AS基礎研究進展和困境

1、1動脈粥樣硬化病理生理學研究動脈粥樣硬化病理生理學研究的進展和困境的進展和困境南華大學心血管病研究所南華大學心血管病研究所動脈硬化學湖南省重點實驗室動脈硬化學湖南省重點實驗室楊永宗楊永宗2008.11.09.2008.11.09.于湖南省生理科學會于湖南省生理科學會2動脈粥樣硬化研究歷史動脈粥樣硬化研究歷史中的重大事件中的重大事件3 1772年年，英國醫(yī)師，英國醫(yī)師William Heberden描述了描述了 “心絞痛心絞痛”癥侯群。癥侯群。19041904年德國萊比錫病年德國萊比錫病理學家理學家MarchandMarchand 提提出出:atherosclerosis4世界上第一個動脈粥樣硬

2、化動物模型世界上第一個動脈粥樣硬化動物模型 1908年，俄國病理學家Ignatowski用蛋和奶喂飼家兔引起動脈粥樣硬化病變；1913 年Anitschkow單一使用膽固醇復制出類似人的主動脈的粥樣硬化性病變，首次開創(chuàng)了AS的實驗性研究。 5LDLLDL受體的發(fā)現受體的發(fā)現 1985年 Michael S. Brown和 Joseph L. Goldstein研究并詳述了LDL受體在膽固醇代謝和調控中的關鍵作用，獲得諾貝爾生理醫(yī)學獎。Michael S. BrownJoseph L. Goldstein6世界上第一個世界上第一個apoEapoE基因敲除小鼠模型基因敲除小鼠模型n1992年Jan

3、e L. Breslow和他的同事們在胚胎肝細胞中通過同源重組的方法創(chuàng)建了apoE敲除鼠模型。這是第一個具有與人類相似的動脈粥樣硬化病變的小鼠模型。n喂飼普通飼料血漿膽固醇水平即可高達400600mg/dl。n小鼠56周齡單核細胞在血管內皮上粘附，10周后可見脂質條紋，20周后即可出現纖維斑塊，若時間較長還可見到成熟薄纖維帽、大壞死脂核的斑塊，甚至出現鈣化斑塊。 洛克非勒大學Breslow 7 NO-鳥苷酸環(huán)化酶（guanylate cyclase, GC）信號轉導途徑-cGMP生成增加，激活蛋白激酶G(PKG) 磷酸化靶蛋白發(fā)揮生物學作用。 1998年獲得諾貝爾生理醫(yī)學獎。 NO signa

4、lingRobert F. FurchgottLouis J. IgnarroFerid Murad The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1998The Nobel Prize in Physiology or Medicine in 19988當前動脈粥樣硬化領域的主導當前動脈粥樣硬化領域的主導理論：三大學說理論：三大學說n血栓形成學說（Thromobogenic Theory） n脂質浸潤學說（Lipid Infiltration Theory）n炎癥學說（Inflammatory hypothesis） 9血栓形成學說血栓形成學說（thro

5、mobogenic theory） 1841年 Carl Von Rokitansky提出血栓形成學說。他指出動脈壁內層的沉積物是源于纖維素和其他的血液成分而不是化膿的結果。后來，由纖維素和其它血液中的蛋白質變性產生了粥瘤，最后這些沉積物被一種包含有膽固醇結晶和脂質顆粒的果肉樣物質所修飾。10脂質浸潤學說脂質浸潤學說（lipid infiltration theory）動脈粥樣硬化的脂質浸潤學說（Lipid Infiltration Theory）是由德國病理學家Virchow于1863年所提出，認為動脈粥樣硬化病變主要是因血漿脂質水平增高所引起。11炎癥學說（炎癥學說（inflammator

6、y hypothesis） n1856年年Virchow指出，動脈粥樣指出，動脈粥樣硬化是動脈內膜的一種炎癥反應。硬化是動脈內膜的一種炎癥反應。n1999年，年，R.Ross綜合論述炎癥在綜合論述炎癥在As中的作用，使動脈粥樣硬化的中的作用，使動脈粥樣硬化的炎癥理論得到普遍接受。炎癥理論得到普遍接受。nAs病變不同于普通炎癥，是以動病變不同于普通炎癥，是以動脈內膜局部修飾的低密度脂蛋白脈內膜局部修飾的低密度脂蛋白沉積和內皮細胞激活為前提而發(fā)沉積和內皮細胞激活為前提而發(fā)生的動脈炎癥。生的動脈炎癥。R.Ross12存在的其他重要學說存在的其他重要學說n單克隆學說（Monoclonal hypoth

7、esis）n損傷反應學說（Response-to-injury hypothesis） n氧化學說（Oxidative hypothesis） n同型半胱氨酸學說（Homocysteine theory） n精氨酸學說（Arginine Hypothesis）n剪切應力學說(shear stress hypothesis) EARL PHILIP BENDITT13動脈粥樣硬化病理生理學研究動脈粥樣硬化病理生理學研究的重要進展的重要進展14一、動脈粥樣硬化危險因素的變動一、動脈粥樣硬化危險因素的變動 病因學方面至今未能確定始動病因。 1961年 William Kannel在Framingha

8、m研究中首次提出危險因素的概念，大面積的人群調查研究發(fā)現了許多危險因素，1983年已報道246種。 巳確認的危險因素還在不斷增加，現分為三類共達三百余種。 15動脈粥樣硬化危險因素譜在逐漸演變動脈粥樣硬化危險因素譜在逐漸演變16糖尿病與動脈粥樣硬化關系：兩大宣布糖尿病與動脈粥樣硬化關系：兩大宣布n20012001年, NCEP將糖尿病歸為冠心病的“等危癥” (risk factor equivalent ) 。n2004年紐約阿爾伯特愛因斯坦醫(yī)學院 M. Brownlee “共同土壤”學說(common soil hypothesis)指出,無論糖尿病大血管并發(fā)癥還是微血管并發(fā)癥,都有一個共同

9、的發(fā)病機制氧化應激。17二、二、ASAS臨床事件病理學基礎的確定臨床事件病理學基礎的確定n罪犯斑塊（culprit plaque）的研究n大量臨床證據表明，因為嚴重狹窄而引發(fā)的心梗只是很少一部分，大部分的心梗發(fā)生在管腔狹窄并不嚴重的斑塊破裂的血管。n心梗發(fā)生并不與冠脈狹窄程度成正比。18易損斑塊（易損斑塊（vulnerable plaque）n由檢測技術的改進，對罪犯斑塊的 詳細觀察和描述，大大促進AS病理學的研究。n 1989年，Muller描述了“動脈粥樣性斑塊變得易于破裂”的現象。1994年提出“vulnerable plaque，易損斑塊”重要概念。 Muller19易損斑塊易損斑塊的

10、病理學特征的病理學特征 n以液態(tài)膽固醇酯為主的脂質核較大，占斑塊40%以上；n多為偏心性病變；n纖維帽較薄，其厚度小于150m；n局部炎癥細胞浸潤較重，包括巨噬細胞、T淋巴細胞、肥大細胞等；n纖維帽中平滑肌細胞極少；n斑塊基底部有大量新生微血管等等。20斑塊n導致嚴重的心血管事件主要原因是斑塊破裂基礎上的血栓形成。n1984年Kistle在新英格蘭醫(yī)學雜志上首次使用動脈粥樣血栓形成一詞以描述AS斑塊發(fā)生不可預測的突然破裂，導致血小板激活和血栓形成的過程。動脈粥樣血栓形成（動脈粥樣血栓形成（atherothrombosis）21斑塊破裂繼而粥樣血栓形成斑塊破裂繼而粥樣血栓形成n破裂斑塊（70%）

11、： 狹窄性病變（20%） 非狹窄性病變（50%）n非破裂斑塊（30%）： 斑塊表面糜爛（Superficial erosion） 鈣化結節(jié)糜爛（Erosion of a calcium nodule） 未知原因 2223Pathogenesis of Acute Coronary Syndromes: The integral role of plateletsPlaqueFissure or RupturePlateletAggregationPlateletActivationPlateletAdhesionThromboticOcclusion24三、動脈粥樣硬化免疫學說的興起三、動脈粥

12、樣硬化免疫學說的興起n1999年美國免疫學家Janeway提出天然免疫的模式識別理論，強調天然免疫對獲得性免疫的指導和調控作用，指出抗原遞呈細胞是緊密連接天然免疫與獲得性免疫的橋梁。n天然免疫系統通過APC上的模式識別受體(PRR)識別病原相關分子模式(PAMP)，區(qū)別“自己”與“非己”及無害“非己”和病原體相關“非己”,并籍抗原遞呈和共刺激信號兩個環(huán)節(jié)賦予獲得性免疫識別“自己”“非己”的能力。Charles Alderson Janeway Jr. 2520012001年年HanssonHansson：ASAS開始于動脈內膜脂質修開始于動脈內膜脂質修飾產物聚積飾產物聚積引發(fā)引發(fā)天然免疫反應天

13、然免疫反應n病原微生物、oxLDL、HSPs等可以作為PAMP被TLR識別而啟動天然免疫反應。n效應細胞包括單核/巨噬細胞、NK細胞，樹突狀細胞、肥大細胞、B1細胞等；n效應分子則有炎癥介質、補體等。n最終引發(fā)血管免疫損傷，導致AS病變。26ASAS病人頸總動脈病變處病人頸總動脈病變處TLRsTLRs的表達的表達A :TLRs蛋白的免疫組化分析人的正常動脈與頸總動脈蛋白的免疫組化分析人的正常動脈與頸總動脈AS斑塊的斑塊的TLR16（棕色）的表達。（棕色）的表達。27動脈粥樣硬化的免疫調節(jié)防治策略動脈粥樣硬化的免疫調節(jié)防治策略n應用抗原刺激機體產生保護性免疫應答：ox-LDL、ApoB100抗原

14、肽免疫接種。n應用外源性抗體封閉抗原，抑制自身免疫反應：HSP60抗體抑制促炎癥的Th1細胞，減輕粥樣斑塊內炎癥反應。n接種適當的疫苗佐劑，如合成的TLR4配體-單磷酰脂質A，以阻斷TLR4等的作用。n開發(fā)受體信號轉導通路阻斷劑，阻斷信號轉導以抑制免疫效應。如綠茶中的表沒食子兒茶精3表沒食子酸酯（EGCG）能抑制TLR4通路中的IRAk1與TBK1兩種激酶，阻斷TLR4的兩條通路，減少炎癥因子、趨化因子及其黏附分子的分泌。28n AS患者血清和斑塊可檢測到oxLDL抗體。斑塊中分離出的CD4+ T 細胞可識別oxLDL。n 用oxLDL免疫兔AS病變減少50%，在apoE和LDLR敲除小鼠的研

15、究中也獲得類似結果。n 用肺炎鏈球菌感染LDLR缺乏小鼠，誘導小鼠體內高水平oxLDL抗體產生。AS病變程度降低。n 用apoB-100肽鏈免疫apoE缺陷小鼠，特異性抗體水平升高，AS病變減少60%（見右圖）。Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2003;23:879-884.Inhibition of Atherosclerosis in ApoE-Null Mice by Immunization with ApoB-100 Peptide Sequences29A: MyD88 and TLR4 deficiency reduces the extent of

16、 aortic atherosclerosisLack of Toll like receptor 4 or myeloid differentiation factor 88 reduces atherosclerosis and alters plaque phenotype in mice deficient in apolipoprotein E.Kathrisn s. Michelsen,et al. PNAS. 2004;101:10679-10684B: Quantification of plaque areas in whole aortas30四、動脈粥樣硬化干細胞假說的提

17、出四、動脈粥樣硬化干細胞假說的提出內皮祖細胞來源31Schematic representation of atherogenesis斑塊細胞的來源32內皮祖細胞置換壞死內皮細胞內皮祖細胞置換壞死內皮細胞 內皮祖細胞黏附到血管壁后，將從未成熟狀態(tài)分化為成熟的內皮細胞，形成緊密連接，發(fā)揮內皮屏障作用。33n“損傷反應學說”認為： 內皮細胞損傷由鄰近成熟內皮細胞分裂增生以修復； 動脈粥樣硬化是在各種危險因素作用下，動脈本身無法修復其損傷而發(fā)生的。 n干細胞假說認為： 血液和血管壁的干細胞參與內皮細胞的修復； 動脈粥樣硬化病變是各種危險因素對血管干細胞存活、生 長和分化的傷害而形成的。nEPC的增殖

18、能力明顯高于成熟的循環(huán)內皮細胞（50：1），內皮細胞平均壽命約120 d，而斑塊易發(fā)區(qū)其壽命只有幾周。多種危險因素均可引發(fā)內皮細胞的損傷或死亡。n動脈粥樣硬化易感區(qū)動脈分叉處，血液流變學改變，細胞缺血、缺氧，使細胞容易大面積死亡。34血管血管內膜內膜SMCSMC可能來源于可能來源于平滑肌祖細胞平滑肌祖細胞n內膜SMC的表型和基因表達形式不同于中膜SMC。n在SMC增殖導致內膜增生之前，循環(huán)單個核細胞先附著于受損動脈的腔面，在血小板衍生生長因子BB (PDGF-BB)存在時可轉變?yōu)槠交蛹毎?。n重度損傷導致中膜SMC喪失的模型上，無中膜細胞存在時也可形成新生內膜組織。n循環(huán)血和血管的中膜及外膜

19、均存在平滑肌祖細胞(smooth muscle progenitor cells，SPC)，外膜中大量SPC，可通過滋養(yǎng)血管經中膜遷入內膜。n骨髓干細胞移植實驗發(fā)現，高脂血癥動脈粥樣硬化病變的平滑肌可來源于SPC。35血管祖細胞的臨床意義血管祖細胞的臨床意義n冠心病病人外周血EPCs數量減少40%，血EPCs數量與冠心病發(fā)病率呈負相關。老年和糖尿病病人組的EPCs的數量減少,其遷移、歸巢、分化功能均明顯受限。n開發(fā)動員骨髓內皮祖細胞的藥物，補充高增殖活性的EPCs（ “supply side”策略 ），為防治缺血性疾病、糖尿病血管病變、再狹窄防治提供新思路。n按照損傷-反應學說，以前的防治策略

20、集中于消除血管損傷因素上，忽略了血管修復缺乏和骨髓干細胞退化的關鍵作用；而干細胞假說可能啟示一種新的思路，恢復骨髓產生內皮祖細胞的能力，或將外源性內皮祖細胞以修復血管，即使有損傷存在也能減慢其進程。36五、斑塊消退已成研究熱點五、斑塊消退已成研究熱點n斑塊消退斑塊消退（regression）指已經形成的AS病變逆轉為正常血管結構的過程。n對斑塊消退的不同認識。實驗室研究取得了一些可喜的結果。近有學者樂觀指出，只要改善斑塊環(huán)境，斑塊可以驚人的速度迅速消退。n促進斑塊消退的策略有三： 一是減少apoB在動脈壁中的貯留； 二是促進膽固醇等脂質從斑塊中的流出； 三是增加健康的吞噬細胞的遷入和吞噬能力，

21、促進壞死灶泡沫細胞的清除。371.1.減少apoB在動脈壁中的貯留n強化他汀降脂治療，消除危險因素。n黃酮類下調巨噬細胞上清道夫受體 CD-36 和SR-A mRNA基因的表達，阻斷清道夫受體攝取oxLDLoxLDL促進斑塊消退。n過表達apoE：將ApoE-/-小鼠（血HDL正常，ApoB增高）病變動脈節(jié)段移植入移植入野生型小鼠，或轉入人ApoA-I基因的ApoE-/-小鼠體內，5個月后斑塊中泡沫細胞消退。382.2.促進脂質從斑塊中的流出促進脂質從斑塊中的流出n以脂質池為靶標，增強逆向膽固醇轉運促進膽固醇的流出，減少血管膽固醇沉積。n磷脂酰膽堿（PC）：PC脂質體、apoA-IMilano

22、/PC復合物、人造HDL樣apoA-I/PC復合物等。n注射攜帶人apoA-I cDNA的腺病毒載體，4周后血高密度脂蛋白明顯升高，脂質條紋消退。n轉錄因子PPAR1基因治療顯著增高肝X受體、肝ABCA1表達，可促使apoE-/-小鼠斑塊消退， 4周后斑塊縮小。393.3.促進壞死灶泡沫細胞的清除促進壞死灶泡沫細胞的清除40ApoE-/-小鼠喂高脂飲食40周以使其形成動脈粥樣硬化病變。獲取這些小鼠的主動脈弓，移植入apo-/-鼠（進展組）或野生鼠（消退組）體內。9周后，獲取這些小鼠的主動脈弓，進行分析。 41增加健康的吞噬細胞的遷入和吞噬能力增加健康的吞噬細胞的遷入和吞噬能力n將ApoE-/-小鼠早期或者晚期、復雜的斑塊移植入野生型小鼠體內，能明顯降低斑塊內泡沫細胞數目。n病灶處快速消失的泡沫細胞轉移到局部和系統淋巴結，很大一部分細胞仍保留泡沫細胞的表性特征。野生環(huán)境刺激巨噬細胞表現出巨噬細胞表型和樹突狀細胞表型，有利于遷移。n消退斑塊