人类疱疹病毒感染促动脉粥样硬化机制研究的新进展(2)

1、人类疱疹病毒感染促动脉粥样硬化机制研究的新进展摘要：动脉粥样硬化是一个与脂质代谢异常相关的炎症过程。人类疱疹病毒（Human herpesvirus，HHV）是一类感染人类、以潜伏感染为主的DNA病毒，共分为、和三个亚类，8种类型，超过90%的人群至少感染其中一种类型。HHV感染可通过模式识别受体激活宿主的炎症反应，也可引起感染细胞的脂质代谢异常。研究发现，HHV（尤其是HCMV）感染可激活单核细胞，促进氧化型低密度脂蛋白（ox-LDL）摄入，抑制细胞凋亡，从而导致动脉粥样硬化发生，提示病原微生物感染可能是动脉粥样硬化发生发展的致病因素之一。本综述总结HHV与动脉粥样硬化的相关性，并探讨HHV

2、诱发动脉粥样硬化病变中脂质代谢异常和炎症反应的致病机制。关键词：人类疱疹病毒；动脉粥样硬化：炎症；脂质代谢Advanced progress of mechanisms of human herpesvirus infection in promoting atherosclerosisAbstract: Recently, emerging evidence has shown that atherosclerosis (AS) is a lipid metabolism-related inflammatory process. Studies suggest that the infec

3、tion of pathogens is one of the possible pathogenic factors in leading to AS. Human herpesvirus (HHV) is a large family of DNA viruses, which mainly establish latent infection in human beings. HHV includes three subfamilies, namely 、 and , eight herpesvirus types and more than 90% of

4、adults have been infected with at least one of them. The infection of HHV can activate inflammatory responses through pattern recognition receptors and abnormal lipid metabolism of infected cells. Studies have demonstrated that herpesvirus infection would induce the activation of monocytes, promote

5、the uptake of ox-LDL and inhibit apoptosis of the infected cells, thus leading to AS. This review summarizes the correlations between herpesvirus infections and AS, focusing on discussing the role of herpesvirus infection in the process of AS caused by lipid metabolism abnormality and inflammation.K

6、ey words: human herpesvirus; atherosclerosis; inflammation; lipid metabolism动脉粥样硬化（Atherosclerosis，AS）是一种慢性炎症性疾病，其病变始于动脉壁内皮损伤和由此引起的内皮功能紊乱。许多传统的心血管疾病危险因素（如脂代谢紊乱、高血压、糖尿病、胰岛素抵抗、吸烟、肥胖等）都可以引起血管壁的慢性炎症性反应，并通过影响相关信号通路而改变细胞代谢，诱发血管内皮功能紊乱，加速动脉粥样硬化病变的进程。动脉粥样硬化斑块中的氧化型低密度脂蛋白（oxidized low density lipoprotein，ox-LD

7、L）与巨噬细胞表面的清道夫受体结合而被摄取，形成巨噬细胞源性泡沫细胞；同时动脉中膜的平滑肌细胞（smooth muscle cells，SMC）迁移至内膜并吞噬脂质，形成肌源性泡沫细胞(1)。研究显示，动脉壁中的SMC和单核-巨噬细胞均可促进ox-LDL的生成(2)。同时，这些细胞吞噬ox-LDL而转化为泡沫细胞，并增生迁移导致纤维帽和粥样斑块形成。聚集的ox-LDL使泡沫细胞坏死崩解，从而导致血管壁变硬、管腔狭窄，诱发一系列继发性病变，如冠状动脉粥样硬化性心脏病、脑卒中、主动脉夹层等。关于动脉粥样硬化发病机制存在多种学说(3-5)，新近有研究表明，病原微生物（如人类疱疹病毒，HHV）感染可能

8、是导致并促进动脉粥样硬化发展的致病因素之一(6-8)。1.人类疱疹病毒感染人类疱疹病毒（Human herpesvirus，HHV）是一类有囊膜的线性、双链DNA病毒。HHV包括三个亚科：、和疱疹病毒亚科。疱疹病毒亚科，包括型单纯疱疹病毒（HSV-1）、型单纯疱疹病毒（HSV-2）和水痘-带状疱疹病毒（VZV）；疱疹病毒亚科，包括人巨细胞病毒（HCMV）、人单纯疱疹病毒6型和7型（HHV-6和HHV-7）；疱疹病毒亚科，包括EB病毒（EBV）和人单纯疱疹病毒8型（HHV-8），后者又称为Kaposi肉瘤相关病毒（KSHV）。HHV主要感染外胚层发育而成的组织，如皮肤、粘膜和神经组织等，以潜伏性

9、感染为主。在免疫功能低下时，可发生裂解性感染。裂解性感染主要位于内皮细胞（Endothelial cells，EC）、成纤维细胞和上皮细胞，潜伏性感染则多见于单核细胞、淋巴细胞和神经细胞(9-11)。人是HHV的天然宿主，主要通过直接密切接触和性接触传播。HHV经口腔、呼吸道、生殖道粘膜和破损皮肤等多种途径侵入机体，引起粘膜或皮肤疱疹，也可累及心脏等脏器，引起严重的全身性疾病(12, 13)。2.人类疱疹病毒对动脉粥样硬化发生发展的影响流行病学研究显示，在正常组织和典型动脉粥样硬化病变组织中，均存在HSV、HCMV和EBV基因表达(7, 14)。Hechter等对感染HIV男性患者的研究表明，

10、HSV-2感染与动脉粥样硬化密切相关（HSV-2血清抗体阳性比值比=3.04，95%可信区间=1.38-6.71）(15)，提示HSV-2可能是AIDS患者发生动脉粥样硬化的危险因素之一。Horvath等发现，HCMV、EBV和HHV-6在动脉粥样硬化和正常人群中的感染率分别是76% vs 59%（p<0.01），59% vs 50%和0.08% vs 0%(14)，提示HCMV感染可能与动脉粥样硬化密切相关。Blum等对187例AS高危人群和93例无AS危险因素正常人群的前瞻性研究显示，高危人群中83.4%（126例）的抗HCMV抗体滴度1:800，17.6%抗HCMV抗体滴度1:40

11、0（33例）；而正常人群中86.0%（80例）抗HCMV抗体的滴度1:400，其余为抗HCMV抗体阴性(16)。AS高危人群普遍表现出高抗HCMV抗体滴度，提示HCMV感染也可能是诱发动脉粥样硬化的危险因素之一。同样，在俄罗斯人群中，正常人群抗HCMV IgM抗体显著高于动脉粥样硬化人群，并且动脉粥样硬化人群中HCMV病毒蛋白检出率高于其他人群(17)。在中国人群中，动脉粥样硬化人群的HCMV表达显著高于对照组，抗HCMV IgM和IgG抗体也都高于对照组(18-20)。不过，有些研究却提示HHV感染可能与动脉粥样硬化并无直接关系(21-23)。如在日本人群中， PCR、 免疫细胞组

12、化（Immunocytochemistry，ICC）和血清学检测均表明，HSV和HCMV感染与颈动脉粥样硬化无明显相关，并且在日本人群中，其粥样斑块病原体阳性率显著低于其他人群(22)，提示HHV感染与动脉粥样硬化的相关性可能与遗传背景有关。Hsich等分别给予Apo-/- C57BL /6J小鼠CMV (30,000 pfu)和无病毒感染后发现，感染16周时，与无感染组相比，感染病毒组小鼠的主动脉粥样斑块显著增大(24)，提示CMV可能是促进动脉粥样硬化病变演变的一个危险因素。Vliegen等则进一步检测了Apo-/- C57BL /6J小鼠病变血管壁中-干扰素（IFN-）和TNF-的表达水

13、平及CMV的扩散情况，结果发现，感染组的IFN-和TNF- mRNA表达分别为100%和60%，而对照组为67%和25%(25)，提示HCMV感染可诱导IFN-和TNF-等炎症因子的表达，从而触发炎症级联反应。3.人类疱疹病毒感染促动脉粥样硬化发生发展的致病机制3.1 HHV感染可诱导细胞脂代谢异常与其他病毒一样，HHV为高度寄生性微生物，本身没有细胞结构，完全依赖宿主细胞的代谢系统完成其生命周期(26)。病毒通过其囊膜蛋白与特定的细胞受体相互作用识别、融合进入细胞。随后，病毒组分释放到细胞质，而其基因组则进入细胞核。在完成基因组复制，颗粒装配等过程后，子代病毒以裂解或出芽方式出细胞。这些过程

14、均需要宿主细胞代谢产生的各种大分子参与。因此，细胞代谢在病毒复制和增殖中必然发挥非常重要的作用。脂质可以触发病毒囊膜和细胞膜的融合，影响胞内代谢以及子代病毒的组装和释放，因而其在病毒感染中的作用尤其受到关注(27, 28)。Hajjar等发现，与对照组相比，感染HSV-1组SMC中胆固醇酯（Cholesterol esters，CE）和甘油三酯（Triacylglycerols，TG）水平均明显上调(29)。Key等则证实，HSV-1感染EC可提高组织因子（Tissue factor，TF）活性，下调血栓调节蛋白（Thrombomodulin，TM）表达，最终导致血栓和粥样斑块沉积(30)。同

15、时，EBV急性感染也可引起机体的脂质代谢异常和脂质酶变化，但相关机制尚不明确(31)。新近发现，HCMV感染SMC后，可通过病毒即刻早期蛋白IE72诱导A型清道夫受体基因表达，促进ox-LDL摄入；也可通过IE84抑制p53介导的细胞凋亡途径，增加SMC的数量(32, 33)。上述过程一方面可提供病毒复制周期所需的脂质和生存环境，另一方面也可诱发动脉粥样硬化的发生发展。同时，ox-LDL在SMC和EC中的累积，可直接转录激活处于潜伏感染的HCMV IE基因表达，反馈性加剧HCMV感染，促进粥样斑块形成(9)。此外，HCMV感染还能上调SMC中脂氧合酶（5-lipoxygenase，5-LO）表

16、达，促进白三烯（Leukotriene，LT）B4产生(10)。LTB参与慢性炎症反应，进而促进动脉粥样硬化病程发生发展。HCMV感染成纤维细胞等其他类型细胞也可引发脂代谢异常(34-37)。有意思的是，HCMV感染可以诱导抗病毒蛋白viperin的表达上调(38)，而该蛋白同时又可以被HCMV病毒蛋白vMIA利用而锚定在线粒体，通过抑制定位于线粒体膜的-脂肪酸调节酶TFP（Trifunctional protein）活性，降低细胞内ATP水平，诱导细胞膜上葡萄糖转运蛋白4（Glucose transporter 4，GLUT4）表达，从而增加糖摄取和脂质合成，促进病毒复制和子代病毒颗粒毒力(

17、11, 39, 40)。这些机制在HCMV或其他HHV感染SMC和EC中是否具有共性，还有待进一步研究。3.2HHV感染可诱发炎症反应在病毒感染时，宿主细胞通过模式识别受体（Pattern recognition receptors ，PRR）识别病原相关分子模式（Pathogen-associated molecular pattern，PAMP），从而激活天然免疫炎症反应信号通路。根据天然免疫中病原相关模式识别受体的结构特点，PRR可分为Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）、RIG-I样受体（RIG-I-like receptor，RLR）、NOD样受体（NOD-

18、like receptor，NLR）和DNA识别受体（DNA sensor）等。病毒感染通过相应受体活化单核-巨噬细胞、T/B淋巴细胞等，分泌产生大量促炎症因子和趋化因子，共同参与并激发炎症级联反应(41)。Boer等小样本实验发现，颈动脉粥样斑块中的EBV阳性率为79%，其中58%可诱导EBV特异反应性T细胞活化并分泌颗粒酶，而对照组中EBV为阴性，提示特异反应性T细胞可能有助于斑块炎症形成而引发动脉粥样硬化(42)。研究发现，HCMV感染可诱导促炎症因子IL-6（Interleukin-6），IL-10，IL-12，IL-18，TNF-和IFN-的释放(43)，而IL-6以剂量依赖方式诱导

19、EC释放MCP-1（Monocyte chemoattractant protein-1），后者可招募单核细胞和T淋巴细胞，参与动脉粥样硬化致病过程(44)。而HCMV感染单核细胞则可随其不断迁移而扩散至全身各处，通过单核细胞表面的PRR激活天然免疫信号通路，产生炎症因子和趋化因子等(45)。HHV感染不仅通过表达于单核细胞和淋巴细胞等免疫细胞的模式识别受体激活天然免疫信号通路，还通过其囊膜糖蛋白与非免疫细胞膜表面的受体特异性识别、结合，感染EC、SMC和成纤维细胞等细胞(41, 46, 47)。HCMV感染EC常导致其功能异常，并激活NF- B（Nuclear factor B）、PI3K（

20、Phosphatidylinositol 3-kinase）和PDGFR（Platelet-derived growth factor receptor）等信号通路以增加病毒感染细胞的机会，同时诱发单核细胞等参与的炎症反应(45, 48)。上已述及，HCMV感染SMC可通过抑制其凋亡通路，导致血管内膜SMC累积，加速粥样斑块形成(33)；而HCMV感染成纤维细胞则可诱导抗病毒蛋白viperin等表达，促进葡萄糖摄入，最终可能导致脂质在细胞中的沉积(36, 38, 41)。上述信号通路的激活可诱导SMC与单核细胞增殖并迁移至血管内膜，形成肌源性和巨噬细胞源性泡沫细胞，导致血管内膜增厚，促进粥样斑

21、块形成。HHV感染过程中诱导表达的炎症因子、趋化因子以及炎症信号通路激活导致的直接后果就是被感染细胞和邻近细胞出现脂质代紊乱，从而导致细胞内脂质聚集。这一过程和由此引发的泡沫细胞、炎性细胞浸润构成了粥样斑块形成的基础。4.研究展望综上所述，HHV感染与动脉粥样硬化之间密切相关。正常情况下，HHV感染SMC，EC和单核细胞后以潜伏状态存在于细胞内。但是在压力（Under stress）、免疫抑制等条件下(49)，一方面，HHV病毒感染细胞（如SMC和EC）后，可通过一系列信号通路，调控宿主脂代谢相关化合物表达，促进脂质合成和沉积，以帮助子代病毒产生（裂解性感染）。另一方面，通过NF- B和PI3

22、K等天然免疫炎症信号通路激活炎症反应过程，导致炎性细胞浸润。此二者相辅相成，共同导致动脉粥样硬化病程的发生、发展(1, 28)。因此，HHV通过和感染细胞的综合相互作用，在动脉粥样硬化病变过程中发挥重要的作用。深入研究HHV感染导致脂质代谢异常和炎症反应的分子机制，将为病毒感染引起的动脉粥样硬化等疾病的预防和治疗提供更有效的新思路和新途径(27, 50)。参考文献1.Medzhitov R. 2010. Inflammation 2010: new adventures of an old flame. Cell 140:771-776.2.Sigari F, Lee C, Witztum J

23、L, Reaven PD. 1997. Fibroblasts that overexpress 15-lipoxygenase generate bioactive and minimally modified LDL. Arterioscler Thromb Vasc Biol 17:3639-3645.3.Libby P. 2002. Inflammation in atherosclerosis. Nature 420:868-874.4.Libby P, Ridker PM, Hansson GK. 2011. Progress and challenges in translati

24、ng the biology of atherosclerosis. Nature 473:317-325.5.Nakajima K, Nakano T, Tanaka A. 2006. The oxidative modification hypothesis of atherosclerosis: the comparison of atherogenic effects on oxidized LDL and remnant lipoproteins in plasma. Clin Chim Acta 367:36-47.6.Benditt EP, Barrett T, McDougal

25、l JK. 1983. Viruses in the etiology of atherosclerosis. Proc Natl Acad Sci U S A 80:6386-6389.7.Shi Y, Tokunaga O. 2002. Herpesvirus (HSV-1, EBV and CMV) infections in atherosclerotic compared with non-atherosclerotic aortic tissue. Pathol Int 52:31-39.8.Carlquist JF, Muhlestein JB, Horne BD, Hart N

26、I, Lim T, Habashi J, Anderson JG, Anderson JL. 2004. Cytomegalovirus stimulated mRNA accumulation and cell surface expression of the oxidized LDL scavenger receptor, CD36. Atherosclerosis 177:53-59.9.Guetta E, Guetta V, Shibutani T, Epstein SE. 1997. Monocytes harboring cytomegalovirus: interactions

27、 with endothelial cells, smooth muscle cells, and oxidized low-density lipoprotein. Possible mechanisms for activating virus delivered by monocytes to sites of vascular injury. Circ Res 81:8-16.10.Qiu H, Straat K, Rahbar A, Wan M, Soderberg-Naucler C, Haeggstrom JZ. 2008. Human CMV infection induces

28、 5-lipoxygenase expression and leukotriene B4 production in vascular smooth muscle cells. J Exp Med 205:19-24.11.Seo JY, Cresswell P. 2013. Viperin regulates cellular lipid metabolism during human cytomegalovirus infection. PLoS Pathog 9:e1003497.12.Hu SS, Kong LZ, Gao RL, Zhu ML, Wang W, Wang YJ, W

29、u ZS, Chen WW, Liu MB, Editorial B. 2012. Outline of the report on cardiovascular disease in China, 2010. Biomed Environ Sci 25:251-256.13.Tornvall P, Saleh N, Zweygberg-Wirgart B, Grillner L. 2006. Cytomegalovirus in coronary heart disease. Atherosclerosis 184:235.14.Horvath R, Cerny J, Benedik J,

30、Jr., Hokl J, Jelinkova I, Benedik J. 2000. The possible role of human cytomegalovirus (HCMV) in the origin of atherosclerosis. J Clin Virol 16:17-24.15.Hechter RC, Budoff M, Hodis HN, Rinaldo CR, Jenkins FJ, Jacobson LP, Kingsley LA, Taiwo B, Post WS, Margolick JB, Detels R. 2012. Herpes simplex vir

31、us type 2 (HSV-2) as a coronary atherosclerosis risk factor in HIV-infected men: multicenter AIDS cohort study. Atherosclerosis 223:433-436.16.Blum A, Peleg A, Weinberg M. 2003. Anti-cytomegalovirus (CMV) IgG antibody titer in patients with risk factors to atherosclerosis. Clin Exp Med 3:157-160.17.

32、Yaiw KC, Ovchinnikova O, Taher C, Mohammad AA, Davoudi B, Shlyakhto E, Rotar O, Konradi A, Wilhelmi V, Rahbar A, Butler L, Assinger A, Soderberg-Naucler C. 2013. High prevalence of human cytomegalovirus in carotid atherosclerotic plaques obtained from Russian patients undergoing carotid endarterecto

33、my. Herpesviridae 4:3.18.Chen R, Xiong S, Yang Y, Fu W, Wang Y, Ge J. 2003. The relationship between human cytomegalovirus infection and atherosclerosis development. Mol Cell Biochem 249:91-96.19.Lin TM, Chen WJ, Chen HY, Wang PW, Eng HL. 2003. Increased incidence of cytomegalovirus but not Chlamydi

34、a pneumoniae in atherosclerotic lesions of arteries of lower extremities from patients with diabetes mellitus undergoing amputation. J Clin Pathol 56:429-432.20.Yi L, Wang DX, Feng ZJ. 2008. Detection of human cytomegalovirus in atherosclerotic carotid arteries in humans. J Formos Med Assoc 107:774-

35、781.21.Muller BT, Huber R, Henrich B, Adams O, Berns G, Siebler M, Jander S, Muller W, Loncar R, Godehardt E, Sandmann W. 2005. Chlamydia pneumoniae, herpes simplex virus and cytomegalovirus in symptomatic and asymptomatic high-grade internal carotid artery stenosis. Does infection influence plaque

36、stability? Vasa 34:163-169.22.Hagiwara N, Toyoda K, Inoue T, Shimada H, Ibayashi S, Iida M, Okada Y. 2007. Lack of association between infectious burden and carotid atherosclerosis in Japanese patients. J Stroke Cerebrovasc Dis 16:145-152.23.Saetta A, Fanourakis G, Agapitos E, Davaris PS. 2000. Athe

37、rosclerosis of the carotid artery: absence of evidence for CMV involvement in atheroma formation. Cardiovasc Pathol 9:181-183.24.Hsich E, Zhou YF, Paigen B, Johnson TM, Burnett MS, Epstein SE. 2001. Cytomegalovirus infection increases development of atherosclerosis in Apolipoprotein-E knockout mice.

38、 Atherosclerosis 156:23-28.25.Vliegen I, Duijvestijn A, Grauls G, Herngreen S, Bruggeman C, Stassen F. 2004. Cytomegalovirus infection aggravates atherogenesis in apoE knockout mice by both local and systemic immune activation. Microbes Infect 6:17-24.26.Lilley CE, Carson CT, Muotri AR, Gage FH, Wei

39、tzman MD. 2005. DNA repair proteins affect the lifecycle of herpes simplex virus 1. Proc Natl Acad Sci U S A 102:5844-5849.27.Heaton NS, Randall G. 2011. Multifaceted roles for lipids in viral infection. Trends Microbiol 19:368-375.28.Schoggins JW, Randall G. 2013. Lipids in innate antiviral defense

40、. Cell Host Microbe 14:379-385.29.Hajjar DP, Pomerantz KB, Falcone DJ, Weksler BB, Grant AJ. 1987. Herpes simplex virus infection in human arterial cells. Implications in arteriosclerosis. J Clin Invest 80:1317-1321.30.Key NS, Vercellotti GM, Winkelmann JC, Moldow CF, Goodman JL, Esmon NL, Esmon CT,

41、 Jacob HS. 1990. Infection of vascular endothelial cells with herpes simplex virus enhances tissue factor activity and reduces thrombomodulin expression. Proc Natl Acad Sci U S A 87:7095-7099.31.Apostolou F, Gazi IF, Lagos K, Tellis CC, Tselepis AD, Liberopoulos EN, Elisaf M. 2010. Acute infection w

42、ith Epstein-Barr virus is associated with atherogenic lipid changes. Atherosclerosis 212:607-613.32.Zhou YF, Guetta E, Yu ZX, Finkel T, Epstein SE. 1996. Human cytomegalovirus increases modified low density lipoprotein uptake and scavenger receptor mRNA expression in vascular smooth muscle cells. J

43、Clin Invest 98:2129-2138.33.Tanaka K, Zou JP, Takeda K, Ferrans VJ, Sandford GR, Johnson TM, Finkel T, Epstein SE. 1999. Effects of human cytomegalovirus immediate-early proteins on p53-mediated apoptosis in coronary artery smooth muscle cells. Circulation 99:1656-1659.34.Spencer CM, Schafer XL, Moo

44、rman NJ, Munger J. 2011. Human cytomegalovirus induces the activity and expression of acetyl-coenzyme A carboxylase, a fatty acid biosynthetic enzyme whose inhibition attenuates viral replication. J Virol 85:5814-5824.35.Yu Y, Clippinger AJ, Alwine JC. 2011. Viral effects on metabolism: changes in g

45、lucose and glutamine utilization during human cytomegalovirus infection. Trends Microbiol 19:360-367.36.Yu Y, Maguire TG, Alwine JC. 2014. ChREBP, a glucose-responsive transcriptional factor, enhances glucose metabolism to support biosynthesis in human cytomegalovirus-infected cells. Proc Natl Acad

46、Sci U S A 111:1951-1956.37.Yu Y, Pierciey FJ, Jr., Maguire TG, Alwine JC. 2013. PKR-like endoplasmic reticulum kinase is necessary for lipogenic activation during HCMV infection. PLoS Pathog 9:e1003266.38.Chin KC, Cresswell P. 2001. Viperin (cig5), an IFN-inducible antiviral protein directly induced

47、 by human cytomegalovirus. Proc Natl Acad Sci U S A 98:15125-15130.39.Seo JY, Yaneva R, Hinson ER, Cresswell P. 2011. Human cytomegalovirus directly induces the antiviral protein viperin to enhance infectivity. Science 332:1093-1097.40.Yu Y, Maguire TG, Alwine JC. 2011. Human cytomegalovirus activat

48、es glucose transporter 4 expression to increase glucose uptake during infection. J Virol 85:1573-1580.41.Ma Y, He B. 2014. Recognition of herpes simplex viruses: toll-like receptors and beyond. J Mol Biol 426:1133-1147.42.de Boer OJ, Teeling P, Idu MM, Becker AE, van der Wal AC. 2006. Epstein Barr virus specific T-cells generated from unstable human atherosclerotic lesions: Implications for plaque inflammation. Atherosclerosis 184:322-329.43.Stassen FR, Vega-Cordova X, Vliegen I, Bruggeman CA. 2006. Immune activation following cytomegalovirus infection: more important than