唐红悦,邢晨皓 综述,张明明 审校

1.河北北方学院研究生学院,河北张家口 075000;2.河北省人民医院临床医学研究中心,河北石家庄 050051

大中型动脉血管壁的脂质堆积与炎症反应是动脉粥样硬化(AS)较为明显的特征[1]。AS的危险因素之一是高胆固醇血症,而三磷酸腺苷结合盒转运体(ABC)A1可以介导胆固醇与载脂蛋白A-I(apoA-I)结合,产生高密度脂蛋白(HDL)[2-4]。此过程是ABCA1的主要功能,也是血液中HDL合成的关键步骤[5]。细胞死亡是一种受控制的生物过程,包括紧密结构的信号级联和分子机制,与细胞意外死亡有很大的不同,其涉及各种病理机制[6]。ABCA1与细胞死亡(细胞焦亡、胞葬、自噬)之间的相互作用可进一步影响斑块的稳定性,因此,ABCA1调控细胞死亡的机制在AS的预防和治疗中起着枢纽作用。现将ABCA1调控细胞死亡,如细胞焦亡、胞葬、自噬等对AS的影响综述如下,以期为AS的研究提供有效的参考依据。

1 ABCA1的结构与功能

ABCA1是一条含有2 261个氨基酸,50个外显子的多肽链,属于ABC家族成员,该转运体家族包含两个核苷酸结合域和两个跨膜区,它们利用ATP水解的能量运输底物。ABCA1包括细胞质区域和两个较大的细胞外结构域,细胞质区域主要包含核苷酸结合域和调节结构域,这两个结合域是最保守元件,此外两个较大的细胞外结构域对于apoA-I的结合很重要,apoA-1与ABCA1细胞外结构域结合后有助于细胞膜释放多余的磷脂与游离胆固醇,并与apoA-I结合产生HDL前体以此清除多余的胆固醇[7-10]。当apoA-I与ABCA1结合后可激活信号分子Janus激酶2(JAK2),活化的JAK2可进一步增加二者的相互作用,加速脂质外排。

ABCA1基因位于9号染色体,具有高度多态性。ABCA1的内含子、外显子或启动子区域发生基因突变会影响ABCA1的功能。ABCA1纯合子发生基因突变会导致丹吉尔病的发生[11-12],该病的特征是HDL完全缺失。杂合子突变会导致家族性HDL缺乏症,该病患者血清胆固醇水平降低、胆固醇沉积于巨噬细胞内,患AS风险增加。因此,ABCA1对于HDL的合成至关重要,ABCA1介导的磷脂、胆固醇外流是HDL合成的第1步[13]。

2 ABCA1与AS

炎症反应与胆固醇沉积是AS的两大特征。在预防AS方面,胆固醇外排能力更为重要,而在控制胆固醇排出方面ABCA1是关键。在东亚国家,黄芩素是一种广泛使用的酚类黄酮类化合物。有研究表明,黄芩素通过上调ABCA1、ABCG1、肝X受体α(LXRα)和过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)的表达,促进胆固醇流出,并抑制脂质积累。黄芩素还降低了巨噬细胞肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素(IL)-1β和IL-6的分泌和表达[14]。ZHANG等[15]发现,在体内实验中,辛酸可以减轻经脂多糖处理的小鼠体内的炎症反应,并增强ABCA1与JAK2/信号传导及转录激活蛋白3表达,使TNF-α、核因子(NF)-κB mRNA表达降低。有研究发现,椴树素作为一种黄酮成分可通过下调巨噬细胞内TNF-α/NF-κB信号通路发挥抗炎作用,此外,椴树素通过下调SR-A1 mRNA从而上调B类清道夫受体和ABCA1表达进而促进胆固醇外流[16]。

胆固醇外排障碍导致的脂质沉积、炎症反应与ABCA1具有密切联系,研究ABCA1相关信号通路可能为预防和治疗AS提供新的思路。在AS发展过程中会出现细胞死亡,其死亡形式包括凋亡、自噬、焦亡、胞葬、铁死亡等,了解其中的机制及与ABCA1之间的联系可为AS提供新的治疗思路。

3 在AS中ABCA1与细胞死亡相互作用的机制

3.1在AS中ABCA1与胞葬的联系

3.1.1胞葬与AS的关系 人体内细胞通过清除受损、功能失调、老化的细胞维持正常发育、组织稳态或生理功能。为了有效地清除这些死亡细胞,吞噬细胞会在胞葬过程中发挥作用。胞葬即清除凋亡细胞(ACs)的过程[17]。该过程是高度保守的生理过程,需要吞噬细胞与ACs协同完成。胞葬可清除斑块组织内的ACs,促进抗炎性细胞因子的产生,并减少促炎症介质的释放。若胞葬被抑制,这些死亡细胞(凋亡泡沫细胞和斑块)释放的有毒物质可能会促进炎症发展和组织坏死。细胞内的炎症会扩散至斑块,导致斑块坏死并扩大,斑块稳定性下降。由此可见胞葬对AS的重要性。

3.1.2ABCA1与胞葬相互作用的机制 在胞葬的3个阶段中ABCA1发挥着重要作用。在招募阶段,溶血卵磷脂(LPC)作为“找到我”信号的第1个因子和主要形式,是通过Ca2+非依赖性磷脂酶A2水解ACs膜上的磷脂酰胆碱释放出来的[18]。在细胞凋亡过程中LPC信号的释放取决于ABCA1表达,ABCA1通过调控LPC的释放影响胞葬,进而调控凋亡细胞的清除,预防炎症反应。在识别阶段,膜连蛋白A1(ANXA1)是识别阶段的生物标志物。有证据表明ANXA1具有抗炎症反应[19-20]、促进细胞吞噬和清除、减少胆固醇水平、清除凋亡细胞等作用。在巨噬细胞和内分泌细胞中,ANXA1的分泌需要ABCA1,ABCA1抑制剂格列本脲可阻断ANXA1的分泌[21]。此外,缺血再灌注损伤中,神经节细胞层ABCA1的泛素化和降解增加,导致ANXA1分泌减少,而ANXA1分泌减少可造成视网膜炎症和视网膜神经节细胞凋亡[22]。总之,ABCA1可通过与多种胞葬因子相互作用调控胞葬,从而达到清除ACs,减轻炎症反应,预防AS的目的。

3.2在AS中ABCA1与细胞焦亡的相互作用机制

3.2.1细胞焦亡与AS 细胞焦亡是一种新型的细胞程序化死亡形式,氧化应激和炎症等危险信号刺激细胞并诱导细胞内炎性小囊泡的形成,随之激活天冬半胱氨酸酶-1(caspase-1),后者反过来介导促炎症因子的成熟和释放。炎症性囊泡包含核苷酸结合寡聚化结构域受体家族(NLRP3)、黑色素瘤缺失2(AIM2)、Pyrin结构域(Pyrin和HIN结构域)等。NLRP3因在细胞焦亡中起着重要作用而备受关注,其作为caspase-1的上游可激活caspase-1。活化的caspase-1一方面可以激活细胞因子IL-1β和IL-18,还能将焦孔素D(GSDMD)裂解为GSDMD N端片段(GSDMD-N),加速膜孔的形成和质膜破坏。细胞质内容物和炎症因子的释放导致细胞肿胀和细胞焦亡[23]。

众所周知,活性氧(ROS)和氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)是AS的重要影响因素。而有研究表明,ROS与ox-LDL可直接激活NLRP3,诱发细胞焦亡[24]。AFRASYAB等[25]发现,NLRP3炎性小体与急性冠脉综合征患者冠状动脉粥样硬化的严重程度及预后有关。BURGER等[26]也观察到在颈动脉内膜切除术患者的颈动脉粥样硬化斑块中,NLRP3、caspase-1、IL-1β和IL-18上调。以上研究表明,对细胞焦亡信号通路或焦亡机制进行干预可能成为预防AS的重要措施。

3.2.2ABCA1与细胞焦亡的相互作用机制 有研究表明,当骨髓细胞敲除ABCA1基因后IL-1β和IL-18表达水平增加,胆固醇积累从而激活NLRP3小体[27]。当LDLR-/-小鼠敲除ABCA1基因,并敲除NLRP3或caspase-1/11后AS斑块面积减少。结果表明ABCA1能通过抑制NLRP3/caspase-1通路减少炎症因子IL-1β和IL-18分泌,而抑制NLRP3/caspase-1通路可有效缓解AS的发生和发展。

有研究表明,TLR4/NF-κB信号通路可激活NLRP3炎性小体,随之上调炎性小体的成分包括非活性NLRP3、IL-1β和IL-18;凋亡相关点样蛋白、NLRP3和前caspase-1组装成多蛋白复合体[28]。另一项研究表明,NF-κB是GSDMD的重要转录因子[29],而GSDMD是细胞焦亡的关键因子,在细胞焦亡过程中,活化的caspase-1会切割并分离GSDMD-N和C端,GSDMD-N会在细胞膜表面形成微小孔隙,导致促炎物质大量释放以及细胞肿胀。有研究表明,NF-κB的激活可能与巨噬细胞中ABCA1的表达和胆固醇外排有关[30],NF-κB信号激活抑制剂显著阻断了ox-LDL对ABCA1表达的抑制,促进了巨噬细胞来源的泡沫细胞中的胆固醇外排,表明在ox-LDL作用下,NF-κB信号作为ABCA1的上游通路,被ox-LDL激活,抑制ABCA1的表达,阻碍胆固醇反向运输,加重细胞泡沫程度。

LIU等[31]发现,TNF-α可增强细胞间黏附分子-1、血管细胞黏附分子-1和caspase-1的表达,并引起血管内膜单核细胞浸润,诱导炎症反应和内皮细胞变性,这对AS的病程有重要影响。另有实验表明,TNF-α可上调血管内皮细胞(VEC)中的NLRP3,促进NLRP3炎性体的组装,促进pro-IL-1β转化为成熟IL-1β。NLRP3的敲除阻止了TNF-α诱导的NLPR3炎性体激活[32]。以上结果表明,TNF-α可直接上调NLRP3,促进炎症因子释放,诱导细胞焦亡。重要的是,有研究表明,ABCA1通过与apoA-I结合可降低巨噬细胞和VEC中的TNF-α和IL-6水平[33]。总之,ABCA1可能通过抑制TNF-α表达阻止NLPR3炎性囊泡组装,抑制炎症因子pro-IL-1β的成熟,从而减少细胞焦亡、预防AS。ABCA1/TNFα/NLPR3信号通路可能与细胞焦亡有关,可作为治疗AS潜在的靶点。

3.3在AS中ABCA1与自噬的相互作用机制

3.3.1自噬与AS 自噬是一种保守的细胞死亡过程,通过溶酶体消化、降解和回收细胞内蛋白质和受损的细胞器。有证据表明,自噬在AS斑块中被激活,并在AS的发展过程中发挥保护作用。血管平滑肌细胞内自噬适度激活与细胞存活相关,并促进稳定的斑块表型,以对抗AS斑块中的细胞应激[34]。在缺氧、ROS增多的条件下,会引发溶酶体降解细胞内细胞器和蛋白质,该过程由一系列自噬相关基因执行。自噬过程受多种信号通路调控,如哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)。目前认为,在AS早期细胞受到内外刺激时,如ROS、ox-LDL,自噬被激活并降解受损物质,以及时清除ACs而发挥预防AS的关键作用。但在AS晚期,细胞自噬功能也相应受损,不能及时清除ACs,并会使细胞对凋亡刺激物的敏感性增加,使斑块不稳定。以上研究表明自噬在AS发展中起着重要作用,若自噬受损会造成AS进一步加重。

3.3.2ABCA1与自噬的相互作用机制 LIANG等[35]发现,用雷帕霉素(RAPA)作为自噬激活剂,3-甲基腺嘌呤(3-MA)和氯喹(CQ)作为自噬抑制剂检测自噬阻断状态的人巨噬细胞THP-1。治疗组ABCA1、ABCG1和LXRα的表达均增加,泡沫细胞内胆固醇流出增加。此外,泡沫细胞中的总胆固醇和游离胆固醇水平降低。经RAPA治疗后泡沫细胞的形成明显减少。而3-MA或CQ处理后出现相反的结果。这些结果提示,自噬可促进细胞内胆固醇外排,减少泡沫细胞形成,而在自噬阻断过程中进一步抑制自噬可能会产生相反的效果。另一项研究表明,RAPA预防AS的作用机制是通过抑制胆固醇吸收,并上调ABCA1表达而增加胆固醇外排[36]。CASTELLA等[37]发现,抑制磷酸肌醇-3激酶/蛋白激酶B/mTOR通路可增加LXRα和ABCA1的表达,间接说明自噬可促进细胞胆固醇外流。LIANG等[35]发现,自噬激活可上调THP-1衍生泡沫细胞中ABCA1、ABCG1及其上游转录因子LXRα的表达,从而促进胆固醇从泡沫细胞流出,抑制自噬会导致相反的结果。

4 小 结

ABCA1不但在促进胆固醇外流和抗炎作用中发挥着重要作用,还与细胞死亡的多种类型之间存在联系。细胞死亡受信号级联反应控制,其中有多种细胞因子参与。细胞死亡有多种类型,包括自噬、凋亡、胞葬、细胞焦亡等。本文根据近年来的研究综述了胞葬、细胞焦亡和自噬与ABCA1相互作用以及对AS的影响。这些相互作用与AS斑块的形成以及稳定性密切相关,因此,靶向ABCA1与胞葬、细胞焦亡、自噬之间的信号通路对预防AS以及促进斑块稳定是必要的。现阶段,关于胞葬、细胞焦亡、自噬在AS发展过程中的诸多相关分子是否发挥作用及作用机制尚不清楚。胞葬、细胞焦亡、自噬中的相关分子均与ABCA1有关,但具体的调节机制需要进一步验证。希望更多的研究关注ABCA1介导的细胞坏死,以及胆固醇外排和抗炎作用,并确定AS的新治疗靶点。