動脈粥樣硬化研究的當前問題

張 運

山東大學醫學院，山東濟南 250012

進入21世紀以來，動脈粥樣硬化（AS）性心血管疾病已成為嚴重危害人類健康的第一位殺手。AS是以進行性脂質沉積、纖維組織增生和炎性細胞浸潤為特征的累及全身大、中型彈性和肌性動脈的慢性疾病。病理學研究證明，主動脈、冠狀動脈、腦動脈、腎動脈和下肢動脈是AS的易患部位。因此，AS是導致冠心病、腦梗死、腹主動脈瘤、慢性腎病和間歇性跛行的共同的病理學基礎。近30年來，隨著分子生物學、流行病學、循證醫學和預防心臟病學的快速發展，人們對于AS發生機制的認識不斷深化，針對AS的診斷和治療技術日新月異，AS性心血管疾病的死亡率已開始顯著下降。盡管如此，對于AS這一復雜疾病的認識仍處于初期階段，在這一領域中仍存在著下列亟待解決的問題。

1 AS的病因、危險因素和生物標記物

近年來，AS新型生物標記物的增多和對危險因素的成功干預，導致了人們對于病因、危險因素和生物標記物這三個基本概念的混淆。病因（etiology）是指導致疾病的原因，消除病因可治愈疾病，但AS的病因至今不明，一般認為AS是一個遺傳和環境因素相互作用的多因素疾病。危險因素（risk factor）是指可增加發病危險的因素，與疾病有因果關系，且應滿足下列條件：（1）在不同人群中該因素與疾病均呈獨立、分級和連續相關，隨著該因素水平的上升，疾病發生率增加；（2）該因素發生在前、疾病發生在后；（3）降低該因素水平能降低疾病的發生率[1]。吸煙、高脂血癥、高血壓、年齡、糖尿病是AS的傳統危險因素，但不是AS的病因，因為相當一部分AS患者可無上述危險因素，反之，具有上述危險因素的人群中相當一部分人并無AS。近年來，由于強效他汀類藥物的出現，人群中LDL-C水平降低的幅度與心血管病死亡率呈直線負相關，這萌生了“LDL-C是AS的病因”“LDL-C 水平越低越好”等錯誤觀點，這些觀點忽略了LDL-C僅是AS主要危險因素之一的事實。給予ApoE或LDL受體剔除小鼠高脂喂養的同時，抑制LDL-C與管壁基質的結合或抑制單核細胞從管腔向管壁的游移或抑制巨嗜細胞對LDL-C的攝取，AS病變可顯著減輕，表明LDL-C水平升高是AS產生的必要條件但非唯一條件[2]。生物標記物（biomarker）是指反映疾病變化的因素，該因素與疾病呈獨立、分級和連續相關，但與疾病無因果關系。hs-CRP是近年來報道的反映斑塊炎癥的生物標記物[3]，但與AS的因果關系尚缺乏前瞻性干預的證據。鑒于新的生物標記物不斷涌現，最近美國心臟病協會（AHA）發布了新型生物標記物的評價標準，這有助于生物標記物的規范應用[4]。

2 AS的遺傳因素和環境因素

美國費明翰心臟研究發現，有早發心血管病家族史（父親＜55歲發病，母親＜65歲發?。┑暮蟠谢夹难懿〉奈ｋU較無家族史者增加2倍以上，即使將后代本身的多個危險因素調整后仍是如此。這表明AS性心血管病的發生具有遺傳學基礎[5]。由于AS是一個遺傳和環境因素相互作用的多因素疾病，僅僅研究和干預AS的環境因素是不夠的。近年發展起來的全基因組關聯研究（genome-wide association studies，GWAS）已發現了多個與AS發病相關的單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNPs），其中位于9p21染色體區域的一組SNPs已在白種人、中國漢族人[6]、東亞人、南朝鮮人、西班牙人、意大利人證實與冠心病發病相關，尤其是在白種人中，雜合子的冠心病發病危險增加約20%，而純合子增加約40%[7-8]。然而，綜合已發表的研究，冠心病易感SNPs增加發病危險的OR值一般小于2.0，與傳統的費明翰危險因素計分相比，C統計值或ROC曲線下的面積并無顯著差異。因此，美國心臟病學會和協會（ACC/AHA）目前不建議在無癥狀人群中進行SNPs的大規模篩查[9]。盡管如此，新興技術如GWAS精細測序、DNA外顯子測序、mRNA測序和全基因組測序的發展將有助于發現更多的AS易感位點，有助于在AS危險因素出現之前更早地預測心血管疾病和闡明AS的發生和發展機制，DNA甲基化的研究將有助于闡明AS的遺傳因素及其與環境因素的相互作用，藥物代謝SNPs的研究則有助于檢出心血管藥物療效不佳者，從而推動臨床醫學從循證醫學走向個體化治療。因此，AS的遺傳學研究方興未艾。

3 AS病變的血管床選擇性

AS的傳統危險因素對人體的影響是全身性的，但AS病變只發生在動脈系統而不發生在靜脈系統，將靜脈移植到動脈系統（如冠脈搭橋術）后血管壁組織逐漸動脈化，最終發生AS病變。在動脈系統內，AS常累及主動脈、冠狀動脈、腦動脈、腎動脈和下肢動脈，但對于其他血管床很少累及。在受累血管床中，病變僅出現于大中動脈而不出現于小動脈，西方人常出現冠狀動脈病變，而東方人常出現腦動脈病變。這些現象提示，AS病變具有明顯的血管床選擇性。近年研究發現，AS病變的血管床選擇性受到血流動力學的顯著影響。血流的低剪切力可增高血管內皮的通透性，激活血管內皮細胞表達炎性因子。在ApoE-/-小鼠頸動脈放置狹窄套管的第2天，套管近端的血流剪切力降低，血管內皮細胞表達MCP-1增多，內膜通透性增加，7 d后血管內皮下巨嗜細胞和脂質增多，內膜開始增厚，表明血流的低剪切力與AS早期病變之間存在因果關系[10]。研究發現，血管內皮細胞的力學-生物學信號偶聯（mechano-biological signaling coupling）涉及多條信號轉導通路，阻斷這些信號通路可有效減輕血流低剪切力導致的AS早期病變[11]。然而，血管內皮細胞的力學-物學信號偶聯只能部分解釋上述AS病變的血管床選擇性，在這一領域中仍有待于更深入的研究。

4 AS發病機制的網絡觀和動態觀

在長達幾十年的人類AS病程中，血管壁細胞受到多種遺傳和環境因素的影響，數以百計的基因被激活，合成和釋放大量的細胞因子，產生多種多樣的生物學效應。因此，AS的發病機制涉及到極其復雜和龐大的細胞內信號轉導網絡，包括血管發育、炎癥-疫、凋亡-嗜、細胞增殖、血管新生、氧化應激、血管老化等[12]。為了有效干預AS的發生和發展，僅僅選擇網絡中的一個或幾個分子是遠遠不夠的，應尋找關鍵分子或調節結點，以圖“綱舉目張”。研究證明，細胞膜表面的Toll受體亞型1，2，4介導了AS的炎癥過程，聯合沉默Toll-1和Toll-2對于斑塊炎癥僅有相加作用，而聯合沉默Toll-2和Toll-4則有協同作用，這是因為Toll-1和Toll-2共用同一細胞內信號通路，而Toll-2和Toll-4則利用不同的信號通路，這個例子說明了網絡干預的重要性[13]。此外，在AS長期的發展過程中，某個網絡可能僅在某個時期起作用。在不同的時期，血管壁細胞可能起到“雙刃劍”的作用。例如，在AS早期，內膜增厚是病變，但在AS晚期，內膜增厚有助于增厚纖維帽和穩定斑塊。同樣，在AS早期，血管平滑肌細胞的游移和增殖可增大斑塊，但在AS晚期，血管平滑肌細胞的游移和增殖卻可加固纖維帽，預防斑塊破裂。巨嗜細胞吞噬內皮下的脂質有助于縮小斑塊體積，但巨嗜細胞的聚集可加重斑塊炎癥。因此，在研究AS的發病機制、測量指標和干預措施時，應特別注意AS發病機制的網絡觀和動態觀。

5 AS病程的非線性和可逆性發展

傳統的觀點認為，AS是一個進行性和直線性的發展過程。隨著現代影像學技術和有效干預手段的問世，人們已認識到，AS實際上是一個可逆性和非線性的發展過程，由于AS斑塊的增生、靜止、縮小、損傷、破裂、修復、再損傷、再破裂、再修復等病理過程，臨床可表現為無癥狀性冠心病、穩定性心絞痛、不穩定性心絞痛、無ST段上抬型急性冠狀動脈綜合征（ACS）、ST段上抬型急性心肌梗死以及這些臨床綜合征的交替出現。影響AS斑塊病理變化的因素包括：血脂水平、內皮結構和功能、內皮祖細胞修復能力、全身和局部炎癥、纖維帽膠原合成和降解速率、壞死核的大小、新生血管密度、斑塊內出血、他汀治療等[14-15]。對AS病程進展的新認識提示：（1）明確、檢出和避免導致斑塊破裂的危險因素，有可能預防急性心血管事件的發生；（2）少數患者冠狀動脈斑塊的迅速增大可能與無癥狀性斑塊破裂和修復或斑塊內出血有關，因此，這些患者需要積極干預，以避免嚴重心血管事件的發生；（3）積極控制危險因素和規范進行他汀治療，斑塊的大小和性質是可逆的——可由大斑塊演變為小斑塊，由易損斑塊演變為穩定斑塊，由破裂斑塊演變為修復斑塊；（4）在評價某種治療方法的療效時，應采用隨機對照的大樣本臨床試驗并進行長期隨訪，以排除病程本身變化的影響。

6 AS動物模型的發展

與人體的其他組織不同，人體的動脈是不可能取活檢的。因此，有關AS的組織學研究基本依賴動物模型，這造成了AS基礎研究的困難。大動物如猴子和豬與人類同屬雜食類動物，心血管系統和脂質代謝亦相似于人類，在這些動物中長期喂養高脂飼料或敲除LDL受體基因可在主動脈和冠狀動脈形成AS斑塊，與人類病變非常相似。然而，價格昂貴、喂養時間長、動物體積大、倫理非議多等問題極大地限制了這些動物模型的發展。相反，新西蘭兔、ApoE-/-小鼠或LDLR-/-小鼠價格便宜、喂養時間短、動物體積小、倫理非議少，已成為目前AS研究的主要動物模型。由于小鼠AS斑塊與人類非常相似且小鼠基因序列已知，可進行基因敲除或基因敲入，故已成為應用最廣泛的AS動物模型。然而，小動物模型存在以下限制性：（1）AS斑塊主要出現在主動脈及其分支，冠狀動脈和頸動脈內不出現斑塊；（2）兔子的AS斑塊主要為纖維增生性病變，不同于人類的脂質性斑塊，且兔子的基因序列不知，基因干預困難；（3）兔子和小鼠的AS斑塊均為穩定性斑塊，幾乎不發生斑塊自發性易損和破裂[16]。近年來，本實驗室應用高脂喂養、內皮損傷、基因轉染、精神應激、藥物觸發等方法，成功地在新西蘭兔和ApoE-/-小鼠中建立了斑塊易損、出血和破裂的動物模型，獲得了國際學術界的認可，為易損斑塊的基礎研究提供了適宜的研究對象[17-18]。盡管如此，目前AS動物模型的研究周期通常短于20周，在這樣短暫的時間內所得出的發病機制，用于描述長達幾十年的人類AS發病過程，其限制性是不言而喻的。此外，涉及AS發生和發展的小動物各個系統的功能與人類差別甚大，在小動物體內反復證實的氧化、炎癥和免疫等AS發生機制在人體AS病變中至今缺乏令人信服的證據[19]。因此，將小動物實驗中得出的結論外推至人類時，需要特別的慎重。發展價格適宜、喂養時間短、與人類病變相似的大動物模型已勢在必行。

7 AS的形態和功能顯像

為了檢出、干預和隨訪AS病變，需要發展準確、簡便、安全、價廉的AS顯像技術。在無創傷性顯像技術中，頸動脈超聲測量的IMT已成為評價抗AS藥物療效的最常用的臨床試驗中間終點。然而，體表超聲、多排CT、磁共振的空間分辨串均較低，無法顯示班塊的壞死核和纖維帽，難以對斑塊性質做出判斷。在創傷性技術中，血管內超聲（IVUS）可顯示斑塊面積、狹窄程度、血管重構以及斑塊的脂質、纖維化和鈣化成分，但不能顯示變薄的纖維帽。第二代光學相干斷層顯像（0CT）可準確顯示纖維帽的厚度和斷裂、斑塊面積、以及斑塊的脂質、纖維化和鈣化成分，但不能顯示斑塊炎癥。為了顯示斑塊的炎癥程度和壞死核的大小，近年來發展了AS的功能顯像技術。由于彈性可反映組織的成分，本實驗室建立了基于IVUS的血管二維和三維彈性圖以及基于斑點跟蹤技術的斑塊表面應變測量方法，利用這些技術可準確預測實驗動物的班塊破裂[21]。新近發表的PROSPECT研究發現，IVUS在ACS患者所檢出的非罪犯血管的斑塊負荷＞70%，最小管腔面積＜4.0 mm2以及薄帽纖維粥樣瘤，可獨立地預測3年內非罪犯血管所導致的急性心血管事件[22]。利用納米或單克隆抗體技術將導致斑塊炎癥的分子如VCAM-1，ICAM-1，MMPs或巨嗜細胞壞死后釋放的分子如組蛋白等與核素、CT、MRI或超聲等影像技術的顯影劑相結合可顯示斑塊的炎癥程度或壞死核大小，從而可對斑塊的易損性做出評價，這些功能顯像技術的發展將更好。

8 AS的藥物和基因治療

AS是全身性疾病，局部狹窄病變的介入或手術治療雖可緩解組織缺血但無法改變AS的病程。他汀是AS藥物治療的基巖，其主要作用是降低血清LDL-C水平，但其抗炎作用日益受到重視。研究證明，他汀快速抗炎的主要機制是抑制內皮細胞TLR-4受體的表達及其下游信號通路蛋白的磷酸化，從而導致NF-cB活性的抑制[24]，這種抗炎作用獨立于調脂作用。因此，對于慢性冠心病他汀主要通過調脂發揮療效，而對于ACS他汀主要通過抗炎發揮療效，在分析以心血管事件為終點的他汀治療的臨床試驗時，應充分考慮到他汀調脂和抗炎的雙重作用。近年臨床試驗的結果表明，ACS患者即使服用大劑量他汀，心血管事件的殘余危險仍高達22%[25]，說明需要發展新的治療藥物。膽固醇酯轉移蛋白（CETP）阻滯劑可升高高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C），后者可加強膽固醇從組織向肝臟的逆向轉運，從而減輕斑塊炎癥，兩種新的CETP阻滯劑dalcetrapib和anacetrapib已進入臨床試驗，后者已證明具有良好的安全性。本實驗室的系列研究證明，過表達ACE2、PPAR-y1、HO-1等基因或抑制MCP-1、TLRl、TLR2、TLR4、糜酶等基因的表達可顯著減輕斑塊炎癥和穩定斑塊但不影響脂質代謝[26-27]。同樣，抑制脂蛋白相關的磷脂酶A2（Lp-PLA2）可抑制斑塊炎癥，目前Braunwald教授領導的SOLID-TIMI52試驗正在大樣本的人群中檢驗Lp-PLA2抑制劑darapladib穩定斑塊的作用。由美國國家心肺血研究所領導的CIRT試驗旨在檢驗小劑量氨甲蝶呤對于心肌梗死患者再發心血管事件的影響[19]。研究證明，在易損斑塊的動物模型中，中藥通心絡具有穩定斑塊的作用，目前一個由本實驗室領導的檢驗通心絡對于頸動脈IMT影響的全國多中心隨機雙盲臨床試驗（CAPITAL試驗）正在進行中。這些新的臨床試驗將為AS的治療開辟新的途徑。

略）

張運，1973年8月入山東醫學院醫療系學習；1976年12月任聊城地區新醫院內科醫師；1978年8月在山東醫學院攻讀碩士學位；1981年8月任山東醫學院附屬醫院心內科醫師；1983年8月在挪威奧斯陸大學國家醫院攻讀博士學位；1986年1月任山東醫科大學附屬醫院心內科副教授；1991年10月任山東醫科大學附屬醫院心內科主任、教授；2000年7月任山東大學齊魯醫院心內科主任；2004年1月任山東大學醫學院院長；2005年10月任山東大學黨委常委、副校長主要從事動脈粥樣硬化和心力衰竭的研究。

在國際上較早開展了多普勒超聲心動圖等多項新技術，承擔國家和省部級重點和計劃課題20余項,在國際雜志發表論文70余篇，中華系列雜志200余篇，國家級雜志200余篇，被SCI收錄30余篇，被國內外雜志和專著引用1500余次，主編和參編專著23部；獲國家科技進步三等獎3項，省部級科技進步一等獎4項，二等獎18項，十大成果獎1項，獲國家級有突出貢獻的中青年專家等榮譽獎勵20余項；多次應邀赴國外講學和主持國際會議。已指導博士后3人，博士生35人和碩士生25人。

現任山東大學醫學院院長、教育部心血管重構和功能重點實驗室主任、山東大學心血管病研究中心主任和齊魯醫院心內科主任，兼任國務院學位委員會學科評議組成員、國家自然科學基金委生命科學部咨詢委員會委員、中華醫學會超聲醫學分會副主任委員、山東省醫學會副會長等學術團體職務20余項以及國內外20多個雜志的總編輯、副總編輯、常務編委或編委。

2001年11 月當選為中國工程院院士。