胸主動(dòng)脈瘤發(fā)生發(fā)展過程中端粒長度及端粒酶活性改變的影響因素研究進(jìn)展

徐泓杰，王國坤，劉洋，徐志云

(海軍軍醫(yī)大學(xué)長海醫(yī)院，上海200433)

胸主動(dòng)脈瘤(Thoracic aortic aneurysm, TAA)是嚴(yán)重的心血管疾患，易出現(xiàn)破口形成主動(dòng)脈夾層而威脅到生命，是現(xiàn)代老年人群中重要致死性疾病之一。TAA是指胸主動(dòng)脈持續(xù)的、局限性的擴(kuò)張，其直徑超過正常胸主動(dòng)脈內(nèi)徑的150%。主動(dòng)脈張力增加和主動(dòng)脈退行性變是TAA的主要發(fā)病原因。TAA的主要病理特征為胸主動(dòng)脈中膜的退行性變，具體包括外彈力膜的破壞、血管平滑肌的丟失、蛋白聚糖的沉積等。除遺傳等內(nèi)在因素以外，氧化應(yīng)激、高熱量營養(yǎng)素?cái)z入、高血壓和糖尿病等是導(dǎo)致胸主動(dòng)脈退行性變的主要外在因素。端粒是指真核生物細(xì)胞染色體末端高度保守的重復(fù)DNA序列，和端粒結(jié)合蛋白結(jié)合具有穩(wěn)定基因組結(jié)構(gòu)完整的作用。隨著細(xì)胞的分裂，端粒的長度也會(huì)隨之縮短，也預(yù)示著細(xì)胞的衰老。端粒隨年齡的增長逐漸縮短，被認(rèn)為是退行性疾病發(fā)生、血管病理改變的分子基礎(chǔ)之一。端粒酶是一種核糖核蛋白復(fù)合物，高表達(dá)于生殖細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞和干細(xì)胞等能廣泛復(fù)制的細(xì)胞中，由端粒酶RNA和端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶組成，可維持染色體端粒末端長度[1]。端粒長度縮短和端粒酶活性異常導(dǎo)致的細(xì)胞衰老與退行性變性心血管疾病密切相關(guān)[2]。因此各種危險(xiǎn)因素可能通過影響端粒及端粒酶的活性，進(jìn)一步導(dǎo)致TAA的發(fā)生和發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)激、高熱量營養(yǎng)素?cái)z入、高血壓、糖尿病等均為端粒長度及端粒酶活性改變的影響因素。現(xiàn)將TAA發(fā)生發(fā)展中端粒長度及端粒酶活性的影響因素綜述如下。

1 氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激被定義為細(xì)胞內(nèi)活性氧簇(Reactive oxygen species, ROS)濃度的增加。ROS是在常規(guī)的線粒體電子傳遞鏈中產(chǎn)生的，其他種類的ROS可以衍生自超氧化物和過氧化氫，它們與細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的耗竭有關(guān)[3]。與非動(dòng)脈瘤性主動(dòng)脈相比，動(dòng)脈瘤患者的主動(dòng)脈組織中檢測到ROS水平增加，分析認(rèn)為ROS在動(dòng)脈瘤的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用[4]。另一方面，電子呼吸傳遞鏈中煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)/煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶的有效激活在動(dòng)脈瘤的形成中起重要作用，側(cè)面反映了氧自由基在主動(dòng)脈瘤形成中的特殊作用[5]。ROS是血管平滑肌細(xì)胞(Vascular smooth muscle cell, VSMCs)表型的直接調(diào)節(jié)因子，ROS積累與培養(yǎng)基層變性、結(jié)締組織生長因子(Connective tissue growth factor，CTGF)表達(dá)增加有關(guān)，從而調(diào)節(jié)VSMs的合成表型促進(jìn)TAA的發(fā)生發(fā)展；并通過血管緊張素II誘導(dǎo)小鼠TAA模型在體外加以驗(yàn)證[4]。此外，ROS還誘導(dǎo)DNA穩(wěn)定因子的丟失導(dǎo)致基因組的不穩(wěn)定，這是TAA患者VSMCs在分子水平上的重要改變[6]。因此ROS被認(rèn)為和TAA的發(fā)展有密切的關(guān)聯(lián)。

在腹主動(dòng)脈瘤(Abdominal aortic aneurysm, AAA)患者的VSMCs、內(nèi)皮細(xì)胞(Endothelial cell, ECs)和白細(xì)胞(White blood cells, WBCs)中發(fā)現(xiàn)的氧自由基顯示端粒縮短與氧化應(yīng)激有關(guān)[7]。最近，Rehh等[8]研究證明，端粒TTAGG重復(fù)序列中存在的三聯(lián)體鳥嘌呤核苷酸與端粒氧化應(yīng)激相關(guān)損傷的積累有關(guān)。在動(dòng)脈瘤患者的WBCs中，端粒長度與高水平的氧化性DNA損傷之間呈負(fù)相關(guān)[9]。這表明氧化應(yīng)激具有系統(tǒng)效應(yīng)，端粒縮短也可能是系統(tǒng)效應(yīng)的結(jié)果。氧化應(yīng)激抑制端粒增長并導(dǎo)致端粒消耗，但是端粒縮短和氧化應(yīng)激之間的具體關(guān)系目前仍處于研究階段。

端粒酶不僅位于細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中，而且在線粒體中也有發(fā)現(xiàn)。細(xì)胞核中的端粒酶在端粒伸長、基因表達(dá)調(diào)控、染色質(zhì)組織和DNA損傷反應(yīng)中起關(guān)鍵作用[9]。線粒體中的端粒酶參與調(diào)控并影響細(xì)胞凋亡、應(yīng)激保護(hù)、tRNA依賴性逆轉(zhuǎn)錄酶和RNA依賴性RNA聚合酶。在ROS的氧化應(yīng)激處理的細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)線粒體端粒酶可以減少ROS的產(chǎn)生并保護(hù)線粒體DNA免受損傷[10]。端粒酶還具有通過阻斷線粒體和死亡受體途徑達(dá)到抗凋亡的潛能[11]。

Beyer等[12]研究發(fā)現(xiàn)增加端粒酶活性可逆轉(zhuǎn)心血管疾病的病理表型，這項(xiàng)研究支持線粒體中的端粒酶活性可以調(diào)節(jié)ROS產(chǎn)生直接生理影響這個(gè)假設(shè)。此外，有研究[13]表明在心血管疾病中端粒酶活性改變?cè)缬诙肆？s短。還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶在TAA的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用。NADPH氧化酶增加了與動(dòng)脈粥樣硬化斑塊易感性相關(guān)的VSMCs表型的比例[14]。此外，端粒酶RNA逆轉(zhuǎn)錄酶(telomerase reverse transcriptase, TERT)的非經(jīng)典線粒體特異性作用主要集中在抗氧化應(yīng)激的保護(hù)上。因此，TERT的調(diào)節(jié)將成為在衰老和端粒相關(guān)疾病中發(fā)展影響端粒酶的治療方法的一個(gè)有前途的靶點(diǎn)。

2 高熱量營養(yǎng)素?cái)z入

增加熱量攝入可導(dǎo)致人體肥胖，平均壽命降低。高熱量營養(yǎng)素?cái)z入作為ROS的來源，可加速細(xì)胞衰老，在心血管系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)完整性改變中起著關(guān)鍵的作用[15]。不健康的飲食、高糖(如果糖)和低密度脂蛋白攝入增加心血管疾病發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)[16]。此外，熱量限制可能通過降低動(dòng)脈粥樣硬化性膽固醇和脂質(zhì)過氧化，提高某些酶的抗氧化活性而參與心血管系統(tǒng)的抗氧化防御，這有利于降低心肌代謝相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)[17]。同時(shí)在一項(xiàng)對(duì)人群的縱向觀察研究[18]中發(fā)現(xiàn)多不飽和脂肪酸的過度攝入會(huì)加速端粒的縮短，而且能量限制與白細(xì)胞端粒縮短成負(fù)相關(guān)。精制面粉、谷類、肉類和肉類產(chǎn)品及加糖飲料帶來的總脂肪和飽和脂肪攝取量加高與TAA患者心血管組織中較短的端粒有關(guān)，相比之下，膳食抗氧化劑以及食用富含抗氧化劑的植物性食物有助于維持端粒長度[19]。動(dòng)物哺乳期限制蛋白質(zhì)的攝入會(huì)導(dǎo)致子代出現(xiàn)DNA損傷和主動(dòng)脈組織中端粒的縮短，這些結(jié)果與氧化應(yīng)激的標(biāo)志8-羥基-2-脫氧鳥苷的減少有關(guān)，而8-羥基-2-脫氧鳥苷其對(duì)兒童生長和心血管疾病有積極的影響[20]。因此，高熱量營養(yǎng)素?cái)z入對(duì)端粒及端粒酶生物學(xué)的影響很大程度上是通過氧化應(yīng)激起作用。

3 高血壓

高血壓是TAA發(fā)生以及破裂的重要危險(xiǎn)因素[19]。但高血壓與端粒生物學(xué)之間的關(guān)系眾說紛紜。一方面高血壓是端粒消耗的重要因素，而端粒的縮短會(huì)促進(jìn)高血壓的進(jìn)展[21]。在對(duì)端粒和人類高血壓之間的潛在關(guān)系進(jìn)行的一些研究中，F(xiàn)ramingham心臟研究和心血管健康研究[22]表明血流動(dòng)力學(xué)應(yīng)激與端粒縮短有關(guān)，具體而言，高血壓男性受試者的白細(xì)胞端粒顯著短于正常血壓的同齡人。端粒酶缺陷小鼠的血漿中內(nèi)皮素轉(zhuǎn)換酶-1增加，使得血壓明顯升高，直接反映了高血壓與端粒消耗之間的聯(lián)系[23]。動(dòng)脈血管壁細(xì)胞的異常生長是高血壓血管重構(gòu)的基礎(chǔ)。因此，端粒酶的激活對(duì)VSMCs的增殖至關(guān)重要。此外， p53似乎對(duì)VSMCs增長率的增加也起著同樣重要的作用，這種活性增加的分子靶點(diǎn)可能是預(yù)防高血壓的機(jī)會(huì)窗口[24]。另一方面，來自Dimitroulis的研究[25]表明，AAA與對(duì)照組端粒酶RNA表達(dá)的差異獨(dú)立于其他因素，如年齡和高血壓。綜上所述，高血壓能否影響端粒生物學(xué)的變化以及引起怎樣的改變還需要更加深入的驗(yàn)證。

4 糖尿病

糖尿病患者的血管疾病風(fēng)險(xiǎn)較高，因?yàn)椴秃蟾哐强稍黾踊颊甙l(fā)生心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)，包括TAA的發(fā)生和破裂[26]。同時(shí)有研究[27]表明白細(xì)胞端粒的縮短與糖尿病之間存在一定的相關(guān)性。糖尿病和高同型半胱氨酸血癥是CVD進(jìn)展的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，包括TAA和AAA，暴露于高水平葡萄糖或/和同型半胱氨酸的VSMCs培養(yǎng)物顯示端粒酶活性增加，從而導(dǎo)致VSMCs的增殖反應(yīng)[28]。相比之下，Matsui等[29]研究發(fā)現(xiàn)，高濃度的胰島素治療可能加速血管內(nèi)皮細(xì)胞(ECs)衰老。暴露于高糖的人ECs表現(xiàn)出衰老標(biāo)志物增加和端粒酶活性降低。

綜上所述，TAA發(fā)生、發(fā)展過程中中端粒長度及端粒酶活性改變的影響因素包括氧化應(yīng)激、高熱量營養(yǎng)素?cái)z入、高血壓、糖尿病等。端粒長度與高水平的氧化性DNA損傷之間呈負(fù)相關(guān)。線粒體端粒酶可通過降低活性氧簇的濃度，保護(hù)線粒體DNA免受損傷。端粒酶RNA逆轉(zhuǎn)錄酶的非經(jīng)典線粒體特異性作用主要集中在抗氧化應(yīng)激的保護(hù)上。高熱量營養(yǎng)素?cái)z入可導(dǎo)致主動(dòng)脈組織出現(xiàn)較短端粒。高血壓是端粒縮短的重要影響因素，而端粒的縮短會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)TAA的發(fā)生發(fā)展。高濃度的胰島素治療可能加速ECs衰老，導(dǎo)致細(xì)胞端粒變短，同時(shí)高水平葡萄糖可增加血管平滑肌細(xì)胞端粒酶活性，在TAA的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用。雖然高血壓病對(duì)主動(dòng)脈VSMCS的端粒影響還有待考究，但是活性氧、高熱量的攝入、糖尿病對(duì)主動(dòng)脈以及主動(dòng)脈組織端粒的負(fù)性作用是肯定的，而這些外因引起的端粒縮短和端粒酶活性降低與TAA發(fā)生發(fā)展之間的具體關(guān)聯(lián)和具體的分子機(jī)制還有待深入探究。