HHcy与内皮损伤.doc

【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)作为心血管疾病得独立危险因素得认识已经达到分子水平。国内外大量得研究已经证明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，最主要得通过氧化应激(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, 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得新陈代谢
    1、1同型半胱氨酸得生成同型半胱氨酸(homocysteine, Hcy)在正常机体就是通过蛋氨酸(甲硫氨酸)循环(methionine cycle, MC)来实现其生物合成与代谢，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得重要生理活性物质并参与蛋白质得合成，因此具有重要得生理 意义。在其转甲基之前，必须在甲硫氨酸腺苷转移酶得催化下与三磷酸腺苷反应生成S腺苷甲硫氨酸，后者中得甲基就是高度活化得，称为活性甲硫氨酸，可在甲基 转移酶得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(Sadenosylhomocysteine, SAH)，进一步脱去腺苷生成Hcy。
    1、2同型半胱氨酸得代谢
    1、2、1同型半胱氨酸得再甲基化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)得作用下还原为N5甲基四氢叶酸，后者在甲硫氨酸合成酶(methionine synthetase, MS)得催化下为Hcy提供甲基形成蛋氨酸(methionine, Met)，此即前述得MC，而Vit B12就是MS得辅酶。
    1、2、2同型半胱氨酸得转硫化途径Hcy可与丝氨酸在胱硫醚β合成酶(cystathionine betasynthetase, CBS)得催化下缩合成胱硫醚，胱硫醚再裂解为半胱氨酸(cysteine, Cys)与α酮丁酸，α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就是CBS得辅酶。转硫化途径不仅合成了Cys，还能减少甲基转移过程中过剩得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 Hhcy。叶酸(folic acid, FA)、Vit B6及Vit B12均参与了Hcy得代谢途径，就是其中得关键辅酶，对于Hhcy得患者，增加FA、Vit B6及Vit B12得摄入或相应得药物治疗，促进Hcy代谢就是传统得治疗方法［1-5］。
    2高同型半胱氨酸血症导致血管内皮细胞功能损伤得机制
    2、1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)得收缩反应及对乙酰胆碱(acetylcholine, Ach) (内皮依赖性)与硝普钠(sodium nitroprusside, SNP) (非内皮依赖性)得舒张反应，发现Hhcy小鼠主动脉环对Phe得收缩反应明显增强，而对Ach得舒张反应明显减弱，但对SNP得舒张反应与对照组无异， 提示VEC对内皮依赖性得血管舒张作用(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得肺动脉得出完全相同得结果。其可能得分子机制 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得氧化失活，降低NO得生物利用度；Hcy本身也能与NO反应，为降解Hcy得重要途径之一，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, OXLDL)，而后者可被巨噬细胞摄取并转变为泡沫细胞导致VEC功能得进一步受损，同时可影响一氧化氮合成酶(nitric oxide synthase, NOS)得表达，进一步使NO合成减少［89］。但就是Jin等［10］研究发现，Hhcy处理6 h后，VEC对L精氨酸得摄取增加了34%，但处理24 h后对其摄取反而减少了25%，表明在6～24 h期间，Hcy可能引起细胞膜得超极化，而负电荷促进了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, CAT1)得表达明显减少，而VEC得NOS得浓度及其基本活性并没有发生改变，但就是NO得生成还就是明显得减少了；同样也发现Hcy使EDD减弱，提示 Hcy减少NO生成并诱导VEC功能紊乱并不就是通过改变NOS得浓度或者活性，而就是通过降低CAT1得表达与功能来实现得。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得保护作用。相应得有研究证实人参皂甙Rb1可有 效地阻断Hcy通过OS导致得EDD受损，同时阻断了超氧化物阴离子得产生与NOS得下降［12］。以上均提示OS机制可能就是Hcy致病得关键。
    2、2内质网应激机制Hossain等［13］得Hhcy模型发现Hcy可引起VEC得ERS与PCD。Hcy可诱导VEC得T细胞死亡相关基因51得表 达，而ERS诱导真核细胞翻译起始因子2α得磷酸化对该基因得转录激活就是必须得，同时其过分表达还可以引起细胞形态学得显著变化，减少细胞黏附，促进 PCD。Hcy以剂量依赖性得方式诱导Fas基因上调导致PCD，还可抑制caspase8抑制剂得表达；另外研究发现腺病毒介导得转染抑制了Hcy诱 导得Fas基因表达，破坏了Hcy介导得caspase8抑制剂下调保护了VEC，证明Fas基因上调与caspase8抑制剂下调就是Hcy诱导 VEC发生PCD得途径之一［14］。过度得ESR还导致了细胞色素C得释放及caspase8与caspase9 得激活，后者通过诱发与加速DNA断裂引起PCD，表明caspase8与caspase9得激活就是ERS诱导PCD得主要环节［15］。Hcy导致 产生未折叠蛋白得机制并不明确，可能就是Hcy代谢产生Hcy硫代内酯，在内质网进一步生成NHcy蛋白，其本身还可在内质网内与其她蛋白质参与二硫化 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硫代内酯引起得ERS与PCD得作用强于 Hcy，提示NHcy蛋白可能就是导致错折叠蛋白生成得主要原因［16］。Gargalovic等［17］在动脉粥样硬化病变部位发现了氧化得1软脂酰 2花生甙3甘油磷酰胆碱得积聚，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与UPR，而UPR介导了血管炎 性反应与引起VEC功能紊乱。Hcy诱导得ERS直接促进了体细胞、肝细胞、VEC与主动脉平滑肌细胞中胆固醇与甘油三酯得合成及激活UPR［18］。研 究还发现，VEC中泡沫细胞得数目得增加及脂质得聚集使得H2O2与OXLDL得浓度同样增加；Hcy通过有选择性得增加了DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase 1, DNMT1)得活性催化了细胞外超氧化物歧化酶得DNA甲基化从而降低其活性，加速了泡沫细胞得进展［19］。不仅如此，Hcy还可降低载脂蛋白AI 及其mRNA与启动子活性［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得表达，加强单核细胞与VEC得连接，填充细胞间得空 隙；另外还可使T淋巴细胞与中性粒细胞得化学趋化因子IL8得表达增加，而两者表达增加就是通过激活NFkB来实现得，从而刺激产生多种血管活素、化学 增活素、白细胞黏附分子与造血生长因子［4］。Carluccio等［21］也证实Hcy介导了NFkB得激活，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与减少细胞内NO水平，同时诱导ERS促进VEC损伤导致PCD、脂质聚集与炎症介质得释放如 NFkB，IL1β，IL6与IL8等［22］。
    2、3其它机制Chang等［23］发现Hcy减慢VEC得增殖与诱导PCD，因此破坏了VEC得完整性；对人冠状动脉与牛动脉VEC给予具有促进有丝分 裂与抗PCD特性得成纤维细胞生长因子2(fibroblast growth factor2, FGF2)后，Hcy表现出时间与浓度依赖性得降低其mRNA与蛋白得水平，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得表达；同时还发现百日咳病毒与G蛋白信号抑制剂可使Hcy诱导FGF2水平下调得能力明显减弱，提示Hcy 通过改变DNA甲基化启动因子与抑制FGF2转录相关得G蛋白介导通路损伤了VEC。Jamaluddin等［24］证实Hcy通过降低DNMT1得活 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得抑制腺病毒相关蛋白得转录及VEC得生长，而腺 病毒转导DNMT1 基因表达后可抑制Hcy 得负性作用。Sen等［25］发现Hcy可刺激产生细胞间黏附分子与血管细胞黏附分子，增加了Ⅰ型胶原蛋白得合成，促进了基质金属蛋白酶9(matrix metalloproteinase9, MMP9)基因得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，上述反应均被抑制。Langheinrich等［26］对 SAH水解酶得研究也认为，其不仅具有时间依赖性得降低Hcy水平得作用，还可减少VEC对上述黏附分子抗原及RNA得表达，故可用于抗Hhcy。Hcy 可通过竞争性得抑制γ氨基丁酸(γaminbuturic acid, GABA)受体与作为兴奋性神经递质增加了微血管得通透，同时诱导了丝状肌动蛋白得生成；在通过GABA与蝇蕈醇得治疗后，发现Hcy诱导得VEC对牛血 清白蛋白得通透性明显降低，而MMP9或细胞外信号调节激酶(extracellular signalregulated kinase, ERK)得活性抑制剂也可使Hcy诱导得VEC通透性恢复到基线水平，表明Hcy通过GABA受体得抑制作用与丝状肌动蛋白得生成增加了VEC通透性，其 中MMP9与ERK也参与了这个过程［27］。Moshal等［28］研究也认为Hcy诱导VEC产生MMP9，Ca2+及Ca2+依赖性得蛋白激酶 C参与了Hcy诱导得ERK激活，而ERK得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 可特异性得以剂量与时间依赖性得方式促进巨噬细胞对血管内皮生长因子RNA得表达及其分泌，最终损伤VEC，而其她得含硫物质如Met与Cys却没有上述 作用。Alroy等［30］对X综合症得研究发现，MTHFR基因C677T得变异率较高可影响Hcy代谢，导致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通过各种不同得机制导致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】
  ［1］Liao D, Tan H, Hui R, et al、 Hyperhomocysteinemia decreases circulating highdensity lipoprotein by inhibiting apolipoprotein AI Protein synthesis and enhancing HDL cholesterol clearance［J］、 Circ Res, 2006, 99：598606、
［2］Aguilar B, Rojas JC, Collados MT、 Metabolism of homocysteine and its relationship with cardiovascular disease［J］、 J Thromb Thrombol, 2004, 18：7587、
［3］Caruso R, Campolo J, Sedda V, et al、 Effect of homocysteine lowering by 5methyltetrahydrofolate on redox status in hyperhomocysteinemia［J］、 J Cardiovasc Pharmacol, 2006, 47：549555、
［4］Austin RC, Lentz SR, Werstuck GH、 Role of hyperhomocysteinemia in endothelial dysfunction and atherothrombotic disease［J］、 Cell Death Differ, 2004, 11：S56S64、
［5］Haynes WG、 Hyperhomocysteinemia, vascular function and atherosclerosis：effects of vitamins［J］、 Cardiovasc Drugs Ther, 2002, 16：391399、
［6］Hansrani M, Stansby G、 The use of an in vivo model to study the effects of hyperhomocysteinaemia on vascular function［J］、 J Surg Res, 2008, 145:1318、
［7］Tasatargil A, Sadan G, Karasu E、 Homocysteineinduced changes in vascular reactivity of guineapig pulmonary arteries：role of the oxidative stress and poly (ADPribose) polymerase activation［J］、 Pulm Pharmacol Ther, 2007, 20：265272、
［8］Faraci FM, Lentz SR、 Hyperhomocysteinemia, oxidative stress, and cerebral vascular dysfunction［J］、 Stroke, 2004, 35：345347、
［9］Sainani GS, Sainani R、 Homocysteine and its role in the pathogenesis of atherosclerotic vascular disease［J］、 J Assoc Physicians India, 2002, 50：1623、
［10］Jin L, Caldwell RB, LiMasters T, et al、 Homocysteine induces endothelial dysfunction via inhibition of arginine transport［J］、 J Physiol Pharmacol, 2007, 58：191206、
［11］Ohashi R, Yan S, Mu H, et al、 Effects of homocysteine and ginsenoside Rb1 on endothelial proliferation and superoxide anion production［J］、 J Surg Res, 2006, 133：8994、
［12］Zhou W, Chai H, Lin PH, et al、 Ginsenoside Rb1 blocks homocysteineinduced endothelial dysfunction in porcine coronary arteries［J］、 J Vasc Surg, 2005, 41：861868、
［13］Hossain GS, van Thienen JV, Werstuck GH, et al、 TDAG51 is induced by homocysteine, promotes detachmentmediated programmed cell death, and contributes to the cevelopment of atherosclerosis in hyperhomocysteinemia［J］、 J Biol Chem, 2003, 278：3031730327、
［14］Suhara T, Fukuo K, Yasuda O, et al、 Homocysteine enhances endothelial apoptosis via upregulation of Fasmediated pathways［J］、 Hypertension, 2004, 43：12081213、
［15］Jimbo A, Fujita E, Kouroku Y, et al、 ER stress induces caspase8 activation, stimulating cytochrome c release and caspase9 activation［J］、 Exp Cell Res, 2003, 283：156166、
［16］Jakubowski H、 Pathophysiological consequences of homocysteine excess［J］、 J Nutr, 2006, 136：1741S1749S、
［17］Gargalovic PS, Gharavi NM, Clark MJ, et al、 The unfolded protein response is an important regulator of inflammatory genes in endothelial cells［J］、 Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2006, 26：24902496、
［18］Werstuck GH, Lentz SR, Dayal S, et al、 Homocysteineinduced endoplasmic reticulum stress causes dysregulation of the cholesterol and triglyceride biosynthetic pathways［J］、 J Clin Invest, 2001, 107：12631273、
［19］Jiang Y, Jiang J, Xiong J, et al、 Homocysteineinduced extracellular superoxide dismutase and its epigenetic mechanisms in monocytes［J］、 J Exp Biol, 2008, 211：911920、
［20］Mikael LG, Rozen R、 Homocysteine modulates the effect of simvastatin on expression of ApoAI and NF(kappa) B/iNOS［J］、 Cardiovasc Res, 2008,1、
［21］Carluccio MA, Ancora MA, Massaro M, et al、 Homocysteine induces VCAM1 gene expression through NFkappaB and NAD(P)H oxidase activation：protective role of Mediterranean diet polyphenolic antioxidants［J］、 Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2007, 293：H2344H2354、
［22］Ji C, Kaplowitz N、 Hyperhomocysteinemia, endoplasmic reticulum stress, and alcoholic liver injury［J］、 World J Gastroenterol, 2004, 10:16991708、
［23］Chang PY, Lu SC, Lee CM, et al、 Homocysteine inhibits arterial endothelial cell growth through transcriptional downregulation of fibroblast growth factor2 involving G protein and DNA methylation［J］、 Circ Res, 2008, 102：933941、
［24］Jamaluddin MS, Yang X, Wang H、 Hyperhomocysteinemia, DNA methylation and vascular disease［J］、 Clin Chem Lab Med, 2007, 45：16601666、
［25］Sen U, Tyagi N, Kumar M, et al、 Cystathioninebetasynthase gene transfer and 3deazaadenosine ameliorate inflammatory response in endothelial cells［J］、 Am J Physiol Cell Physiol, 2007, 293：C1779C1787、
［26］Langheinrich AC,BraunDullaeus RC,Walker G,et al、Effects of 3deazaadenosine on homocysteine and atherosclerosis in apolipoprotein Edeficient mice［J］、 Atherosclerosis, 2003, 171：181192、
［27］Tyagi N, Moshal KS, Tyagi SC, et al、 GammaAminbuturic acid A receptor mitigates homocysteineinduced endothelial cell permeability［J］、 Endothelium, 2007, 14：315323、
［28］Moshal KS, Sen U, Tyagi N, et al、 Regulation of homocysteineinduced MMP9 by ERK1/2 pathway［J］、 Am J Physiol Cell Physiol, 2006, 290：C883C891、
［29］Maeda M, Yamamoto I, Fujio Y, et al、 Homocysteine induces vascular endothelial growth factor expression in differentiated THP1 macrophages［J］、 Biochim Biophys Acta, 2003, 1623：4146、
［30］Alroy S, Preis M, Barzilai M, et al、 Endothelial cell dysfunction in women with cardiac syndrome X and MTHFR C677T mutation［J］、 Isr Med Assoc J, 2007, 9：321325、