高密度脂蛋白功能与动脉粥样硬化性心血管疾病相关性的研究进展

曾 跃 王振花 陈 军

1 广东医科大学,广东省湛江市 524000； 2 广东医科大学深圳宝安临床医学院/深圳市宝安区人民医院心血管内科

高密度脂蛋白(High density lipoprotein,HDL)是一种具有复杂结构的多功能复合体,具有多种脂质及蛋白成分,是被公认的抑制动脉粥样硬化(Atherosclerosis,As)进展的重要防御因素,具有介导胆固醇逆向转运(Cholesterol reverse transport,RCT)、胆固醇外流(Cholesterol efflux capacity,CEC)、抗炎、抗氧化及血管内皮保护等生物学功能。临床上常以HDL胆固醇(HDL cholesterol,HDL-C)作为衡量冠心病严重程度的负相关指标,但近年来研究发现,HDL-C与冠心病之间呈非线性相关,尽管极高水平的HDL-C与罹患风险升高相关,但稍高水平的HDL-C也与低罹患风险相关[1]。相关试验也表明,一些药物(如evacetrapib)虽然可以提高HDL-C水平,但未能改善动脉粥样硬化预后[2]。因此,个体HDL-C水平并不能解释心血管疾病的风险及预期,全面了解HDL组分和功能,而非仅仅HDL-C 水平,能更好地探讨动脉粥样硬化性心血管疾病(Atherosclerotic cardiovascular disease,ASCVD)的诊断靶标及治疗策略。

1 高密度脂蛋白组分与ASCVD相关性

1.1 载脂蛋白与ASCVD 载脂蛋白(Apolipoprotein,Apo)是HDL的主要蛋白成分,其中占主要的是ApoA-Ⅰ(约占HDL总蛋白含量的70%)以及ApoA-Ⅱ(约占HDL总蛋白含量的20%),一些HDL颗粒还含有少量的其他载脂蛋白如ApoA-Ⅳ、ApoA-Ⅴ、ApoC、ApoD、ApoE、ApoJ和ApoL等。作为载脂蛋白占比最大的亚类,ApoA-Ⅰ与ATP结合盒A1(ABCA1)脂质转运体相互作用促进胆固醇外流,还与卵磷脂胆固醇脂酰基转移酶(LCAT)相互作用促进胆固醇酯化,促使细胞磷脂和胆固醇转移到ApoA-Ⅰ,最后完成小颗粒HDL向成熟HDL过渡,是HDL生物合成的初始步骤。成熟HDL运载胆固醇酯(CE)被肝脏HDL 受体, 即清道夫受体BI (SR-BI)选择性摄取入肝细胞,在肝内转化成胆汁酸或直接以游离胆固醇形式外排到胆道。其次,血浆HDL-CE也可经胆固醇酯转移蛋白(CETP)转移至极低密度脂蛋白,进而转为低密度脂蛋白进入肝细胞代谢,最后,机体通过HDL介导胆固醇逆向转运机制,将血管壁细胞的胆固醇转运至肝脏外,从而发挥抗AS的心血管保护作用。流行病学研究发现,循环ApoA-Ⅰ浓度与CAD风险及预期呈负相关,且第一次ApoA-Ⅰ试验表明,通过对机体输注ApoA-Ⅰ Milano/磷脂复合物有可能会逆转冠状动脉粥样硬化[3-4]。CSL112是一种人血浆源性载脂蛋白A-Ⅰ，旨在通过增加胆固醇外排来降低急性心肌梗死患者在指数事件后90d内复发心血管事件的风险,已完成的2b期Apo-Ⅰ缺血综合征Ⅰ事件减少(AEGIS-Ⅰ)临床试验表明,CSL112可稳健且快速地增强胆固醇流出能力,抑制动脉粥样硬化进展,进而改善ASCVD患者预后[5]。目前,随着对载脂蛋白研究增加,更加明确载脂蛋白与ASCVD之间关系密切,是评价ASCVD风险及改善其预后的重要指标之一。

1.2 鞘氨醇-1-磷酸与ASCVD 鞘氨醇-1-磷酸(Phosphate-1-Sphingosine,S1P)是鞘磷脂中的一种生物活性代谢产物,也是HDL的主要组成成分,通过作用于内皮细胞(ECs)上的鞘氨醇激酶受体1-3(S1PR1-3)激活一系列信号级联,从而在内皮屏障维持、抗炎、抗氧化和血管生成中发挥重要作用,被认为是心血管疾病、缺血性中风、癌症和2型糖尿病疾病的潜在治疗性生物标记物[6]。当动脉粥样硬化发生时,S1P通过激活S1PR1和S1PR3促进内皮型一氧化氮合酶(eNOS)表达,增加NO分泌,保护血管内皮,起到抗动脉粥样硬化作用。其次,HDL结合的S1P通过抑制诱导型一氧化氮合酶(iNOS),参与动脉粥样硬化的炎症过程。而HDL未结合的S1P[肝细胞核因子1a(HNF1a)-/-]则会失去这种酶的抑制作用,加速促炎及促动脉粥样硬化发展,但可在重新加载S1P后恢复抗炎特性[7]。此外,还可由HDL相关的S1P通过激活S1PR2途径抑制肿瘤坏死因子-α(TNF-α)信号传导,以及载脂蛋白M结合的S1P激活S1PR2介导的PI3K/Akt信号通路来抑制ECs中的炎症。Feuerborn等[7]的相关研究对S1PR2缺陷的小鼠喂食西方饮食14周,发现内源性S1P升高可减少约一半的动脉粥样硬化病变形成,主要机制可能与S1P降低白细胞对毛细血管壁的黏附,并降低内皮对荧光标记的低密度脂蛋白的通透性等调节内皮功能相关。因此,S1P通过介导受体途径发挥抗动脉粥样硬化及抗炎功能,与ASCVD密切相关,是监测及降低ASCVD风险的重要生物标记物,但基于人类研究和心血管疾病靶向试验仍然相对匮乏,需要更多的临床试验数据来证明基于S1P的疗法的可用性,这可能为其在心血管疾病中的未来应用提供见解。

1.3 脂蛋白相关磷脂酶A2与ASCVD 脂蛋白相关磷脂酶A2 (Lipoprotein-associated phospholipase A2,Lp-PLA2),亦称血小板激活因子乙酰水解酶(PAF-AH),主要是从动脉粥样硬化斑块中释放出的巨噬细胞和嗜中性白细胞,是高密度脂蛋白发挥酶活性功能的重要部分。Lp-PLA2发挥心血管保护作用的主要途径是通过发挥其酶活性,在低密度脂蛋白中水解氧化磷脂生成脂质促炎物质(如无酯化氧化脂肪酸),产生一系列的炎症反应(如产生细胞因子和黏附因子、内皮功能障碍和内皮细胞死亡),其次,还通过与HDL结合形成HDL-Lp-PLA2复合物,使LDL的氧化磷脂失活从而发挥抗AS作用[8]。Wang等[9]的研究表明,冠心病患者血浆Lp-PLA2浓度与冠心病严重程度及不良心血管事件密切相关,对临床评估患者风险具有重要价值,且该研究采用线性相关分析来检测血浆Lp-PLA2浓度与冠脉狭窄程度评分(Gensini评分)的相关性,从结果中收集到血浆Lp-PLA2浓度与Gensini评分呈正相关,表明血浆Lp-PLA2浓度与冠状动脉的严重程度成正比,这暗示了两者对CHD风险评估的潜在应用价值。不仅如此,在代谢综合征(MetSynd)存在情况下,Lp-LPA2有助于CAD，并且可用作伴有MetSynd的CAD病例的预测因子[10]。Liu等[11]的通过研究小剂量叶酸对高同型半胱氨酸血症冠心病患者LP-PLA2和收缩压变异性的近期影响，发现较高剂量叶酸补充剂有益于增加ApoA、降低Lp-PLA2和改善收缩压变化,从而改善患者预后。Baziar等[12]通过对2型糖尿病患者补充α硫辛酸的临床试验中观察到,α硫辛酸可通过减少ox-LDL和Lp-PLA2的质量并改善Lp-PLA2在2型糖尿病患者中脂蛋白之间的分布来降低CVD风险。因此,可推断出Lp-PLA2与ASCVD患者两者间关系密切,可作为新的血管炎性标志物,对ASCVD患者预后有重要意义。

2 高密度脂蛋白功能与ASCVD的相关性

2.1 胆固醇逆向转运与ASCVD 胆固醇逆向转运(cholesterol reverse transport,RCT)被定义为胆固醇从外周组织细胞(包括动脉粥样硬化斑块中的泡沫细胞)中移出,随后进入循环,最终进入粪便排泄的过程。其中主要途径包括细胞胆固醇从表达ABCA1的外周细胞流出到无脂/低脂的ApoA-I,新生HDL形成,LCAT对新生HDL中游离胆固醇(FC)的酯化,酯化胆固醇从HDL转移到肝脏，HDL衍生的胆固醇以胆盐形式排泄到胆汁的过程。研究发现,通过RCT途径增加胆固醇流量可以减少动物模型中的动脉粥样硬化,虽然这些发现的临床转化速度很慢,但最近发表了一项使用综合方法量化人类整个RCT途径的研究,可能为详细研究HDL对人类RCT和ASCVD的调节铺平道路[13]。目前已提出三种强化RCT概念：(1)增加巨噬细胞内胆固醇外溢,(2)提高HDL功能(即胆固醇吸收和转运),(3)提高肝内胆固醇吸收及胆汁排泄,发挥动脉粥样硬化保护作用。研究发现,一种通过激活T细胞受体(TCR)信号和T细胞的关键分子如淋巴细胞特异性蛋白酪氨酸激酶(LCK),对胆固醇逆向转运会产生不利影响,从而在体外改善AS。Liu等[14]的研究通过将 LCK抑制剂注入小鼠喂食食物中发现,小鼠内动脉硬化斑块不受食物中LCK抑制剂影响,进一步分析小鼠体内斑块含量后,发现斑块内脂质和巨噬细胞的积累减少,而胶原和平滑肌细胞的含量增加,表明抑制LCK可提高斑块稳定性,不仅如此,该研究还发现LCK抑制剂具有改善HDL的胆固醇外流能力,并上调脾脏中的RCT调节蛋白,发挥抗动脉硬化效能。虽然胆固醇逆向转运通过促进胆固醇外排、巨噬细胞迁移抑制动脉粥样硬化发展,进而改善ASCVD患者风险,但两者之间联系是复杂的,可能随不同临床表型及发展阶段出现不同相关性,其具体机制仍需进一步研究。

2.2 胆固醇流出力与ASCVD 胆固醇流出力(Cholesterol efflux capacity,CEC)是血浆HDL胆固醇促进巨噬细胞内胆固醇流出的能力,通过转运蛋白从泡沫细胞中排泄胆固醇,不仅有效防止泡沫细胞的形成,还可起到减少炎症的积极作用,被称为RCT的“看门人”。CEC主要通过ABCA1和ABCG1介导,其转运机理对胆固醇排出有重要作用。例如,ABCA1-CEC是由小的前β-1高密度脂蛋白颗粒促进,且前β-1颗粒浓度与ABCA1-CEC之间存在着正相关,即使在调整HDL-C、ApoA-Ⅰ和HDL颗粒数后也是如此。研究表明,CEC与未来的心血管事件呈负相关,与HDL-C浓度和其他传统心血管危险因素无关,且CEC水平低的患者其复合心血管事件的发生率显著增加,这种相关关系强于冠脉钙化、冠心病家族史及高敏C反应蛋白(hs-CRP)等传统风险因子[15]。Ye等[16]的荟萃分析中也表明CEC降低是冠心病的独立危险因素,可预测冠心病患者的全因死亡率和心血管死亡率。但并非所有研究CEC与ASCVD事件相关性都显示类似的结果,Parveen等[17]研究发现由HDL介导的胆固醇外排与临床和亚临床PAD事件并没有显著相关性。Tatjana等[18]的一项在533名CVD和2型糖尿病风险升高的患者队列中,观察到HDL-CEC与动脉粥样硬化或CVD/CVE无关,无论是在整个人群中还是在糖尿病前期患者中,其他HDL特征即ApoA-Ⅰ、HDL大小、HDL颗粒数等显示出动脉粥样硬化保护相关性。事实上,尤其是在2型糖尿病患者中,较高的ApoAⅠ和HDL-C浓度与(前期)糖尿病患者的心血管疾病较少相关,与心血管疾病风险因素无关,这是一个意外的观察结果,可能与这些患者更强烈的心血管风险监测和意识有关。因此,文献中的复杂性和不一致的数据使得很难解释HDL-CEC对CVD风险的确切影响,而CEC是否可以作为独立于HDL的生物标志物用于ASCVD的风险预测仍然存在争议。

3 “失功能”HDL

有证据表明,HDL功能障碍,而不是高密度脂蛋白水平的降低,与心血管疾病发病率和死亡率的增加相关,且人群中ApoAⅠ、ABCA1、LCAT、对氧磷酶1(PON-1) 等基因多态性有可能直接改变HDL 结构组成或抑制HDL 代谢途径,致使 As 发生风险增加[19-20]。随着近年越来越多的研究揭示,感染、糖尿病、冠心病、代谢综合征等异常代谢下会引起机体慢性炎症和急性期反应,导致HDL 的结构修饰和组分改变,从而降低其正常生物学功能, 甚至转变为“失功能HDL”[21]。“失功能HDL ”表现为介导RCT、抗 氧化、抗炎、内皮保护等功能降低或丧失, 以及促进血栓形成等,导致促As 效应。HDL 功能丧失的程度可能因其生物活性蛋白质降低及炎性物质积累程度的不同而不同,例如：慢性炎症时,HDL的结构和循环水平发生深刻变化,其中PON1、ApoAⅠ、LACT和CETP的浓度降低,同时血清SAA浓度也会升高,所有这些变化都会影响胆固醇的细胞内代谢,增加心血管疾病的风险。因此,探索慢性炎症、异常代谢及疾病下的“失功能HDL”的机制及生物学活性改变对预防心血管事件意义重大。

4 高密度脂蛋白的治疗应用

4.1 药物 早期很多如烟酸、贝特以及他汀类等传统药物应用于临床降低甘油三酯及低密度脂蛋白水平,并且增加HDL水平来抵抗动脉硬化进展。近年来HDL领域最有希望的药物开发之一集中在CETP抑制上, CETP是一种含有476个残基的亲脂性糖蛋白,有助于将胆固醇酯和磷脂从保护动脉粥样硬化的HDL转运到致动脉粥样硬化的低密度脂蛋白和极低密度脂蛋白,而抑制CETP会导致HDL胆固醇升高和LDL胆固醇、甘油三酯降低,从而被认为是治疗高脂血症及其合并症的良好靶点。为了验证CETP抑制的治疗潜力,几项大型临床试验都随之开展[2，22],但这比预期的更具挑战性,虽然CETP抑制剂可以提高HDL胆固醇水平,但对于动脉粥样硬化的发展以及疾病预后并没有得到预期效果,最终,CETP抑制剂的治疗以失败而告终。其次,有学者关注传统中药对HDL结构及功能的影响,Zhang等[23]发现健脾祛痰方药可以纠正脾虚痰浊证小型猪“失功能HDL”的SAA、 ApoA-Ⅰ、PON1及S1P等结构组分,助其恢复正常功能。

4.2 直接注入 除上述方法之外,还可以通过直接注入重组HDL、ApoAⅠ模拟肽和重组LCAT来作为治疗靶点,目前在体外和临床前动物模型中进行相关试验,并获得了显著效果,如显示可减少人类内皮细胞中黏附分子表达的肽5A,或显示可减少小鼠动脉粥样硬化形成的载脂蛋白AⅠ模拟肽4F,以及具有抗氧化特性的嵌合高密度脂蛋白模拟肽HM-10/10[24-26]。在一项正在进行的重组LCAT相关Ⅱb期试验中发现,重组LCAT对于在家族性LCAT缺乏症中用作酶替代品也很有吸引力,但其目标是预防这些患者肾病的发展和进展,对心血管疾病方面作用微弱[27]。除此之外,一种溴代烷和末端外蛋白(BET)的抑制剂——Apabetalone(RVX208),通过干扰组织乙酰化来调节多个基因的表达,从而提高HDL-C和ApoA-Ⅰ水平,抑制动脉粥样硬化的发展。在人类中,单独使用Apabetalone治疗可导致HDL-C和ApoA-Ⅰ水平适度升高,但也可降低CRP水平,然而,在最近一项对急性冠脉综合征和2型糖尿病患者进行的Ⅱ期试验中表明,与安慰剂相比,BET抑制剂的开发没有减少临床事件的发生[28]。因此,由于HDL 结构组成的异质性,以及在生理和不同病理条件下的代谢复杂性,目前对其动态结构与功能的研究还有待进一步的解析,以利于针对HDL的特征性变化开发靶向药物;其次,在重组HDL、重组 ApoA-Ⅰ、ApoE 拟肽等的研发中如何获得接近于天然功能、安全、稳定、长效的生物制剂; 是否能设计靶向ABCA1、LCAT和SR-BⅠ等功能调节分子而改善HDL代谢,以及健全科学、实用的HDL功能与药效评价体系方面,都还有许多工作亟待深入研究。

5 小结与展望

ASCVD是与脂质代谢异常相关的一类疾病,虽然血浆HDL-C 水平一定程度上可反映胆固醇外流状态,目前仍是临床CHD 风险评估的重要指标,但 HDL 的分子组成与功能、代谢及其分子调控是复杂的,既往研究表明,高密度脂蛋白与ASCVD之间存在U型相关,但大量遗传和药物研究表明仅提高HDL的“量”而忽视其“质”并未能取得理想的疗效,也不能解释动脉粥样硬化性心血管疾病的风险及预期。因此,高密度脂蛋白功能或许是ASCVD事件的新研究方向,包括由HDL介导的胆固醇逆向转运、胆固醇外流以及其他蛋白、脂质(如ApoA-Ⅰ、Lp-PLA2、S1P)所发挥的抗动脉硬化、抗氧化和抗炎等作用,且已被证实在ASCVD患者中获益。虽说从HDL水平假说跨越到HDL功能假说,对HDL研究已上升到一个新台阶,但关于HDL功能与动脉粥样硬化性心血管疾病的关系,以及通过HDL作为治疗靶点来进行预防和治疗方面,国内研究开展相对较少。因此,分析我国高密度脂蛋白功能及其各种亚类与ASCVD之间的作用机制,以及挖掘、建立用于 HDL 功能监测的实用指标(如酶活性或亚类测定),以利于进行临床风险分层及开发新的HDL 功能靶向疗法,从而实现更好的心血管风险预测和疾病个体化临床防治。