陳寶麗(綜述)，潘達(dá)亮(審校)

(深圳市第四(福田)人民醫(yī)院腎內(nèi)科，廣東 深圳518033)

終末期腎臟疾病患者中85%以上患有高同型半胱氨酸血癥，40%～50%的患者死于心血管疾病。同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)是心血管疾病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，而動(dòng)脈粥樣硬化則是心血管疾病的主要病理基礎(chǔ)。目前學(xué)者認(rèn)為高Hcy與心血管疾病的相關(guān)性主要從下面幾個(gè)方面考慮：①內(nèi)皮細(xì)胞損傷與血管內(nèi)皮功能受損[1]；②膽固醇與三酰甘油的生物合成失調(diào)；③刺激血管平滑肌細(xì)胞增殖[2]；④血栓形成激活；⑤激活單核細(xì)胞[3]。

1 氧化應(yīng)激

活性氧類(reactive oxygen species，ROS)自由基是正常細(xì)胞代謝的產(chǎn)物，其發(fā)揮著既有害又有利的雙重作用。ROS可以攻擊細(xì)胞，使細(xì)胞結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及功能發(fā)生變化。ROS的反應(yīng)體系包括：超氧陰離子、H2O2、羥自由基(OH-)、一氧化氮、過氧亞硝基陰離子自由基及脂質(zhì)自由基等。人類存在許多抗ROS的保護(hù)機(jī)制，酶的抗氧化防御系統(tǒng)(超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和谷胱甘肽過氧化物酶)及非酶性抗氧化劑(還原型谷胱甘肽、維生素C、維生素E、類胡蘿卜素、黃酮類化合物、亞?；撬峒芭；撬岬?。生理?xiàng)l件下，氧化和抗氧化之間可以相互轉(zhuǎn)化，維持平衡。但是，當(dāng)氧化和抗氧化平衡被打破，使ROS產(chǎn)生過多或抗氧化保護(hù)降低，這種現(xiàn)象被稱為氧化應(yīng)激[4-5]。低水平的硫化氫通過降低Hcy誘導(dǎo)O2-和H2O2產(chǎn)生，減少ROS，從而提高細(xì)胞活力，限制由Hcy誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激對(duì)細(xì)胞的損傷[4]。

2 ROS的來源

ROS的主要形式是超氧陰離子，在細(xì)胞質(zhì)主要由蛋白二硫化物還原酶(protein-disulfide reductase，NADPH)氧化酶和黃嘌呤氧化酶還原形成，與細(xì)胞質(zhì)或膜結(jié)合的ROS主要來源于解偶內(nèi)皮型一氧化氮合酶[6]。但是，線粒體呼吸鏈?zhǔn)谴蠖鄶?shù)哺乳動(dòng)物細(xì)胞ROS的主要來源[7]。

3 Hcy誘導(dǎo)氧化應(yīng)激產(chǎn)生ROS的機(jī)制

Hcy誘導(dǎo)氧化應(yīng)激產(chǎn)生ROS的機(jī)制與線粒體損傷、NADPH氧化酶表達(dá)增加、不對(duì)稱二甲基精氨酸(asymmetric dimethyl arginine，ADMA)的積累及硫氧還原蛋白和內(nèi)皮型一氧化氮合酶的降低等有關(guān)[8]。

3.1線粒體損傷 線粒體具有有氧呼吸的功能，在正常情況下絕大多數(shù)的氧是與線粒體內(nèi)膜上電子傳遞鏈傳來的電子結(jié)合，然后進(jìn)行一系列的氧化還原反應(yīng)最終生成水，但也有極小部分氧被電子傳遞鏈中“漏出”的電子單價(jià)還原，形成超氧陰離子。線粒體DNA可能是ROS最敏感的靶細(xì)胞，ROS的產(chǎn)生增加會(huì)引起氧化應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙，血管平滑肌細(xì)胞和單核巨噬細(xì)胞增殖，導(dǎo)致血管炎性反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化。線粒體損傷主要由還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸、5,10-亞甲基四氫葉酸還原酶輔酶釋放電子到電子傳輸鏈產(chǎn)生ROS引起，線粒體外膜的α-酮戊二酸脫氫酶單胺氧化酶也可以產(chǎn)生大量的ROS。線粒體ROS的產(chǎn)生受多種因素的影響，包括電子傳遞鏈的效率、O2濃度、電子供體(如還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸和還原型黃素腺嘌呤二核苷酸)的可用性、解偶聯(lián)蛋白及細(xì)胞因子的活性、抗氧化防御系統(tǒng)的活性以及核因子的調(diào)節(jié)等[9]。Hcy誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生是通過促進(jìn)線粒體損傷，改變線粒體基因表達(dá)及對(duì)其功能的影響而實(shí)現(xiàn)的。Hcy預(yù)處理后的細(xì)胞中通過增加細(xì)胞內(nèi)ROS產(chǎn)生及誘導(dǎo)核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)活化，促進(jìn)核轉(zhuǎn)錄因子1的表達(dá)，使內(nèi)皮細(xì)胞線粒體質(zhì)量增加，并使線粒體DNA編碼的呼吸鏈組件細(xì)胞色素C氧化酶顯著升高[10]。已確定Hcy蛋白酶與蛋白酶相關(guān)的線粒體功能異常有關(guān)[11]。

3.2NADPH氧化酶 NADPH氧化酶被認(rèn)為是巨噬細(xì)胞(如中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞)中的超氧陰離子的主要來源。Hcy通過NADPH氧化酶上調(diào)氧化還原因子1的表達(dá)和易位，氧化還原因子1在人單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞中通過增加NF-κB活性、促進(jìn)單核細(xì)胞趨化蛋白1分泌，而促使血管細(xì)胞和組織的氧化應(yīng)激反應(yīng)[12]。

3.3ADMA Hcy增加氧化應(yīng)激反應(yīng)與ADMA的積累密切相關(guān)，Hcy通過減少二甲精氨酸-二甲賴氨酸水解酶的表達(dá)，間接降低內(nèi)皮型一氧化氮合酶，導(dǎo)致ADMA積累，直接產(chǎn)生ROS[8]。

4 發(fā)生氧化應(yīng)激的信號(hào)通道

大量的研究表明，高水平的Hcy可以引起ROS的大量生成，發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，并通過相關(guān)氧化還原信號(hào)通路最終影響細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能。

4.1細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶通路 Luo等[13]在小鼠血管平滑肌細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)中，認(rèn)為血漿Hcy水平升高會(huì)誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化，其機(jī)制與細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶通路有關(guān)。

4.2Toll樣受體4/NF-κB信號(hào)通路 NF-κB是一個(gè)具有多向性核轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，可調(diào)節(jié)與炎癥、免疫及生長調(diào)控有關(guān)的蛋白基因的表達(dá)。Toll樣受體4(toll-like receptor-4，TLR4)識(shí)別配體后經(jīng)過細(xì)胞內(nèi)一系列信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，最終活化NF-κB，誘導(dǎo)靶基因的表達(dá)。Hcy作用下細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的ROS超出了細(xì)胞的清除能力，破壞了細(xì)胞的防御性保護(hù)反應(yīng)，故出現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞的損傷[14]。研究發(fā)現(xiàn)，ROS大量產(chǎn)生的同時(shí)，細(xì)胞內(nèi)TLR4/NF-κB的表達(dá)也顯著上升，而抗氧化劑可以抑制這一現(xiàn)象，提示氧化應(yīng)激可增加TLR4的表達(dá)[15-16]。因此認(rèn)為，在Hcy作用下產(chǎn)生大量ROS，進(jìn)而激活TLR4/NF-κB的表達(dá)引發(fā)炎癥，這可能是動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生、發(fā)展的始動(dòng)機(jī)制之一。

4.3促分裂原活化的蛋白激酶信號(hào)通路 Bao等[17]認(rèn)為，Hcy通過激活NADPH氧化酶相關(guān)的氧化應(yīng)激引起ROS積累，誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙；在內(nèi)皮祖細(xì)胞抑制Akt/內(nèi)皮型一氧化氮合酶激活p38促分裂原活化的蛋白激酶和胱天蛋白酶3，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。

5 小 結(jié)

目前對(duì)Hcy的研究多為體外實(shí)驗(yàn)，可以排除體內(nèi)其他因素的影響，但使用Hcy預(yù)處理后培養(yǎng)細(xì)胞、動(dòng)物的作用時(shí)間少于Hcy作用于人體的時(shí)間，所以體外實(shí)驗(yàn)仍不能完全模仿體內(nèi)條件[18]。氧化應(yīng)激貫穿高Hcy引起動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生和發(fā)展的全過程。因此，從氧化應(yīng)激的角度闡明Hcy致動(dòng)脈粥樣硬化的機(jī)制，深入研究其具體的機(jī)制，將為早期防治動(dòng)脈粥樣硬化提供新的理論依據(jù)，有利于探索潛在的治療途徑。如能從氧化應(yīng)激的角度進(jìn)一步研究高Hcy在各環(huán)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子的調(diào)節(jié)因素及其相互之間的作用機(jī)制，鑒定出關(guān)鍵點(diǎn)，設(shè)計(jì)相關(guān)藥物靶點(diǎn)，對(duì)治療和預(yù)防高Hcy引起的動(dòng)脈粥樣硬化具有重要的理論指導(dǎo)意義。另一方面，氧化應(yīng)激反應(yīng)是氧化和抗氧化失衡所致，適度的進(jìn)行抗氧化抑制ROS產(chǎn)生過多，可能也是一個(gè)潛在的預(yù)防或延緩Hcy導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化的治療策略。

[1] Cheng Z,Yang X,Wang H.Hyperhomocysteinemia and Endothelial Dysfunction[J].Curr Hypertens Rev,2009,5(2):158-165.

[2] 于海嬌，徐支芳，馬琳娜.同型半胱氨酸對(duì)血管平滑肌細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期的影響及葉酸的拮抗作用[J].寧夏醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2012,34(1):7-9.

[3] Papatheodorou L,Weiss N.Vascular oxidant stress and inflammation in hyperhomocysteinemia[J].Antioxid Redox Signal，2007,9(11):1941-1958.

[4] Scherer EB,da Cunha AA,Kolling J，etal.Development of an animal model for chronic mild hyperhomocysteinemia and its response to oxidative damage[J].Int J Dev Neurosci，2011,29(7):693-699.

[5] Atamer A,Kocyigit Y,Ecder SA.etal.Effect of oxidative stress on antioxidant enzyme activities,homocysteine and lipoproteins in chronic kidney disease[J].J Nephrol,2008,21(6):924-930.

[6] Weiss N.Mechanisms of increased vascular oxidant stress in hyperhomocys-teinemia and its impact on endothelial function[J].Curr Drug Metab,2005,6(1):27-36.

[7] Pourova J,Kottova M,Voprsalova M,etal,Reactive oxygen and nitrogen species in normal physiological processes[J].Acta Physiol，2010,198(1):15-35.

[8] Tyagi N,Sedoris KC,Steed M,etal.Mechanisms of homocysteine-induced oxidative stress[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol，2005,289(6):H2649-H2656.

[9] Ballinger SW.Mitochondrial dysfunction in cardiovascular disease[J].Free Radic Biol Med,2005,38(10):1278-1295.

[10] Perez-de-Arce K,Foncea R,Leighton F.Reactive oxygen species mediates homocysteine-induced mitochondrial biogenesis in human endothelial cells:Modulation by antioxidants[J].Biochem Biophys Res Commun，2005,338(2):1103-1109.

[11] Moshal KS,Metreveli N,Frank I,etal.Mitochondrial MMP activation,dysfunction and arrhythmogenesis in hyperhomocysteinemia[J].Curr Vasc Pharmacol，2008,6(2):84-92.

[12] Dai J,Li W,Chang L,etal,Role of redox factor-1 in hyperhomocysteinemia-accelerated atherosclerosis[J].Free Radic Biol Med,2006,41(10):1566-1577.

[13] Luo X,Xiao Y,Song F,etal.Increased plasma S-adenosyl-homocysteine levels induce the proliferation and migration of VSMCs through an oxidative stress-ERK1/2 pathway in apoE2/2 mice[J].Cardiovasc Research,2012,95(2)：241-250

[14] Lentz SR.Mechanism of homocysteine induced atherothrombosis[J].Thromb,2010,3(8):1646-1654.

[15] 徐支芳,于海嬌,馬琳娜,等,TLR4/NF-κB信號(hào)通路在同型半胱氨酸致內(nèi)皮細(xì)胞損傷中的作用研究[J].重慶醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào),2011,12(36):1409-1412.

[16] Sarir H,Mortaz E,Karimi K,etal.Cigarette smoke regulates the expression of TLR4 and IL-8 production by human maerophages[J].J Inflamm,2009,5(6):12.

[17] Bao XM,Wu CF,Lu GP,etal.Atorvastatin inhibits homocysteine-induced dysfunction and apoptosis in endothelial progenitor cells[J].Acta Pharmacol Sin，2010,31(4):476-484.

[18] Tasatargil A,Sadan G,Karasu E.Homocysteine-induced changes in vascular reactivity of guinea-pig pulmonary arteries:role of the oxidative stress and poly(ADP-ribose) polymerase activation[J].Pulm Pharmacol Ther,2007,20(3):265-272.