动脉粥样硬化的发病机制课件

动脉粥样硬化的发病机制 北京大学医学部北京大学医学部 病理生理教研室病理生理教研室 徐徐 海海 动脉粥样硬化 （atherosclerosis, AS） : 动脉内膜有脂质沉积 平滑肌细胞及纤维成分增生 斑块内部组织崩解与沉积的脂质结 合，形成粥样物质 一、一、ASAS的形成过程的形成过程 内皮细胞损伤和单核细胞粘附；内皮细胞损伤和单核细胞粘附； 泡沫细胞形成泡沫细胞形成 巨噬细胞源性 肌源性泡沫细胞 平滑肌细胞由中层向内膜移行、增殖平滑肌细胞由中层向内膜移行、增殖 动脉粥样斑块形成动脉粥样斑块形成 成熟的斑块含大量脂质、泡沫细胞成熟的斑块含大量脂质、泡沫细胞 、增殖的平滑肌细胞及基质成分（胶原、增殖的平滑肌细胞及基质成分（胶原 、弹力蛋白等）。、弹力蛋白等）。 AS斑块中有大量脂质聚集，浸润的 脂质主要来源于低密度脂蛋白。 脂质浸润学说 二、二、ASAS发病机制的学说发病机制的学说 当动脉内皮损伤时，血小板聚集于 损伤部位，与白细胞一起形成血栓。 血栓形成学说 内皮细胞损伤 损伤反应学说 单核细胞 巨噬细胞 泡沫细胞 生长因子 平滑肌细胞增殖 三、血浆脂蛋白在AS发生中的作用 （一）LDL在AS发生中的作用 （1） LDL受体途径 LDLLDL LDLLDL 氨基酸氨基酸 胆固醇胆固醇 脂肪酸脂肪酸 游离胆固醇在调节细胞内代谢中的作用 ： （1）抑制细胞本身胆固醇的合成； （2）转化成胆固醇酯贮存于胞浆中； （3）被细胞膜摄取，构成细胞膜成分 ； （4）使LDL受体数目减少，即LDL受 体的下调。 家族性高胆固醇血症 （familiar hypercholesterolemia，FH） 常染色体显性遗传性疾病，由于LDL受体基因 发生突变使LDL受体数量减少或缺失而引起。 （2） 清道夫受体途径 体外用125I标记的乙酰LDL（acLDL） 研究结果表明，巨噬细胞上存在着特异 性的acLDL受体，称为清道夫受体（ scavenger receptor，SR）。 SR有A、B、C、D和E五类，可识 别多种带负电荷的配体，包括化学修饰 的脂蛋白。 A类清道夫受体包括SR-A、SR- A和SR-A。在AS病变区， SR-A 、SR-A主要在巨噬细胞表达。 SR-A和SR-A不受细胞内胆 固醇的下调作用，可导致泡沫细胞 的形成。 B类清道夫受体包括SR-BI和CD36 两种亚型。BI发现于甾源性组织和肝 脏。可介导HDL和LDL胆固醇酯的选 择性吸收。 HDL HDL 疏水通道 CD36在内皮细胞、血小板、单核 细胞和巨噬细胞均有表达，是摄取修 饰LDL的主要受体。 （3）氧化修饰低密度脂蛋白（oxLDL） 在AS发生中的作用 LDL含有多价不饱和脂肪酸，碳氢键 的键能小，因此氢易被O2和OH抽提，这 是LDL氧化修饰的起始点。 已证实动脉壁中的内皮细胞、平已证实动脉壁中的内皮细胞、平 滑肌细胞、单核巨噬细胞都能氧化修滑肌细胞、单核巨噬细胞都能氧化修 饰饰LDLLDL，这与细胞释放的自由基有密这与细胞释放的自由基有密 切关系。切关系。 大量研究结果证明，在体内有oxLDL 的存在： 在家兔和人的AS斑块中提取的脂蛋 白成份含有oxLDL; 应用免疫组化方法，利用抗oxLDL的 抗体证实AS在的动脉壁中存在oxLDL ，而正常动脉壁不存在; 在动物和人血清中已发现能与 oxLDL反应的自身抗体; 通过使用抗氧化剂阻止LDL的氧化 修饰能减轻AS斑块形成。 ox-LDL致AS的机制 经巨噬细胞上的清道夫受体被摄取， 使巨噬细胞转变为泡沫细胞; 对内皮细胞和巨噬细胞的毒性作用; 促使单核细胞对内皮细胞的粘 附，并促使其向巨噬细胞转化; 直接引起血小板的聚集，促进 血栓的形成。 促使血管平滑肌细胞迁移和增殖 刺激巨噬细胞释放多种细胞因子如 白细胞介素-1和肿瘤坏死因子 （二）脂蛋白(a)在AS发生中的作用 脂蛋白(a)Lp(a)是一种与LDL相似的 脂蛋白，除含有apoB外，还含有一种独特 的apo(a)。 血清Lp(a)水平和动脉apo(a)含量 呈显著正相关； 高血清Lp(a)也是动脉壁中apoB含 量显著增高的原因； apo(a)完整地存在于动脉壁，并与apoB 共同定位于细胞介质； 在AS斑块中apo(a)和apoB含量均增加。 Lp(a)的病理作用主要是致血栓形成 和致动脉粥样硬化作用。 在apo(a)分子的羧基端包含一个蛋白 酶样的区域，它与纤溶酶原(Pg)相似。 用125I标记的Pg可与体外培养的人 脐静脉内皮细胞结合，而LP(a)或 apo(a)均可抑制这一过程，不含apo(a) 的LP(a)均无这种抑制作用。 LP(a)致AS的机制可能是: LP(a)可与Pg竞争对Pg受体的结合 ，抑制内皮细胞表面纤溶酶的产生， 促使血液凝固性增加和血栓形成; 进入动脉壁的LP(a)与氨基葡聚糖 结合，形成的复合物被巨噬细胞和 平滑肌细胞吞噬，形成泡沫细胞。 氧化型LP(a)分子更易于沉积 于血管壁，被巨噬细胞吞噬后形成 泡沫细胞。 氧化型LP(a)与Pg受体的结合较 未修饰的LP(a)增强，从而干扰纤溶 系统。 （三）HDL在AS发生中的作用 大量流行病学调查，临床病理 和药物研究及动物实验均表明HDL 有抗AS作用。 HDL抗AS的作用机制 1. 胆固醇逆向转运 （reverse cholesterol transport，RCT） 动物实验和临床研究发现，HDL 可将细胞中的胆固醇转运出来。 （1）胆固醇自肝外细胞如平滑肌细胞和 巨噬细胞移出 许多肝外细胞都存在HDL受体，但 不同细胞的HDL受体的作用不同。 甾源性组织HDL受体与HDL结 合后，胆固醇由HDL流入细胞。其 它肝外细胞如血管平滑肌细胞和巨噬 细胞则相反。 （2）胆固醇的酯化和胆固醇酯的转运 卵磷脂胆固醇酰基转移酶（LCAT） 胆固醇酯转运蛋白 （cholesteryl ester transfer protein，CEPT ） CETP与AS的关系 促进AS发生 由于小鼠血浆中不含CETP，因此研 究过度表达CETP基因的转基因鼠可揭示 CETP的生理作用。 用高胆固醇饮食喂饲转基因小鼠 和对照小鼠28周后，转基因小鼠体内 形成AS斑块的面积是对照组的两倍。 抑制AS发生 AS病灶处的巨噬细胞可分泌CETP， 它可穿过血管内皮将病灶处的胆固醇酯清 除并转运到脂蛋白中。 CEPT将胆固醇酯从HDL转运到 LDL中，而LDL与肝LDL受体亲和力较 强，从而起到清除血浆胆固醇酯的作用 。 2. HDL抑制动脉平滑肌细胞的转化及增殖 LDL能刺激平滑肌细胞增殖，HDL能 减少平滑肌细胞摄取LDL，从而抑制平滑 肌细胞增殖。 3. HDL对动脉壁内皮细胞的保护作用 体外实验表明，无HDL存在时，细 胞生长缓慢且存活时间短；有HDL存在 时，细胞生长快且存活时间长。 4. HDL抑制血小板聚集 前列环素（PGI2）由血管内皮细 胞合成释放，能抑制血小板聚集。 HDL可增加PGI2的合成。 氧化型HDL在AS发生中的作用 从细胞中转运胆固醇能力显著降低 可促使血管平滑肌细胞增殖。 损伤血管内皮 将氧化型HDL与人主动脉内皮细 胞共同孵育48h后，出现细胞萎缩、核 固缩、核碎裂等凋亡现象。 对LDL氧化修饰的抑制作用减弱 HDL可抑制LDL的氧化修饰，与其 分子内含有的对氧磷酶（paraoxinase， PON）有关。 四、血管内皮细胞在AS发生中的作用 （一） 内皮功能变化对EDRF/NO的影响 内皮细胞通过分泌内皮源性舒张因子（ EDRF/NO）来调节血管张力。 NOS底物缺乏、NOS表达异常、 NO破坏增加等因素均可导致NO减少 。 精氨酸精氨酸 NONO合成酶合成酶 （NOSNOS） NONO 喂饲胆固醇的兔动脉血管内皮NOS的 表达增加，NO释放的量比基础水平增 加23倍，但释放的NO活性明显减弱 。 高脂血症时，动脉血管内皮氧 自由基产生增多，这些氧自由基使 NO氧化降解增加。 NO除了能导致血管扩张外，还可 防止血小板聚集，抑制血管平滑肌细胞 增殖及LDL的氧化修饰。 （二）对血管平滑肌细胞增殖的影响 高脂血症使内皮细胞脱落，动脉中 膜平滑肌细胞增殖，而受损内皮细胞一 旦修复，平滑肌细胞的增殖便停止。 无细胞源 性血清 平滑肌细胞不不生长生长 无细胞血清 内皮细胞 平滑肌细胞 生长生长 体外培养的人脐静脉、牛、猪等 主动脉的内皮细胞均可产生对平滑肌 细胞增殖有促进作用的多肽因子。 （三） 对血液单核细胞粘附性的影响 内皮细胞可产生对单核细胞具有趋 化性物质，如单核细胞趋化蛋白-1（ monocyte chemoattractant protein-1， MCP-1）。 （四） 促进平滑肌细胞和巨噬细胞的 脂蛋白代谢 内皮细胞与平滑肌细胞共同培养 时，可使平滑肌细胞LDL受体的数目 增加二倍以上。 血浆血浆LDLLDL与内皮细胞持续接触，当它与内皮细胞持续接触，当它 穿过动脉内膜时，因发生化学修饰而易被穿过动脉内膜时，因发生化学修饰而易被 巨噬细胞摄取，使之成为泡沫细胞。巨噬细胞摄取，使之成为泡沫细胞。 五、血管平滑肌细胞在AS发生中的作用 （一）血管平滑肌细胞的两种表型 血管平滑肌细胞根据功能状态，可 分为收缩型和合成型。前者主司收缩功 能，后者主司合成功能。 收缩型平滑肌细胞胞浆富含肌丝束 ，肌丝占胞浆体积的70%以上； 合成型细胞内肌浆网等细胞器丰富， 细胞器占胞浆体积的70%以上； 收缩型平滑肌细胞对生长因子刺 激反应性低，不迁移，不增生；合 成型平滑肌细胞可迁移，增殖活跃 。 应用透射电镜观察应用透射电镜观察ASAS斑块组织斑块组织 ，发现平滑肌细胞含有丰富的粗面，发现平滑肌细胞含有丰富的粗面 内质网，收缩蛋白极少。内质网，收缩蛋白极少。 ASAS斑块呈合成型改变的平滑肌细斑块呈合成型改变的平滑肌细 胞，分泌大量的胶原纤维、弹力纤维胞，分泌大量的胶原纤维、弹力纤维 、蛋白多糖，构成斑块的间质成分。、蛋白多糖，构成斑块的间质成分。 （二）影响平滑肌细胞增殖的因素 1、血小板源性生长因子（PDGF） 用无细胞血浆分离的血清培养平 滑肌细胞，细胞很少分裂。用全血分 离的血清进行培养，则细胞增殖明显 。 用无细胞血浆分离的血清加入 血小板进行培养，则平滑肌细胞又 显示增殖状态。 PDGFPDGF由两条肽链（由两条肽链（A A链和链和B B链）链） 组成，有三种结构，即组成，有三种结构，即AAAA、ABAB和和BBBB 。PDGFPDGF的靶细胞主要是血管平滑肌细的靶细胞主要是血管平滑肌细 胞。胞。 分离培养分离培养ASAS斑块中的平滑肌细胞斑块中的平滑肌细胞 ，发现细胞培养液中含有，发现细胞培养液中含有PDGFPDGF。整整 体实验表明，抗体实验表明，抗PDGFPDGF血清可阻止实血清可阻止实 验性验性ASAS的形成。的形成。 PDGF在斑块形成中的作用： 趋化中膜平滑肌细胞，使之向内 膜迁移，同时出现表型的改变； 促进平滑肌细胞的分裂、增殖； 促进平滑肌细胞衍变为肌源性泡沫细胞。 2. 血管紧张素-（Ang-） 血管壁内存在独立的局部肾素-血 管紧张素系统（RAS）。Ang-可显著 促进平滑肌细胞增殖和肥大。 AGT-AGT-还可刺激平滑肌细胞还可刺激平滑肌细胞 PDGF-APDGF-A链的表达，链的表达，PDGFPDGF反过来又反过来又 刺激平滑肌细胞增殖。刺激平滑肌细胞增殖。 许多研究结果表明，血管紧张素许多研究结果表明，血管紧张素 转换酶抑制剂（转换酶抑制剂（ACEACE）可有效抑制实可有效抑制实 验性验性ASAS的形成。的形成。 六、单核巨噬细胞在六、单核巨噬细胞在ASAS发生中的作用发生中的作用 单核巨噬细胞除了形成泡沫细胞外，还单核巨噬细胞除了形成泡沫细胞外，还 具有多种促进具有多种促进ASAS发生、发展的病理作用。发生、发展的病理作用。 （1 1）巨噬细胞通过膜上受体吞噬）巨噬细胞通过膜上受体吞噬LDLLDL 和和修饰的修饰的LDLLDL，使胆固醇在病灶沉积；使胆固醇在病灶沉积； （2 2）产生氧自由基，引起细胞膜成分）产生氧自由基，引起细胞膜成分 的分解和周围组织损伤；的分解和周围组织损伤； （3 3）产生化学趋化物质，吸引更）产生化学趋化物质，吸引更 多的单核细胞粘附于内皮；多的单核细胞粘附于内皮； （4 4）引起平滑肌细胞的移行和在）引起平滑肌细胞的移行和在 内膜增殖。内膜增殖。 七、细胞凋亡与AS 在人冠状动脉、颈AS病变晚期增厚 的内膜中，细胞凋亡率高达30%40% 。 （一）细胞凋亡的调控机制 多种基因参与凋亡的发生，根据其作 用机制可分为诱导基因和抑制基因。 1. 诱导基因 c-myc基因 对细胞具有促进增殖及诱导凋亡的双重 作用，在血清中当生长因子等刺激信号存在 时，可抑制凋亡。反之则促进凋亡。 p53基因 当DNA异常时，p53蛋白及其转录 活动增多，可使细胞停留于G期而不能 进入S期。 Fas Fas是一种细胞表面受体，Fas抗 体与细胞膜上的Fas抗原结合可触发细 胞凋亡。 2. 抑制基因 B细胞淋巴瘤/白血病-2基因 （B cell lymphoma/leukemia-2，Bcl-2 ） 寿命较长的组织细胞如神经细胞 和心肌细胞中Bcl-2表达量较高。 （二）AS中影响细胞凋亡的因素 1. 一氧化氮（NO） 内外源性NO作用于靶细胞可使 胞内p53合成增多。 2. 生长因子 胰岛素样生长因子-1（IGF-1）、PDGF 是血管平滑肌细胞生长的重要存活因子，其 缺乏可引起血管平滑肌细胞凋亡。 3. 胆固醇 胆固醇氧化物能抑制血管平滑肌 细胞增殖，且诱导其凋亡，而游离胆 固醇无此效应。 4. 氧化型LDL（OX-LDL） 轻度氧化的OX-LDL具有促增殖 作用，而重度氧化的OX-LDL可诱导 血管平滑肌细胞和巨噬细胞凋亡。 5. 活性氧 （reactive oxygen species，ROS） 内源性的ROS可影响内皮细胞线粒 体膜通透性，促使细胞色素C释放，从 而诱导内皮细胞凋亡。 （三）AS斑块中的细胞凋亡 AS病灶中凋亡细胞的类型主要是 平滑肌细胞、单核/巨噬细胞和T淋巴 细胞，此外还有内皮细胞。 凋亡的血管平滑肌细胞分布于 病灶的纤维化部分，聚集在脂质中 心的凋亡泡沫细胞以单核/巨噬细胞 为主，T淋巴细胞散在于斑块各处 。 1. 内皮细胞凋亡 高浓度的H2O2引起细胞坏死，而低 1. 浓度的H2O2则引起细胞凋亡，而内皮 细 2. 胞凋亡比坏死对内皮功能的影响更明 显。 毒性剂量的OX-LDL能诱发培养的 内皮细胞出现凋亡，与细胞表达Bcl-2降 低有关。 2. 平滑肌细胞凋亡 体外培养正常动脉的平滑肌细胞 仅在去血清生长因子后发生凋亡，而 斑块中的平滑肌细胞在高血清状态下 也发生凋亡。 正常血管壁损伤修复过程中如 果凋亡发生率下降和/或凋亡小体不 能被及时清除将形成AS。 3. 巨噬细胞的凋亡 体外实验证明OX-LDL可引起小鼠 和人的巨噬细胞凋亡，而小鼠和人的巨 噬细胞在体外可氧化修饰其自身的LDL 。 4. AS中细胞凋亡的意义 凋亡内皮细胞的线粒体可产生超 氧化物氧化LDL，而OX-LDL为促凋