唐紅悅,邢晨皓 綜述,張明明 審校

1.河北北方學院研究生學院,河北張家口 075000;2.河北省人民醫(yī)院臨床醫(yī)學研究中心,河北石家莊 050051

大中型動脈血管壁的脂質堆積與炎癥反應是動脈粥樣硬化(AS)較為明顯的特征[1]。AS的危險因素之一是高膽固醇血癥,而三磷酸腺苷結合盒轉運體(ABC)A1可以介導膽固醇與載脂蛋白A-I(apoA-I)結合,產生高密度脂蛋白(HDL)[2-4]。此過程是ABCA1的主要功能,也是血液中HDL合成的關鍵步驟[5]。細胞死亡是一種受控制的生物過程,包括緊密結構的信號級聯(lián)和分子機制,與細胞意外死亡有很大的不同,其涉及各種病理機制[6]。ABCA1與細胞死亡(細胞焦亡、胞葬、自噬)之間的相互作用可進一步影響斑塊的穩(wěn)定性,因此,ABCA1調控細胞死亡的機制在AS的預防和治療中起著樞紐作用?，F將ABCA1調控細胞死亡,如細胞焦亡、胞葬、自噬等對AS的影響綜述如下,以期為AS的研究提供有效的參考依據。

1 ABCA1的結構與功能

ABCA1是一條含有2 261個氨基酸,50個外顯子的多肽鏈,屬于ABC家族成員,該轉運體家族包含兩個核苷酸結合域和兩個跨膜區(qū),它們利用ATP水解的能量運輸底物。ABCA1包括細胞質區(qū)域和兩個較大的細胞外結構域,細胞質區(qū)域主要包含核苷酸結合域和調節(jié)結構域,這兩個結合域是最保守元件,此外兩個較大的細胞外結構域對于apoA-I的結合很重要,apoA-1與ABCA1細胞外結構域結合后有助于細胞膜釋放多余的磷脂與游離膽固醇,并與apoA-I結合產生HDL前體以此清除多余的膽固醇[7-10]。當apoA-I與ABCA1結合后可激活信號分子Janus激酶2(JAK2),活化的JAK2可進一步增加二者的相互作用,加速脂質外排。

ABCA1基因位于9號染色體,具有高度多態(tài)性。ABCA1的內含子、外顯子或啟動子區(qū)域發(fā)生基因突變會影響ABCA1的功能。ABCA1純合子發(fā)生基因突變會導致丹吉爾病的發(fā)生[11-12],該病的特征是HDL完全缺失。雜合子突變會導致家族性HDL缺乏癥,該病患者血清膽固醇水平降低、膽固醇沉積于巨噬細胞內,患AS風險增加。因此,ABCA1對于HDL的合成至關重要,ABCA1介導的磷脂、膽固醇外流是HDL合成的第1步[13]。

2 ABCA1與AS

炎癥反應與膽固醇沉積是AS的兩大特征。在預防AS方面,膽固醇外排能力更為重要,而在控制膽固醇排出方面ABCA1是關鍵。在東亞國家,黃芩素是一種廣泛使用的酚類黃酮類化合物。有研究表明,黃芩素通過上調ABCA1、ABCG1、肝X受體α(LXRα)和過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)的表達,促進膽固醇流出,并抑制脂質積累。黃芩素還降低了巨噬細胞腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細胞介素(IL)-1β和IL-6的分泌和表達[14]。ZHANG等[15]發(fā)現,在體內實驗中,辛酸可以減輕經脂多糖處理的小鼠體內的炎癥反應,并增強ABCA1與JAK2/信號傳導及轉錄激活蛋白3表達,使TNF-α、核因子(NF)-κB mRNA表達降低。有研究發(fā)現,椴樹素作為一種黃酮成分可通過下調巨噬細胞內TNF-α/NF-κB信號通路發(fā)揮抗炎作用,此外,椴樹素通過下調SR-A1 mRNA從而上調B類清道夫受體和ABCA1表達進而促進膽固醇外流[16]。

膽固醇外排障礙導致的脂質沉積、炎癥反應與ABCA1具有密切聯(lián)系,研究ABCA1相關信號通路可能為預防和治療AS提供新的思路。在AS發(fā)展過程中會出現細胞死亡,其死亡形式包括凋亡、自噬、焦亡、胞葬、鐵死亡等,了解其中的機制及與ABCA1之間的聯(lián)系可為AS提供新的治療思路。

3 在AS中ABCA1與細胞死亡相互作用的機制

3.1在AS中ABCA1與胞葬的聯(lián)系

3.1.1胞葬與AS的關系 人體內細胞通過清除受損、功能失調、老化的細胞維持正常發(fā)育、組織穩(wěn)態(tài)或生理功能。為了有效地清除這些死亡細胞,吞噬細胞會在胞葬過程中發(fā)揮作用。胞葬即清除凋亡細胞(ACs)的過程[17]。該過程是高度保守的生理過程,需要吞噬細胞與ACs協(xié)同完成。胞葬可清除斑塊組織內的ACs,促進抗炎性細胞因子的產生,并減少促炎癥介質的釋放。若胞葬被抑制,這些死亡細胞(凋亡泡沫細胞和斑塊)釋放的有毒物質可能會促進炎癥發(fā)展和組織壞死。細胞內的炎癥會擴散至斑塊,導致斑塊壞死并擴大,斑塊穩(wěn)定性下降。由此可見胞葬對AS的重要性。

3.1.2ABCA1與胞葬相互作用的機制 在胞葬的3個階段中ABCA1發(fā)揮著重要作用。在招募階段,溶血卵磷脂(LPC)作為“找到我”信號的第1個因子和主要形式,是通過Ca2+非依賴性磷脂酶A2水解ACs膜上的磷脂酰膽堿釋放出來的[18]。在細胞凋亡過程中LPC信號的釋放取決于ABCA1表達,ABCA1通過調控LPC的釋放影響胞葬,進而調控凋亡細胞的清除,預防炎癥反應。在識別階段,膜連蛋白A1(ANXA1)是識別階段的生物標志物。有證據表明ANXA1具有抗炎癥反應[19-20]、促進細胞吞噬和清除、減少膽固醇水平、清除凋亡細胞等作用。在巨噬細胞和內分泌細胞中,ANXA1的分泌需要ABCA1,ABCA1抑制劑格列本脲可阻斷ANXA1的分泌[21]。此外,缺血再灌注損傷中,神經節(jié)細胞層ABCA1的泛素化和降解增加,導致ANXA1分泌減少,而ANXA1分泌減少可造成視網膜炎癥和視網膜神經節(jié)細胞凋亡[22]?？傊?ABCA1可通過與多種胞葬因子相互作用調控胞葬,從而達到清除ACs,減輕炎癥反應,預防AS的目的。

3.2在AS中ABCA1與細胞焦亡的相互作用機制

3.2.1細胞焦亡與AS 細胞焦亡是一種新型的細胞程序化死亡形式,氧化應激和炎癥等危險信號刺激細胞并誘導細胞內炎性小囊泡的形成,隨之激活天冬半胱氨酸酶-1(caspase-1),后者反過來介導促炎癥因子的成熟和釋放。炎癥性囊泡包含核苷酸結合寡聚化結構域受體家族(NLRP3)、黑色素瘤缺失2(AIM2)、Pyrin結構域(Pyrin和HIN結構域)等。NLRP3因在細胞焦亡中起著重要作用而備受關注,其作為caspase-1的上游可激活caspase-1?；罨腸aspase-1一方面可以激活細胞因子IL-1β和IL-18,還能將焦孔素D(GSDMD)裂解為GSDMD N端片段(GSDMD-N),加速膜孔的形成和質膜破壞。細胞質內容物和炎癥因子的釋放導致細胞腫脹和細胞焦亡[23]。

眾所周知,活性氧(ROS)和氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)是AS的重要影響因素。而有研究表明,ROS與ox-LDL可直接激活NLRP3,誘發(fā)細胞焦亡[24]。AFRASYAB等[25]發(fā)現,NLRP3炎性小體與急性冠脈綜合征患者冠狀動脈粥樣硬化的嚴重程度及預后有關。BURGER等[26]也觀察到在頸動脈內膜切除術患者的頸動脈粥樣硬化斑塊中,NLRP3、caspase-1、IL-1β和IL-18上調。以上研究表明,對細胞焦亡信號通路或焦亡機制進行干預可能成為預防AS的重要措施。

3.2.2ABCA1與細胞焦亡的相互作用機制 有研究表明,當骨髓細胞敲除ABCA1基因后IL-1β和IL-18表達水平增加,膽固醇積累從而激活NLRP3小體[27]。當LDLR-/-小鼠敲除ABCA1基因,并敲除NLRP3或caspase-1/11后AS斑塊面積減少。結果表明ABCA1能通過抑制NLRP3/caspase-1通路減少炎癥因子IL-1β和IL-18分泌,而抑制NLRP3/caspase-1通路可有效緩解AS的發(fā)生和發(fā)展。

有研究表明,TLR4/NF-κB信號通路可激活NLRP3炎性小體,隨之上調炎性小體的成分包括非活性NLRP3、IL-1β和IL-18;凋亡相關點樣蛋白、NLRP3和前caspase-1組裝成多蛋白復合體[28]。另一項研究表明,NF-κB是GSDMD的重要轉錄因子[29],而GSDMD是細胞焦亡的關鍵因子,在細胞焦亡過程中,活化的caspase-1會切割并分離GSDMD-N和C端,GSDMD-N會在細胞膜表面形成微小孔隙,導致促炎物質大量釋放以及細胞腫脹。有研究表明,NF-κB的激活可能與巨噬細胞中ABCA1的表達和膽固醇外排有關[30],NF-κB信號激活抑制劑顯著阻斷了ox-LDL對ABCA1表達的抑制,促進了巨噬細胞來源的泡沫細胞中的膽固醇外排,表明在ox-LDL作用下,NF-κB信號作為ABCA1的上游通路,被ox-LDL激活,抑制ABCA1的表達,阻礙膽固醇反向運輸,加重細胞泡沫程度。

LIU等[31]發(fā)現,TNF-α可增強細胞間黏附分子-1、血管細胞黏附分子-1和caspase-1的表達,并引起血管內膜單核細胞浸潤,誘導炎癥反應和內皮細胞變性,這對AS的病程有重要影響。另有實驗表明,TNF-α可上調血管內皮細胞(VEC)中的NLRP3,促進NLRP3炎性體的組裝,促進pro-IL-1β轉化為成熟IL-1β。NLRP3的敲除阻止了TNF-α誘導的NLPR3炎性體激活[32]。以上結果表明,TNF-α可直接上調NLRP3,促進炎癥因子釋放,誘導細胞焦亡。重要的是,有研究表明,ABCA1通過與apoA-I結合可降低巨噬細胞和VEC中的TNF-α和IL-6水平[33]?？傊?ABCA1可能通過抑制TNF-α表達阻止NLPR3炎性囊泡組裝,抑制炎癥因子pro-IL-1β的成熟,從而減少細胞焦亡、預防AS。ABCA1/TNFα/NLPR3信號通路可能與細胞焦亡有關,可作為治療AS潛在的靶點。

3.3在AS中ABCA1與自噬的相互作用機制

3.3.1自噬與AS 自噬是一種保守的細胞死亡過程,通過溶酶體消化、降解和回收細胞內蛋白質和受損的細胞器。有證據表明,自噬在AS斑塊中被激活,并在AS的發(fā)展過程中發(fā)揮保護作用。血管平滑肌細胞內自噬適度激活與細胞存活相關,并促進穩(wěn)定的斑塊表型,以對抗AS斑塊中的細胞應激[34]。在缺氧、ROS增多的條件下,會引發(fā)溶酶體降解細胞內細胞器和蛋白質,該過程由一系列自噬相關基因執(zhí)行。自噬過程受多種信號通路調控,如哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)。目前認為,在AS早期細胞受到內外刺激時,如ROS、ox-LDL,自噬被激活并降解受損物質,以及時清除ACs而發(fā)揮預防AS的關鍵作用。但在AS晚期,細胞自噬功能也相應受損,不能及時清除ACs,并會使細胞對凋亡刺激物的敏感性增加,使斑塊不穩(wěn)定。以上研究表明自噬在AS發(fā)展中起著重要作用,若自噬受損會造成AS進一步加重。

3.3.2ABCA1與自噬的相互作用機制 LIANG等[35]發(fā)現,用雷帕霉素(RAPA)作為自噬激活劑,3-甲基腺嘌呤(3-MA)和氯喹(CQ)作為自噬抑制劑檢測自噬阻斷狀態(tài)的人巨噬細胞THP-1。治療組ABCA1、ABCG1和LXRα的表達均增加,泡沫細胞內膽固醇流出增加。此外,泡沫細胞中的總膽固醇和游離膽固醇水平降低。經RAPA治療后泡沫細胞的形成明顯減少。而3-MA或CQ處理后出現相反的結果。這些結果提示,自噬可促進細胞內膽固醇外排,減少泡沫細胞形成,而在自噬阻斷過程中進一步抑制自噬可能會產生相反的效果。另一項研究表明,RAPA預防AS的作用機制是通過抑制膽固醇吸收,并上調ABCA1表達而增加膽固醇外排[36]。CASTELLA等[37]發(fā)現,抑制磷酸肌醇-3激酶/蛋白激酶B/mTOR通路可增加LXRα和ABCA1的表達,間接說明自噬可促進細胞膽固醇外流。LIANG等[35]發(fā)現,自噬激活可上調THP-1衍生泡沫細胞中ABCA1、ABCG1及其上游轉錄因子LXRα的表達,從而促進膽固醇從泡沫細胞流出,抑制自噬會導致相反的結果。

4 小 結

ABCA1不但在促進膽固醇外流和抗炎作用中發(fā)揮著重要作用,還與細胞死亡的多種類型之間存在聯(lián)系。細胞死亡受信號級聯(lián)反應控制,其中有多種細胞因子參與。細胞死亡有多種類型,包括自噬、凋亡、胞葬、細胞焦亡等。本文根據近年來的研究綜述了胞葬、細胞焦亡和自噬與ABCA1相互作用以及對AS的影響。這些相互作用與AS斑塊的形成以及穩(wěn)定性密切相關,因此,靶向ABCA1與胞葬、細胞焦亡、自噬之間的信號通路對預防AS以及促進斑塊穩(wěn)定是必要的?，F階段,關于胞葬、細胞焦亡、自噬在AS發(fā)展過程中的諸多相關分子是否發(fā)揮作用及作用機制尚不清楚。胞葬、細胞焦亡、自噬中的相關分子均與ABCA1有關,但具體的調節(jié)機制需要進一步驗證。希望更多的研究關注ABCA1介導的細胞壞死,以及膽固醇外排和抗炎作用,并確定AS的新治療靶點。