郭歌 综述 祖凌云 高炜 审校

(北京大学第三医院心内科，北京 100191)

心脑血管疾病是目前世界范围内引起死亡的首位原因，动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)是其最主要的病理生理机制。AS是一种慢性炎症性疾病，其过程主要包括低密度脂蛋白及其代谢产物在内皮下积累、巨噬细胞浸润、血管平滑肌细胞增殖与迁移，导致AS斑块的形成。AS斑块破裂可导致内皮下基质和脂核暴露，继发血小板的激活和黏附，导致血栓形成、血管闭塞，从而引起急性冠状动脉综合征、脑梗死等急性缺血性事件的发生[1]。近年研究发现，花生四烯酸代谢产物在AS的发生、发展及斑块不稳定性中发挥着重要作用。对花生四烯酸代谢产物的研究有助于更深入地理解AS的病理生理过程。

1 花生四烯酸简介

花生四烯酸是5，8，11，14－二十碳四烯酸的简称，是生物体内分布最广的一种必需多不饱和脂肪酸。它在细胞内主要以磷脂化的形式存在于细胞膜内表面。当细胞受到刺激时，花生四烯酸在磷脂酶A2的作用下被分解成游离形式并释放到细胞液中，进而在一系列代谢酶的作用下形成上百种生物活性代谢物。目前已知至少有三类酶参与了花生四烯酸的代谢，包括环氧化酶(cyclooxygenase，COX)、脂氧酶(lipoxygenase，LOX)和细胞色素 P450(cytochrome P450，CYP)。其中，COX和LOX是双氧化酶，可将花生四烯酸分解成前列腺素、白三烯、羟基二十碳四烯酸(hydroxyeicosatetraenoic acid，HETE)等二十碳衍生物;CYP是单氧化酶，又包括表氧化酶和ω－羟化酶2种，前者将花生四烯酸分解成多种表氧二十碳三烯酸(epoxyeicosatrienoic acids，EETs)，后者将花生四烯酸分解成20－HETE等小分子活性物质[2]。下面将对这三种途径的主要代谢产物在AS中的作用进行简要介绍，花生四烯酸代谢途径及主要代谢产物见图1。

图1 花生四烯酸代谢途径及其主要代谢产物

2 COX途径

现今被发现的 COX包括两种亚型:COX－1和COX－2。COX－1在人体生理状态下持续表达于血小板、内皮细胞、胃肠道、肾脏等处，而COX－2只有在细胞受到生长因子、细胞因子等刺激时才会表达。花生四烯酸在COX的作用下代谢生成前列腺素G2，进而生成前列腺素H2，并以此为底物生成其他种类的前列腺素产物，包括前列环素(PGI2)、前列腺素 E2(PGE2)、前列腺素D2(PGD2)、血栓素A2(thromboxane A2，TXA2)等，具体生成哪类前列腺素与细胞的种类和状态有关。

2.1 PGI2与TXA2在AS中的作用

PGI2由花生四烯酸在血管壁中依赖 COX－2和PGI2合成酶生成，有强大的抗血小板聚集的作用;TXA2由花生四烯酸在血小板中依赖COX－2和TXA2合成酶生成，有促进血小板聚集、收缩血管、增强黏附分子和趋化因子的表达、促进白细胞对内皮细胞的黏附等作用。PGI2和TXA2的活性作用正好相反。在正常生理状态下，循环血中TXA2和PGI2的水平处于相对平衡状态，是维持血液循环畅通的重要因素之一。如果TXA2/PGI2水平发生失衡，就会释放多种炎症因子，损伤血管壁、诱发血小板聚集，启动AS的形成[3]。

2.2 PGE2、PGD2与AS斑块不稳定性的关系

PGE2在不稳定的AS斑块中主要经COX－2/微粒体前列腺素 E 合成酶－1(microsomal PGE synthase－1，mPGES－1)途径形成，并通过调节降解基质金属蛋白酶(matrix－degrading metalloproteinase，MMP)降低斑块的稳定性。在相对稳定的AS斑块中，完整的纤维帽可避免脂核与血液的接触，有利于防止血栓形成。MMP可降解细胞外基质，使纤维帽中基质成分减少、纤维帽变薄，导致斑块不稳定更容易破裂，引起急性缺血事件的发生。在人的 AS斑块中，MMP－2、MMP－9起主要作用，巨噬细胞可通过PGE2/cAMP依赖途径产生MMP－2 和 MMP－9[4]。Cipollone 等[5]的研究表明，他汀类药物可以直接抑制人颈动脉斑块中COX－2/mPGES－1的表达，减少PGE2生成，减弱MMP活性，起到稳定斑块的作用;而选择性血管紧张素1型受体拮抗剂(如厄贝沙坦)可以减少MMP生成，极有可能也是通过抑制 COX－2/mPGES－1 来完成的[6]。

与PGE2相反，PGD2具有抗炎作用。核转录因子κB(nuclear factor kappa B，NF－κB)在 AS 的炎症反应中起着重要作用[7]，PGD2衍生出的 15d－PGJ2(15－deoxy－α12，14－PGJ2)可以抑制 NF－κB，并激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ来发挥抗AS炎症反应的作用[8]。在体外实验中，AS病变部位的肿瘤坏死因子－α可减少PGD2合成而增加PGE2合成，糖皮质激素则有相反的作用[9]。在 Cipollone[10]的另一项研究中，通过对60例颈动脉内膜剥脱术后患者的AS斑块进行分析，发现无脑部缺血事件患者的斑块以前列腺素D合成酶(PGD synthase，PGDS)表达为主，而有脑部缺血事件患者的斑块则以mPGES－1表达为主。由此可推断，当mPGES－1的表达高于PGDS时，PGE2合成多于PGD2，PGE2依赖的MMP合成增加，斑块容易不稳定并引发缺血事件，COX－2途径表现为促进炎症反应及AS斑块破裂的效应;而当PGDS表达高于mPGES－1时，PGD2合成增加，COX－2主要表现为抗炎效应。mPGES－1和PGDS之间的平衡决定了COX－2在斑块不稳定性中的作用。

3 LOX途径

在人体参与花生四烯酸代谢的LOX主要包括:5－LOX、12－LOX、15－LOX 等。花生四烯酸被 5－LOX 氧化，在5－脂氧酶激活蛋白(FLAP)的辅助下，生成不稳定的白三烯A4(leukotreines A4，LTA4)。LTA4一方面可以被LTA4水解酶水解成白三烯B4(LTB4)，另一方面通过白三烯C4(LTC4)合成酶与谷胱甘肽结合生成LTC4，继而生成白三烯D4、白三烯E4。现在有越来越多的证据证实白三烯在AS中的重要作用，其中，LTB4的地位尤为重要。

3.1 LTB4在AS中的作用

LTB4在AS斑块中表达异常丰富。LTB4可以增强细胞间黏附分子－1(ICAM－1)和血管内皮细胞黏附分子－1与单核/巨噬细胞膜的亲和力，促使单核细胞更易黏附于血管内皮。LTB4还可以强烈诱导单核细胞趋化蛋白－1的表达，使其趋化效应放大。LTB4同时可上调单核/巨噬细胞膜表面氧化低密度脂蛋白受体CD36的表达，促进单核/巨噬细胞转化为泡沫细胞，促进脂质堆积，参与AS斑块的形成和发展[11]。

除5－LOX外，LTB4的合成还需要另外两个关键蛋白——FLAP和LTA4水解酶(LTA4H)。Spanbroek等[12]发现在人体主动脉、颈动脉及冠状动脉的AS斑块中，5－LOX、FLAP、LTA4H 都有不同程度的高表达，且随着病变程度加重，表达5－LOX的细胞数量也会增多。Qiu等[13]发现，与健康对照组相比，这三种蛋白的mRNA在人体颈动脉AS斑块的巨噬细胞中表达明显升高。此外，在近期有脑部缺血事件患者的AS斑块中，5－LOX和LTA4H表达显著增多，且事件发生时间越近，其mRNA水平越高。在这些不稳定的AS斑块里同样发现MMP－2、MMP－9的增加，它们可降解 AS斑块纤维帽中的基质成分使斑块变得不稳定，并与5－LOX一起共同定位于巨噬细胞。综上可见5－LOX和LTB4不仅参与了AS斑块形成，也影响了AS斑块的不稳定性。

3.2 LTC4在AS中的作用

LTC4主要集中分布在血管平滑肌细胞聚集、内膜增厚以及AS斑块形成的部位，参与了AS斑块的形成和发展。在载脂蛋白E(apoE)基因敲除(ApoE－/－)小鼠建立的AS动物模型中，LTC4合成酶和LTC4受体的基因表达上调，且在给予低氧刺激后其水平进一步升高;当给予ApoE－/－小鼠LTC4受体阻滞剂孟鲁司特后，血管产生的活性氧减少，AS斑块的形成可减少61%[14]。而在合并慢性心脏缺血患者的心肌中，LTC4合成酶和LTC4受体的mRNA水平也比心脏无缺血的患者显著升高。

3.3 12－LOX和15－LOX途径在AS中的作用

除了5－LOX，花生四烯酸还可以通过12－LOX和15－LOX生成其他的代谢产物。12－LOX在血小板中含量丰富，它可以将花生四烯酸代谢成为12－HETE;而15－LOX 可以将花生四烯酸代谢成 15－HETE 和 13－羟十八碳二烯酸等代谢产物。它们在AS的炎症反应中有着促炎和抗炎的双重作用。一方面，在AS的早期阶段，12－LOX和15－LOX有促进低密度脂蛋白氧化、单核细胞募集和黏附、泡沫细胞形成以及平滑肌细胞增殖的作用;另一方面，其代谢产物又有抑制炎症反应和舒张血管的作用，如15－HETE可以抑制超氧化物产生和白细胞迁移，13－羟十八碳二烯酸可以抑制白细胞和血小板与内皮细胞的黏附作用来减慢AS的进程[15]。15－HETE 还可以被 5－LOX 代谢成脂氧素，发挥舒张血管、抑制白细胞趋化和黏附、促进巨噬细胞吞噬凋亡细胞，并抵消LTB4的促炎效应等作用。

4 CYP途径

花生四烯酸经CYP途径主要产生两类产物:通过CYP表氧化酶生成的EETs和通过CYP羟化酶生成的HETE。

4.1 EETs在AS中的作用

EETs有5，6－EET、8，9－EET、11，12－EET 和14，15－EET四种异构体，生物体中以11，12－EET和14，15－EET的表达为主。EETs在心脑血管系统发挥着显著而多样的保护作用。EETs通过开放血管平滑肌细胞膜上的Ca2+活化的K+通道，使冠状动脉平滑肌细胞因K+外流、细胞超极化而引起血管舒张，所以EETs被认为是一种不同于一氧化氮和PGI2舒张血管作用的内皮衍生性超极化因子。随后的研究表明在外周动脉EETs也发挥着同样的作用，并发现EETs能激活心肌细胞ATP敏感性钾离子通道，从而调节心肌细胞的电生理特征和舒缩功能，并起到保护心肌的作用[16]。

此外，EETs还可以通过抑制NF－κB激活来起到抗AS的作用。在培养的人脐静脉内皮细胞中，11，12－EET可以抑制NF－κB激活，并显著减少肿瘤坏死因子－α 诱导的血管内皮细胞黏附分子－1、ICAM－1、内皮细胞选择素表达[17]，抑制白细胞对血管壁的黏附。因此，EETs可以有效地预防AS斑块的形成。EETs在机体中主要经可溶性表氧化物水解酶(soluble epoxide hydrolase，sEH)被快速代谢成更稳定的低活性物质二羟二十碳三烯酸(dihydroxyeicosatrienoicacids，DHETs)。已有试验证实，sEH抑制剂的应用会显著地减慢AS的进程。Ulu等[18]发现在 ApoE－/－的 AS模型小鼠中，喂养sEH抑制剂组降主动脉的AS斑块较对照组减小约53%，同时EETs/DHETs明显升高，且AS 病变的面积与 11，12－EET/DHETs 和 14，15－EET/DHETs的比值呈显著负相关。Wang等[19]进一步发现，与对照组相比，sEH抑制剂组右颈动脉和主动脉弓的AS斑块大小分别减小33%和39%，腹主动脉瘤的发生率降低72%。同时，sEH抑制剂还可以降低总胆固醇、低密度脂蛋白，并升高高密度脂蛋白的水平，这可能也是sEH抑制剂抗AS的机制之一。

EETs在缺血再灌注损伤中的心肌保护作用已被证实。无论是在阻塞冠状动脉血流之前或在再灌注处理之前，11，12－EET 和 14，15－EET 的应用都可以显著减小实验狗的心肌梗死面积，且其保护作用与缺血预处理5 min所达到的效果相似[20]。Dhanasekaran等[21]研究发现，在缺血处理20 min后，sEH表达缺失小鼠的心肌梗死面积比野生型小鼠明显减小，左心室发展压(left ventricular developed pressure)的恢复也更好，同时，应用 11，12－EET、14，15－EET 或 sEH 抑制剂也可以显著减小心肌梗死面积。

高血压病、糖尿病是AS的经典危险因素，EETs还可以通过降低血压、改善胰岛素抵抗发挥抗AS的作用。在各种动物模型上已证实，CYP表氧化酶基因的过表达可以升高EETs水平并降低血压，而通过药物抑制CYP表氧化酶会使小鼠的血压显著升高[22]。sEH抑制剂也可以通过增加循环中EETs的水平来起到降低血压的作用[23]。EETs与胰岛功能关系密切，Xu等[24]发现，给db/db模型小鼠(2型糖尿病模型小鼠)和果糖喂养大鼠注射表达CYP表氧化酶的质粒，可逆转db/db小鼠和果糖喂养大鼠中的胰岛素抵抗。Luo等[25]研究表明，用链脲霉素诱导小鼠出现的高糖血症，可以被同时给予的sEH抑制剂逆转，同时Ephx2基因(编码sEH的基因)敲除可以提高胰岛素的分泌水平。

综上，EETs有抗AS斑块形成、减轻缺血再灌注损伤、舒张血管、降低血压、改善胰岛素抵抗等保护作用，EETs、sEH抑制剂有望成为防治AS相关疾病的新方法。需要注意的是，EETs还有抑制细胞凋亡、促进细胞分裂、促进新生血管等功能，并在肿瘤细胞的生长中发挥重要作用。因此，EETs、sEH抑制剂的应用需要考虑到其对肿瘤细胞的影响[26]。

4.2 20－HETE在心血管疾病中的作用

近来研究发现20－HETE可通过多种机制促进AS的发展。在人脐静脉内皮细胞中，20－HETE水平的升高可以激活 NF－κB 通路，上调 ICAM－1、白介素－8和氧化应激水平，促进血管内皮的炎症反应，促进AS生成。20－HETE还可以使活性氧自由基增加，引起血管内皮氧化应激损伤。Han等[27]研究表明，20－HETE 可以通过刺激还原型辅酶Ⅱ氧化酶衍生的超氧化物产生，加重缺血再灌注引起的心肌损伤。此外，20－HETE在血压调节中也扮演着复杂的角色。在肾小管中，20－HETE通过抑制小管上皮离子通道促进尿钠排泄引起血压降低;但在血管中，20－HETE可以通过激活蛋白激酶C、抑制钙激活的钾离子通道、损伤一氧化氮依赖的血管舒张功能、诱导血管紧张素转换酶表达等，使血管平滑肌收缩导致血压升高[28]。另外，20－HETE还有促进血管内皮细胞增殖、促进血管新生等作用[29]。

5 结语

花生四烯酸的代谢产物在AS的形成、发展及斑块不稳定性中发挥着极其重要而复杂的作用，其代谢途径中许多分子和受体可作为AS相关疾病治疗的药物靶点。目前，花生四烯酸的代谢产物主要通过液相色谱串联质谱法或磁共振波谱技术进行分析。二者相比，液相色谱串联质谱法结合了液相色谱优秀的分离能力和质谱的高灵敏度、高特异性等优点，可以在短时间内对花生四烯酸的数十种代谢产物进行定性和定量分析[30]。对花生四烯酸代谢产物的研究，不仅能更加深入地理解AS的病理生理机制，也有助于找到新的生物学标志物，为心脑血管疾病的诊断和治疗提供新思路。

[1]Wong BW，Meredith A，Lin D，et al.The biological role of inflammation in atherosclerosis[J].Can J Cardiol，2012，28:631－641.

[2]Capra V，Bäck M，Barbieri SS，et al.Eicosanoids and their drugs in cardiovascular diseases:focus on atherosclerosis and stroke[J].Med Res Rev，2013，33(2):364－438

[3]Yuhki K，Kashiwagi H，Kojima F，et al.Roles of prostanoids in the pathogene－sis of cardiovascular diseases[J].Int Angiol，2010，29(2 Suppl):19－27

[4]Newby AC.Metalloproteinase expression in monocytes and macrophages and its relationship to atherosclerotic plaque instability[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol，2008，28:2108－2114.

[5]Cipollone F，Fazia M，Iezzi A.Suppression of the functionally coupled cyclooxygenase－2/prostaglandin E synthase as a basis of simvastatin－dependent plaque stabilization in humans[J].Circulation，2003，107(11):1479－1485.

[6]Cipollone F，Fazia M，Iezzi A.Blockade of the angiotensin Ⅱ type 1 receptor stabilizes atherosclerotic plaques in humans by inhibiting prostaglandin E2－dependent matrix metalloproteinase activity[J].Circulation，2004，109(12):1482－1488.

[7]Pamukcu B，Lip GY，Shantsila E.The nuclear factor－kappa B pathway in atherosclerosis:a potential therapeutic target for atherothrombotic vascular disease[J].Thromb Res，2011，128(2):117－123.

[8]Park SW，Cho C，Cho BN，et al.15－deoxy－Δ12，14 －prostaglandin J 2 Down－Regulates Activin－Induced Activin Receptor，Smad，and Cytokines Expression via Suppression of NF－ κ B and MAPK Signaling in HepG2 Cells[J].PPAR Res，2013，2013:751261.

[9]Cuccurullo C，Fazia ML，Mezzetti A，et al.COX－2 expression in atherosclerosis:the good，the bad or the ugly[J].Curr Med Chem，2007，14(15):1595－1605.

[10]Cipollone F.The balance between PGD synthase and PGE synthase is a major determinant of atherosclerotic plaque instability in humans[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol，2004，24(7):1259－1265.

[11]Jala VR，Haribabu B.Leukotrienes and atherosclerosis:new roles for old mediators[J].Trends Immunol，2004，25(6):315－322.

[12]Spanbroek R，Grabner R，Lotzer K，et al.Expanding expression of the 5－lipoxygenase pathway within the arterial wall during human atherogenesis[J].Proc Natl Acad Sci USA，2003，100:1238－1243.

[13]Qiu H，Gabrielsen A，Agardh HE，et al.Expression of 5－lipoxygenase and leukotriene A4hydrolase in human atherosclerotic lesions correlates with symptoms of plaque instability[J].Proc Natl Acad Sci USA，2006，103(21):8161－8166

[14]Nobili E，Salvado MD，Folkersen L，et al.Cysteinyl leukotriene signaling aggravates myocardial hypoxia in experimental atherosclerotic heart disease[J].PLoS One，2012，7(7):e41786.

[15]Dobrian AD，Lieb DC，Cole BK，et al.Functional and pathological roles of the 12－and 15－lipoxygenases[J].Prog Lipid Res，2011，50(1):115－131.

[16]Lu T，Ye D，Wang X，et al.Cardiac and vascular KATP channels in rats are activated by endogenous epoxyeicosatrienoic acids through different mechanisms[J].J Physiol，2006，575(Pt 2):627－644.

[17]Fleming I，Michaelis UR，Bredenkötter D，et al.Endothelium－derived hyperpolarizing factor synthase(cytochrome P450 2C9)is a functionally significant source of reactive oxygen species in coronary arteries[J].Circ Res，2001，88(1):44－51.

[18]Ulu A，Davis BB，Tsai HJ，et al.Soluble epoxide hydrolase inhibitors reduce the development of atherosclerosis in apolipoprotein e－knockout mouse model[J].J Cardiovasc Pharmacol，2008，52(4):314－323.

[19]Wang YX，Ulu A，Zhang LN，et al.Soluble epoxide hydrolase in atherosclerosis[J].Curr Atheroscler Rep，2010，12(3):174－183.

[20]Nithipatikom K，Moore JM，Isbell MA，et al.Epoxyeicosatrienoic acids in cardioprotection:ischemic versus reperfusion injury[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol，2006，291(2):H537－H542.

[21]Dhanasekaran A，Gruenloh SK，Buonaccorsi JN，et al.Multiple antiapoptotic targets of the PI3K/Akt survival pathway are activated by epoxyeicosatrienoic acids to protect cardiomyocytes from hypoxia/anoxia[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol，2008，294(2):H724－H735.

[22]Xiao B，Li X，Yan J，et al.Overexpression of cytochrome P450 epoxygenases prevents development of hypertension in spontaneously hypertensive rats by enhancing atrial natriuretic peptide[J].J Pharmacol Exp Ther，2010，334(3):784－794.

[23]Chiamvimonvat N，Ho CM，Tsai HJ，et al.The soluble epoxide hydrolase as a pharmaceutical target for hypertension[J].J Cardiovasc Pharmacol，2007，50(3):225－237.

[24]Xu X，Zhao CX，Wang L，et al.Increased CYP2J3 expression reduces insulin resistance in fructose－treated rats and db/db mice[J].Diabetes，2010，59:997－1005.

[25]Luo P，Chang HH，Zhou Y，et al.Inhibition or deletion of soluble epoxide hydrolase prevents hyperglycemia，promotes insulin secretion，and reduces islet apoptosis[J].J Pharmaol Exp Ther，2010，334:430－438.

[26]Xu X，Zhang XA，Wang DW.The roles of CYP450 epoxygenases and metabolites，epoxyeicosatrienoic acids，in cardiovascular and malignant diseases[J].Adv Drug Deliv Rev，2011，63(8):597－609.

[27]Han Y，Zhao H，Tang H，et al.20－Hydroxyeicosatetraenoic acid mediates isolated heart ischemia/reperfusion injury by increasing NADPH oxidase－derived reactive oxygen species production[J].Circ J，2013，77(7):1807－1816.

[28]Sodhi K，Wu CC，Cheng J，et al.CYP4A2－induced hypertension is 20－hydroxyeicosatetraenoic acid and angiotensin Ⅱ dependent[J].Hypertension，2010，56:871－878.

[29]Chen L，Ackerman R，Guo AM.20－HETE in neovascularization[J].Prostaglandins Other Lipid Mediat，2012，98(3－4):63－68.

[30]Ecker J.Profiling eicosanoids and phospholipids using LC－MS/MS:principles and recent applications[J].J Sep Sci，2012，35(10－11):1227－1235.