內質網應激在脂蛋白修飾致動脈粥樣硬化中作用機制的研究進展

康攀攀，姚樹桐，周健，秦樹存

(1承德醫學院附屬醫院，河北承德 067000；2泰山醫學院動脈粥樣硬化研究所)

內質網應激在脂蛋白修飾致動脈粥樣硬化中作用機制的研究進展

康攀攀1，姚樹桐2，周健1，秦樹存2

(1承德醫學院附屬醫院，河北承德 067000；2泰山醫學院動脈粥樣硬化研究所)

動脈粥樣硬化脂蛋白修飾導致的血管壁內皮細胞下脂質沉積是動脈粥樣硬化發生的始動環節。內質網是細胞內多種信號通路的關鍵調節位點，對蛋白質成熟、正確折疊、分泌和維持鈣離子穩態等發揮重要作用。缺血、氧化應激、鈣離子穩態失衡、蛋白質錯誤折疊及正常蛋白質過表達、蓄積等均可導致內質網功能障礙，出現未折疊蛋白反應，引起內質網應激。內質網應激是多種應激過程的共同通路，涉及多個信號通路及相關基因的表達、調控。內質網應激在動脈粥樣硬化的發生、發展過程中發揮重要作用，通過氧化修飾、糖基化修飾、糖氧化修飾、氨甲酰化修飾等介導脂蛋白修飾是其主要作用機制，但確切機制尚未完全闡明。

動脈粥樣硬化；內質網應激；脂蛋白修飾

動脈粥樣硬化是心血管疾病的主要病因，是涉及遺傳易感性、代謝紊亂、環境等多種因素的慢性炎癥性疾病，主要病理特征為大動脈脂質沉積、纖維化及巨噬源性泡沫細胞形成[1～4]，其中脂蛋白修飾導致的血管壁內皮細胞下脂質沉積是動脈粥樣硬化發生的始動環節[5]。內質網廣泛分布于真核細胞中，其面積占細胞膜總面積的50%，是細胞內多種信號通路的關鍵調節位點[6]，對蛋白質成熟、正確折疊、分泌和維持鈣離子穩態等發揮重要作用。缺血、氧化應激、鈣離子穩態失衡、蛋白質錯誤折疊及正常蛋白質過表達、蓄積等均可導致內質網功能障礙，導致未折疊蛋白反應，引起內質網應激[7]。內質網應激與糖尿病、肥胖、動脈粥樣硬化、癌癥、神經退行性變及炎癥等眾多疾病密切相關[8]。本研究就內質網應激在脂蛋白修飾致動脈粥樣硬化發生、發展中的作用機制作一綜述。

1 內質網應激的主要作用及機制

經典內質網應激由雙鏈RNA依賴的蛋白激酶內質網激酶(PERK)、跨膜蛋白肌醇需求酶1(IRE1)、活化轉錄因子6(ATF6)介導的三條通路促發[9]，其中PERK促進真核生物翻譯起始因子2α(eIF2α)磷酸化，增加蛋白質翻譯準確性，抑制蛋白質錯誤折疊；IRE1通過刺激X盒結合蛋白1(XBP1)表達，促使錯誤折疊蛋白質降解；ATF6增加分子伴侶表達，幫助蛋白質正確折疊[10,11]。內質網應激是一種適應性保護機制，適度的內質網應激可維持內質網功能，而持久、過激的內質網應激可通過c-Jun氨基末端激酶(JNK)、C/EBP同源蛋白(CHOP)和Caspase途徑觸發細胞凋亡、導致細胞死亡[12]。

2 內質網應激在脂蛋白修飾致動脈粥樣硬化發生、發展中的作用機制

內質網應激是多種應激過程的共同通路，涉及多個信號通路及相關基因的表達、調控，廣泛參與動脈粥樣硬化等多種疾病的發生、發展。目前，已明確內質網應激參與脂蛋白修飾致動脈粥樣硬化發生、發展的主要機制，包括氧化修飾、糖基化修飾、糖氧化修飾等，但確切機制尚未完全闡明。

2.1 氧化修飾 氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)是LDL氧化修飾形式，可通過引起脂質積累、炎癥等促進動脈粥樣硬化斑塊形成[4,13]。循環中ox-LDL水平可作為繼發性心血管事件強預測因子[8]。ox-LDL是動脈粥樣斑塊的主要成分之一，可促進炎性因子分泌、增強單核細胞趨化特性、上調內皮細胞黏附分子表達、促進不穩定斑塊形成；破壞血管內皮細胞抗氧化和分泌特性，導致內皮細胞凋亡，是內皮損傷的重要危險因素[13～15]。研究表明，ox-LDL可誘導內皮細胞、巨噬細胞發生內質網應激，導致細胞功能障礙，其機制可能與膽固醇超負荷有關[11,13,16,17]。ox-LDL處理組血管內皮細胞PERK、CHOP蛋白表達顯著上調，eIF2α 磷酸化及Caspase-3活性增強，進而促進細胞凋亡；PERK基因敲除、選擇性eIF2α 磷酸酶抑制劑均可抑制ox-LDL的上述作用；表明ox-LDL通過內質網應激的PERK/eIF2α/CHOP途徑介導血管內皮細胞凋亡[16,17]。Hong等[10]發現，ox-LDL可通過凝素樣氧化低密度脂蛋白受體1(LOX-1)呈濃度、時間依賴性誘發內質網應激，增加CHOP、Caspase-12表達，促進內皮細胞凋亡；通過siRNA技術沉默LOX-1表達可抑制ox-LDL的上述作用。Chen等[13]報道，ox-LDL呈濃度和時間依賴性誘導3T3-L1 脂肪細胞GRP78、CHOP蛋白表達，促進內脂素、抵抗素分泌。牛磺熊去氧膽酸(TUDCA)是一種內質網應激抑制劑，在mRNA和蛋白水平呈濃度依賴性減弱ox-LDL誘導的GRP78和CHOP表達，降低內脂素、抵抗素分泌；表明ox-LDL在脂肪細胞內亦通過內質網應激促進內脂素和抵抗素表達和分泌，其機制可能與增加膽固醇負荷有關。Yao等[18]證實，清道夫受體CD36介導巨噬細胞攝取ox-LDL觸發內質網應激，而內質網應激反過來上調CD36表達促進巨噬細胞攝取更多ox-LDL，形成細胞代謝惡性循環，導致細胞功能紊亂；輕度氧化修飾低密度脂蛋白(mm-LDL)和ox-LDL均可誘導巨噬細胞發生內質網應激，上調 CHOP表達，通過抑制Bcl-2等途徑誘導細胞凋亡，提示 內質網應激-CHOP信號途徑可介導巨噬細胞凋亡[19,20]。載脂蛋白A-I模擬肽D4F可呈濃度依賴性抑制 ox-LDL所致巨噬細胞活力降低、凋亡及Caspase-12 活化，減輕ox-LDL誘導巨噬細胞凋亡的作用[21]。內質網應激介導ox-LDL對巨噬細胞自噬的誘導作用，ox-LDL可顯著降低巨噬細胞活力，增加LDH漏出率及Caspase-3活性，自噬抑制劑3-甲基腺苷酸(3-MA)可通過引起一定程度的自噬反應抑制CHOP表達，從而抑制ox-LDL誘導的巨噬細胞凋亡[22]。L-丙氨酸硫醚產生于蛋氨酸向半胱氨酸的代謝轉化過程中，是由氨基酸組成的非蛋白質硫醚，在清除超氧陰離子自由基、內質網應激過程中起重要調節作用。研究表明，L-丙氨酸硫醚可通過抑制細胞色素C釋放和激活Caspase，拮抗線粒體介導ox-LDL誘導的人巨噬細胞凋亡[23]。

2.2 糖基化修飾 糖基化終產物(AGEs)是蛋白質與葡萄糖經非酶糖基化作用形成的，可導致動脈內皮功能障礙[24]。研究表明，在動脈粥樣硬化斑塊中存在大量糖化低密度脂蛋白(g-LDL)。動脈內膜巨噬細胞攝取g-LDL或ox-LDL是動脈粥樣硬化的起始環節。g-LDL是一種典型的AGEs，不能被其受體識別，循環中g-LDL可與清道夫受體和糖基化終產物受體(RAGE)結合形成泡沫細胞，泡沫細胞是動脈粥樣斑塊形成的標志[24～26]。g-LDL激活NADPH氧化酶、損傷線粒體呼吸鏈活性、促進血管內皮細胞生成活性氧(ROS)，ROS可誘導細胞發生內質網應激[27]。g-LDL可使人臍靜脈內皮細胞RAGE表達上調，細胞內游離膽固醇生成增加，引起內質網應激和氧化應激反應，繼而激活p38-MAPK和NF-κB信號通路，促進血管內皮黏附分子1(VCAM-1)表達和分泌，增強單核細胞黏附能力，且g-LDL引起的內質網應激和氧化應激反應相互作用、相互促進[25]。Mohanan等[26]報道，g-LDL處理組內皮細胞錯誤折疊蛋白蓄積，內質網應激標志物GRP78、GRP94、XBP1和CHOP表達增加；g-LDL誘導內質網應激導致人臍靜脈內皮細胞eNOs表達下調，典型內質網應激抑制劑4-苯丁酸(PBA)可減弱此作用，表明內質網應激參與g-LDL誘導的血管內皮細胞eNOS下調。糖基化反應亦可反過來增強LDL氧化程度，促進糖尿病患者動脈粥樣硬化進展[8,27]。

2.3 糖氧化修飾 糖氧化產物是通過糖化和氧化作用共同形成的不可逆交聯蛋白。糖氧化低密度脂蛋白(Gly-ox-LDL)在泡沫細胞形成及動脈粥樣硬化進程中具有重要作用。腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)是細胞能量狀態傳感器，在控制細胞能量和代謝平衡中發揮關鍵作用，激活AMPK可減輕內質網應激，保護心肌細胞免受缺氧損傷，是機體應激狀態重要防御反應。肌漿網/內質網鈣ATP酶(SERCA)是控制細胞內鈣離子水平的關鍵酶。Gly-ox-LDL通過ROS依賴的氧化應激反應，抑制SERCA活性，引起異常內質網應激，導致血管內皮功能障礙，加速動脈粥樣硬化進程；AMPK可抑制上述作用[8]。糖氧化反應通過誘導巨噬細胞發生內質網應激，導致ABCA-1減少、膽固醇逆轉運受損，進而促進動脈粥樣硬化進展[28]。Lam等[29]通過體外細胞研究發現，Gly-ox-LDL可激活血管平滑肌細胞增殖、分化途徑，抑制內皮依賴性血管舒張功能，上調內皮細胞MCP-1表達并降低一氧化氮合酶(NOs)活性；在mRNA水平增加清道夫受體SR-A1、CD36表達，且其作用較g-LDL或ox-LDL更明顯，從而導致細胞攝取更多ox-LDL。最新數據表明，糖氧化和脂質過氧化LDL通過與巨噬細胞清道夫受體SR-A作用協同促進動脈粥樣硬化進展[29]。

2.4 氨甲酰化修飾 氨甲酰化是一種由尿素分解產物氰酸鹽介導的蛋白質或氨基酸翻譯后非酶促修飾方式，可改變特定蛋白質結構、功能，參與多種疾病的發生，在心血管疾病發生、發展過程中發揮重要作用，是心血管疾病致死的獨立危險因素[30～32]。氨甲酰化脂蛋白通過引起內皮功能障礙、細胞死亡、巨噬源性泡沫細胞形成以及血管平滑肌細胞增殖促進動脈粥樣硬化進展[31]；且蛋白質氨甲酰化水平可作為心血管疾病發生、流行的強預測因素[32]。氨甲酰化低密度脂蛋白(c-LDL)可誘導內皮細胞凋亡、促進平滑肌細胞增殖；氨甲酰化膠原增加單核細胞基質金屬蛋白酶釋放、促進細胞外基質重塑[30]。Sun等[32]報道，c-LDL促進單核細胞黏附于內皮細胞，導致內皮功能紊亂，加速內皮祖細胞衰老。在人臍靜脈內皮細胞中c-LDL通過激活LOX-1增加ROS生成，引起內皮細胞功能障礙、NOs解耦連，導致細胞凋亡。細胞應激源，包括ROS、炎癥因子、己糖胺通路的衍生物和脂質蓄積均可引起內質網應激。因此，氨甲酰化高密度脂蛋白(c-HDL)具有促進動脈粥樣硬化發生、發展的作用。c-HDL可降低HDL主要抗氧化成分對氧磷酶1(PON1)活性，導致HDL功能紊亂，且PON1活性與c-HDL水平呈負相關。c-HDL抗凋亡活性減弱，抑制內皮自我修復，進而損傷內皮。Holzer等[33]發現，循環及動脈粥樣斑塊中c-HDL導致膽固醇逆轉運功能紊亂。細胞內游離膽固醇含量增加、蓄積，內質網膜上過量SERCA使ER內Ca2+水平降低，激活內質網應激，引起細胞凋亡。氨甲酰化脂蛋白可作為動脈粥樣硬化潛在的治療靶點。

綜上所述，內質網應激在動脈粥樣硬化的發生、發展過程中發揮重要作用，通過氧化修飾、糖基化修飾、糖氧化修飾、氨甲酰化修飾等介導脂蛋白修飾是其主要作用機制，但確切機制尚未完全闡明。未來將進行多層次、不同切入點深入研究，為心血管疾病的防治提供新的治療靶點。

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國家自然科學基金資助項目(81370381/81570410)。

周健(E-mail: zhoujian0716@sina.com)；秦樹存(E-mail: shucunqin@hotmail.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.48.037

R543.3

A

1002-266X(2017)48-0107-04

2017-06-22)