細胞焦亡與PCSK9在動脈粥樣硬化中的研究進展

張梁 李婧

[摘要] 動脈粥樣硬化（AS）是多種心腦血管疾病的病理基礎，嚴重威脅人類健康安全。AS的發病機制目前尚不完全清楚。最新的研究發現，AS的發生發展與前白蛋白轉化酶枯草溶菌素9（PCSK9）以及細胞焦亡具有密切關系。本文就AS中PCSK9、細胞焦亡及PCSK9抑制劑的臨床應用進展等方面進行綜述。

[關鍵詞] 動脈粥樣硬化;前白蛋白轉化酶枯草溶菌素9;細胞焦亡;炎癥小體;半胱氨酸天冬酶

[中圖分類號] R543.5? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2020）07（c）-0054-04

Research progress of pyroptosis and PCSK9 in atherosclerosis

ZHANG Liang? ?LI Jing

Department of Cardiovascular， Tianyou Hospital Affiliated to Wuhan University of Science and Technology， Hubei Province， Wuhan? ?430064， China

[Abstract] Atherosclerosis （AS） is the pathological basis of a variety of cardiovascular and cerebrovascular diseases， while seriously threatens human health and safety. The pathogenesis of AS is not yet fully understood. The latest research found that the occurrence and development of AS is closely related to the proprotein convertase subtilisin kexin type 9 （PCSK9） and pyrolysis. This article reviews PCSK9 and pyrolysis in atherosclerosis and the clinical application progress of PCSK9 inhibitors.

[Key words] Atherosclerosis; Proprotein convertase subtilisin kexin type 9; Pyroptosis; Inflammasome; Caspase

動脈粥樣硬化（AS）的病理機制尚未完全明確，一般認為AS是一種多環節參與的血管壁慢性炎癥性疾病，主要危險因素包括血壓、血脂、血糖、同型半胱氨酸、吸煙等。目前，臨床預防及治療AS的主要手段即控制血壓、血脂、血糖，尤其是控制低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）。LDL-C主要通過肝細胞表面低密度脂蛋白受體（LDLR）代謝。國內外眾多研究顯示，前白蛋白轉化酶枯草溶菌素9（PCSK9）具有促進LDLR降解的作用，不僅可以通過降解LDLR抑制LDL-C分解代謝，還可以通過促細胞焦亡（Pyroptosis）機制來促進AS的進展。

1 細胞焦亡及病理生理機制

細胞焦亡是一種新程序性壞死形式，結合壞死和凋亡的特征，包括細胞膜孔形成、細胞腫脹和膜破裂及類似細胞凋亡的核固縮和DNA裂解[1]。細胞焦亡在多種類型的細胞中均可見到，包括免疫細胞（如巨噬細胞、中性粒細胞、樹突細胞）及血管內皮細胞、平滑肌細胞、心肌細胞、腎小管上皮細胞等。細胞焦亡信號通路可分為兩種：半胱氨酸蛋白酶-1（Caspase-1）介導的經典通路以及Caspase-4/5/11介導的非經典通路。

1.1 Caspase-1介導的經典細胞焦亡通路

在經典細胞焦亡信號通路中，核苷酸結合寡聚化結構域樣受體（NLR）家族（NLRP3、NLRP1、NLRC4、NLRP9和NLRP6）、熱蛋白及造血相關干擾素可誘導型核蛋白（PYHIN）[2]和熱蛋白（Pyrin）[3]等炎癥小體識別病原體相關分子模式（PAMPs）或損傷相關分子模式（DAMPs）后激活Caspase-1，已活化的Caspase-1不僅可以使白細胞介素（IL）-1β/IL-18成熟，還可以切割gasdermin蛋白D（GSDMD），形成N端結構域（GSDM-N）和C端結構域（GSDM-C）。GSDM-N通過低聚反應與細胞膜形成10～15 nm直徑的微孔，較小直徑的底物如IL-1β和IL-18可直接通過該微孔分泌。隨著微孔數量的增加，細胞內容物被徹底釋放，最終導致細胞焦亡[4]。

1.2 Caspase-4/5/11介導的非經典細胞焦亡通路

在非經典細胞焦亡途徑中，脂多糖（LPS）中的脂質A與Caspase-4/5/11的CARD結構域結合后激活Caspase-4/5/11，活化的Caspase-4/5/11同樣以裂解GSDMD產生GSDM-N并形成膜孔形成的方式引發細胞焦亡[4-7]。與經典Caspase-1途徑不同的是：活化的Caspase-4/5/11還可以通過K+外流或裂解泛連接蛋白-1（Pannexin-1）經ATP/P2X嘌呤受體7（P2X7）/NLRP3途徑環狀激活Caspase-1介導的經典通路。

2 AS中的細胞焦亡

2.1 內皮細胞（EC）焦亡

國內外眾多學者發現在早期內皮損傷或功能障礙后，炎癥小體通過損傷相關分子模式（DAMPs）識別內皮下沉積的脂質及炎癥介質，并激活Caspase-1引發細胞焦亡[8-10]。研究發現：在單核細胞募集前，沉積的脂質可通過Caspase-1-去乙酰化酶-1激活蛋白-1（S1AP1）途徑促進EC應激，并激活Caspase-1促進EC焦亡，增加細胞黏附分子-1（ICAM-1）和血管細胞黏附分子-1（VCAM-1）等黏附分子的表達水平，以促使單核細胞黏附EC[8，11]。此外，EC焦亡導致促炎細胞因子（如IL-1β、IL-18）的釋放，激活血管炎癥并吸引單核細胞黏附并向內皮下遷移[8-9，12]。

2.2 血管平滑肌細胞（VSMC）焦亡

隨著EC的數量減少和完整性降低，內皮層滲透性不斷增加并導致VSMC遷移和沉積。在VSMC中，氧化修飾的低密度脂蛋白（ox-LDL）誘導黑色素瘤缺乏因子2（AIM2）、GSDM-N、凋亡相關點狀蛋白（ASC）和Caspase-1的表達及DNA片段化，提示AIM2參與VSMC焦亡[13]。此外，VSMC吞噬脂質形成的泡沫細胞焦亡后釋放IL-1β及膽固醇，膽固醇通過競爭性結合ATP結合盒轉運子1（ABCA1）進入巨噬細胞進一步加強斑塊內炎癥反應并加速斑塊進展[13-15]。

2.3 巨噬細胞焦亡

巨噬細胞焦亡也被證明在AS中起著重要作用。Lin等[16]研究顯示，NLRP3-Caspase-1依賴性細胞焦亡發生在ox-LDL誘導的人巨噬細胞中。而焦亡的巨噬細胞產生細胞因子，如IL-1β、IL-18和基質金屬蛋白酶（MMP）等可導致強烈的炎癥反應，并通過IL-1β/LPS/神經氨酸酶1（NEU1）正反饋環路誘導單核巨噬細胞焦亡促進AS的進展[13，15]。Ye等[17]研究證據顯示：在ox-LDL處理的EC中，沉默調節相關蛋白6（Sirt6）誘導的自噬反應可以限制髓樣細胞炎癥觸發體1（TREM-1）介導的細胞焦亡。而高sTREM-1與低sSirt6是內皮微粒（EMPs）增加的獨立預測因子，并與急性心肌梗死患者的全因死亡率及主要不良心血管事件相關[17]。

3 PCSK9與AS及細胞焦亡的關系

3.1 PCSK9與AS

PCSK9是蛋白轉化酶家族的成員之一，基因編碼產物為一種由692個氨基酸構成的糖蛋白，其主要作用是通過促進LDLR降解從而影響脂質代謝。PCSK9以肝臟合成為主，肝臟合成的PCSK9分泌入血后與細胞表面LDLR的表皮生長因子樣重復序列a（EGFA）結合形成LDL-LDLR-PCSK9三分子復合物并內吞形成內涵體，該內涵體隨后被運送至溶酶體中進行降解[18]。

3.2 PCSK9與細胞焦亡間接關系

因PCSK9的主要作用是促進LDLR降解，肝細胞表面LDLR數量減少可導致血漿脂代謝紊亂，尤其以LDL-C代謝障礙為主。當內皮損傷或功能障礙時，無法及時通過肝臟LDLR代謝的過多的LDL-C在血管內皮下沉積氧化形成ox-LDL，NLRP3炎癥小體通過損傷相關分子模式（DAMPs）識別內皮下沉積的脂質及炎癥介質，并激活Caspase-1引發內皮細胞焦亡，釋放IL-1β、IL-18等促炎因子[8]。EC焦亡后的DNA片段可以通過AIM2途徑激活ASC，并進一步激活Caspase-1誘發VSMC焦亡。焦亡的VSMC除釋放促炎因子加重斑塊內炎癥外，還因無法合成細胞外基質而使纖維帽穩定性減弱，增加斑塊破潰的風險[10]。

3.3 PCSK9與細胞焦亡的直接關系

膽固醇是AS發展的重要促進因素，然而有研究顯示，PCSK9還可通過不依賴膽固醇的途徑參與AS的過程。Giunzioni等[19]研究揭示PCSK9對AS病變具有直接影響，但其作用主要依賴于LDLR，而與膽固醇水平無關。Cheng等研究[20]發現，血清PCSK9水平與冠狀AS中壞死核心組織的數量線性相關，與LDL水平和他汀類藥物的使用無關。Ding等[21]研究發現，低剪切應力可誘導EC、平滑肌細胞、巨噬細胞中PCSK9的表達，并通過調節Toll樣受體4（TLR4）表達和核因子（NF）-κB的活化促進AS斑塊內炎癥的發生。Tang等[22]研究顯示，PCSK9基因干擾可通過抑制TLR4/NF-κB信號通路減輕巨噬細胞內炎癥反應直接抑制AS，而不影響高脂飲食喂養的apoE基因敲除小鼠血漿膽固醇水平。同時，Kong等[23]研究發現：抑制巨噬細胞中TLR4/骨髓分化因子88（MyD88）/NF-κB信號通路激活可以降低NLRP3的表達并抑制Caspase-1的激活，減少IL-1β產生。提示PCSK9激活TLR4/NF-κB途徑與巨噬細胞焦亡、AS炎癥進展密切相關。而斑塊微環境中的細胞焦亡都有共同的結果，即IL-1β、IL-18等促炎因子釋放導致斑塊內炎癥反應加重。抑制PCSK9可降低C-C趨化因子受體2型在上述細胞中的表達，并誘導內皮基因編碼表達的TLR4、血凝集素樣氧化型低密度脂蛋白受體-1（Lox-1）、CAM-1、C-C趨化因子配體2（CCL2）、IL-6、IL-1β、自噬基因Beclin-1等減少，這些效應與AS發展顯著減少有關[21，24-26]。

3.4 PCSK9抑制劑的臨床應用

目前能進行臨床應用的PCSK9抑制劑以單克隆抗體為主，主要包括alirocumab、evolocumab等。在一項納入18 924例患者的隨機雙盲對照實驗中[27]，alirocumab減少了冠心病死亡、非致命性心肌梗死、致命或非致命性缺血性腦卒中、不穩定型心絞痛住院、非致命性心血管事件及全因死亡等主要復合終點的出現。另一項為期24周的隨機雙盲對照試驗顯示[28]，在他汀類藥物不耐受患者中，alirocumab具有良好的療效及安全性，骨骼肌相關不良事件較依折麥布減少32.5%。而據一項共計納入32個隨機雙盲對照試驗的meta分析顯示[29]，另一種PCSK9抑制劑evolocumab與alirocumab具有類似的療效與安全性。更進一步的薈萃研究顯示[30]，PCSK9抑制劑在降低超敏C反應蛋白（hsCRP）方面具有輕微的功效，hsCRP是AS的炎癥標志物，同時也是細胞焦亡的產物之一，提示PCSK9抑制劑獨立于降脂外的抗焦亡功效。

4 總結

NLRP3/ASC/Caspase-1介導的經典細胞焦亡途徑在AS中的作用已被越來越多的研究證實，對于高心血管風險患者啟用相應的抗炎治療已被證實有更積極的結果[31]。至于PCSK9與炎癥在基礎實驗中已展現出越來越多的聯系需要進一步明確其機制。鑒于目前AS中的細胞焦亡機制尚未完全明確，PCSK9抑制劑雖能輕微降低焦亡的炎癥標志物，但心血管獲益的主要作用仍是以降低LDL-C為主。因此，進一步研究AS中的焦亡及炎癥機制并開發出相應的治療藥物，是未來治療AS極具潛力的發展方向之一。另外，目前關于細胞焦亡的研究多集中在Caspase-1依賴的經典焦亡途徑，Caspase-4/5/11介導的非經典焦亡途徑是否也在AS中發生作用仍需進一步研究。

[參考文獻]

[1]? Fink SL，Cookson BT. Pillars Article：Caspase-1-dependent pore formation during pyroptosis leads to osmotic lysis of infected host macrophages [J]. Cell Microbiol，2006， 8（11）：1812-1825.

[2]? He Y，Hara H，Nú？觡ez G. Mechanism and Regulation of NLRP3 Inflammasome Activation [J]. Trends Biochem Sci，2016，41（12）：1012-1021.

[3]? Heilig R，Broz P. Function and mechanism of the pyrin inflammasome [J]. Eur J Immunol，2018，48（2）：230-238.

[4]? Ruan J. Structural Insight of Gasdermin Family Driving Pyroptotic Cell Death [J]. Adv Exp Med Biol，2019，1172：189-205.

[5]? Yang J，Zhao Y，Shao F. Non-canonical activation of inflammatory caspases by cytosolic LPS in innate immunity [J]. Curr Opin Immunol，2015，32：78-83.

[6]? Cheng KT，Xiong SQ，Ye ZM，et al. Caspase-11-mediated endothelial pyroptosis underlies endotoxemia-induced lung injury [J]. J Clin Invest，2017，127（11）：4124-4135.

[7]? Yi YS. Functional crosstalk between non-canonical caspase-11 and canonical NLRP3 inflammasomes during infection-mediated inflammation [J]. Immunology，2020，159（2）：142-155.

[8]? Yin Y，Li XY，Sha XJ，et al. Early hyperlipidemia promotes endothelial activation via a caspase-1-sirtuin 1 pathway [J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol，2015，35（4）：804-816.

[9]? Deng YP，Han X，Yao Z，et al. PPARα Agonist Stimulated Angiogenesis by Improving Endothelial Precursor Cell Function Via a NLRP3 Inflammasome Pathway [J]. Cell Physiol Biochem，2017，42（6）：2255-2266.

[10]? Pan JY，Lu L，Wang XY，et al. AIM2 regulates vascular smooth muscle cell migration in atherosclerosis [J]. Biochem Biophys Res Commun，2018，497（1）：401-409.

[11]? Lopez-Pastrana J，Ferrer LM，Li YF，et al. Inhibition of Caspase-1 Activation in Endothelial Cells Improves Angiogenesis：a novel therapeutic potential for ischemia [J]. J Biol Chem，2015，290（28）：17485-17494.

[12]? Wu XX，Zhang HY，Qi W，et al. Nicotine promotes atherosclerosis via ROS-NLRP3-mediated endothelial cell pyroptosis [J]. Cell Death Dis，2018，9（2）：171.

[13]? Xu YJ，Zheng L，Hu YW，et al. Pyroptosis and its relationship to atherosclerosis [J]. Clin Chim Acta，2018， 476：28-37.

[14]? Tumurkhuu G，Dagvadorj J，Porritt RA，et al. Chlamydia pneumoniae Hijacks a Host Autoregulatory IL-1β Loop to Drive Foam Cell Formation and Accelerate Atherosclerosis [J]. Cell Metab，2018，28（3）：432-448.e4.

[15]? Sieve I，Ricke-Hoch M，Kasten M，et al. A positive feedback loop between IL-1β，LPS and NEU1 may promote atherosclerosis by enhancing a pro-inflammatory state in monocytes and macrophages [J]. Vascul Pharmacol，2018，103（105）：16-28.