lái)源的泡沫細(xì)胞中的膽固醇外排,表明在ox-LDL作用下,NF-κB信號(hào)作為ABCA1的上游通路,被ox-LDL激活,抑制ABCA1的表達(dá),阻礙膽固醇反向運(yùn)輸,加重細(xì)胞泡沫程度。

LIU等[31]發(fā)現(xiàn),TNF-α可增強(qiáng)細(xì)胞間黏附分子-1、血管細(xì)胞黏附分子-1和caspase-1的表達(dá),并引起血管內(nèi)膜單核細(xì)胞浸潤(rùn),誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)和內(nèi)皮細(xì)胞變性,這對(duì)AS的病程有重要影響。另有實(shí)驗(yàn)表明,TNF-α可上調(diào)血管內(nèi)皮細(xì)胞(VEC)中的NLRP3,促進(jìn)NLRP3炎性體的組裝,促進(jìn)pro-IL-1β轉(zhuǎn)化為成熟IL-1β。NLRP3的敲除阻止了TNF-α誘導(dǎo)的NLPR3炎性體激活[32]。以上結(jié)果表明,TNF-α可直接上調(diào)NLRP3,促進(jìn)炎癥因子釋放,誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡。重要的是,有研究表明,ABCA1通過(guò)與apoA-I結(jié)合可降低巨噬細(xì)胞和VEC中的TNF-α和IL-6水平[33]?？傊?ABCA1可能通過(guò)抑制TNF-α表達(dá)阻止NLPR3炎性囊泡組裝,抑制炎癥因子pro-IL-1β的成熟,從而減少細(xì)胞焦亡、預(yù)防AS。ABCA1/TNFα/NLPR3信號(hào)通路可能與細(xì)胞焦亡有關(guān),可作為治療AS潛在的靶點(diǎn)。

3.3在AS中ABCA1與自噬的相互作用機(jī)制

3.3.1自噬與AS 自噬是一種保守的細(xì)胞死亡過(guò)程,通過(guò)溶酶體消化、降解和回收細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)和受損的細(xì)胞器。有證據(jù)表明,自噬在AS斑塊中被激活,并在AS的發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮保護(hù)作用。血管平滑肌細(xì)胞內(nèi)自噬適度激活與細(xì)胞存活相關(guān),并促進(jìn)穩(wěn)定的斑塊表型,以對(duì)抗AS斑塊中的細(xì)胞應(yīng)激[34]。在缺氧、ROS增多的條件下,會(huì)引發(fā)溶酶體降解細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器和蛋白質(zhì),該過(guò)程由一系列自噬相關(guān)基因執(zhí)行。自噬過(guò)程受多種信號(hào)通路調(diào)控,如哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)。目前認(rèn)為,在AS早期細(xì)胞受到內(nèi)外刺激時(shí),如ROS、ox-LDL,自噬被激活并降解受損物質(zhì),以及時(shí)清除ACs而發(fā)揮預(yù)防AS的關(guān)鍵作用。但在AS晚期,細(xì)胞自噬功能也相應(yīng)受損,不能及時(shí)清除ACs,并會(huì)使細(xì)胞對(duì)凋亡刺激物的敏感性增加,使斑塊不穩(wěn)定。以上研究表明自噬在AS發(fā)展中起著重要作用,若自噬受損會(huì)造成AS進(jìn)一步加重。

3.3.2ABCA1與自噬的相互作用機(jī)制 LIANG等[35]發(fā)現(xiàn),用雷帕霉素(RAPA)作為自噬激活劑,3-甲基腺嘌呤(3-MA)和氯喹(CQ)作為自噬抑制劑檢測(cè)自噬阻斷狀態(tài)的人巨噬細(xì)胞THP-1。治療組ABCA1、ABCG1和LXRα的表達(dá)均增加,泡沫細(xì)胞內(nèi)膽固醇流出增加。此外,泡沫細(xì)胞中的總膽固醇和游離膽固醇水平降低。經(jīng)RAPA治療后泡沫細(xì)胞的形成明顯減少。而3-MA或CQ處理后出現(xiàn)相反的結(jié)果。這些結(jié)果提示,自噬可促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)膽固醇外排,減少泡沫細(xì)胞形成,而在自噬阻斷過(guò)程中進(jìn)一步抑制自噬可能會(huì)產(chǎn)生相反的效果。另一項(xiàng)研究表明,RAPA預(yù)防AS的作用機(jī)制是通過(guò)抑制膽固醇吸收,并上調(diào)ABCA1表達(dá)而增加膽固醇外排[36]。CASTELLA等[37]發(fā)現(xiàn),抑制磷酸肌醇-3激酶/蛋白激酶B/mTOR通路可增加LXRα和ABCA1的表達(dá),間接說(shuō)明自噬可促進(jìn)細(xì)胞膽固醇外流。LIANG等[35]發(fā)現(xiàn),自噬激活可上調(diào)THP-1衍生泡沫細(xì)胞中ABCA1、ABCG1及其上游轉(zhuǎn)錄因子LXRα的表達(dá),從而促進(jìn)膽固醇從泡沫細(xì)胞流出,抑制自噬會(huì)導(dǎo)致相反的結(jié)果。

4 小 結(jié)

ABCA1不但在促進(jìn)膽固醇外流和抗炎作用中發(fā)揮著重要作用,還與細(xì)胞死亡的多種類型之間存在聯(lián)系。細(xì)胞死亡受信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)控制,其中有多種細(xì)胞因子參與。細(xì)胞死亡有多種類型,包括自噬、凋亡、胞葬、細(xì)胞焦亡等。本文根據(jù)近年來(lái)的研究綜述了胞葬、細(xì)胞焦亡和自噬與ABCA1相互作用以及對(duì)AS的影響。這些相互作用與AS斑塊的形成以及穩(wěn)定性密切相關(guān),因此,靶向ABCA1與胞葬、細(xì)胞焦亡、自噬之間的信號(hào)通路對(duì)預(yù)防AS以及促進(jìn)斑塊穩(wěn)定是必要的。現(xiàn)階段,關(guān)于胞葬、細(xì)胞焦亡、自噬在AS發(fā)展過(guò)程中的諸多相關(guān)分子是否發(fā)揮作用及作用機(jī)制尚不清楚。胞葬、細(xì)胞焦亡、自噬中的相關(guān)分子均與ABCA1有關(guān),但具體的調(diào)節(jié)機(jī)制需要進(jìn)一步驗(yàn)證。希望更多的研究關(guān)注ABCA1介導(dǎo)的細(xì)胞壞死,以及膽固醇外排和抗炎作用,并確定AS的新治療靶點(diǎn)。