HHcy与内皮损伤.doc

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1、-作者xxxx-日期xxxxHHcy与内皮损伤【精品文档】【关键词】 高同型半胱氨酸血症 血管内皮细胞功能损伤高同型半胱氨酸血症(hyperhomocysteinemia, Hhcy)作为心血管疾病的独立危险因素的认识已经达到分子水平。国内外大量的研究已经证明Hhcy可能通过多种机制引起血管内皮细胞(vascular endothelial cell, VEC)功能损伤，最主要的通过氧化应激(oxidative stress, OS)机制导致一氧化氮(nitrogen monoxidum, NO)浓度降低及功能减退，同时通过内质网应激(endoplasmic reticulum stress,

2、 ERS)机制诱导细胞凋亡(programmed cell death, PCD)、未折叠蛋白反应(unfolded protein response, UPR)、影响脂质代谢、促进炎性介质释放等其它机制最终导致VEC功能损伤。 1同型半胱氨酸在机体的新陈代谢同型半胱氨酸的生成同型半胱氨酸(homocysteine, Hcy)在正常机体是通过蛋氨酸(甲硫氨酸)循环(methionine cycle, MC)来实现其生物合成和代谢，其分子中含有S甲基，通过各种转甲基作用可以生成多种含甲基的重要生理活性物质并参与蛋白质的合成，因此具有重要的生理 意义。在其转甲基之前，必须在甲硫氨酸腺苷转移酶的催化

3、下与三磷酸腺苷反应生成S腺苷甲硫氨酸，后者中的甲基是高度活化的，称为活性甲硫氨酸，可在甲基 转移酶的作用下将甲基转移给另一种物质使其甲基化，而本身转变为S腺苷同型半胱氨酸(Sadenosylhomocysteine, SAH)，进一步脱去腺苷生成Hcy。同型半胱氨酸的代谢同型半胱氨酸的再甲基化N5,N10亚甲基四氢叶酸在N5,N10亚甲基四氢叶酸还原酶(methylene tetrahydrofolate reductase, MTHFR)的作用下还原为N5甲基四氢叶酸，后者在甲硫氨酸合成酶(methionine synthetase, MS)的催化下为Hcy提供甲基形成蛋氨酸(methion

4、ine, Met)，此即前述的MC，而Vit B12是MS的辅酶。同型半胱氨酸的转硫化途径Hcy可与丝氨酸在胱硫醚合成酶(cystathionine betasynthetase, CBS)的催化下缩合成胱硫醚，胱硫醚再裂解为半胱氨酸(cysteine, Cys)和酮丁酸，酮丁酸再转再变成琥珀酸单酰辅酶A，其通过三羧酸循环生成葡萄糖，该途径为转硫化途径，而Vit B6是CBS的辅酶。转硫化途径不仅合成了Cys，还能减少甲基转移过程中过剩的Hcy。若体内Hcy代谢所需酶或辅酶缺乏致使Met代谢发生障碍时均可 导致Hhcy，除此以外，如Met摄入过量、排泄障碍、药物影响、肾脏损伤等均可引起 Hhc

5、y。叶酸(folic acid, FA)、Vit B6及Vit B12均参与了Hcy的代谢途径，是其中的关键辅酶，对于Hhcy的患者，增加FA、Vit B6及Vit B12的摄入或相应的药物治疗，促进Hcy代谢是传统的治疗方法1-5。 2高同型半胱氨酸血症导致血管内皮细胞功能损伤的机制氧化应激机制Hansrani等6给小鼠饲以Hhcy饮食10周诱导动物模型，测量主动脉环对去氧肾上腺素(phenylephrine, Phe)的收缩反应及对乙酰胆碱(acetylcholine, Ach) (内皮依赖性)和硝普钠(sodium nitroprusside, SNP) (非内皮依赖性)的舒张反应，发现

6、Hhcy小鼠主动脉环对Phe的收缩反应明显增强，而对Ach的舒张反应明显减弱，但对SNP的舒张反应与对照组无异， 提示VEC对内皮依赖性的血管舒张作用(endothelium dependent dilation, EDD)明显受损，证明VEC功能受到损害。Tasatargil等7将上述实验作用于荷兰猪的肺动脉得出完全相同的结果。其可能的分子机制 为：Hcy在自身氧化过程中，可产生超氧化物阴离子、过氧化氢(hydrogen dioxide, H2O2)及羟基等活性氧物质(reactive oxygen species, ROS)，其可与NO反应，加速NO的氧化失活，降低NO的生物利用度；Hcy

7、本身也能与NO反应，为降解Hcy的重要途径之一，直接导致NO浓度降低， 使EDD明显受损；Hcy还能使低密度脂蛋白自身氧化，生成氧化修饰低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein, OXLDL)，而后者可被巨噬细胞摄取并转变为泡沫细胞导致VEC功能的进一步受损，同时可影响一氧化氮合成酶(nitric oxide synthase, NOS)的表达，进一步使NO合成减少89。但是Jin等10研究发现，Hhcy处理6 h后，VEC对L精氨酸的摄取增加了34%，但处理24 h后对其摄取反而减少了25%，表明在624 h期间，Hcy可能引起细胞膜的超极化，而负电荷促

8、进了VEC对其摄取；Hhcy处理24 h后，发现细胞精氨酸转运蛋白(cellular arginine transporter protein, CAT1)的表达明显减少，而VEC的NOS的浓度及其基本活性并没有发生改变，但是NO的生成还是明显的减少了；同样也发现Hcy使EDD减弱，提示 Hcy减少NO生成并诱导VEC功能紊乱并不是通过改变NOS的浓度或者活性，而是通过降低CAT1的表达和功能来实现的。Ohashi等11研究 提示Hcy不仅通过产生超氧化物阴离子，抑制VEC增值损伤其功能，还完全阻断了人参皂甙Rb1对VEC的保护作用。相应的有研究证实人参皂甙Rb1可有 效地阻断Hcy通过OS导

9、致的EDD受损，同时阻断了超氧化物阴离子的产生和NOS的下降12。以上均提示OS机制可能是Hcy致病的关键。内质网应激机制Hossain等13的Hhcy模型发现Hcy可引起VEC的ERS和PCD。Hcy可诱导VEC的T细胞死亡相关基因51的表 达，而ERS诱导真核细胞翻译起始因子2的磷酸化对该基因的转录激活是必须的，同时其过分表达还可以引起细胞形态学的显著变化，减少细胞黏附，促进 PCD。Hcy以剂量依赖性的方式诱导Fas基因上调导致PCD，还可抑制caspase8抑制剂的表达；另外研究发现腺病毒介导的转染抑制了Hcy诱 导的Fas基因表达，破坏了Hcy介导的caspase8抑制剂下调保护了V

10、EC，证明Fas基因上调和caspase8抑制剂下调是Hcy诱导 VEC发生PCD的途径之一14。过度的ESR还导致了细胞色素C的释放及caspase8和caspase9 的激活，后者通过诱发和加速DNA断裂引起PCD，表明caspase8和caspase9的激活是ERS诱导PCD的主要环节15。Hcy导致 产生未折叠蛋白的机制并不明确，可能是Hcy代谢产生Hcy硫代内酯，在内质网进一步生成NHcy蛋白，其本身还可在内质网内与其他蛋白质参与二硫化 物交换反应，而上述两个过程导致生成错折叠蛋白，例如血栓调节蛋白、血管假性血友病因子等；同时还发现Hcy硫代内酯引起的ERS和PCD的作用强于 Hcy

11、，提示NHcy蛋白可能是导致错折叠蛋白生成的主要原因16。Gargalovic等17在动脉粥样硬化病变部位发现了氧化的1软脂酰 2花生甙3甘油磷酰胆碱的积聚，间接提示VEC存在慢性炎症反应；同时发现该物质可引起主动脉VEC发生ERS和UPR，而UPR介导了血管炎 性反应和引起VEC功能紊乱。Hcy诱导的ERS直接促进了体细胞、肝细胞、VEC和主动脉平滑肌细胞中胆固醇和甘油三酯的合成及激活UPR18。研 究还发现，VEC中泡沫细胞的数目的增加及脂质的聚集使得H2O2和OXLDL的浓度同样增加；Hcy通过有选择性的增加了DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase 1, DNMT1

12、)的活性催化了细胞外超氧化物歧化酶的DNA甲基化从而降低其活性，加速了泡沫细胞的进展19。不仅如此，Hcy还可降低载脂蛋白AI 及其mRNA和启动子活性20。Hcy可诱导产生多种炎性介质。Hcy可诱导单核细胞趋化蛋白的表达，加强单核细胞与VEC的连接，填充细胞间的空 隙；另外还可使T淋巴细胞和中性粒细胞的化学趋化因子IL8的表达增加，而两者表达增加是通过激活NFkB来实现的，从而刺激产生多种血管活素、化学 增活素、白细胞黏附分子和造血生长因子4。Carluccio等21也证实Hcy介导了NFkB的激活，同时发现抗氧化剂能阻断该过程。大量研 究证明Hcy使VEC产生ROS引起OS和减少细胞内NO

13、水平，同时诱导ERS促进VEC损伤导致PCD、脂质聚集和炎症介质的释放如 NFkB，IL1，IL6和IL8等22。其它机制Chang等23发现Hcy减慢VEC的增殖和诱导PCD，因此破坏了VEC的完整性；对人冠状动脉和牛动脉VEC给予具有促进有丝分 裂和抗PCD特性的成纤维细胞生长因子2(fibroblast growth factor2, FGF2)后，Hcy表现出时间和浓度依赖性的降低其mRNA和蛋白的水平，而且当Hcy浓度达到500 mmol/L以上后，可影响血管内皮生长因子的表达；同时还发现百日咳病毒和G蛋白信号抑制剂可使Hcy诱导FGF2水平下调的能力明显减弱，提示Hcy 通过改变D

14、NA甲基化启动因子和抑制FGF2转录相关的G蛋白介导通路损伤了VEC。Jamaluddin等24证实Hcy通过降低DNMT1的活 性及通过腺病毒相关蛋白脱甲基作用导致其染色质重塑，通过低甲基化机制阻断细胞周期及内皮再生从而选择性的抑制腺病毒相关蛋白的转录及VEC的生长，而腺 病毒转导DNMT1 基因表达后可抑制Hcy 的负性作用。Sen等25发现Hcy可刺激产生细胞间黏附分子和血管细胞黏附分子，增加了型胶原蛋白的合成，促进了基质金属蛋白酶9(matrix metalloproteinase9, MMP9)基因的表达并激活其蛋白活性，对VEC进一步给予SAH水解酶或转染CBS基因后，上述反应均被

15、抑制。Langheinrich等26对 SAH水解酶的研究也认为，其不仅具有时间依赖性的降低Hcy水平的作用，还可减少VEC对上述黏附分子抗原及RNA的表达，故可用于抗Hhcy。Hcy 可通过竞争性的抑制氨基丁酸(aminbuturic acid, GABA)受体和作为兴奋性神经递质增加了微血管的通透，同时诱导了丝状肌动蛋白的生成；在通过GABA和蝇蕈醇的治疗后，发现Hcy诱导的VEC对牛血 清白蛋白的通透性明显降低，而MMP9或细胞外信号调节激酶(extracellular signalregulated kinase, ERK)的活性抑制剂也可使Hcy诱导的VEC通透性恢复到基线水平，表明

16、Hcy通过GABA受体的抑制作用和丝状肌动蛋白的生成增加了VEC通透性，其 中MMP9和ERK也参与了这个过程27。Moshal等28研究也认为Hcy诱导VEC产生MMP9，Ca2+及Ca2+依赖性的蛋白激酶 C参与了Hcy诱导的ERK激活，而ERK的磷酸化可以被百日咳病毒所抑制，提示G蛋白偶联受体也参与了该过程。另外，Maeda等29发现Hcy还 可特异性的以剂量和时间依赖性的方式促进巨噬细胞对血管内皮生长因子RNA的表达及其分泌，最终损伤VEC，而其他的含硫物质如Met和Cys却没有上述 作用。Alroy等30对X综合症的研究发现，MTHFR基因C677T的变异率较高可影响Hcy代谢，导致

17、Hcy水平升高，引起VEC功能损伤，而 FA可降低Hcy浓度改善VEC功能。总之，Hcy通过各种不同的机制导致VEC功能损伤，各种机制之间相互作用、相互影响，但现仍有许多环节不甚明朗， 有待进一步深入研究。【参考文献】 1Liao D, Tan H, Hui R, et al. Hyperhomocysteinemia decreases circulating highdensity lipoprotein by inhibiting apolipoprotein AI Protein synthesis and enhancing HDL cholesterol clearanceJ. C

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