端粒、端粒酶在动脉粥样硬化病理进展中的作用
发表时间：2011-12-08 浏览次数：535次
作者：王钢 作者单位：广州军区广州总医院老年内一科，广东 广州 510010
【关键词】 端粒,端粒酶,动脉粥样硬化
端粒是真核细胞染色体末端的一种特殊结构;其长度随机体年龄增大而进行性缩短，触发体内细胞老化。衰老作为动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)的发病因素之一，其带来的血管细胞老化及功能障碍在AS的病理发生、发展中起重要作用[1]。目前，越来越多的研究表明;血管细胞内端粒功能及端粒酶活性的增龄性变化，在AS的病理演进中占有重要地位。
1 端粒、端粒酶概述
端粒是真核细胞线性染色体末端的一种由非编码，富含G的DNA短串联重复序列(人端粒短串联DNA重复序列为5’-TTAGGG-3')及端粒结合蛋白组成的特殊结构。它通过形成发夹折叠的2级结构，起稳定染色体末端、防止染色体基因丢失以及参与细胞核染色体定位、基因表达等作用。真核细胞每次分裂时，在新复制合成的染色体DNA链末端留下一个空缺，即丢失一段端粒，这些丢失的端粒DNA重复由端粒酶(telomerase)来修复重建。端粒酶主要由端粒酶 RNA(telomerase RNA，TR)、端粒酶相关蛋白(telomerase protein，TP)和端粒酶逆转录酶(telomerase reverse transcriptase，TERT)组成。其中，TR是端粒酶合成端粒DNA重复序列的模板RNA;而TERT作为端粒酶的活性中心，它磷酸化后发生细胞核转位为端粒酶发挥功能所必需。大多数体细胞端粒酶活性缺乏;故细胞分裂、染色体复制后留下的端粒DNA逐渐缩短。当端粒缩短到一定程度时，启动细胞老化或细胞凋亡，因此，端粒被认为是生物体DNA上的“分子钟”。
2 血管细胞内端粒、端粒酶的变化在AS中的病理意义
AS以血管内皮细胞(VEC)受损、功能障碍为起始，继而血浆脂质侵入内皮下;导致局部血管壁单核/巨噬细胞、血管平滑肌细胞(VSMC)内膜下迁移、过度增殖、吞噬脂质及分泌多种炎性因子;进而引发血管壁局部由淋巴细胞、单核/巨噬细胞等多种炎症细胞参与的慢性血管炎症。研究表明，AS斑块病理变化中伴有血管细胞更新加快，其细胞内端粒酶功能发生衰老性变化，导致端粒进行性缩短，造成细胞老化及功能异常，从而加速AS斑块的病理演进[2]
2.1 AS斑块内VEC的端粒及端粒酶功能变化
VEC通过保护血管壁防止血脂浸润、血小板聚集，合成内源性血管舒张因子NO，以及对抗氧化应激等作用，来发挥血管内皮保护效应。而血流切变应力、血脂异常、高血糖、氧化应激及炎症因子等病理因素通过损伤VEC、加速其老化，来启动AS的病理发生、发展。
利用酸性β-半乳糖苷酶染色方法显示细胞老化进行研究发现[3，4]，缺血性心脏病尸检患者的冠脉AS斑块老化细胞成分为VEC;而冠心病患者冠脉内皮细胞的端粒缩短较无冠心病的健康人明显。进一步体外细胞培养研究则显示，抑制端粒功能可诱导人主动脉内皮细胞(huma aortic endothelial cells，HAECs)老化，而诱导端粒酶活性后，HAEC细胞寿命延长，其老化特征亦有所减少。提示，AS斑块内VEC发生由端粒缩短引起的细胞老化及功能障碍，从而参与AS的病理发生、发展。
在血流切变力高的动脉区域，VEC受损后更新速度增快，其胞内瑞粒损耗亦明显加快[2]。而内皮祖细胞(endothelial progenitor cell，EPC)作为来源于骨髓的VEC前体母细胞，通过动员、归巢至受损血管处，加速受损血管的重新内皮化，来维持血管内膜的完整性，从而延碍AS的病理演进。近年来研究显示，EPC的功能及数量与冠状动脉病变危险性之间密切相关。对EPC体外培养实验显示[5-7]，血管紧张素Ⅱ(Ang-Ⅱ)、氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)及同型半胱氨酸(Hcy)均可通过减弱端粒酶活性，加速EPC老化，进而抑制 EPC增殖。此外，C-反应蛋白(CRP)作为前炎症因子，可破坏 EPC 细胞内抗氧化能力，并抑制端粒酶活性，促使EPC易于凋亡，从而阻碍受损内皮的再生;加速AS病理进展[8]。
氧化应激可使活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)生成增加，后者诱导TERT从细胞核向胞浆转位，从而使端粒酶修复端粒的功能丧失，促使端粒缩短，加速内皮细胞老化[9]。 而谷胱甘肽依赖性氧化还原体系的稳态，在维护内皮细胞内端粒完整性及功能中亦扮演关键角色，该体系的破坏引起细胞内端粒完整性丧失;可能是慢性氧化应激诱发细胞老化的触发因素[10]。此外，非对称二甲基精氨酸(asymmetric dimethylarginine，ADMA)作为体内一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)的内源性抑制物，可能通过抑制 NOS、减少NO合成，进而减弱端粒酶活性、;加速端粒缩短，来抑制内皮细胞增殖、加速内皮细胞老化;而L-精氨酸作为NOS合成NO生成的前体底物，可增强端粒酶活性，来延缓由ADMA诱导的内皮细胞老化[11，12]。
研究发现[13]，磷脂酰肌醇-3激酶(phosphatidylinositol-3 kinase，PI-3K)/Akt信号通路在调节端粒酶活性过程中发挥着重要作用。抑制 PI-3K或 Akt的显性、失活均可显著减少端粒酶活性，而一些促AS形成的刺激，如ox-LDL可导致Akt的灭活，进而减弱端粒酶活性，最终促进内皮细胞的老化，参与 AS病理进展。
2.2 AS斑块内VSMC的端粒及端粒酶功能变化
血管内皮受损后诱发动脉壁中层VSMC迁移至内皮下过度增殖，并吞噬管壁沉积的脂质，形成泡沫细胞以及分泌多种炎性因子，从而促进AS成熟斑块的病理演进;而晚期AS斑块中VSMC发生功能老化及细胞凋亡，诱发斑块不稳定性破裂。研究显示，VSMC表达少量端粒酶，并易受分裂原刺激诱导，VSMC胞内端粒及端粒酶的变化与AS病理发展密切相关。
体外细胞培养研究显示[14]，VSMC内的端粒酶活性与细胞增殖活性相关，而抑制其活性可减少 VSMC生长。提示，端粒酶在VSMC增殖中占有重要地位，而端粒酶中TERT的磷酸化修饰是端粒酶活化，造成VSMC增殖的重要机制。如研究显示[15]，缺氧可诱导VSMC内TERT的表达与磷酸化，进而激活端粒酶，以稳定细胞内端粒，最终促使VSMC持续生长。从而参与缺氧诱导的血管壁结构重建。
然而，VSMC内端粒功能变化在 AS病理中的作用亦有不同的研究结论。有研究发现[16]，在 AS斑块纤维帽处的VSMC表现出老化特征，其端粒明显短于来源于正常血管及斑块内血管中膜的VSMC内端粒，且其长度缩短与 AS的病变严重程度相关。进一步研究显示，这些老化 VSMC表达细胞周期负调控因子-细胞周期蛋白依赖性激酶抑制物(cyclins-dependent kinase inhibitors，CDKIs)p16及p21，而氧化剂在体外减少VSMC内端粒酶活性并使端粒缩短，从而诱导细胞老化。提示，AS斑块内VSMC的端粒缩短可引起VSMC的细胞老化，加速AS斑块病理进展，而端粒酶的表达可延缓VSMC老化。
因此，处于不同阶段AS斑块及AS斑块不同部位的 VSMC内端粒及端粒酶可能发生不同变化。推测端粒酶过度激活引起迁移至血管内皮下的VSMC过度增殖，从而参与AS斑块早期病理变化;而进展期AS斑块内VSMC的进行性老化亦可能加速AS斑块的病理演进。
2.3 AS斑块内其他细胞的端粒及端粒酶功能变化
目前研究表明，AS本质为一种免疫反应介导的多种炎症细胞参与的慢性血管炎症病变。通过高胆固醇饲养造成Apo-E基因缺失小鼠形成 AS进行研究发现[17]，与Apo-E基因缺失而端粒酶基因表达完整的小鼠相比，Apo-E基因及端粒酶基因双重表达缺陷的小鼠体内端粒损耗显著，而 AS斑块明显缩小，推测这种 Apo-E基因及端粒酶基因双重表达缺陷的小鼠体内端粒酶活性丧失引起端粒缩短，可能阻碍浸润至AS斑块局部的淋巴及单核细胞增殖，从而阻碍AS的病理进展。因此，血管壁不同细胞内端粒酶及端粒的功能变化，可对AS病理进展产生不同作用。
值得提出，研究发现[18，19]，高血压患者体内白细胞的端粒长度与其发生颈动脉AS斑块易感性相关;而葡萄糖耐量受损(IGT)及糖尿病患者体内白细胞内端粒长度显著小于无糖代谢异常的对照人群，且伴有 AS斑块的糖尿病患者体内白细胞端粒长度缩短更为显著。此外,冠状动脉性疾病(CAD)患者体内白细胞的端粒长度显著小于年龄、性别匹配的无CAD对照人群;而合并高脂血症、糖尿病的CAD患者体内白细胞的端粒更短[20]。提示，机体细胞内端粒的缩短、损耗，与高血压、脂肪代谢紊乱及糖代谢异常等AS发病危险因素密切相关，从而使机体对AS更加易感。
3 端粒及端粒酶在AS的治疗意义
研究发现[21]， 抗血小板药物阿司匹林，可增加内皮细胞端粒酶活性，并通过抑制 ADMA释放及增加ADMA降解，来逆转ADMA对NOS的抑制，从而减少ROS对端粒酶的抑制;而抗氧化剂N-乙酞半胱氨酸可降低伴随机体细胞衰老产生ROS的水平，进而阻碍ROS诱导的TERT核外转位及其引起的端粒酶功能丧失，最终抑制内皮细胞老化[9]。此外，如前所述，EPC可通过加速受损血管的重新内皮化，来延缓AS的病理演进，而他汀类降脂药阿托伐他汀(atorvastatin)可逆转ox-LDL及Hcy对EPC细胞内端粒酶活性的抑制，进而阻碍EPC老化而产生抗AS效应[16，7];而 Ang-Ⅱ1型受体拮抗剂缬沙坦(valsartan)与超氧化物歧化酶则通过逆转Ang-Ⅱ对EPC内端粒酶的抑制作用，而延缓EPC老化而产生抗AS效应[5]。
作为胰岛素增敏剂噻唑烷二酮(TZDs)药理作用的靶受体，过氧化物酶体增殖物激活受体-γ(PPAR-γ)激活后，可通过减少VSMC内TERT表达，进而抑制端粒酶表达及其活性，最终抑制 AS斑块病理演进中的 VSMC过度增殖[22]。
绝经后妇女。血管疾病危险增加，表明雌激素具有抗AS作用。研究发现[23]，雌激素及雌激素受体调节剂雷洛昔酚(raloxifene)可上调内皮细胞的端粒酶活性，而延缓AS的病理发生。
4 结语及展望
作为细胞老化标志之一，端粒及端粒酶的功能变化与AS病理演进密切相关。因此，抗血管细胞老化正逐渐成为AS治疗的一个新策略[1]。进一步阐明血管细胞老化机制，从而针对AS病理中不同血管细胞内端粒及端粒酶的功能进行基因靶向调控，可能为防治AS带来新的希望。
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