1、HO/CO-胆红素系统 与 动脉粥样硬化 2007解放军总医院南楼临床部 程友琴2007年8月,动脉粥样硬化是一种全身性疾病,脑动脉粥样硬化 脑缺血 脑梗死 心脏冠状动脉粥样硬化 心肌缺血 心肌梗死 外周动脉粥样硬化下肢动脉粥样硬化 下肢的缺血坏死肾动脉粥样硬化 缺血性肾脏病肠系膜动脉粥样硬化 缺血性肠病颈动脉粥样硬化 脑缺血 脑梗死,1、血脂异常 2、高血压 3、糖尿病 4、吸烟 5、遗传因素 6、体力活动减少 7、年龄 8、性别（男性） 9、酒精摄入 10、其他：,动脉粥样硬化（atherosclerosis）病因,1、肥胖 2、A型性格（性情急燥、竞争性强、 强迫成功） 3、微量元素摄取
2、失衡 4、存在增加血管通透性的因素 5、凝血因子增高 6、高同型半胱氨酸血症 7、血管紧张素基因过度表达 8、高热量、高脂肪、高糖饮食方式 9、高纤维蛋白原血症 10、血液中抗氧化物浓度低 11、PAI-1增高 12、血尿酸增高,动脉粥样硬化的发生机制,早年脂肪浸润学说 血小板聚集和血栓形成学说 平滑肌细胞克隆学说,20世纪70年代损伤-反应学说,动脉粥样硬化发生机制：损伤-反应学说,内皮功能紊乱,血管内皮 损伤,细胞间相互作用,动脉粥样 硬化形成,炎症,氧化应激,Inflammation and Atherosclerosis Novel Insights Into Plaque Forma
3、tion and Destabilization Guido Stoll, MD; Martin Bendszus, MD (Stroke. 2006;37:1923-1932.),In this review, we focus on recent advances in our knowledge of scavenger receptor regulation and signal transduction, their roles in sterile inflammation and infection, and the potential impact of these pathw
4、ays in regulating the balance of lipid accumulation and inflammation in the artery wall.,Figure 2. Frequently cited inflammatory mediators or markers (both circulating and tissue bound), targets, and therapeutic approaches shown to reduce circulating markers of inflammation. Inflammatory mediators/m
5、arkers are indicated in red; therapeutic approaches, in green. Many known inflammatory mediators and markers in the circulating blood are shown in the box.,动脉粥样硬化形成中的炎症机制,Early in vitro experiments showed that all of the major cell types found in atherosclerotic lesions (endothelial cells, smooth mu
6、scle cells, monocytes, and macrophages) produce reactive intermediatesthat oxidize LDL,动脉粥样硬化形成机制示意图,Heme oxygenase degrades heme to equimolar amounts of iron, biliverdin, and carbon monoxide. (M,methyl (CH3); P, propionate (CH2-CH2-COOH); Fe, iron;V, vinyl (CH=CH2; CO, carbon monoxide).,Bilirubin,氯
7、血红素-血红素氧合酶/一氧化碳-胆红素系统,铁蛋白(ferritin),血红素氧合酶是血红素降解的起始酶和限速酶,在生物界各物种间广泛存在在进化上高度保守,行使着重要的生理功能人类HO 有HO-1 、HO-2 和HO-3 三种同工酶 不同基因的产物可诱导型(inducible) ： 在体内广泛分布结构型(constitutive) ： 分布具有组织特异性,HO-1,HO-2,HO-3,血红素氧合酶的生物学特征,HO-1 分子量32kD ,热休克可使其表达增加,属热休克蛋白( heat shock protein ,HSP) 家族,故又称HSP-32 HO-1 广泛存在于各种细胞的微粒体内,但在
8、肝、脾、骨髓及网状内皮系统中活性较高,多种能引起氧化应激的因素如缺氧、氧自由基、血红素、重金属离子、内毒素和炎症因子等均可使其表达上调 多种细胞培养和动物实验均表明HO-1 具有细胞保护作用,在机体拮抗氧化应激过程中担当重要角色,HO-1 表达的上调是对外界损伤的一种防御反应 HO-1 在心血管、呼吸、消化、内分泌、免疫等 系统中均有作用,HO-2 分子量36kD ,在氨基酸序列上与HO-1 有43 %同源性 主要分布在神经元、睾丸、VSMC 及内皮细胞 HO-2 表达相对恒定,目前所知,只有肾上腺皮质激素可增加其表达,因此推测它主要在机体正常生理状态下发挥调节作用HO-3 分子量33kD ,
9、在氨基酸序列上与HO-2有90 %同源性 主要分布在脑、肝、脾、心、肾和睾丸 目前尚未发现血管系统中有HO-3 分布,其生理意义尚待研究,HO/CO-胆红素系统三个产物生物学作用,CO 调节血管张力、抑制血管平滑肌细胞(VSMC) 增殖抑制血小板聚集 胆红素 抗氧化促进VSMC 凋亡抑制血管壁炎症反应铁蛋白 通过减少细胞内铁沉积而抗凋亡,HO-1/CO-胆红素系统,抗氧化应激 抗炎症损伤 抗细胞增殖 抗调亡 抑制血小板聚集 调节血管张力 细胞内信号转导,抗动脉粥样硬化,HO/CO-胆红素系统与动脉粥样硬化,1、血胆红素水平与动脉粥样硬化的关系 2、HO-1启动子多态性与动脉粥样硬化的关系 3、
10、对HO-1的药理学调控对动脉粥样硬化的影响 4、HO-1基因治疗对动脉粥样硬化的作用,1、正常血管内皮细胞和VSMC 中只有极少量HO-1 表达2、在大鼠、家兔动脉粥样硬化模型中发现粥样斑块中有HO-1 表达3、通过分析人类冠状动脉旋切术获得的粥样硬化斑块,证实斑块中的内皮细胞、泡沫细胞、VSMC 中均有HO-1 高表达 提示HO-1 可能在动脉粥样硬化的发生发展中起作用,“天生我才必有用”,血液胆红素水平与动脉粥样硬化,（1）胆红素的抗氧化作用 （2）低血胆红素水平与冠心病 （3）胆红素治疗冠心病 （4）高血胆红素与冠心病,血液胆红素水平与动脉粥样硬化,（1）胆红素的抗氧化作用 （2）低血胆
11、红素水平与冠心病 （3）胆红素治疗冠心病 （4）高血胆红素与冠心病,“胆红素 - 谜一样的分子”,只要它在体内的含量稍稍高于正常，就有利于健康； 可以使新生儿更加聪敏； 但它又是新生儿大脑损伤的罪魁； 胆红素作为抗氧化剂的潜力如此巨大，完全可以取代谷胱甘肽 细胞中胆红素含量很少，约比氧化剂含量少一千倍； 一个谷胱甘肽只能消耗一个氧化分子但一个胆红素分子能对付10，000个氧化分子 作为保护细胞免受氧化胁迫的一条最佳途径胆红素可能是进化的最重要产物。美国国家科学院院刊2002年11月28日,Mayer 等(2000) 通过实验及大规模流行病学调查表明 1、血清胆红素可抑制脂质过氧化和氧自由基生成
12、 2、胆红素抗氧化活性比生育酚、维生素C 更强 3、并发现血清胆红素浓度与冠心病患病率呈负相关 美国Framingham 心脏研究是国际上著名的心血管疾 病临床流行病学研究,最近,该研究的后续工作发现低血清胆红素水平者易患冠心病 目前尚未将血清胆红素水平低下列入心血管疾病的独立危险因素,N euzid 等发现机体消耗掉体内的抗坏血酸和胆红素等内源性抗氧化剂后,在脂蛋白氧化修饰的开始即给予补充白蛋白结合型胆红素或非结合胆红素, 均可以明显阻断氢过氧化物的形成, 而补充相当剂量的白蛋白却无此作用。,胆红素的抗氧化作用与白蛋白结合的胆红素进入血管壁, 在血管壁处阻止由巨噬细胞释放的氧自由基引起的损伤
13、和血管壁处LDL 的氧化, 从而阻止动脉粥样硬化的关键环节。当血清胆红素浓度降低时, 它就不能有效的抑制LDL 的氧化修饰, 从而使体内oxLDL 浓度升高, 进而发生上述由oxLDL 引发的一系列损伤反应, 促进粥样斑块的形成。,胆红素能反馈性增加血红素氧化酶的活性 血红蛋白作为一氧化氮的清道夫, 能减弱一氧化氮的血管舒张作用、调节血小板的功能以及防御感染等有益作用。胆红素通过反馈性增加HO 的活性增加血红蛋白的降解, 从而减少一氧化氮的清除, 防止动脉粥样硬化进程。,HO/CO-胆红素系统与动脉粥样硬化,HO-1基因与冠心病,在人类HO-1 基因启动子有一双核苷酸( GT) n重复序列(微
14、卫星) ,由于不同个体GT 重复次数不同,因而在人群中具有高度多态性,体外转基因实验表明这一多态性影响HO-1 的转录水平,GT 重复次数少者HO-1 基因对各种诱导剂的反应性增强而转录增加;相反,GT 重复次数多者则HO-1 表达减少。,Chen YH 等将474 名合并冠心病的2 型糖尿病患者与322 名单纯2 型糖尿病患者进行比较,发现2 型糖尿病合并冠心病者,携带L 等位基因(定义为GT 重复32 次) 的频率高于单纯2 型糖尿病患者。 该研究首次表明人类HO-1 多态性与冠心病相关,提示GT 重复次数多的2 型糖尿病患者可能由于HO-1 表达不足而增加合并冠心病的危险性。Chen Y
15、H , Lin SJ , Lin MW , et al. Microsatellite polymor-phism in promotor of heme oxygenase-1 gene is associated with susceptibility to coronary artery disease in type 2 diabetic patients. Hum Genet , 2002 , 1118.,上调HO-1/CO-胆红素是否可以 对抗动脉粥样硬化,Ishikawa 等应用高胆固醇饮食喂养敲除低密度脂蛋白受体基因的小鼠诱发动脉粥样硬化, 若同时使用HO-1 诱导剂 Hemi
16、n 处理小鼠,可缩小斑块面积; 而使用HO-1 抑制剂锡原卟IX ( Sn2proto2porphyrin IX , SnPP IX) 处理小鼠则可增加斑块面积,表明HO-1 抑制动脉粥样硬化的进展。Ishikawa K, Sugawara D , Wang XP , et al. Heme oxygenase-1 inhibits atherosclerotic lesion formation in LDL2re2 ceptor knockout mice. Circ Res , 2001 , 88，506512.,1、代偿cNOS生成不足及拮抗iNOS过度表达 CO 与 NO 均能GC,
17、增加细胞内cGMP 水平,进而行使舒张血管和抑制血小板聚集等作用。 虽然CO 激活GC 的能力仅为NO 的1/ 50 ,但动脉粥样硬化早期由于内皮受损,内皮细胞产生的cNOS 活性下降、产生NO 不足,这时CO 产生增多可起代偿作用。另一方面,在动脉硬化斑块中iNOS 增加、活性增强,产生大量NO 自由基,NO 自由基可促使细胞凋亡和胶原组织降解,因而加速动脉粥样硬化的进展。,HO/CO-胆红素系统抗动脉粥样硬化的机制,NO 自由基可诱导HO-1 表达增加,HO-1 可通过以下途径抑制iNOS 的生成及活性: (1) 形成有酶活性的iNOS 必需有血红素的参与,而HO-1 能降解血红素,从而减
18、少新生iNOS 合成; (2) iNOS 属于细胞色素p450 蛋白,p450 亦是HO-1 的底物,因此HO-1能降解iNOS ; (3) HO-1 源性CO 直接与iNOS 结合,使iNOS 产生NO 自由基减少; (4) HO-1 释放的铁能通过抑制核转录而抑制iNOS 生成。,HO/CO-胆红素系统抗动脉粥样硬化的机制,2、抑制VSMC 增殖 VSMC 增殖与高血压、动脉粥样硬化和血管成形术后再狭窄相关。体内或体外过度表达HO21 均能抑制VSMC 增殖。最近,Kelly 等 利用细胞周期分析培养VSMC , 表明VSMC 源性CO 以自分泌方式通过调整细胞周期使细胞停留在G0/ 1
19、期,从而抑制VSMC 增殖。,HO/CO-胆红素系统抗动脉粥样硬化的机制,3、抑制血小板聚集 血小板粘附、聚集、活化可促进粥样硬化血管内血栓形成。CO 激活GC ,使细胞内cGMP 产生增多而抑制血小板聚集和舒张血管平滑肌,维持血管通畅。利用血小板和VSMC联合培养系统,发现VSMC 源性CO 以旁分泌方式抑制血小板聚集,提示HO-1 有抗血栓形成作用。,HO/CO-胆红素系统抗动脉粥样硬化的机制,4、抗氧化 氧化损伤促进动脉粥样硬化形成,其中ox-LDL 可损伤内皮细胞及触发血管炎症。而ox-LDL 诱导内皮细胞、VSMC 以及巨噬细胞产生的HO-1 又可通过下列途径起抗氧化作用,： 清除具
20、有促氧化作用的血红素; 产生具有抗氧化作用的胆绿素和胆红素; 诱导对氧化损伤有保护效应的铁蛋白产生; CO 可抑制促进脂肪酸氧化的细胞色素p450,HO/CO-胆红素系统抗动脉粥样硬化的机制,在这些机制中,胆红素可能起最主要的抗氧化作用。 由于动脉粥样硬化是氧化物长时间作用于动脉壁的结果,所以内源性抗氧化物HO-1 可能比外源性抗氧化剂起着更重要的抗动脉粥样硬化作用。,冠心病患者的胆红素治疗,虽然直接胆红素和间接胆红素与冠心病的关系尚不完全清楚, 但试图通过补充总胆红素治疗冠心病的文章已见报道。Kontush 等证实补充外源性胆红素能降低血浆的氧化能力并预防冠心病。林青等的研究也证实了外源性补
21、充胆红素可以减轻冠状动脉粥样硬化的程度。N euzid 等也发现给予补充白蛋白结合型胆红素或非结合胆红素, 均可以明显阻断氢过氧化物的形成。但胆红素的补充能否像抗凝、降脂等治疗那样作为治疗冠心病的基石尚需进一步的研究,虽然胆红素作为冠心病的易患因素正被大家所认识, 但胆红素在预测冠心病危险程度方面尚存在很多问题。B rimer21 的研究发现血清胆红素和冠心病的发生之间存在“U ”型关系, 他们研究发现低血清胆红素( 17 ) 也是冠心病的危险因素。,胆红素与冠心病关系目前存在的问题,排除其他干扰因素(如肝胆系统疾病、贫血、心力衰竭、吸烟等) 冠脉病变严重的患者, 血清胆红素更高。因此究竟胆红
22、素水平多高最能有效预防冠心病的发生, 是直接胆红素还是间接胆红素抑或总胆红素与冠心病的关系密切尚不明确。,胆红素与冠心病关系目前存在的问题,Hunt 等对大样本的冠心病高发家族进行随机研究发现, 男性人群中胆红素降低可增加冠心病的危险性, 相反女性却不尽然。究竟胆红素在不同性别的人群中作用是否相同, 类似的研究报道不多。女性人群中胆红素水平与HDL -C 之间存在反相关系, HDL -C 对心脏的保护作用会不会在部分程度上抵消了低胆红素对心血管系统的损伤, 关于这方面的临床试验和机制需要进一步探讨。,(五) 拮抗血管壁炎症 炎症与动脉粥样硬化的关系越来越受到重视, 白细胞粘附内皮细胞及其趋化作
23、用为血管炎症启动的标志 是动脉粥样硬化早期形成过程中所必需的 Ishikawa 等(2001) 应用内皮细胞和VSMC 共同培养系统发现ox-LDL 诱导的HO-1 可通过胆红素和胆绿素抑制单核细胞的趋化作用。 Shinobu 等(1999) 应用腹腔镜观察大鼠肠系膜微血管, 发现内皮细胞过度表达的HO-1 可通过胆绿素和胆红素抑制氧化剂引起的白细胞的滚动与粘附内皮细胞。,(六) 减少血管壁铁含量 组织中铁水平升高催化脂质过氧化和Fentons 反应,促使ox-LDL 和氧自由基形成,增加患动脉粥样硬化的危险性。 铁是HO-1 产物之一, HO-1 活性增强时细胞内游离铁的产生必然增加,但同时
24、HO-1 亦通过以下途径使细胞内铁含量减少:(1) HO-1 源性铁和HO-l 本身可促进铁蛋白合成, 铁蛋白为铁储存蛋白,能扣押铁并将之清除; (2) HO-1 使位于内质网的ATP 依赖的铁泵表达增加和活性增强,从而使胞质内铁减少。 HO-1活性增加的总结果为细胞清除铁的能力增加、细胞对氧化损伤的抵抗力增强。,HO/CO胆红素系统究竟离我们有多远,Probucol targets HO-1,Rather than antioxidant activity, Wu et al. trace the antiatherogenic effect of probucol and its analogues to the induction of HO-1. CO, a product of heme degradation by HO-1, has been shown to inhibit endothelial cell apoptosis, prevent smooth muscle cellproliferation, and inhibit macrophage production of inflammatory mediators, all of which may be important in vascular protection,谢谢关注,
