炎症生物标志物和分子影像学技术在动脉粥样硬化易损斑块评价中的应用

刘凡，邵宏元

动脉粥样硬化是一种血管壁的慢性炎症性疾病，其中炎症细胞可通过产生基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）而降解细胞外基质并削弱纤维帽，从而形成易损斑块［1］。易损斑块在临床上定义为易破裂、血栓形成和快速进展的动脉粥样硬化斑块［2-3］，具有较大的脂质核、大量炎症细胞、少量平滑肌细胞、薄纤维帽、微钙化、斑块内出血、新生血管和坏死核等特征［4］，可导致栓塞事件发生。因此，评估动脉粥样硬化斑块稳定性对预防无症状患者心脑血管疾病的发生至关重要。血清炎症标志物及分子影像学可监测与动脉粥样硬化易损斑块相关的生物过程，可在一定程度上反映斑块稳定性。本文主要综述了炎症生物标志物和分子影像学技术在动脉粥样硬化易损斑块评价中的应用。

1 炎症生物标志物

炎症可引起动脉粥样硬化易损斑块破裂，在此过程中部分生物标志物从病变环境中扩散至血液循环，另外一些生物标志物在病理状态下可能增高，二者均会导致斑块脆性增加。因此，使用炎症生物标志物检测潜在的不稳定型动脉粥样硬化将为无症状动脉狭窄患者治疗方案的制定提供参考。

1.1 MMP MMP是锌内肽酶超家族成员，由内皮细胞、血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cell，VSMC）、成纤维细胞、成骨细胞、巨噬细胞、中性粒细胞和淋巴细胞等分泌［5］，其通过促进细胞外基质蛋白降解、参与VSMC迁移而导致斑块不稳定［6-7］、破裂并继发血栓形成。根据基质和结构域组织可将MMP分为28种亚型［6］，现就MMP-2、MMP-9、MMP-14 3种亚型进行简述。

1.1.1 MMP-2和MMP-14 MMP-2和MMP-14水平在易损斑块中升高，其可能是识别易损斑块的有价值的炎症生物标志物。GUO等［8］取人颈动脉内膜切除术后颈动脉斑块，通过超声和组织学分析将其分为稳定组和易损组，采用反转录-定量聚合酶链式反应和免疫印迹法分别检测MMP-2、MMP-14的mRNA、蛋白质水平，采用免疫组化法定位稳定斑块和易损斑块中的MMP-2和MMP-14，结果表明，易损斑块中MMP-2、MMP-14的mRNA、蛋白质水平均升高，二者主要分布在易损斑块破裂区。

1.1.2 MMP-9 MMP-9可以作为预测动脉粥样硬化斑块不稳定的生物标志物。组织病理学研究表明，MMP-9主要分布在肩部区域、坏死核心和动脉粥样硬化斑块的纤维帽中，炎症细胞可将大量MMP-9释放到斑块组织中，然后降解细胞外基质，形成薄纤维帽并导致斑块不稳定。既往研究表明，不稳定斑块中的MMP-9水平和活性高于稳定斑块，且血液循环中高水平MMP-9与不良心脑血管事件密切相关［9］，缺失MMP-9基因、抑制MMP-9表达或活性可有效稳定斑块。

1.2 含Ⅰ型血小板结合蛋白基序的解聚蛋白样金属蛋白酶（a disintesrin and metalloprotease with thrombospondin type Ⅰmotifs，ADAMTS） ADAMTS家族由19种蛋白酶组成，具有对抗细胞外基质蛋白水解活性的作用，在炎症、凝血、血管生成等多种生理过程中发挥着重要作用。

1.2.1 ADAMTS4 ADAMTS4通过降解纤维帽连接成分多功能蛋白聚糖的细胞外基质而使纤维帽变薄并形成易损斑块［10］。多功能蛋白聚糖是一种硫酸软骨素蛋白多糖，存在于动脉粥样硬化细胞外基质中，突出于纤维帽、斑块肩部和含有巨噬细胞的斑块边缘，对维持斑块稳定具有重要作用［11］。DONG等［12］研究表明，ADAMTS4的表达受炎症细胞因子调控，其上调与促炎症反应和基质细胞死亡有关，晚期斑块炎症反应可增加ADAMTS4的表达。动物实验表明，在ApoE-/-、ADAMTS4-/-小鼠动脉粥样硬化模型中，消除ADAMTS4可减少动脉粥样硬化斑块形成、形成更稳定的斑块表型［13］。

1.2.2 ADAMTS7 ADAMTS7具有蛋白水解活性，可裂解软骨寡聚基质蛋白，抑制VSMC迁移［14］。VSMC迁移是动脉粥样硬化形成和易损斑块形成的重要过程。此外，ADAMTS7还可能通过刺激炎症细胞因子和蛋白酶表达而促进炎症和基质降解，从而影响斑块稳定性［15］。LI等［16］选取326例缺血性脑卒中患者，并选取432例健康者作为对照，采用MRI检测受试者颈动脉斑块易损性，利用TaqMan实时荧光定量PCR系统对ADAMTS7单核苷酸多态性进行基因分型，结果显示，ADAMTS7的两个变异体rs7173743和rs3825807与斑块稳定性密切相关，其中rs7173743的T/T基因型（T等位基因）和rs3825807的A/A基因型（A等位基因）可有效增加易损斑块的发生风险。但ADAMTS7单核苷酸多态性在斑块中的作用及机制尚需进一步研究。

1.3 高迁移率族蛋白B1（high mobility group Box protein 1，HMGB1） HMGB-1是一种DNA结合蛋白，其在细胞外空间可促进炎症反应、组织再生和血管生成，从而促进动脉粥样硬化进展，在心脑血管疾病的发展过程中发挥着重要作用［17］。最初阶段，HMGB1在斑块形成中的功能可能是通过刺激巨噬细胞迁移和调节内皮细胞中促炎递质表达来介导的［18］。在细胞外环境中，HMGB1可通过连接Toll样受体和晚期糖基化终产物受体而发挥作用，进而增强炎症反应、趋化性、免疫及内皮细胞活化、分化［19］。

BISCETTI等［19］研究发现，相对于正常血管，颈动脉粥样硬化病变含有大量HMGB1，可促进MMP分泌，刺激VSMC表达MMP-2 mRNA。MMP通过降解细胞外基质而形成薄纤维帽，从而导致斑块不稳定。BISCETTI等［20］研究表明，HMGB1是意大利糖尿病患者颈动脉斑块易损的独立危险因素，是预测颈动脉斑块不稳定的生物标志物，也是治疗颈动脉不稳定斑块和预防卒中的可能分子靶点。

1.4 中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL） NGAL存在于人体活化的中性粒细胞颗粒中，在人颈动脉粥样硬化组织中由巨噬细胞、平滑肌细胞和内皮细胞表达，在体外其可上调促炎细胞因子表达［21］，进而引发炎症反应。NGAL与动脉粥样硬化进展有关，可参与MMP活性的调节，并与MMP-9形成稳定的复合物，阻止其失活、延长其蛋白水解活性，而MMP-9的长期活性可能会增加栓塞易感性。EILENBERG等［22］研究表明，无症状的颈动脉易损斑块患者血液循环中NGAL和MMP-9/NGAL水平明显升高，血清NGAL水平可作为检测无症状颈动脉易损斑块的生物标志物。未来，对于NGAL＞8.77×10-5g/L尤其是合并回声斑块和重度狭窄的无症状颈动脉疾病患者，可选择早期进行颈动脉内膜切除术或支架植入术。

1.5 巨细胞病毒感染 巨细胞病毒感染是一种常见的病毒感染，巨细胞病毒可释放内源性炎症因子，促进动脉血管内皮细胞黏附，加重血管损伤，进而诱导细胞增殖和凋亡受损，导致内膜-中膜厚度增加、斑块形成和再狭窄［23］。同时，巨细胞病毒感染还会影响MMP-9生成，加速细胞外基质成分降解，使巨噬细胞产生更多的MMP-9，进而导致纤维帽降解，使斑块更加不稳定，最终导致斑块破裂［24-26］。LI等［27］研究表明，人类巨细胞病毒感染增加了斑块的不稳定性，且与颈动脉粥样硬化患者血清MMP-9、TNF-α和凝集素样氧化低密度脂蛋白受体1表达上调密切相关。

2 分子影像学技术

分子影像学技术是通过靶向巨噬细胞、髓细胞和血管细胞黏附分子1等炎症成分而检测炎症反应，具有很高的特异性，可早期评估动脉粥样硬化斑块的结构和性质，可能为动脉粥样硬化易损斑块的早期诊疗带来新的契机。

2.118F-氟代脱氧葡萄糖（18F-fluorodeoxyglucose，18F-FDG）

18F-FDG是一种细胞内的葡萄糖类似物，是最强大的正电子发射断层扫描（positron emission tomography，PET）示踪剂，可用于成像斑块炎症［28］。目前，18F-FDG被认为是通过检测血管炎症和巨噬细胞负担来识别易损动脉粥样硬化斑块的无创“金标准”。

加速葡萄糖代谢是18F-FDG与PET联合检测斑块炎症的基础。活化的巨噬细胞和其他炎症细胞需要大量的葡萄糖来确保其细胞代谢。18F-FDG通过葡萄糖转运蛋白以与葡萄糖相似的途径转运到消耗葡萄糖的炎症细胞中，进入细胞后FDG被己糖激酶系统磷酸化为FDG-6-磷酸，与葡萄糖-6-磷酸不同，FDG-6-磷酸不会沿着糖酵解途径进一步代谢，故在细胞内以与其整体代谢状态成正比的方式积累［29］。但就18F-FDG血管信号而言，其似乎主要与炎症斑块中的巨噬细胞活性相关［30］。在活动性斑块内，炎症细胞的葡萄糖吸收率明显高于非炎症细胞。

采用18F-FDG-PET评估颈动脉斑块炎症程度有助于预测卒中早期复发风险。在有症状的颈动脉狭窄患者中，经颅多普勒超声检查显示微栓子信号时，斑块内FDG信号强度更高，表明斑块炎症可能促进栓塞事件发生［31］，颈动脉斑块中FDG摄取强度是卒中复发的独立预测因子［32］。

此外，由于18F-FDG能够反映活动性炎症，其摄取可能是一种很有前途的监测治疗效果的工具［33］。而他汀类药物可以减少斑块中18F-FDG的摄取，故18F-FDG成像可用于评估稳定斑块药物的治疗效果［34］。目前，有利用18F-FDG［35］研制的基于导管的血管内辐射探测器，可用于检测易损斑块。

2.2 无创光声成像 光声成像是一种新兴成像技术，其结合了光学和超声的优势，具有检测动脉粥样硬化炎症的潜力。在光声成像中，可吸收扩散光子并释放光声信号。同时，成像对比度和灵敏度与光学荧光成像一样高，能够在深部组织中进行精确的三维成像［36］。在活体光声成像中，可见光或近红外Ⅰ （650～900 nm）激发光在生物组织中发生强散射，而近红外Ⅱ（1 000～1 700 nm）激发光在生物组织中表现出弱散射［37-38］，提示降低散射可提高光声成像的深度和空间分辨率［39］。无创伤光声成像方式已被用于获得体外颈动脉粥样硬化炎症或钙化的信息［40］。Vasilis教授团队将光声技术应用于健康人颈动脉成像，并以血液作为光声信号源［41］。有基于小鼠模型的活体颈动脉血栓成像报道证实了无创光声成像检测颈动脉粥样硬化炎症具有潜在能力［42］。

研究证实，与传统红外区域（650～900 nm）［43］相比，将具有红外Ⅱ区域（1 000～1 400 nm）的半导体聚合物纳米颗粒用于光声成像减少了光散射和背景，可提供更深的组织穿透率和更高的信噪比。XIE等［44］开发了一种吸收波长为1 064 nm的抗CD36修饰半导体聚合物纳米颗粒，用于小鼠颈动脉粥样硬化炎症的活体成像，结果显示，CD36通过摄取氧化低密度脂蛋白（oxidized low density lipoprotein，ox-LDL）触发炎症反应的信号级联反应，进而参与动脉粥样硬化形成。因此，CD36可以作为一种有效的标志物来研究疾病进展。LI等［45］使用免疫组化法在存在和未存在动脉粥样硬化斑块及不同炎症严重程度的小鼠模型中验证光声成像结果，结果显示，使用光声成像技术和纳米颗粒靶向可以在体内评估颈动脉粥样硬化斑块的炎症程度，且具有无有害辐射、成本低、检测特异性高、成像对比度高、成像深度分辨率高及与临床成像模式兼容性良好等优点，血管内光声成像技术能可视化动脉粥样硬化斑块的化学成分，评估斑块易损性，具有较高的特异度和灵敏度。

2.3 MRI和靶向氧化铁纳米微粒（iron oxide nanoparticles，IONPs） MRI是一种非侵入性成像技术，具有良好的分辨率，可不使用电离辐射而产生良好的软组织对比，识别易损斑块［46］。IONPs是一种具有生物相容性和生物可降解的分子，具有低毒性，其作为静脉磁共振造影剂被广泛用于生物医学［47］。IONPs是一种磁共振成像探针，可以在巨噬细胞存在的炎症部位局部积聚，也可以通过非特异性受体介导的内吞作用改变磁场。利用这些特性，可以检测动脉粥样硬化斑块中的巨噬细胞存在［48］。巨噬细胞在动脉粥样硬化斑块形成中发挥着重要作用［49］，并参与动脉粥样硬化斑块的失稳。因此，血管中巨噬细胞丰富区域的检测可能有助于识别不稳定动脉粥样硬化斑块［50］。

将人颈动脉斑块组织中细胞黏附分子1和P-选择素作为炎症显像的MRI探针——抗体偶联超顺磁性氧化铁（superparamagnetic iron oxide，SPIO）粒子已被用于体外MRI识别和区分无症状斑块群体中潜在的高风险炎症斑块和非炎症斑块。EVANS等［46］开发了一种双成像模式，使用MRI、荧光显微镜和荧光标记的氧化铁微粒来靶向高风险炎症斑块。与SPIO相比，氧化铁微粒越大，氧化铁含量越高，故可以产生明显的MR对比效应。这种分子成像策略得益于氧化铁微粒的快速结合和目标稳定状态的维持及血液池中未结合粒子的快速清除，从而实现体内强有力的、可量化的对比效果。目前研究结果证实，MRI结合荧光标记的氧化铁微粒可能为定量评估一系列动脉粥样硬化斑块的炎症提供一种新的成像工具，可识别不稳定炎症斑块的高危亚群，为早期预防心脑血管事件提供机会［51］。

3 小结

综上所述，炎症在斑块不稳定、转化为易损斑块及随后的斑块破裂中起关键作用。动脉粥样硬化斑块引起动脉管腔狭窄或易损斑块引起急性缺血性心脑血管事件的机制有待进一步研究。目前，对动脉粥样硬化斑块稳定性的评估存在一定的局限性，尚不能实现准确的风险分层。因此，探究血液循环中斑块易损性相关炎症生物标志物和分子影像学技术的研究迫切需要增多。未来，炎症生物标志物可结合新兴分子影像学技术及早发现无症状动脉粥样硬化患者并进行干预，延缓斑块进展，避免血栓形成，预防心脑血管疾病的发生和发展。此外，免疫介导炎症调节是消除致命动脉粥样硬化的一个新方向，靶向炎症可能是治疗卒中或急性冠脉综合征的一种新方法。

作者贡献：刘凡进行文章的构思与设计，研究的实施与可行性分析，数据收集、整理、分析，结果分析与解释，负责撰写、修订论文；邵宏元负责文章的质量控制及审校，对文章整体负责、监督管理。

本文无利益冲突。