紅細(xì)胞在脂質(zhì)代謝和動(dòng)脈粥樣硬化中的研究進(jìn)展

耿超強(qiáng) 高奮

(1.山西醫(yī)科大學(xué),山西 太原 030001;2.山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院心內(nèi)科,山西 太原 030001)

動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)是心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)發(fā)生的重要病因,而CVD是全球死亡的主要原因。AS始于內(nèi)皮功能障礙,伴有低密度脂蛋白(low density lipoprotein,LDL)潴留并且在內(nèi)膜中被氧化形成氧化型低密度脂蛋白。平滑肌細(xì)胞和巨噬細(xì)胞吞噬大量的氧化型低密度脂蛋白后轉(zhuǎn)變成泡沫細(xì)胞。泡沫細(xì)胞是AS形成的關(guān)鍵細(xì)胞[1]。脂質(zhì)代謝在AS的形成和進(jìn)展中起到重要作用。最近的研究表明,紅細(xì)胞膜中攜帶大量游離膽固醇,是血漿脂質(zhì)代謝的參與者,并且可參與膽固醇逆轉(zhuǎn)運(yùn)(reverse cholesterol transport,RCT)[2-4],對(duì)AS血脂代謝起到重要作用?，F(xiàn)重點(diǎn)關(guān)注紅細(xì)胞參與全身脂質(zhì)代謝以及影響AS斑塊的研究。

1 紅細(xì)胞結(jié)構(gòu)和生理功能

1.1 紅細(xì)胞結(jié)構(gòu)

紅細(xì)胞是血液中最豐富的細(xì)胞類型。紅細(xì)胞總數(shù)占全身血容量的45%,脂質(zhì)占紅細(xì)胞質(zhì)量的40%。紅細(xì)胞由大量的血紅蛋白(hemoglobin,Hb)組成,Hb是由兩個(gè)α鏈和兩個(gè)β鏈組成的變構(gòu)四聚體結(jié)構(gòu)。血紅素由一個(gè)Fe2+為中心的卟啉環(huán)組成,氧氣與鐵原子強(qiáng)烈結(jié)合。紅細(xì)胞不能合成膽固醇,也無法參與膽固醇的酯化。但紅細(xì)胞膜包含大量的游離膽固醇,含量是人體內(nèi)任何其他細(xì)胞的1.5～2.0 倍,單個(gè)紅細(xì)胞膜中膽固醇的體積估計(jì)為0.378 μm3[5]。紅細(xì)胞膜膽固醇是影響紅細(xì)胞膜流動(dòng)性的主要因素。另外紅細(xì)胞膜膽固醇的濃度與血漿脂蛋白的濃度基本相同,且可與脂蛋白發(fā)生膽固醇和磷脂轉(zhuǎn)運(yùn)[6]。

1.2 紅細(xì)胞生理功能

紅細(xì)胞的主要生理作用是與組織進(jìn)行氣體交換,運(yùn)輸O2及CO2。另外,紅細(xì)胞參與體內(nèi)酸堿平衡調(diào)節(jié)、止血和血栓形成,還具備重要的免疫調(diào)節(jié)功能。紅細(xì)胞內(nèi)存在谷胱甘肽、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸等抗氧化劑,在生理?xiàng)l件下具備抗氧化作用。但當(dāng)紅細(xì)胞遭到破壞時(shí)會(huì)釋放促氧化物質(zhì),參與氧化還原反應(yīng),并且破裂的紅細(xì)胞還會(huì)釋放損傷相關(guān)分子模式并參與炎癥反應(yīng)。紅細(xì)胞內(nèi)存在內(nèi)皮型一氧化氮合酶,參與NO合成,NO能擴(kuò)張血管、調(diào)節(jié)血流量,在心血管穩(wěn)態(tài)中具有重要作用[7]。最新研究[2]發(fā)現(xiàn),紅細(xì)胞還可參與脂質(zhì)代謝調(diào)節(jié),與AS的形成和進(jìn)展有重要關(guān)系。

2 紅細(xì)胞與脂質(zhì)代謝

2002年Arbustini等[8]從慢性血栓栓塞性肺動(dòng)脈高壓患者的斑塊中發(fā)現(xiàn)了紅細(xì)胞特異性糖蛋白染色呈強(qiáng)陽性,說明紅細(xì)胞可能參與AS的形成。Delbosc等[9]在兔子主動(dòng)脈AS模型中發(fā)現(xiàn),紅細(xì)胞可在AS的最早階段進(jìn)入動(dòng)脈壁,并被平滑肌細(xì)胞吞噬。因此,紅細(xì)胞可能全程參與AS的形成。在載脂蛋白(apolipoprotein,Apo)E/低密度脂蛋白受體(low-density lipoprotein receptor,LDLR)基因敲除的小鼠AS模型中分離紅細(xì)胞膜發(fā)現(xiàn),隨著AS過程的形成,主要生化變化是脂質(zhì)含量的變化、膽固醇酯和酯化脂質(zhì)的增加,蛋白質(zhì)含量保持不變。膜脂質(zhì)變化是紅細(xì)胞與血漿交換的結(jié)果[10]。目前關(guān)于紅細(xì)胞膜和脂蛋白之間膽固醇和磷脂交換的機(jī)制尚不清楚,可能與鞘磷脂、卵磷脂的含量以及卵磷脂-膽固醇酰基轉(zhuǎn)移酶的活性有關(guān)[11]。

2.1 高密度脂蛋白

高密度脂蛋白(high density lipoprotein,HDL)促進(jìn)膽固醇從周圍細(xì)胞(包括巨噬細(xì)胞和泡沫細(xì)胞)流出,啟動(dòng)RCT,增強(qiáng)膽固醇流出。最新研究發(fā)現(xiàn)紅細(xì)胞也可參與RCT。Hung等[3]在小鼠模型中用[3H]標(biāo)記膽固醇并注射體內(nèi),追蹤[3H]膽固醇放射性進(jìn)入血漿、肝臟和糞便,發(fā)現(xiàn)與ApoA1轉(zhuǎn)基因小鼠相比,貧血ApoA1-/-小鼠將糞便的RCT降低了35%以上。并且在ApoA1-/-小鼠的血漿和紅細(xì)胞間隙中發(fā)現(xiàn)了[3H]膽固醇,然后用[3H]膽固醇標(biāo)記小鼠的紅細(xì)胞,將其注入ApoA1-/-小鼠體內(nèi),發(fā)現(xiàn)[3H]膽固醇在紅細(xì)胞、血漿、肝臟和糞便中的含量分別為4.5%、1.3%、21.5%和32.0%。以上說明紅細(xì)胞膽固醇是動(dòng)態(tài)的,在低水平HDL條件下,紅細(xì)胞可促進(jìn)外周膽固醇到糞便的RCT。Lai等[4]在研究中發(fā)現(xiàn)紅細(xì)胞顯著增加了泡沫細(xì)胞中流出的膽固醇的凈含量(5%～10%),并且膽固醇流出呈劑量依賴性。在一項(xiàng)臨床研究[12]中發(fā)現(xiàn),在紅細(xì)胞水平較高與HDL水平較低的患者中,冠心病的患病率和嚴(yán)重程度降低,說明較高水平的紅細(xì)胞可在低水平HDL的情況下對(duì)冠狀動(dòng)脈起到保護(hù)作用。因此,較高水平的紅細(xì)胞可能在不依賴HDL的條件下參與RCT,延緩AS進(jìn)展。

ATP結(jié)合盒蛋白(ATP-binding cassette protein,ABC)A1和ABCG1是AS斑塊中RCT初始步驟的關(guān)鍵受體,介導(dǎo)泡沫細(xì)胞膽固醇流出。ABCA1和ABCG1增強(qiáng)的膽固醇流出可防止AS進(jìn)展[4]。目前在紅細(xì)胞中未發(fā)現(xiàn)LDLR、ABCG1或B類Ⅰ型清道夫受體,但發(fā)現(xiàn)了大量的ABCA1 mRNA和蛋白質(zhì),使用ABCA1抑制劑釩酸鹽不能抑制膽固醇外流,這表明盡管ABCA1存在于紅細(xì)胞中,但它可能不會(huì)導(dǎo)致膽固醇流向ApoA1,ABCA1可能并不參與紅細(xì)胞RCT[13]。

2.2 LDL

在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中,將紅細(xì)胞與自體血漿孵育,發(fā)現(xiàn)了膽固醇從LDL到紅細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和膽固醇從紅細(xì)胞到HDL的轉(zhuǎn)移。說明紅細(xì)胞可從LDL中攝取膽固醇,并可將膽固醇轉(zhuǎn)移給HDL[2]。目前發(fā)現(xiàn)LDL可促進(jìn)表達(dá)ABCG1的腎細(xì)胞的膽固醇外流[14]。在小鼠中,LDL可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞未酯化膽固醇外流,并且可能通過ABCG1依賴性途徑發(fā)生[15]。因此,LDL顆?？勺鳛榧?xì)胞來源的非酯化膽固醇的有效中間受體,從而防止HDL顆粒的飽和并促進(jìn)其膽固醇外流。然而紅細(xì)胞攜帶大量非酯化膽固醇,LDL能否促進(jìn)紅細(xì)胞膜膽固醇外流,目前尚無研究證實(shí)。

2.3 Apo

ApoA1是HDL的主要成分,與不同的受體和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白相互作用,包括ABCA1、卵磷脂-膽固醇?；D(zhuǎn)移酶和B類Ⅰ型清道夫受體,并在RCT中起重要作用[16]。紅細(xì)胞可和ApoA1單向發(fā)生膽固醇轉(zhuǎn)移,參與RCT[4]。

ApoB是所有致AS的脂蛋白都攜帶,且可作為結(jié)構(gòu)蛋白。血漿ApoB濃度升高已被確定為CVD的強(qiáng)預(yù)測(cè)因子。紅細(xì)胞可和ApoB結(jié)合,減少這些脂蛋白與內(nèi)皮細(xì)胞的相互作用,從而減少AS的形成與進(jìn)展[17]。目前發(fā)現(xiàn)低水平的紅細(xì)胞導(dǎo)致與ApoB結(jié)合減少,引起ApoB濃度升高,增加CVD的發(fā)病率和死亡率,尤其是在既往發(fā)生過CVD的患者中[18]。

ApoM介導(dǎo)紅細(xì)胞鞘氨醇-1-磷酸(sphingosine-1-phosphate,S1P)流出。紅細(xì)胞是血漿S1P的主要來源。S1P是一種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子,具有調(diào)節(jié)淋巴細(xì)胞循環(huán)、維持血管完整性以及促進(jìn)新生血管生成等作用。在輻照LDLR-/-缺乏鞘氨醇激酶2的小鼠中,發(fā)現(xiàn)紅細(xì)胞、血漿、HDL中的S1P濃度升高1.5～2.0倍,并且發(fā)現(xiàn)AS斑塊減少50%[19]。因此,S1P還具有抗AS作用。ApoM主要與HDL顆粒有關(guān),約5%的HDL顆粒含有一個(gè)ApoM分子。超過50%的S1P與HDL結(jié)合,約40%與白蛋白結(jié)合[20]。HDL促進(jìn)了紅細(xì)胞中S1P的輸出,并且當(dāng)HDL顆粒中存在ApoM時(shí),HDL進(jìn)一步增強(qiáng)S1P的輸出,且ApoM可作為游離重組蛋白不與HDL結(jié)合,可有效地促進(jìn)S1P的輸出,ABCC1轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可能參與S1P從紅細(xì)胞向ApoM的輸出[21]。

ApoC3是脂質(zhì)代謝中的重要分子,與高脂血癥和發(fā)生CVD的風(fēng)險(xiǎn)增加密切相關(guān)。ApoC3通過上調(diào)腫瘤壞死因子-α和連接黏附分子-1的表達(dá),引起內(nèi)皮細(xì)胞炎癥。腫瘤壞死因子-α濃度的增加導(dǎo)致活性氧和連接黏附分子-1增加,破壞細(xì)胞間的緊密連接[22]。細(xì)胞間的緊密連接調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮通透性,破壞后導(dǎo)致內(nèi)皮屏障發(fā)生滲漏,導(dǎo)致血液中的紅細(xì)胞趨化和滲出,從而導(dǎo)致AS進(jìn)展。在ApoC3敲除兔模型中發(fā)現(xiàn),ApoC3缺乏減輕了高脂血癥,減少AS斑塊的形成[23]。因此,ApoC3可作為一個(gè)新的降脂靶點(diǎn)。

3 紅細(xì)胞通過脂質(zhì)調(diào)節(jié)影響AS的機(jī)制

3.1 紅細(xì)胞參與AS斑塊脂質(zhì)的蓄積

AS核心中膽固醇為酯化膽固醇,但目前研究發(fā)現(xiàn)在壞死核心內(nèi),游離膽固醇約占斑塊總脂質(zhì)的25%。游離膽固醇在AS進(jìn)展中具有重大作用。盡管凋亡的巨噬細(xì)胞可能是游離膽固醇的來源,但有研究[24]發(fā)現(xiàn)晚期斑塊壞死核心內(nèi)的游離膽固醇含量更多來源于紅細(xì)胞。Tziakas等[25]發(fā)現(xiàn)急性冠脈綜合征患者的紅細(xì)胞膜膽固醇含量(cholesterol content of erythrocyte membranes,CEM)升高。而Namazi等[26]發(fā)現(xiàn)CEM水平與穩(wěn)定性冠狀動(dòng)脈疾病的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。Zhong等[27]發(fā)現(xiàn)CEM水平與冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的嚴(yán)重程度呈正相關(guān),并且口服瑞舒伐他汀片6個(gè)月可降低冠心病患者的CEM水平,并可能有效地幫助減輕冠心病的進(jìn)展。因此,CEM可能是冠心病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素,在AS斑塊的進(jìn)展和不穩(wěn)定性中起重要作用,但需更多的臨床研究證實(shí)。

3.2 紅細(xì)胞參與AS斑塊炎癥反應(yīng)

紅細(xì)胞在壞死核心的促炎癥和氧化環(huán)境的條件下會(huì)迅速破裂,釋放膽固醇和損傷相關(guān)分子模式,包括:血紅素、熱激蛋白70、腺苷二磷酸和白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-33 等,這些物質(zhì)會(huì)更進(jìn)一步促進(jìn)壞死核心的炎癥反應(yīng)及氧化還原反應(yīng)。紅細(xì)胞破裂釋放出游離膽固醇,游離膽固醇的積累可導(dǎo)致膽固醇在血管壁中結(jié)晶。膽固醇晶體可誘導(dǎo)核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3炎性小體活化和IL-1β的產(chǎn)生[28],IL-1β是一種可強(qiáng)力促進(jìn)AS的細(xì)胞因子。

紅細(xì)胞破裂釋放出Hb,觸珠蛋白是一種血漿蛋白。觸珠蛋白可結(jié)合血漿中游離的Hb,Hb-觸珠蛋白復(fù)合物的形成降低了血紅素/Hb的氧化能力,并促進(jìn)巨噬細(xì)胞清除受體CD163的識(shí)別,促進(jìn)了血紅素的分解[29]。盡管血漿中觸珠蛋白含量豐富(0.41～1.65 mg/mL),但血漿中觸珠蛋白的含量允許Hb的清除量為3 g,一旦觸珠蛋白/CD163系統(tǒng)的容量不堪重負(fù),游離Hb就會(huì)積聚在血漿中[30]。游離Hb或血紅素是有效的局部或全身NO螯合劑,可增強(qiáng)組織內(nèi)平滑肌收縮和動(dòng)脈血管痙攣。循環(huán)NO的耗竭會(huì)升高血壓,增加心肌梗死后心室重塑的嚴(yán)重程度[31]。在AS復(fù)雜的病變過程中,Hb被氧化成高鐵血紅蛋白,高鐵血紅蛋白是一種強(qiáng)有力的促炎癥刺激物,通過激活PI3K/HIF-1α/VEGF通路促進(jìn)巨噬細(xì)胞向炎癥變型轉(zhuǎn)換,并分泌IL-1β和腫瘤壞死因子-α[32]。

血紅素誘導(dǎo)Toll樣受體4(Toll-like receptor 4,TLR4)通路,TLR4能激活核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB),促進(jìn)炎癥反應(yīng)。TLR4通過過氧化物酶體增殖物激活受體/肝X受體α通路下調(diào)ABCG1的表達(dá),導(dǎo)致血管平滑肌細(xì)胞的炎癥和脂質(zhì)蓄積。NF-κB通路的激活在炎癥反應(yīng)中起重要作用,是AS發(fā)病機(jī)制中炎癥和細(xì)胞死亡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。觸發(fā)TLR4/NF-κB信號(hào)的激活和下游炎癥反應(yīng),促進(jìn)斑塊的生長和不穩(wěn)定[33]。游離血紅素和高鐵血紅蛋白誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞活化以及NF-κB活化,導(dǎo)致活性氧產(chǎn)生增多、黏附分子和促炎細(xì)胞因子表達(dá)增加,誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞浸潤,誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞中活性氧產(chǎn)生、核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3活化和促炎細(xì)胞因子產(chǎn)生[32]。血紅素促進(jìn)鐵死亡。無序的細(xì)胞內(nèi)鐵會(huì)對(duì)巨噬細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞造成損害,并影響AS病變中的脂質(zhì)過氧化、氧化應(yīng)激、炎癥和血脂異常等[34]。

紅細(xì)胞破裂還會(huì)釋放熱激蛋白70,目前發(fā)現(xiàn)熱激蛋白70通過JNK/Elk-1途徑抑制ABCA1和ABCG1的表達(dá),促進(jìn)ApoE-/-小鼠AS的進(jìn)展[35]。

3.3 紅細(xì)胞參與AS斑塊氧化還原反應(yīng)

在冠心病患者中發(fā)現(xiàn),紅細(xì)胞結(jié)構(gòu)和抗氧化系統(tǒng)存在紊亂。過氧化氫酶和超氧化物歧化酶活性的明顯降低導(dǎo)致抗氧化系統(tǒng)的紊亂。冠心病對(duì)紅細(xì)胞的負(fù)面影響表現(xiàn)為脂質(zhì)過氧化增加以及膜流動(dòng)性減少。此外,紅細(xì)胞破裂釋放出膽固醇,形成的膽固醇晶體可通過還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸和黃嘌呤氧化酶產(chǎn)生活性氧,激活布魯頓酪氨酸激酶,導(dǎo)致斑塊內(nèi)脂質(zhì)氧化加劇。膽固醇晶體以布魯頓酪氨酸激酶依賴的方式誘導(dǎo)p300酪氨酸磷酸化和活化,p300導(dǎo)致信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子1乙酰化,并且與過氧化物酶體增殖物激活受體的相互作用誘導(dǎo)CD36表達(dá),從而促進(jìn)泡沫細(xì)胞形成[36]。

3.4 紅細(xì)胞和斑塊內(nèi)出血

斑塊內(nèi)出血促進(jìn)AS進(jìn)展,紅細(xì)胞可能有助于這一過程。將紅細(xì)胞膜注射到高膽固醇血癥ApoE-/-小鼠中,溶解的紅細(xì)胞膜促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞分化和礦化,增加了堿性磷酸酶活性及成骨細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子和分化標(biāo)記物(骨橋蛋白及骨鈣素)的表達(dá),從而導(dǎo)致血管壁或瓣膜的鈣化[37]。紅細(xì)胞可能在晚期AS血管鈣化中起重要作用,可能是由內(nèi)皮型一氧化氮合酶產(chǎn)生和釋放NO所調(diào)節(jié)[37-38]。

4 總結(jié)與展望

紅細(xì)胞含有大量的游離膽固醇,是血漿脂質(zhì)代謝的參與者,并且參與RCT過程,增加膽固醇流出,還可與ApoB結(jié)合,減少致AS的脂蛋白和內(nèi)皮結(jié)合,并且釋放S1P,發(fā)揮抗AS作用。另一方面,紅細(xì)胞破裂可釋放出膽固醇和損傷相關(guān)分子模式,擴(kuò)大壞死核心的炎癥及氧化還原反應(yīng)范圍,促進(jìn)AS的形成和進(jìn)展。因此,紅細(xì)胞是血漿血脂代謝的參與者,對(duì)AS的形成和進(jìn)展既可發(fā)生抑制作用,又可促進(jìn)AS,具體哪方面占主導(dǎo)地位,目前尚不清楚。關(guān)于紅細(xì)胞和血漿脂蛋白之間膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)的動(dòng)力學(xué)和機(jī)制目前尚未完全闡明,還需繼續(xù)研究。