内皮素-1与动脉粥样硬化关系的分析进展

【关键词】 内皮素-1；粥样硬化；内皮素受体拮抗剂

内皮素(endothelin，ET)是目前已知最强的长效内源性血管收缩调节因子，广泛存在于各种组织和细胞中，主要由血管内皮细胞合成，在正常生理活动及某些疾病，尤其是血管病变有关的疾病的发生、发展中起重要作用。迄今为止发现的ET有三种异构体：即ET-1，ET-2和ET-3。体内多种组织可合成ET，内皮细胞仅产生ET-1，而ET-2主要在肾脏中表达，ET-3主要在神经系统中表达，它们具有很高的同源性，其中以ET-1的作用最强。动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）是一种累及全身动脉系统疾病，与一些常见的心脑血管疾病关系密切，如高血压病、冠状动脉粥样硬化、急性心肌梗死、脑梗塞、脑出血、和周围动脉阻塞综合症等。在分子水平对AS病变过程进行研究，将有助于发现新的疾病预防和治疗手段，以阻断和减缓AS的发展。本文就内皮素-1的分子构成、作用与调节机制，以及在AS病理生理状态下的变化与作用的最新研究进展作一综述。
1 内皮素-1的来源与结构
Hickey[1]等学者首次发现内皮细胞能分泌一种引起血管收缩的肽类物质。Yanagisawa[2]等从猪主动脉内皮细胞培养液中分离纯化得到ET-1，它是一种由21 个氨基酸序列组成的血管活性多肽。另两个内皮素亚型ET-2和 ET-3，分别有两个和六个AA残基不同。近年发现的ET-1(1-31)是内皮素家族的最新成员，其对心血管也具有调节作用[3]。
内皮素由大内皮素 (Big-endothelin)在内皮素转化酶 (ECE)作用下得到。人ET基因的染色体定位已经确定，ET-1基因位于第6 号染色体p22-p24，全长1246 bp，有5 个外显子和4 个内含子；ET-2，ET-3基因分别定位于1 号染色体及20 号染色体，其表达各有不同的组织特异性，如人ET-1基因主要在血管内皮细胞表达，而ET-2基因，ET-3基因几乎不在血管内皮细胞表达[4]。许多因素如血栓素、血管紧张素II (Angll)、肿瘤坏死因子α (TNF-α )，IL-1，IL-2、转化生长因子β和α(TGF-β，TGF-α)、血小板源生长因子(PDGF)、表皮生长因子(EGF)等皆可影响ET基因的表达。此外缺氧、机械张力、哇巴因或内源性洋地黄等亦能促进ET的表达。各种因素影响ET表达的确切机制尚不清楚。 ET-1不仅是内皮素家族中含量最多而且是功能最重要的一种，它主要在血管内皮中表达，但在心脏、肾、肺、肾上腺等脏器的非血管组织中也有分布。正常情况下，ET -1在血浆中的浓度约为1 pm ol／L，远低于其产生生物效应的阈浓度，故内皮素可通过自分泌／旁分泌而作为局部激素在心血管系统和其他一些器官发挥重要作用[5]。
内皮素的生物效应是通过ET-1受体信号转导通路实现的。内皮素受体（ ET-R ）主要有内皮素受体A(ETAR) 和内皮素受体 B(ETBR)两种，它们均属于G蛋白藕联受体超家族，约有50％氨基酸结构相同，结构上均有7 条含 20～27 个疏水性氨基酸的序列，各型受体在人体内广泛分布，其中心肌细胞、血管平滑肌、中枢神经组织 、肺等主要表达ETAR，介导血管收缩和增殖．ETBR 又可分为 B1 和B2 亚型，B1 主要分布在血管内皮细胞上，与血管舒张剂的释放相耦联；B2 主要表达于血管平滑肌细胞，与血管收缩机制相耦联[6]。
2 动脉粥样硬化的发病机制
动脉粥样硬化发病机理的研究已进行了近两个世纪，主要提出四种学说：脂质浸润学说、损伤反应学说、血栓形成学说和平滑肌细胞单克隆学说。目前较为普遍接受的观点是Ross R的“损伤一反应假说”，依此假说，动脉粥样硬化被认为是血管壁对EC损伤的一系列炎性反应的结果。这一假说以后修改数次，吸收涵盖了多数学说，能够解释大部分事实。AS 是一种炎症的观点，随着研究的逐步深入，近年逐步得到证实，明确动脉粥样硬化是一种慢性炎症，是分子和细胞的一系列炎性反应[7]。先于AS病灶形成的最早改变发生在内皮。关于人和动物的无数病理生理学研究导向AS 的损伤一反应假说，这一假说起初认为内皮脱落是 AS 的第一步，近来关于这一假说的多数看法强调内皮功能失调而不是脱落。许多因素可导致内皮细胞损伤始发的一系列的血管炎性反应，这些因素包括生化因素(细胞因子和生长因子)、微生物因素(病毒和细菌)和力学因素(流体切应力和张应力及应变)。不论内皮功能失调的原因如何，AS 都是特定动脉的一种高度特征化的炎性反应。内皮损伤可导致通透性、粘附性的改变，还可引起生长因子和细胞因子的释放。通透性的改变可易化胆固醇和低密度脂蛋白的跨内皮转运。而粘附性的改变可促使单核细胞等粘附于内皮并穿内皮迁移，特别是单核细胞在内膜中能转变成巨噬细胞，后者能摄取低密度脂蛋白并转变为“泡沫” 细胞一种在动脉粥样斑块中发现的特征性细胞。EC 等释放的致炎因子、生长因子和细胞因子可募集更多的白细胞于内皮、促进 SMC从中膜向内膜迁移增殖，而且诱导胞外基质的过量产生。所有这些过程都参与了不同阶段的动脉粥样硬化形成。AS 的病理表现符合炎症的普遍规律，具有炎症病理的基本表现形式，即变质、渗出和增生。在 AS 形成过程中的细胞间相互作用，与慢性胰腺炎、类风湿性关节炎等慢性炎性一纤维增生性疾病并无什么不同，所不同的仅是各有其组织或器官特征。AS 每一阶段都有能代表某种慢性炎症的单核巨噬细胞聚集，且AS 心血管病人血液中有一系列炎性因子，其中包括促炎因子如CRP、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-18(IL-18)、细胞间黏附分子-1(ICAM-1)、单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)等[8]。
慢性炎症是动脉粥样硬化的标志，动脉粥样硬化的每一阶段都表现为慢性炎症过程，并与血管变化相关，在动脉硬化进展过程中起主要作用。在早期，在动脉壁不规则部位或受血液动力学因素影响，如血流紊乱的分叉部位或血流增快部位易产生斑块，而斑块也可聚积在曾受感染或受免疫侵袭部位。脂质条纹是一种纯粹的以单核一巨噬细胞聚集为主要特征(有或没有脂质)的慢性炎症，如果炎症不能驱除，就会诱发以SMC迁移增殖为主要特征的慢性炎性增生性反应，发展为中间型病变。当向成熟斑块进展时，伴随着纤维增生性过程，这是对长期炎症的特征性反应。单核一巨噬细胞聚集增殖、SMC迁移增殖和纤维组织增生形成的恶性循环导致病变的进一步扩大和重建， 最后变成成熟的复合斑块。
几种细胞如单核-巨噬细胞、TLC、EC和SMC以及血小板构成的细胞网络之间的相互作用在动脉粥样硬化的发生和发展中起关键作用，可以称之为动脉粥样硬化细胞网络。粘附分子在细胞间连接和相互作用中起重要作用，大多数白细胞可表达粘附分子，而EC表达ICAM-1、VCAM-1和E选择素。这些粘附分子可激活和促进白细胞粘附并穿过内皮，因而促进动脉粥样硬化形成。另外细胞间通过生长因子的交流在动脉粥样硬化中也起作用。如活化的EC能释放一些生长因子，后者诱导SMC增殖并从中膜向内膜迁移。由内皮损伤始动的动脉粥样硬化细胞网络及其产生的众多因子如PDGF（特别是PDGF-BB，最强的促SMC迁移和增殖的生长因子）、TGF（结缔组织的强力激活剂）、MCP-1和VCAM-1（趋化单核与内皮粘附迁移巨噬细胞吞噬脂质）等引起平滑肌细胞迁移增殖、胞外基质过量产生和泡沫细胞形成等是动脉粥样硬化的主要环节[9]。
3 内皮素-1在动脉粥样硬化发生发展中的作用
ET对AS的形成过程：血管内皮功能障碍可致血管收缩异常，张力增加，血小板黏附、聚集、血栓形成及动脉中膜血管平滑肌细胞(VSMC)增殖，特别有意义的是其促进VSMC分裂增殖和LDL氧化修饰作用，因此可以认为，ET 也参与了动脉粥样硬化的发生和发展过程[10]。VSMC异常增生是AS 的一个重要特征。最近研究发现，ET不仅有强烈的缩血管作用，而且也是一种促有丝分裂剂，可明显促进VSMc的分裂增生[11]。实验显示将10-7 mo1/L ET加入SMC的培养液中，4 天后可使细胞数增加2 倍，DNA合成增加7 倍。ET促SMC增殖作用与生长因子关系密切，联合应用ET和生长因子时，其效应比分别作用之和高出1 倍以上，提示ET可加强并协同生长因子使SMC增殖。实验证明，血小板衍生生长因子(PDGF). Ang II、转化生长因子(TGF)等和ET本身均可促进ET基因的表达，协同促进ET的合成和分泌，促SMC增殖，故ET也是一种很强大的促SMC增殖剂，且与脂质过氧化物和PDGF等相互影响，构成AS发病的重要因素。
内皮能调节血管的正常收缩和舒张，这是通过其自身分泌、释放的多种血管活性物质来实现的。其中最重要的是ET-1。ET-1是一缩血管物质，可引起全身各种血管，尤其是冠状动脉的强烈收缩。在冠状动脉粥样硬化部位，ET受体密度明显增加，约为正常的两倍，该现象在粥样硬化周围的新生血管也可看到，免疫组化研究发现，VSMC和内皮细胞中有ET-1样免疫反应，损伤的内皮细胞可释放大量ET，可损伤血管和心肌组织，加重病变程度。ET-1 在体外对动物和人血小板聚集功能没有直接的影响，对胶原、凝血酶或 血小板活化因子(plaeteltactivatingafctor，PAF)诱导的血小板聚集不产生协同作用。
ET-1通过激活内皮细胞释前列环素(Prostaglandin，PG 12)和一氧化氮(Nitric oxide，NO)而产生抗血小板聚集作用。但是，血小板聚集可通过释放凝血酶等物质而刺激内皮细胞ET-1基因表达增加，血小板可刺激内皮细胞产生ET-1，而活化血小板又可进一步促进内皮细胞释放ET-1，并与其本身释放的血小板衍生生长因子(Platelet-Derived growth factor，PDGF)等其他生长因子产生协同作用，促进VSMC的分裂增殖。ET-1剂量依赖性地增加单核细胞的趋化性，钙通道阻滞剂(nifedipine，硫耽唑酮和异搏定)，阿司匹林和消炎痛可显著地抑制单核细胞的这种迁移，提示这种趋化性也可被自由基清除剂和降血脂药普罗布考所抑制，显示单核细胞在AS 早期形成中起着重要的作用。近年研究表明，氧化型低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein，ox-ldl)可导致AS形成。ET-1激活PMNs时，可使PMNs产生大量的O2，O2在Fe2+或CU2+的催化下可以氧化修饰LDL(ox-LDL)，ox-LDL又可使人和猪内皮细胞表达pETmRNA和释放ET，LDL清道夫受体拮抗剂硫酸右旋糖苷可抑制之，提示ox-LDL激活内皮细胞表达ppETmRNA和释放ET是由清道夫受体所中介。然而，也有学者认为ET对单核细胞产生超氧阴离子和粘附到猪主动脉内皮细胞层没有明显的作用，ET不能作为单核细胞的趋化物质[12-16]。因此，ET的单核细胞的趋化作用尚需进一步研究明确。
此外，ET可能是内源性致病因素，组织缺血缺氧、酸中毒时冠脉内皮细胞功能紊乱，不仅产生大量的ET，而且冠脉局部对ET反应性增加，致使冠脉痉挛，造成心肌梗塞。ET可增加冠脉对Ach，5-HT等物质的敏感性产生痉挛，是一种长效致痉挛因素。有研究发现，AS时血浆ET含量增高与血管内皮细胞损伤和ET释放增加有关，当ET增高到一定程度时，引起冠状动脉痉挛，进一步损害内皮细胞，从而促进AS的形成，并通过刺激平滑肌细胞增殖的作用进一步加重AS的发展。AS病人的血浆ET水平与AS血管病变数目和损害程度成正比，受损血管越多，狭窄越重，ET浓度越高，冠状动脉多支病变程度与血浆ET浓度呈显著正相关，提示血浆ET水平与冠状动脉粥样硬化发生和严重程度有关[17]。ET-1具有强烈的冠状动脉收缩及心肌正性变时和正性变力作用，因此它在心肌梗死发病中亦起重要作用，特别是AS所致的急性心肌梗死(AM)最为多见，大多数研究认为，ET在AMI早期升高，发病数小时达高峰，以后逐渐下降，ET值与年龄、性别、平均血压、肌酸磷酸激酶(CK)及同工酶不相关，与心功能状态、左室射血分数、心脏指数、平均肺动脉压明显相关。临床实验证实，AMI患者ET值与梗塞部位、接受溶栓治疗与否不相关，有血流动力学改变时，其ET值较无改变者明显升高，随心衰程度的加重，血浆ET水平较正常对照增加2～6 倍 [18]。一般认为，AMI时血浆及局部心肌组织ET水平升高及其表达增强是因为局部血管内皮细胞及心肌的缺血、缺氧是刺激ET大量合成释放。AMI时，机体产生应激反应导致儿茶酚胺等的分泌，儿茶酚胺的大量释放对ETmRNA合成具有诱导作用，促使ETmRNA的表达增强;AMI后心源性休克导致肾脏血流动力学改变，肾脏清除ET能力降低，也可能引起机体ET浓度升高。心绞痛患者血浆ET-1是否升高目前还存在争议。一些研究发现，不稳定型心绞痛患者入院时血浆ET-1升高，发生MI者9 周后ET-1仍高于正常。而一些研究表明，外周静脉血和静脉窦血ET-1不论在不稳定型心绞痛还是在稳定型心绞痛患者均无明显升高。
但有研究观察到，ET在冠脉痉挛前就已升高，而在痉挛发作时却无明显增加，提示ET不是冠脉痉挛的始动因子，同时发现，用Ach、麦角胺可诱发冠脉痉挛的患者，其冠脉血ET-1增高，而不能被诱发者，冠脉ET-1无明显升高，说明冠脉痉挛是多因素作用的结果，ET为重要诱因，在冠脉狭窄&<30% AS患者，基础状态的血管张力降低，对不同剂量的Ach表现无反应状态，动脉壁对血管活性物质的刺激反应减弱。冠状动脉粥样硬化时，患者冠状动脉内血小板、低密度脂蛋白和凝血酶集聚在血管壁内，加速冠状动脉内血栓形成与痉挛，造成管腔狭窄和促进心肌细胞肥大，导致心肌供血不足。而侧支循环尚未充分建立，在此基础上，ET使供血进一步急剧减少或中断，使相应的心肌严重而持久地急性缺血，则出现心肌梗死。在临床上以大块的心肌梗死累及心室壁全层或大部分者最为常见[19]。 转贴于
此外，ET还参与脑缺血、脑水肿的病理生理过程，增加脑组织内水、钠含量，促进缺血性脑水肿的发生、发展。有研究表明，脑动脉硬化、脑梗死、椎一基底动脉供血不足病人血浆中ET增高的水平较正常对照组高。ET升高的主要原因有：①ET -1产生增加；②受累的脑微血管内皮细胞释放ET-1增加；③缺氧促进ET-1合成；④血管灌注压降低时内皮细胞表面张力解除也能使ET-1产生增加，并提示ET-1增加能刺激兴奋性氨基酸释放，间接加速了缺血区神经细胞的死亡，促使脑梗死形成。研究提示血浆ET水平变化反应了缺血性脑血管疾病的病情严重程度[20]。
4 研究展望
近来研究发现，纳米级浓度的ET-1即能活化巨噬细胞，引起炎症介质和趋化因子的释放，而这些因子包括TNF-α，IL-1、6、8以及转录因子NF-κb，在粥样硬化过程中起重要作用。反过来，这些因子也能刺激ET-1的生成。ET-1能增强内皮细胞上粘附分子的表达和促进多形核中性粒细胞的聚集[21]。ET-1引起IL-6释放的机制中涉及到NF-κb的活化，IL-6在通过促进活性氧自由基（ROS）而引起氧化应激失衡，在人粥样硬化和内皮功能紊乱中的作用[22]。C反应蛋白（CRP）被认为是粥样硬化性心血管疾病的一个标志物和可能的中介因子[23]。CRP能够刺激内皮细胞中粘附分子和单核细胞趋化因子MCP-1的表达。博沙坦（Bosentan）（ETA/B混合性拮抗剂）可以和IL-6抗体一样抑制此效应，因此可以认为ET-1和IL-6都参与了CRP的促炎效应。有研究表明ET-1通过抑制蛋白激酶C（PKC）的活性，引起NO减少，从而加重了CRP导致的血管损害[24]。
ET受体阻断剂在实验中表明能有效改善血管功能，减轻粥样硬化的损伤，目前临床上已应用于肺动脉高压的治疗。而如前述在阻断ET受体的同时，刺激蛋白激酶C的活性，可以调节NO平衡，同时减少CRP造成的血管损害，可能是防治粥样硬化的新的策略，需在临床研究中进一步证实。

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