胆红素系统与动脉粥样硬化

HO CO 胆红素系统与动脉粥样硬化2007解放军总医院南楼临床部程友琴2007年8月 动脉粥样硬化是一种全身性疾病 脑动脉粥样硬化脑缺血脑梗死心脏冠状动脉粥样硬化心肌缺血心肌梗死外周动脉粥样硬化下肢动脉粥样硬化下肢的缺血坏死肾动脉粥样硬化缺血性肾脏病肠系膜动脉粥样硬化缺血性肠病颈动脉粥样硬化脑缺血脑梗死 1 血脂异常2 高血压3 糖尿病4 吸烟5 遗传因素6 体力活动减少7 年龄8 性别 男性 9 酒精摄入10 其他 动脉粥样硬化 atherosclerosis 病因 1 肥胖2 A型性格 性情急燥 竞争性强 强迫成功 3 微量元素摄取失衡4 存在增加血管通透性的因素5 凝血因子增高6 高同型半胱氨酸血症7 血管紧张素基因过度表达8 高热量 高脂肪 高糖饮食方式9 高纤维蛋白原血症10 血液中抗氧化物浓度低11 PAI 1增高12 血尿酸增高 动脉粥样硬化的发生机制 早年脂肪浸润学说血小板聚集和血栓形成学说平滑肌细胞克隆学说 20世纪70年代损伤 反应学说 动脉粥样硬化发生机制 损伤 反应学说 内皮功能紊乱 血管内皮损伤 细胞间相互作用 动脉粥样硬化形成 炎症 氧化应激 InflammationandAtherosclerosisNovelInsightsIntoPlaqueFormationandDestabilizationGuidoStoll MD MartinBendszus MD Stroke 2006 37 1923 1932 Inthisreview wefocusonrecentadvancesinourknowledgeofscavengerreceptorregulationandsignaltransduction theirrolesinsterileinflammationandinfection andthepotentialimpactofthesepathwaysinregulatingthebalanceoflipidaccumulationandinflammationinthearterywall Figure2 Frequentlycitedinflammatorymediatorsormarkers bothcirculatingandtissuebound targets andtherapeuticapproachesshowntoreducecirculatingmarkersofinflammation Inflammatorymediators markersareindicatedinred therapeuticapproaches ingreen Manyknowninflammatorymediatorsandmarkersinthecirculatingbloodareshowninthebox 动脉粥样硬化形成中的炎症机制 Earlyinvitroexperimentsshowedthatallofthemajorcelltypesfoundinatheroscleroticlesions endothelialcells smoothmusclecells monocytes andmacrophages producereactiveintermediatesthatoxidizeLDL 动脉粥样硬化形成机制示意图 Hemeoxygenasedegradeshemetoequimolaramountsofiron biliverdin andcarbonmonoxide M methyl CH3 P propionate CH2 CH2 COOH Fe iron V vinyl CH CH2 CO carbonmonoxide Bilirubin 氯血红素 血红素氧合酶 一氧化碳 胆红素系统 铁蛋白 ferritin 血红素氧合酶是血红素降解的起始酶和限速酶 在生物界各物种间广泛存在在进化上高度保守 行使着重要的生理功能人类HO有HO 1 HO 2和HO 3三种同工酶不同基因的产物可诱导型 inducible 在体内广泛分布结构型 constitutive 分布具有组织特异性 HO 1 HO 2 HO 3 血红素氧合酶的生物学特征 HO 1分子量32kD 热休克可使其表达增加 属热休克蛋白 heatshockprotein HSP 家族 故又称HSP 32HO 1广泛存在于各种细胞的微粒体内 但在肝 脾 骨髓及网状内皮系统中活性较高 多种能引起氧化应激的因素如缺氧 氧自由基 血红素 重金属离子 内毒素和炎症因子等均可使其表达上调多种细胞培养和动物实验均表明HO 1具有细胞保护作用 在机体拮抗氧化应激过程中担当重要角色 HO 1表达的上调是对外界损伤的一种防御反应HO 1在心血管 呼吸 消化 内分泌 免疫等系统中均有作用 HO 2分子量36kD 在氨基酸序列上与HO 1有43 同源性主要分布在神经元 睾丸 VSMC及内皮细胞HO 2表达相对恒定 目前所知 只有肾上腺皮质激素可增加其表达 因此推测它主要在机体正常生理状态下发挥调节作用HO 3分子量33kD 在氨基酸序列上与HO 2有90 同源性主要分布在脑 肝 脾 心 肾和睾丸目前尚未发现血管系统中有HO 3分布 其生理意义尚待研究 HO CO 胆红素系统三个产物生物学作用 CO调节血管张力 抑制血管平滑肌细胞 VSMC 增殖抑制血小板聚集胆红素抗氧化促进VSMC凋亡抑制血管壁炎症反应铁蛋白通过减少细胞内铁沉积而抗凋亡 HO 1 CO 胆红素系统 抗氧化应激抗炎症损伤抗细胞增殖抗调亡抑制血小板聚集调节血管张力细胞内信号转导 抗动脉粥样硬化 HO CO 胆红素系统与动脉粥样硬化 1 血胆红素水平与动脉粥样硬化的关系2 HO 1启动子多态性与动脉粥样硬化的关系3 对HO 1的药理学调控对动脉粥样硬化的影响4 HO 1基因治疗对动脉粥样硬化的作用 1 正常血管内皮细胞和VSMC中只有极少量HO 1表达2 在大鼠 家兔动脉粥样硬化模型中发现粥样斑块中有HO 1表达3 通过分析人类冠状动脉旋切术获得的粥样硬化斑块 证实斑块中的内皮细胞 泡沫细胞 VSMC中均有HO 1高表达提示HO 1可能在动脉粥样硬化的发生发展中起作用 天生我才必有用 血液胆红素水平与动脉粥样硬化 1 胆红素的抗氧化作用 2 低血胆红素水平与冠心病 3 胆红素治疗冠心病 4 高血胆红素与冠心病 血液胆红素水平与动脉粥样硬化 1 胆红素的抗氧化作用 2 低血胆红素水平与冠心病 3 胆红素治疗冠心病 4 高血胆红素与冠心病 胆红素 谜一样的分子 只要它在体内的含量稍稍高于正常 就有利于健康 可以使新生儿更加聪敏 但它又是新生儿大脑损伤的罪魁 胆红素作为抗氧化剂的潜力如此巨大 完全可以取代谷胱甘肽细胞中胆红素含量很少 约比氧化剂含量少一千倍 一个谷胱甘肽只能消耗一个氧化分子但一个胆红素分子能对付10 000个氧化分子作为保护细胞免受氧化胁迫的一条最佳途径胆红素可能是进化的最重要产物 美国国家科学院院刊 2002年11月28日 Mayer等 2000 通过实验及大规模流行病学调查表明1 血清胆红素可抑制脂质过氧化和氧自由基生成2 胆红素抗氧化活性比生育酚 维生素C更强3 并发现血清胆红素浓度与冠心病患病率呈负相关美国Framingham心脏研究是国际上著名的心血管疾病临床流行病学研究 最近 该研究的后续工作发现低血清胆红素水平者易患冠心病目前尚未将血清胆红素水平低下列入心血管疾病的独立危险因素 Neuzid等发现机体消耗掉体内的抗坏血酸和胆红素等内源性抗氧化剂后 在脂蛋白氧化修饰的开始即给予补充白蛋白结合型胆红素或非结合胆红素 均可以明显阻断氢过氧化物的形成 而补充相当剂量的白蛋白却无此作用 胆红素的抗氧化作用与白蛋白结合的胆红素进入血管壁 在血管壁处阻止由巨噬细胞释放的氧自由基引起的损伤和血管壁处LDL的氧化 从而阻止动脉粥样硬化的关键环节 当血清胆红素浓度降低时 它就不能有效的抑制LDL的氧化修饰 从而使体内oxLDL浓度升高 进而发生上述由oxLDL引发的一系列损伤反应 促进粥样斑块的形成 胆红素能反馈性增加血红素氧化酶的活性血红蛋白作为一氧化氮的清道夫 能减弱一氧化氮的血管舒张作用 调节血小板的功能以及防御感染等有益作用 胆红素通过反馈性增加HO的活性增加血红蛋白的降解 从而减少一氧化氮的清除 防止动脉粥样硬化进程 HO CO 胆红素系统与动脉粥样硬化 HO 1基因与冠心病 在人类HO 1基因启动子有一双核苷酸 GT n重复序列 微卫星 由于不同个体GT重复次数不同 因而在人群中具有高度多态性 体外转基因实验表明这一多态性影响HO 1的转录水平 GT重复次数少者HO 1基因对各种诱导剂的反应性增强而转录增加 相反 GT重复次数多者则HO 1表达减少 ChenYH等将474名合并冠心病的2型糖尿病患者与322名单纯2型糖尿病患者进行比较 发现2型糖尿病合并冠心病者 携带L等位基因 定义为GT重复 32次 的频率高于单纯2型糖尿病患者 该研究首次表明人类HO 1多态性与冠心病相关 提示GT重复次数多的2型糖尿病患者可能由于HO 1表达不足而增加合并冠心病的危险性 ChenYH LinSJ LinMW etal Microsatellitepolymor phisminpromotorofhemeoxygenase 1geneisassociatedwithsusceptibilitytocoronaryarterydiseaseintype2diabeticpatients HumGenet 2002 111 8 上调HO 1 CO 胆红素是否可以对抗动脉粥样硬化 Ishikawa等应用高胆固醇饮食喂养敲除低密度脂蛋白受体基因的小鼠诱发动脉粥样硬化 若同时使用HO 1诱导剂Hemin处理小鼠 可缩小斑块面积 而使用HO 1抑制剂锡原卟IX Sn2proto2porphyrinIX SnPPIX 处理小鼠则可增加斑块面积 表明HO 1抑制动脉粥样硬化的进展 IshikawaK SugawaraD WangXP etal Hemeoxygenase 1inhibitsatheroscleroticlesionformationinLDL2re2ceptorknockoutmice CircRes 2001 88 506 512 1 代偿cNOS生成不足及拮抗iNOS过度表达CO与NO均能GC 增加细胞内cGMP水平 进而行使舒张血管和抑制血小板聚集等作用 虽然CO激活GC的能力仅为NO的1 50 但动脉粥样硬化早期由于内皮受损 内皮细胞产生的cNOS活性下降 产生NO不足 这时CO产生增多可起代偿作用 另一方面 在动脉硬化斑块中iNOS增加 活性增强 产生大量NO自由基 NO自由基可促使细胞凋亡和胶原组织降解 因而加速动脉粥样硬化的进展 HO CO 胆红素系统抗动脉粥样硬化的机制 NO自由基可诱导HO 1表达增加 HO 1可通过以下途径抑制iNOS的生成及活性 1 形成有酶活性的iNOS必需有血红素的参与 而HO 1能降解血红素 从而减少新生iNOS合成 2 iNOS属于细胞色素p450蛋白 p450亦是HO 1的底物 因此HO 1能降解iNOS 3 HO 1源性CO直接与iNOS结合 使iNOS产生NO自由基减少 4 HO 1释放的铁能通过抑制核转录而抑制iNOS生成 HO CO 胆红素系统抗动脉粥样硬化的机制 2 抑制VSMC增殖VSMC增殖与高血压 动脉粥样硬化和血管成形术后再狭窄相关 体内或体外过度表达HO21均能抑制VSMC增殖 最近 Kelly等利用细胞周期分析培养VSMC 表明VSMC源性CO以自分泌方式通过调整细胞周期使细胞停留在G0 1期 从而抑制VSMC增殖 HO CO 胆红素系统抗动脉粥样硬化的机制 3 抑制血小板聚集血小板粘附 聚集 活化可促进粥样硬化血管内血栓形成 CO激活GC 使细胞内cGMP产生增多而抑制血小板聚集和舒张血管平滑肌 维持血管通畅 利用血小板和VSMC联合培养系统 发现VSMC源性CO以旁分泌方式抑制血小板聚集 提示HO 1有抗血栓形成作用 HO CO 胆红素系统抗动脉粥样硬化的机制 4 抗氧化氧化损伤促进动脉粥样硬化形成 其中ox LDL可损伤内皮细胞及触发血管炎症 而ox LDL诱导内皮细胞 VSMC以及巨噬细胞产生的HO 1又可通过下列途径起抗氧化作用 清除具有促氧化作用的血红素 产生具有抗氧化作用的胆绿素和胆红素 诱导对氧化损伤有保护效应的铁蛋白产生 CO可抑制促进脂肪酸氧化的细胞色素p450 HO CO 胆红素系统抗动脉粥样硬化的机制 在这些机制中 胆红素可能起最主要的抗氧化作用 由于动脉粥样硬化是氧化物长时间作用于动脉壁的结果 所以内源性抗氧化物HO 1可能比外源性抗氧化剂起着更重要的抗动脉粥样硬化作用 冠心病患者的胆红素治疗 虽然直接胆红素和间接胆红素与冠心病的关系尚不完全清楚 但试图通过补充总胆红素治疗冠心病的文章已见报道 Kontush等证实补充外源性胆红素能降低血浆的氧化能力并预防冠心病 林青等的研究也证实了外源性补充胆红素可以减轻冠状动脉粥样硬化的程度 Neuzid等也发现给予补充白蛋白结合型胆红素或非结合胆红素 均可以明显阻断氢过氧化物的形成 但胆红素的补充能否像抗凝 降脂等治疗那样作为治疗冠心病的基石尚需进一步的研究 虽然胆红素作为冠心病的易患因素正被大家所认识 但胆红素在预测冠心病危险程度方面尚存在很多问题 Brimer 21 的研究发现血清胆红素和冠心病的发生之间存在 U 型关系 他们研究发现低血清胆红素 17 也是冠心病的危险因素 胆红素与冠心病关系目前存在的问题 排除其他干扰因素 如肝胆系统疾病 贫血 心力衰竭 吸烟等 冠脉病变严重的患者 血清胆红素更高 因此究竟胆红素水平多高最能有效预防冠心病的发生 是直接胆红素还是间接胆红素抑或总胆红素与冠心病的关系密切尚不明确 胆红素与冠心病关系目前存在的问题 Hunt等对大样本的冠心病高发家族进行随机研究发现 男性人群中胆红素降低可增加冠心病的危险性 相反女性却不尽然 究竟胆红素在不同性别的人群中作用是否相同 类似的研究报道不多 女性人群中胆红素水平与HDL C之间存在反相关系 HDL C对心脏的保护作用会不会在部分程度上抵消了低胆红素对心血管系统的损伤 关于这方面的临床试验和机制需要进一步探讨 五 拮抗血管壁炎症炎症与动脉粥样硬化的关系越来越受到重视 白细胞粘附内皮细胞及其趋化作用为血管炎症启动的标志是动脉粥样硬化早期形成过程中所必需的Ishikawa等 2001 应用内皮细胞和VSMC共同培养系统发现ox LDL诱导的HO 1可通过胆红素和胆绿素抑制单核细胞的趋化作用 Shinobu等 1999 应