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清道夫受体研究新进展
2009-06-16 10:04   发布范围:公开

航天航空医学系四队   宫献文

摘  要动脉粥样硬化(atherosclerosis ,AS) 是心血管系统最常见的疾病之一,累及全身重要器官的血管,产生严重的后果,因此, AS已成为我国医学研究的重点和热点领域。AS 的特征之一是粥样斑块中存在含脂类的泡沫细胞,而巨噬细胞源泡沫细胞又是斑块中泡沫细胞的主要成分。近年来大量研究表明,氧化修饰低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein ,ox-LDL)对巨噬泡沫细胞的形成起重要作用。Ox-LDL 受体研究对进一步明确AS 的发生机制有着极为重要的意义。Krieger 等报道,1979 年Goldstein 等首次发现巨噬细胞上有摄取和降解乙酰化LDL 的结合位点,后来被称为巨噬细胞清道夫受体1 ,随后陆续发现了其他一些清道夫受体( scavenger receptor ,SR) ,它们共同组成了SR 家族。在AS 的研究中已证实SR 是介导细胞摄取ox-LDL 的主要途径,SR 的表达是动脉粥样斑块泡沫细胞形成及病变进展的一个关键因素。

关键词动脉粥样硬化;氧化修饰低密度脂蛋白;清道夫受体

 


1 清道夫受体A与动脉粥样硬化

1.1 SR-A 的基因结构、分布及调节

SR-A 是最早被分离纯化和克隆的SR ,包括Ⅰ型和Ⅱ型 (SR-AⅠ和SR-AⅡ) ,是一种三聚体形式的膜糖蛋白,由一个半胱氨酸连接的二聚体和一个非共价结合的单体组成。SR-A各成员的结构比较相似,由5或6个结构域组成,均是同源三聚体跨膜蛋白。SR-A有6 个不同的结构功能区域,其中,胶原蛋白样域是其配体结合位点。SR-A Ⅰ和SR-A Ⅱ两型受体是由同一基因对mRNA的交替拼接而成,区别仅在于Ⅰ型分子含有富含半胱氨酸的Ⅳ区, Ⅱ型分子缺乏此结构,而被6~17个C2末端氨基酸残基所取代。两型受体结构略有差别,但功能基本相同。人的SR-A基因命名为msr,定位于第8对染色体的短臂上,约80kb。

SR-A主要存在于各类组织器官的巨噬细胞上,两型SR-A可在巨噬细胞上共表达,但表达量不同。某些平滑肌细胞和成纤维细胞也可表达SR-A。在AS病变区,SR-A主要在巨噬细胞表达。

巨噬细胞上SR-A的表达受细胞因子和氧化应激的调节, 肿瘤坏死因子α(TNF-α) 和γ干扰素(INF-γ)可以通过调节转录或后转录抑制巨噬细胞上SR-A的活性。巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)和粒细胞集落刺激因子( GM-CSF)可促进SR-A的表达。还有研究发现一种巨噬细胞活性调节因子—过氧化物酶体增生物激活受体γ(PPAR-γ)可抑制SR-A的表达。另外,金艳等用酪氨酸蛋白激酶抑制剂genstein可抑制细胞表面结合放射性碘标记ox-LDL,抑制细胞表面受体的表达和细胞内胆固醇酯的蓄积,提示SR的活性可能与细胞内蛋白质酪氨酸磷酸化水平密切相关。维生素E可呈剂量依赖性下调SR-A的表达,蛋白激酶C的激动剂佛波酯(PMA)可通过激活蛋白激酶C介导上调培养的平滑肌细胞及成纤维细胞SRA-Ⅰ/Ⅱ表达。可见,有多种因素调控SR-A的表达。

1.2 SR-A 的配体

SR-A的配基识别谱相当广泛,虽然SR-AⅠ和SR-AⅡ两种异构体结构不同,但它们的配体却是相同的。SR-A主要识别多聚阴离子,包括: ①化学修饰的脂蛋白②多聚核糖核苷酸③天然或化学修饰的多糖④阴离子磷酸脂质⑤其他分子,如细菌脂多糖(内毒素)。SR-A的配基多样性决定了其参与机体的防御、细胞黏附、信息转导等多种生理过程。

1.3 SR-A 在AS中的作用

1.3.1 SR-A 的黏附作用 

在AS病变早期,病变好发区内皮细胞活化,吸引血液中的单核细胞黏附于动脉壁,然后迁移进入内皮下间隙,并分化成巨噬细胞,后者过度摄取脂质而成为泡沫细胞。在上述过程中,SR-A可促进单核巨噬细胞与病变区域多种细胞的黏附,包括内皮细胞、平滑肌细胞及其他巨噬细胞等。Robbin等将人SR-A基因转染HEK293细胞,发现其细胞黏附能力大大增强。在体内,SR可能作为一种黏附分子在富含配体的组织中留驻巨噬细胞。通过对SR-A基因剔除小鼠研究发现,SR-A介导了活化的腹腔巨噬细胞85%的黏附,提示SR-A可能通过影响活化巨噬细胞的驻留时间而在AS中起作用。Santiago等发现SR-A介导了巨噬细胞对细胞外基质黏附的65%~85 %。研究发现巨噬细胞能通过SR2A黏附在由糖基化修饰的基底膜胶原Ⅳ包被的表面上,表明SR-A促进了巨噬细胞对动脉壁上糖基化修饰的基底膜蛋白的黏附,在糖尿病AS发展过程中发挥重要作用,且高级糖基化终产物(AGE)与SR-A的结合能够刺激巨噬细胞分泌前炎性因子和生长因子,这些因子反过来又刺激SR-A的表达和增强单核细胞对血管壁黏附和聚集,促进AS区域的炎症发展。

1.3.2  SR-A 在巨噬细胞活化中的作用

SR-A配体,包括修饰LDL和AGE-修饰蛋白,均能调节巨噬细胞活性,从而使其分泌的细胞因子发生改变,最终导致病变区域多种细胞的活性发生改变,并影响炎性反应。巨噬细胞通过SR-A结合AGE-产物,从而刺激巨噬细胞释放原炎性细胞因子和生长因子,从而提示病变区域对血液单核细胞的吸引力并加剧炎性反应。Fukuhara Takaki等的实验证明糖尿病患者巨噬细胞SR-A表达增加的同时使ox-LDL的吸收增加,这种增加可被SR-A中和抗体明显抑制,表明SR-A可能促进了糖尿病患者AS的发展。实验表明ox-LDL可刺激巨噬细胞的生长,ox-LDL存在时SR-A缺失小鼠同正常小鼠相比细胞生长缓慢。目前认为SR-A介导摄取ox-LDL,可激活蛋白激酶C,随后分泌GM-CSF,使巨噬细胞生长正常,而SR-A缺失的巨噬细胞中GM-CSF分泌大量减少。在动脉粥样损伤斑块中,ox-LDL诱导产生的GM-CSF同其他细胞共同引发巨噬细胞的生长。

1.3.3  SR-A 在泡沫细胞形成中的作用

泡沫细胞的出现是AS病变早期变化和特征性标志。SR-A是巨噬细胞上识别ox-LDL的特异性结合位点。Tsukamoto等发现SR-A在AS斑块中呈高表达,并且其配体ox-LDL也存在于斑块中,修饰的LDL与SR-A结合后,导致巨噬细胞中脂质的堆积,而且SR-A对ox-LDL的摄取是没有限制的,最终导致泡沫细胞的形成,甚至破裂,而SR-A的活性降低则可影响这一过程。巨噬细胞或巨噬细胞源细胞摄取ox-LDL和AGE-主要通过SR-A介导,这是AS早期阶段泡沫细胞形成的重要步骤。基因剔除SR-A的大鼠可以减少ox-LDL在AS损伤区的摄取,使得ox-LDL不能在巨噬细胞积聚。Whitman等研究发现一种从柑橘中提取的类黄酮-nobiletin能够减少血浆胆固醇浓度,并且通过抑制巨噬泡沫细胞形成而防止AS的形成,这些作用是通过巨噬细胞SR-A介导的脂蛋白代谢完成的。Kamada等研究SR-A缺失在AS中的作用,发现SR-A 基因剔除的小鼠与野生型小鼠相比,AS斑块减少大约70%,即使处在一个较长时间的高脂饮食情况下,也能够延缓AS的发展。SR-A和LDL受体同时缺陷的小鼠与只有LDL受体缺乏的小鼠相比,主动脉AS斑块面积减少40%。

2 B族Ⅰ型清道夫受体与动脉粥样硬化

2.1 B族Ⅰ型清道夫受体的表达与调节  B族Ⅰ型清道夫受体(SR-B I)是一种细胞表面糖蛋白,分子量为57kD,由509个氨基酸组成, 含有两个胞浆域、两个跨膜域和一个胞外域。人类SR-B I(hSR-B I)是作为CD36膜蛋白超家族以及溶酶体整合膜蛋白相关蛋白被独立发现的。SR-B I是一种高密度脂蛋白(HDL)生理性相关受体,具有特异的脂质转运功能,能介导胆固醇和胆固醇酯自HDL颗粒的转运,与HDL一起对于动脉粥样硬化性心血管疾病的发生起保护性作用。

SR-B I在多种哺乳动物的组织和细胞中表达,包括脑、小肠、巨噬细胞、内皮细胞、平滑肌细胞、角质细胞、脂肪细胞、血小板和人类胎盘,在HDL胆固醇选择性摄取的主要场所如肝脏和类固醇激素生成组织中高度表达。

已有研究显示,一种与SR-B I的C端存在相互作用的衔接子蛋白PDZK1在肝脏和小肠上皮细胞能调节SR-B I的表达,但在肾上腺或巨噬细胞中却不能。而且,最近发现一种小的PDZK1相关蛋白(SPAP),它能以一种肝脏特异性模式下调PDZK1,从而引起继发的肝脏SR-B I表达下调,但同样在肾上腺或巨噬细胞中对SR-B I水平无影响。贝特类药物在肝脏下调SR2B I水平,在巨噬细胞上调SR-B I水平,而在肾上腺中对SR-B I水平无影响。普罗布考能增加人肝脏SR-B I的表达,但该效应可能存在种属特异性。阿司匹林亦能诱导人THP21巨噬细胞SR-B I的表达。

2.2 B族Ⅰ型清道夫受体与脂质转运及代谢

SR-B I通过“选择性摄取途径”将HDL胆固醇酯传递给肝脏和类固醇激素生成组织,即SR-B I与HDL结合后, HDL疏水核心的胆固醇酯被交给浆膜,而不伴有HDL完整颗粒的摄取和降解。这个过程分为两步:第一步为脂蛋白结合SR-B I的细胞外结构域,第二步是将脂质选择性转移到浆膜上。研究显示, HDL结合和胆固醇摄取是两个独立的过程,对于有效的脂质转运, HDL与SR-B I结合的高亲和力是必要但非充分条件,仅有HDL与SR-B I的高亲和性结合还是不够的。SR-B I突变型复合物能增加SR-B I和HDL的亲和力,但却阻断了脂质转运。最近的报道得出结论性意见, apoA2I中的两性α螺旋结构是HDL与SR-B I结合的基本结构区, SR-B I介导的HDL胆固醇酯选择性摄取的最佳状态需要同时有apoA2I的存在和apoA2I的合适定位。已有研究证明, SR-B I将HDL胆固醇酯运送到一个代谢活跃的浆膜池中,在此胆固醇酯被细胞类型特异性的中性胆固醇酯水解酶有效水解。

除了参与HDL胆固醇酯的选择性摄取和代谢以外, SR-B I还介导游离胆固醇在脂蛋白和细胞之间的双向运动,增强外周细胞网状胆固醇流出、血浆HDL游离胆固醇的快速肝脏清除及其分泌至胆汁等过程。SR-B I还增加细胞胆固醇体积,改变胆固醇在浆膜结构域的分布情况; SR-B I对HDL游离胆固醇的运送还是一种能使游离胆固醇进行酯化的有效运输方式。SR-B I也是将HDL游离胆固醇运送到一个代谢活跃的膜池中。

SR-B I的表达及活性还能直接影响血浆HDL胆固醇水平。研究显示,肝脏SR-B I的过度表达引起血浆HDL胆固醇水平降低、HDL胆固醇酯清除增加以及胆汁中胆固醇组分和胆固醇从肝脏转运至胆汁的程度增加。而且, SR-B I基因敲除小鼠和肝脏SR-B I表达降低的小鼠都表现出血浆HDL胆固醇浓度增高、选择性HDL胆固醇清除减少、肾上腺胆固醇含量下降以及胆汁中胆固醇浓度和分泌的减少。SR-B I基因敲除小鼠血浆中非酯化胆固醇与酯化胆固醇的比例明显升高。

2.3 B族Ⅰ型清道夫受体对动脉粥样硬化的保护功能  转基因和基因敲除小鼠的研究均已证明, SR-B I的表达对动脉粥样硬化具有保护作用。在多种小鼠的疾病模型中, SR-B I转基因或腺病毒介导的肝脏SR-B I的过度表达均能明显减少动脉粥样硬化的发生。目前认为, SR-B I可能通过以下一个或多个机制对抗动脉粥样硬化的发生: ①介导肝脏摄取和胆汁分泌HDL胆固醇,从而促进胆固醇逆向转运,抑制动脉粥样硬化的发生; ②动脉粥样硬化斑块中巨噬/泡沫细胞内SR-B I的表达能影响胆固醇在细胞和HDL之间的流动; ③防止血浆中致动脉粥样硬化性脂蛋白的聚集; ④通过HDL介导内皮一氧化氮合酶(eNDS)的活化,从而影响内皮细胞一氧化氮的生成,起到抗动脉粥样硬化的作用。

研究还发现,普通饮食喂养的SR-B I/ apoE双基因敲除小鼠表现出血浆胆固醇水平增高和异常的大颗粒HDL,象征着肝脏HDL胆固醇摄取受损 ,且在很小的年龄就存在复杂的阻塞性冠状动脉病变,表现为不同面积的心肌梗死、真性心肌纤维化和夭折, 并表现出严重的血流动力学和心电生理的紊乱。

最近,Van Eck等提出,予以西方饮食喂养的SR-B I小鼠也能保持肝脏胆固醇的稳态,但是SR-B I缺乏与动脉壁中脂质紊乱相关,从而导致动脉粥样硬化的易感性增加。而且,已有报道指出,巨噬细胞SR-B I的表达对apoE小鼠体内的动脉粥样硬化病变的进展有保护作用。这些结果揭示,血管壁中(而并非肝脏中)的SR2B I是抑制动脉粥样硬化的一个重要因子。

3 CD163 /HO-1通路激活与动脉粥样硬化

3.1 CD163的组成结构和存在形式  CD163是具有丰富半胱氨酸的清道夫受体家族 (SRCR)成员之一。CD163和其它的一些膜蛋白(如: CD5、CD6、CD163B和WC1等) 有着同源性,同属于SRCR家族,它们都是以具有丰富半胱氨酸的胞外清道夫受体结构域(SRCR结构域)为独特特征,根据所包含SRCR结构域数目的不同而区分开来。它们都是单链跨膜糖蛋白分子,由胞外不同数目的SRCR结构域、一个跨膜片段和一个短小的胞质尾区所组成。

研究发现, CD163具有单核细胞-巨噬细胞特异性,在全身各种含丰富巨噬细胞的器官(如: 脾、肝、骨髓和淋巴结等)上是高表达的,而在其它类型细胞上至今还未有发现的报道。CD163在体内有着两种存在形式:一种是以跨膜大分子的形式存在于单核细胞2巨噬细胞膜上;另一种是存在于血浆或其它组织液内,具有可溶性。这种可溶性CD163 ( sCD163)是在炎症刺激等作用下,由单核细胞膜上的CD163分子脱落下来而形成的,因此并不是CD163的另一种变异型。

3.2 CD163 /HO-1通路在稳定动脉粥样硬化斑块中的作用

3.2.1 CD163及HO-1分子在斑块内的表达  动脉粥样硬化作为一种慢性炎症性疾病,巨噬细胞在其发生发展过程中发挥着至关重要的作用。研究发现,在动脉粥样硬化斑块的肩部(即斑块与正常血管组织交界处)可见大量巨噬细胞的聚集, CD163分子具有单核细胞-巨噬细胞特异性,而且Ratcliffc用免疫细胞化学的方法发现CD163分子在动脉粥样硬化斑块内巨噬细胞膜上是有表达的。Wang等用免疫染色和原位杂交的方法同时证明了,HO-1在人和实验动物动脉粥样硬化斑块巨噬细胞、肥大细胞和内皮细胞内亦是高表达的。

3.2.2 CD163 /HO-1通路的抗脂质过氧化作用  在病理条件下(如AS) ,血红素从游离血红蛋白转位到LDL分子,释放Fe2+ ,产生氧自由基,引起脂质过氧化,氧化修饰低密度脂蛋白(ox-LDL)的形成,促进动脉粥样硬化的发生发展。CD163通过识别Hb:Hp,调节血红蛋白的清除,可防止游离血红素引起的脂质过氧化作用。另外,更为重要的是,通过CD163/HO-1通路的激活产生的胆绿素及其转化物胆红素,亦具有强大的抗脂质过氧化作用。

3.2.3 CD163 /HO-1通路的抗炎作用  关于CD163与抗炎作用有关的证据,人们首先是在一些炎症性疾病(如动脉粥样硬化、关节炎及全身系统炎症等)中,在炎症组织或血液循环的单核细胞上,发现有CD163的高表达。Ratcliffe用免疫组化技术在动脉粥样硬化斑块上证明了CD163的高表达,继而,人们通过体外培养单核细胞的方法,发现CD163的表达是受一些促炎症因子或抗炎症因子所调节的。IL-6 、IL-10和糖皮质激素可以促使CD163表达上调,而干扰素(IFN)和TNF却使其表达下调。

CD163亦可调节抗炎因子和促炎因子的表达,研究发现,这个调节过程有两种途径:(1)CD163可以直接诱导细胞内信号传导,引起一些抗炎因子的分泌, van den Heuvel等用CD163的单克隆抗体与其结合,而引起酪氨酸蛋白激酶和Ca2+依赖的信号传导,同时诱导IL-6和粒细胞-单核细胞集落刺激因子的分泌(2)或许更重要的是, CD163通过调节巨噬细胞对血红蛋白的清除,触发HO-1的高表达,降解血红素而生成CO和胆红素,产生抗炎和抗氧化作用。动物实验证明了IL-6可同时诱导CD163、HO-1和Hp同时表达上调,这至少提示了CD163与Hp、HO-1的表达在一定程度上是相互协调的。Philipp idis等亦证明, Hb∶Hp通过CD163诱导IL-10的分泌,继而IL-10引起HO-1的释放。因此, Philipp idis等提出了这样一个新的抗炎途:Hb∶Hp/CD163/HO-1/CO。CD163的抗炎作用通过HO-1而间接地被放大了。

    由于上述的CD163所具有的调节抗脂质过氧化及抗炎作用,因而它有望成为抗动脉粥样硬化治疗的新靶点,新途径。另外,由于CD163所具有的单核细胞特异性,它可以作为单核细胞的特异标志而用于一些炎症性疾病的诊断及基础研究中,它也可以作为针对单核细胞基因治疗的特异途径,而用于抗动脉粥样硬化稳定斑块治疗当中。

参  考  文  献

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