17NADPH氧化酶在腹主动脉瘤中的作用20160430

NADPH氧化酶在腹主动脉瘤中的作用摘要腹主动脉瘤（abdominalaorticaneurysm，AAA）是一种病死率极高的血管疾病，目前尚无切实有效的治愈方法，因此明确它的发病机制对于其防治尤为重要。NADPH氧化酶与AAA的形成密切相关，主要作用机制包括炎性反应引起的氧化应激、细胞外基质降解以及平滑肌细胞凋亡等。关键字：腹主动脉瘤、发病机制、NADPH氧化酶人腹主动脉瘤（abdominalaorticaneurysm，AAA）是指腹主动脉直径在3厘米以上的扩张，多发生在肾动脉和髂动脉之间[1]。先天或后天性疾患，损害了主动脉壁的正常结构，尤其是承受压力和维持大动脉功能的弹力纤维层被破坏，导致主动脉局部或多处产生扩张性或膨大性病变[2]。AAA通常无明显症状，主要通过查体或腹主动脉破裂导致临床突发事件甚至是尸检时发现。65岁以上人群AAA发病率约为3%，男性多于女性[3]，死亡率极高。一、腹主动脉瘤的发病机制：除遗传背景外，炎性反应诱导的氧化应激、细胞外基质（extracellularmatrix,ECM）降解以及平滑肌细胞（smoothmusclecell，SMC）凋亡等会引起主动脉壁结构损害，这都是导致AAA的主要因素。在AAA患者中，白细胞介素（interleukin，IL，如IL-1β，IL-6，IL-8，IL-10）、肿瘤坏死因子（tumornecrosisfactor-alpha，TNF-α）和干扰素γ的表达水平都显著升高。在动脉粥样硬化、高血压等病理情况下，炎性细胞浸润主动脉壁，并分泌大量炎性因子、趋化因子和蛋白酶，进而招募更多的炎性细胞，诱导血管炎症及SMC凋亡[4]，促进AAA的发生。在血管紧张素Ⅱ（angiotensinⅡ，AngⅡ）诱导的AAA模型中，减轻局部和整体炎症，抑制ROS的生成和MMP活性，都可以明显抑制动脉瘤的形成和发展[5-8]。炎性细胞在AAA形成中起重要作用，它主要通过以下几种方式加速AAA的形成：1.炎性细胞通过释放基质金属蛋白酶（matrixmetalloproteinase，MMP）和丝氨酸蛋白酶来降解细胞外基质中的弹性蛋白、胶原蛋白和层粘连蛋白等，从而破坏血管的完整性。弹性蛋白和胶原蛋白对维持血管正常功能至关重要，其中弹性蛋白能够维持血管壁因膨胀发生的形变，而胶原蛋白可以阻止血管壁的过度膨胀[9]。在病理情况下，炎性细胞通过释放大量MMPs降解弹性蛋白和胶原蛋白；同时，MMPs的增加使血管细胞合成弹性蛋白和胶原蛋白的量减少[10,11]，从而导致主动脉血管的膨胀和拉伸功能出现不同程度的功能障碍，最终产生瘤样扩张。肥大细胞能够加剧AAA的发生，主要是通过增强MMP9的活性来实现的[12]。使用辛伐他汀可以减缓AAA的发生，可能是通过降低MMP-9活性和增强金属蛋白酶组织抑制剂-1（tissueinhibitorofmetalloproteinase-1，TIMP-1）活性来实现的[13]。大部分由巨噬细胞激活NF-κB产生的MMPs，在抑制NF-κB后，AAA症状明显减轻[14,15]。因此，蛋白酶水解动脉血管壁被认为是AAA形成的关键因素。2.炎性细胞通过释放炎性因子，如IL-6、单核细胞趋化蛋白-1(monocytechemoattractantprotein-1，MCP-1)、TNF-α和骨桥蛋白（Osteopontin，OPN）等来诱导炎性细胞聚集，引发血管炎症，激活SMC凋亡通路（Fas和穿孔蛋白），诱导SMC凋亡[4,16,17]。3.炎性细胞通过释放炎性因子促进活性氧（reactiveoxygenspecies，ROS）的生成，ROS的大量生成又可加剧炎症的发生，这都是腹主动脉瘤形成的重要启动和促进因素[18-22]。过量的ROS来源于氧化应激，指体内氧化与抗氧化系统失衡，机体处于氧化状态，从而导致中性粒细胞浸润组织，产生大量高活性分子如ROS和活性氮（reactivenitrogenspecies，RNS）等。其中ROS主要包括超氧阴离子（O2•-）、过氧化氢（H2O2）等。ROS可以激活MMPs[23,24]，降解细胞外基质，加速AAA的发生，如亲环蛋白A(CyclophilinA，CypA)可以增强ROS并激活MMP-2，ROS诱导平滑肌细胞分泌CypA和MMP-2，从而加速AAA的形成[25]；另一方面ROS还可以诱导SMC凋亡[26-28]，如高浓度的H2O2和脂质可以通过激活NADPH氧化酶来诱导SMC凋亡[29]，平滑肌细胞中过表达过氧化氢酶则可以减缓AAA的发生[1]。濒临凋亡的SMC能进一步促进ROS的生成[30]，加速SMC凋亡，破坏腹主动脉血管结构，加速AAA的形成。食用维生素E可以减缓AngⅡ诱导的AAA发生，主要是通过减缓氧化应激、巨噬细胞浸润以及OPN的表达来实现的[31]。ROS促进SMC凋亡，诱导MMPs的生成，加速AAA的形成，被认为是诱导AAA产生的诸多因素中最重要、影响最大的因素。NADPH氧化酶是生成ROS的主要酶体，因此，明确NADPH氧化酶在AAA形成过程中的作用，为解析AAA的发病机制提供新的思路，对其防治至关重要。二、NADPH氧化酶在腹主动脉瘤中的作用NADPH氧化酶是血管系统中生成ROS的主要酶体，在细胞信号传导中起重要作用，与黄嘌呤氧化酶、脂氧合酶、线粒体呼吸链酶复合体以及内皮一氧化氮合成酶等共同参与了ROS的生成。NADPH氧化酶是由具有催化功能的膜蛋白和胞浆内的辅助亚基组成的复合体。其中，膜蛋白主要包括Nox1，Nox2，Nox3，Nox4，Nox5，DUOX1，DUOX2和p22phox；辅助亚基主要由p40phox，p47phox，p67phox，NOXO1，NOXA1，Rac1或Rac2等组成[32]。由于Nox3，DUOX1和DUOX2与心血管系统疾病无直接关系，故在此不做讨论。在AAA患者的动脉瘤血管中，瘤体大小与NADPH氧化酶的活性密切相关，同时，Nox2和Nox5mRNA的表达上调，而Nox4的mRNA水平明显降低[33]。在小鼠AAA模型中，抑制NADPH氧化酶活性可以减缓AAA的发生，主要是通过降低主动脉组织中MMP-2和MMP-9的表达实现的[26]，表明NADPH氧化酶各亚基可能直接参与了AAA的形成。1.p47phoxp47phox是吞噬细胞中调节NADPH氧化酶活性的重要亚基，同时参与Nox1和Nox2的活化。与对照组相比，AAA患者瘤体中NADPH氧化酶的活性及其辅助亚基p47phox的表达显著上调[18]。在CaCl2诱导的AAA模型中，银杏叶提取物和槲皮黄酮均可降低p47phoxmRNA的表达，减少ROS的生成，从而减缓AAA的发生[34,35]。敲除p47phox后，Ang-Ⅱ诱导的小鼠AAA症状明显减轻，主要是通过降低主动脉和白细胞中ROS的含量实现的，因此推测p47phox直接参与了AAA的发生[36]。2.Nox1目前，Nox1在AAA中的作用还没有相关报道，但在Ang-II诱导的主动脉夹层模型中，敲除Nox1可以抑制MMP1的表达，同时改变蛋白酶/抑制剂之间的平衡，从而减缓主动脉夹层的形成[37]，推测Nox1可能参与AAA的形成，但其在AAA中的作用机制仍需要进一步研究。3.Nox2AAA患者主动脉瘤体中Nox2的表达显著增加[33]。在Ang-II诱导的Ldlr–/–小鼠AAA模型中，腹主动脉瘤体中Nox2的表达量显著上调，主要来源于巨噬细胞。全身敲除Nox2后，ROS水平明显降低，但加速了AAA进程，主要是因为Nox2的缺失刺激巨噬细胞从M2到M1型的转换，上调IL-1β和MMP-9/12mRNA的表达水平[38]。相反，在弹性蛋白酶灌注的C57BL/6小鼠AAA模型中，全身敲除Nox2导致巨噬细胞来源的高迁移率族蛋白B（HighMobilityGroupBox1，HMGB1）和IL-17表达下调，进而减少炎性细胞对主动脉壁的浸润，使MMP2和MMP9活性降低，从而减缓AAA的发生。此外，间充质干细胞疗法则可以通过降低HMGB1的表达，减弱主动脉促炎进程，抑制AAA的发生，使细胞疗法成为治疗AAA的新型疗法[39]。上述结果表明，使用不同的AAA模型，可能得出截然相反的结果。因此，Nox2，尤其是内皮、平滑肌以及成纤维细胞中的Nox2在AAA中的作用机制还需要进一步探讨。4.Nox4AAA患者主动脉瘤体中，Nox4的表达显著降低[33]，但Nox4在AAA中的直接作用未见相关报道。在AngⅡ诱导的AAA模型中，同型半胱氨酸（Homocysteine，Hcy）后，Hcy能在短时间内激活去泛素化酶圆柱瘤（cylindromatosis，CYLD），从而降低Nox4的泛素化水平，促进血管外膜成纤维细胞转化成肌成纤维细胞。后者继续分泌IL-6和MCP-1，进而招募单核细胞/巨噬细胞到外膜，释放炎性因子招募炎性细胞，增加ROS生成，促进AAA的形成[40,41]。5.Nox5与对照组腹主动脉相比，AAA患者瘤体中Nox5的表达明显升高[33]，但其在AAA中的作用还亟待解决。总之，NADPH氧化酶各个亚基在AAA的发生发展过程中的作用机制各不相同，明确各亚基在AAA中的作用为其治疗提供新的理论依据。总结与展望综上所述，AAA的形成与炎症引起的氧化应激、细胞外基质降解以及血管平滑肌细胞凋亡等方面密切相关，其中ROS在AAA形成中起关键作用，其主要生成酶体NADPH氧化酶成为首要的研究对象。大量研究发现，NADPH氧化酶各个亚基在AAA发生发展过程中的作用迥异，但其具体的作用机制尚不清楚，所以为了更好的探究AAA的发病机制，须进一步明确不同部位其各亚基的表达水平或其活性与AAA的关系，进而对AAA的防治提供新靶标，也为早期干预AAA提供有效药物治疗。参考文献[1]ParastatidisI,WeissD,JosephG,etal.OverexpressionofCatalaseinVascularSmoothMuscleCellsPreventstheFormationofAbdominalAorticAneurysms[J].ArteriosclerThrombVascBiol,2013,33(2389-96.[2]霍志成.腹主动脉瘤临床分析[J].2007,[3]KuivaniemiH,RyerEJ,ElmoreJR,etal.Updateonabdominalaorticaneurysmresearch:fromclinicaltogeneticstudies[J].Scientifica,2014,2014(564734.[4]JiaMX,GuoPS.Emergingroleofmastcellsandmacrophagesincardiovascularandmetabolicdiseases[J].Endocrinereviews,2012,33(1):71-108.[5]WangM,LeeE,SongW,etal.MicrosomalprostaglandinEsynthase-1deletionsuppressesoxidativestressandangiotensinII-inducedabdominalaorticaneurysmformation[J].Circulation,2008,117(10):1302-9.[6]PapalambrosE,SigalaF,GeorgopoulosS,etal.Malondialdehydeasanindicatorofoxidativestressduringabdominalaorticaneurysmrepair[J].Angiology,2007,58(4):477-82.[7]DaughertyA,CassisLA.Mousemodelsofabdominalaorticaneurysms[J].ArteriosclerThrombVascBiol,2004,24(3):429-3