犬尿氨酸代謝途徑與主動脈瘤的研究進展＊

陳協輝 陳繼承 楊建安

1.廣東省深圳市龍華區中心醫院心血管內科 (廣東 深圳 518110)

2.廣東省深圳市孫逸仙心血管醫院心血管外科 (廣東 深圳 518110)

1 犬尿氨酸代謝途徑

必需氨基酸色氨酸(Trp)除了用于蛋白質的合成以外，它還可以通過5-羥色胺途徑或犬尿氨酸代謝途徑產生多種生物活性分子，其中超過95%的色氨酸代謝來自于犬尿氨酸代謝途徑(kynurenine pathway，KP)，少部分通過色氨酸羥化酶代謝生成5-羥色胺[1]。2,3-色氨酸雙加氧酶(TDO或IDO)是KP的關鍵限速酶，TDO主要在肝臟和大腦組織中表達，一般情況而言，TDO只負責正常生理情況下KP的代謝，而IDO則更多在病理情況下發揮作用。IDO有IDO1和IDO2兩個亞型，IDO1廣泛表達在機體各個組織，而IDO2則主要表達在小鼠的肝臟和腎臟組織，以及人的肝臟、脾臟、胎盤、大腦等組織[2-4]。犬尿氨酸代謝有兩條途徑，犬尿氨酸(kynurenine，KYN)在犬尿氨酸氨基轉移酶(kynurenineaminitric oxidetransferaseIandⅡ，KATI/1I)的作用下生成犬尿喹啉酸(kynurenicacid，KYNA)。此外，KYN還可以在犬尿氨酸羥化酶、犬尿氨酸酶以及多個酶促反應過程生成3-羥基犬尿氨酸、3-羥鄰氨苯甲酸(3-hydroxyanthranmcacids，3-HAA)、喹啉酸、吡啶羧酸類及尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)等中間代謝物活性分子[5]。越來越多的證據表明，KP代謝途徑在心血管疾病中有著重要的作用，脂多糖LPS、腫瘤壞死因子TNF-α、IFN-r、白介素1和白介素2等炎癥相關細胞因子能夠在很多種類型細胞中誘導IDO1的表達，催化色氨酸代謝生成多種犬尿氨酸通路生物活性分子。流行病學報道發現，色氨酸分解代謝物Kyn、AA、3-HK和XA均與心血管疾病的死亡率相關[6-8]。近年來，越來越多的文獻揭示犬尿氨酸代謝途徑與主動脈瘤及其相關風險因素關系密切，本文主要綜述相關領域最新研究進展。

2 KP和主動脈瘤

主動脈瘤(aortic aneurysm，AA)是一種致死率很高的退行性血管疾病，主要病理表現為中膜層退化，細胞外基質重塑，炎癥細胞浸潤至主動脈，預后極差，腹主動脈瘤(aabdominal aortic aneurysm，AAA)發病率較高，總人群發病率約21.1/10萬人，它是65歲以上老人患者十五大最主要死因之一[9-10]。主動脈瘤的研究已經有幾十年的歷史，然而，目前仍缺乏有效的藥物控制手段, 除遺傳因素以外，主動脈瘤的發生與高血壓、動脈粥樣硬化、炎癥等多種因素有關。

作為誘導AAA發生的關鍵分子，二型血管緊張素AngⅡ在體內能夠顯著上調小鼠主動脈中IDO的表達，提示激活的KP可能在AAA的發生發展中起作用[11]。在AngⅡ誘導的AAA小鼠或患者中T細胞來源的細胞因子IFN-γ升高，IFN-γ能夠顯著誘導人血管平滑肌中IDO1的表達，這一效應在內皮或T細胞中不顯著[12]。通過I-MT抑制IDO的表達能夠增強AAA中T細胞浸潤和平滑肌細胞凋亡[13]。此外，肥胖成年人的Kyn水平顯著提高，表明肥胖會激活IDO1，而肥胖是AAA形成的一個風險因素，這些線索提示激活的KP可能在AAA的啟動和發展中發揮關鍵作用，它可能通過抑制炎癥反應參與主動脈瘤的發生過程[14-15]。在臨床上，血漿中C反應蛋白(CRP)的水平是AAA發病的關鍵生物標志物，CRP與Kyn、3-HK和3-HAA呈強正相關，而與XA呈負相關[16]。

基質金屬蛋白酶(MMPs)在AAA的發生和進展中發揮關鍵作用，Kyn可以通過MEK-Erk1/2信號通路或激活AHR上調成纖維細胞中MMP-1和MMP-3的表達，遺傳和藥理學方法將Erk1/2途徑作為CCN3依賴性AAA發展的關鍵調節劑，結果表明，活化的KP分解產物可能在AAA的形成中起重要作用[17-18]。雖然有多條線索暗示KP參與AAA的發生和發展，然而，尚沒有非常直接的證據表明KP在AAA中的作用，因此，在接下來的研究中，探索KP在AAA中的作用及其機制非常有必要。

3 KP和動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化是AAA常見的風險因素之一。有研究表明，在人類晚期動脈粥樣硬化斑塊的巨噬細胞中IDO表達顯著升高，血液中的IDO活性與晚期動脈粥樣硬化有顯著的正相關，表明激活的KP可能在動脈粥樣硬化的發生中起到重要作用[19]。用KP分解代謝物3-HAA治療8周能顯著降低血漿膽固醇和甘油三酯水平，抑制巨噬細胞攝取氧化低密度脂蛋白，并抑制LDLr-/-小鼠動脈粥樣硬化發生[20]。此外，用1-甲基色氨酸(1-MT)抑制IDO能夠促進血管炎癥，加重高脂飲食(HFD)誘導的載脂蛋白E敲除小鼠(ApoE-/-)動脈粥樣硬化病變，上調血管細胞粘附分子-1(VCAM-1)和趨化因子MCP1的表達，導致浸潤至主動脈的巨噬細胞增加[21]。VCAM-1表達的增加并不局限于主動脈斑塊，也在中膜層的VSMC中發現，外源性使用Trp分解代謝物3-HA可以逆轉IDO抑制誘導的動脈粥樣硬化[21]。所有這些數據都提示，IDO介導的KP分解代謝物3-HAA會阻止動脈粥樣硬化的發生，研究小鼠血漿和動脈粥樣硬化區域的3-HAA水平，并確定內源性3-HAA是否可以作為動脈粥樣硬化開始和進展的生物標志物非常有意義。然而，KP對動脈粥樣硬化的作用存在一定爭議，一方面，IDO對動脈粥樣硬化的發生起到保護作用。據報道，它通過下調外周血、脾臟和淋巴結B細胞的抗炎細胞因子，加速ApoE-/-小鼠動脈粥樣硬化早期病變的形成[22]。然而，IDO1缺失會增加動脈粥樣硬化斑塊中巨噬細胞和T細胞的浸潤，此外，培養的脾B細胞中的IL-10的產生可由3,4，二甲氨基甘氨酰蒽酸(3,4-DAA)誘導，DAA是色氨酸分解代謝物AA的口服活性合成衍生物[23]。最后，DAA治療可抑制ApoE-/-小鼠動脈血管損傷后的炎癥和損傷形成，并減少細胞因子和趨化因子的產生。這些數據表明，IDO的上調可能在早期對動脈粥樣硬化起到保護作用。更重要的是，表達IDO1的主動脈樹突狀細胞(pDCs)通過誘導調節性T細胞起保護作用，暗示IDO1可能在維持斑塊穩定性方面發揮關鍵作用[24]。然而，另一方面，與正常飲食小鼠相比，HFD能夠顯著增加巨噬細胞和主動脈血管平滑肌細胞IDO活性，以及動脈粥樣硬化小鼠循環血中的KA和QA水平，在喂食HFD的LDLr-/-小鼠的脾臟提取物中發現，Kyn、KA和QA的水平均較高。此外，KP分解代謝物KA通過激活cAMP依賴途徑和抑制Erk1/2磷酸化來抑制巨噬細胞分泌IL-1[24]。人動脈粥樣硬化斑塊中高濃度的KA與不穩定的斑塊表型有關，而在穩定的纖維斑塊中只有低水平的KA，因此，測試內源性KA是否可以作為動脈粥樣硬化發展斑塊不穩定的生物標志物很有意義。推測，IDO1在動脈粥樣硬化發生中功能差異的原因可能是由于不同的動物遺傳背景，涉及到的不同細胞類型，以及特定的KP下游突變產物所致。

4 KP和高血壓

高血壓是AAA發生的常見風險因素之一，研究表明，Trp和Kyn均可以劑量依賴性的方式擴張豬冠狀動脈和小鼠主動脈血壓[6]。Trp的擴血管作用依賴于內皮細胞并需要有活性的IDO，而Kyn的擴張血管作用與內皮無關，它通過激活腺苷酸環化酶和可溶性鳥苷酸環化酶途徑來介導。靜脈注射Kyn能劑量依賴性的降低自發性高血壓大鼠的血壓，此外，IDO1在抵抗性血管的內皮中表達，是導致人類敗血癥導致的低血壓的潛在新原因。通過1-MT抑制IDO會增加小鼠的血壓，但在缺乏IDO1的小鼠中血壓不會升高，IDO缺失會加劇缺氧誘導的小鼠肺動脈高壓(PH)。相比之下，通過在小鼠內皮細胞中過表達IDO可保護缺氧誘導肺動脈高壓、右心室肥大以及血管重塑[25]。臨床上，高血壓患者Kyn平均水平高于普通人。此外，腎動脈手術誘導的雄性腎血管性高血壓大鼠血漿Kyn、KA、3-HK、AA水平較高，肝TDO活性較高，提示腎血管性高血壓與KP激活相關[26]。自發性高血壓大鼠大腦不同區域的關鍵分解代謝物KA水平明顯低于血壓正常的大鼠[27]。KA是中樞神經系統中煙堿受體的拮抗劑，通過注射冰凍切片KA可以降低自發性高血壓大鼠的血壓[28]。在自發性高血壓大鼠中發現的一種KATI錯義突變，能夠將Kyn代謝成KA，這表明該突變可能會抑制KATI的活性，KYNU分解Kyn為AA或3-HAA也控制KA水平[26]。與正常高血壓對照組相比，自發性高血壓大鼠腦干的KYNU mRNA水平升高[29]。此外，KYNUArg188Gln突變與漢族人群的KYNU活性降低和原發性高血壓均有關。所有這些數據都表明，KA可能具有抗高血壓的功能。

5 結論與展望

盡管有多條證據表明犬尿氨酸代謝物與主動脈瘤發生關系密切，某些代謝物也可以作為疾病進展的生物標記物，KP代謝物在其發病中具有廣泛的抗炎作用，然而，對其作用機制的研究目前仍然欠缺，炎癥廣泛參與主動脈瘤的發生過程，特異性阻斷重要炎癥信號通路如IL-1β或CCL2等。因此，通過使用特異性酶抑制劑來調節KP代謝或許未來可以作為緩解主動脈瘤的新的治療策略。