动脉粥样硬化的基础研究进展和困境

null动脉粥样硬化病理生理学研究的进展和困境动脉粥样硬化病理生理学研究的进展和困境 南华大学心血管病研究所 动脉硬化学湖南省重点实验室 杨永宗 2008.11.09.于湖南省生理科学会动脉粥样硬化研究历史 中的重大事件动脉粥样硬化研究历史 中的重大事件 1772年，英国医师William Heberden描述了 “心绞痛”症侯群。 1772年，英国医师William Heberden描述了 “心绞痛”症侯群。 1799年CH Parry在尸体解剖发现冠状动脉内有一些沙砾状的物质、血管硬化、骨化，并声称是引起心绞痛晕厥的主要原因。1904年德国莱比锡病理学家Marchand 提出:atherosclerosis世界上第一个动脉粥样硬化动物模型 世界上第一个动脉粥样硬化动物模型 1908年，俄国病理学家Ignatowski用蛋和奶喂饲家兔引起动脉粥样硬化病变；1913 年Anitschkow单一使用胆固醇复制出类似人的主动脉的粥样硬化性病变，首次开创了AS的实验性研究。 LDL受体的发现LDL受体的发现 1985年 Michael S. Brown和 Joseph L. Goldstein研究并详述了LDL受体在胆固醇代谢和调控中的关键作用，获得诺贝尔生理医学奖。Michael S. BrownJoseph L. Goldstein世界上第一个apoE基因敲除小鼠模型世界上第一个apoE基因敲除小鼠模型 1992年Jane L. Breslow和他的同事们在胚胎肝细胞中通过同源重组的方法创建了apoE敲除鼠模型。这是第一个具有与人类相似的动脉粥样硬化病变的小鼠模型。 喂饲普通饲料血浆胆固醇水平即可高达400~600mg/dl。 小鼠5~6周龄单核细胞在血管内皮上粘附，10周后可见脂质条纹，20周后即可出现纤维斑块，若时间较长还可见到成熟薄纤维帽、大坏死脂核的斑块，甚至出现钙化斑块。 洛克非勒大学Breslow NO-鸟苷酸环化酶（guanylate cyclase, GC）信号转导途径-cGMP生成增加，激活蛋白激酶G(PKG) 磷酸化靶蛋白发挥生物学作用。 1998年获得诺贝尔生理医学奖。 NO signalingRobert F. FurchgottLouis J. IgnarroFerid Murad The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1998The Nobel Prize in Physiology or Medicine in 1998 当前动脉粥样硬化领域的主导理论：三大学说 当前动脉粥样硬化领域的主导理论：三大学说血栓形成学说（Thromobogenic Theory） 脂质浸润学说（Lipid Infiltration Theory） 炎症学说（Inflammatory hypothesis） 血栓形成学说（thromobogenic theory）血栓形成学说（thromobogenic theory） 1841年 Carl Von Rokitansky提出血栓形成学说。他指出动脉壁内层的沉积物是源于纤维素和其他的血液成分而不是化脓的结果。后来，由纤维素和其它血液中的蛋白质变性产生了粥瘤，最后这些沉积物被一种包含有胆固醇结晶和脂质颗粒的果肉样物质所修饰。脂质浸润学说（lipid infiltration theory） 脂质浸润学说（lipid infiltration theory） 动脉粥样硬化的脂质浸润学说（Lipid Infiltration Theory）是由德国病理学家Virchow于1863年所提出，认为动脉粥样硬化病变主要是因血浆脂质水平增高所引起。炎症学说（inflammatory hypothesis） 炎症学说（inflammatory hypothesis） 1856年Virchow指出，动脉粥样硬化是动脉内膜的一种炎症反应。 1999年，R.Ross综合论述炎症在As中的作用，使动脉粥样硬化的炎症理论得到普遍接受。 As病变不同于普通炎症，是以动脉内膜局部修饰的低密度脂蛋白沉积和内皮细胞激活为前提而发生的动脉炎症。 R.Ross存在的其他重要学说存在的其他重要学说单克隆学说（Monoclonal hypothesis） 损伤反应学说（Response-to-injury hypothesis） 氧化学说（Oxidative hypothesis） 同型半胱氨酸学说（Homocysteine theory） 精氨酸学说（Arginine Hypothesis） 剪切应力学说(shear stress hypothesis) EARL PHILIP BENDITTnull动脉粥样硬化病理生理学研究的重要进展一、动脉粥样硬化危险因素的变动一、动脉粥样硬化危险因素的变动 病因学方面至今未能确定始动病因。 1961年 William Kannel在Framingham研究中首次提出危险因素的概念，大面积的人群调查研究发现了许多危险因素，1983年已报道246种。 巳确认的危险因素还在不断增加，现分为三类共达三百余种。 动脉粥样硬化危险因素谱在逐渐演变动脉粥样硬化危险因素谱在逐渐演变糖尿病与动脉粥样硬化关系：两大宣布 糖尿病与动脉粥样硬化关系：两大宣布 2001年, NCEP将糖尿病归为冠心病的“等危症” (risk factor equivalent ) 。 2004年纽约阿尔伯特·爱因斯坦医学院 M. Brownlee “共同土壤”学说(common soil hypothesis)指出,无论糖尿病大血管并发症还是微血管并发症,都有一个共同的发病机制——氧化应激。二、AS临床事件病理学基础的确定二、AS临床事件病理学基础的确定罪犯斑块（culprit plaque）的研究 大量临床证据表明，因为严重狭窄而引发的心梗只是很少一部分，大部分的心梗发生在管腔狭窄并不严重的斑块破裂的血管。 心梗发生并不与冠脉狭窄程度成正比。易损斑块（vulnerable plaque） 易损斑块（vulnerable plaque） 由检测技术的改进，对罪犯斑块的 详细观察和描述，大大促进AS病理学的研究。 1989年，Muller描述了“动脉粥样性斑块变得易于破裂”的现象。1994年提出“vulnerable plaque，易损斑块”重要概念。 Muller易损斑块的病理学特征 易损斑块的病理学特征 以液态胆固醇酯为主的脂质核较大，占斑块40%以上； 多为偏心性病变； 纤维帽较薄，其厚度小于150μm； 局部炎症细胞浸润较重，包括巨噬细胞、T淋巴细胞、肥大细胞等； 纤维帽中平滑肌细胞极少； 斑块基底部有大量新生微血管等等。动脉粥样血栓形成（atherothrombosis）动脉粥样血栓形成（atherothrombosis）1966年Constantinides描述了AS斑块破裂导致了冠状动脉血栓形成。 导致严重的心血管事件主要原因是斑块破裂基础上的血栓形成。 1984年Kistle在《新英格兰医学杂志》上首次使用动脉粥样血栓形成一词以描述AS斑块发生不可预测的突然破裂，导致血小板激活和血栓形成的过程。Constantinides斑块破裂继而粥样血栓形成斑块破裂继而粥样血栓形成破裂斑块（70%）： 狭窄性病变（20%） 非狭窄性病变（50%） 非破裂斑块（30%）： 斑块表面糜烂（Superficial erosion） 钙化结节糜烂（Erosion of a calcium nodule） 未知原因 nullPathogenesis of Acute Coronary Syndromes: The integral role of plateletsPathogenesis of Acute Coronary Syndromes: The integral role of plateletsPlaque Fissure or Rupture三、动脉粥样硬化免疫学说的兴起三、动脉粥样硬化免疫学说的兴起1999年美国免疫学家Janeway提出天然免疫的模式识别理论，强调天然免疫对获得性免疫的指导和调控作用，指出抗原递呈细胞是紧密连接天然免疫与获得性免疫的桥梁。 天然免疫系统通过APC上的模式识别受体(PRR)识别病原相关分子模式(PAMP)，区别“自己”与“非己”及无害“非己”和病原体相关“非己”,并籍抗原递呈和共刺激信号两个环节赋予获得性免疫识别“自己”“非己”的能力。 Charles Alderson Janeway Jr. 2001年Hansson：AS开始于动脉内膜脂质修饰产物聚积引发天然免疫反应 2001年Hansson：AS开始于动脉内膜脂质修饰产物聚积引发天然免疫反应 病原微生物、oxLDL、HSPs等可以作为PAMP被TLR识别而启动天然免疫反应。 效应细胞包括单核/巨噬细胞、NK细胞，树突状细胞、肥大细胞、B1细胞等； 效应分子则有炎症介质、补体等。 最终引发血管免疫损伤，导致AS病变。 AS病人颈总动脉病变处TLRs的表达AS病人颈总动脉病变处TLRs的表达A :TLRs蛋白的免疫组化分析人的正常动脉与颈总动脉AS斑块的TLR1－6（棕色）的表达。动脉粥样硬化的免疫调节防治策略动脉粥样硬化的免疫调节防治策略应用抗原刺激机体产生保护性免疫应答：ox-LDL、ApoB100抗原肽免疫接种。 应用外源性抗体封闭抗原，抑制自身免疫反应：HSP60抗体抑制促炎症的Th1细胞，减轻粥样斑块内炎症反应。 接种适当的疫苗佐剂，如合成的TLR4配体-单磷酰脂质A，以阻断TLR4等的作用。 开发受体信号转导通路阻断剂，阻断信号转导以抑制免疫效应。如绿茶中的表没食子儿茶精－3－表没食子酸酯（EGCG）能抑制TLR4通路中的IRAk1与TBK1两种激酶，阻断TLR4的两条通路，减少炎症因子、趋化因子及其黏附分子的分泌。 nullAS患者血清和斑块可检测到oxLDL抗体。斑块中分离出的CD4+ T 细胞可识别oxLDL。 用oxLDL免疫兔AS病变减少50%，在apoE和LDLR敲除小鼠的研究中也获得类似结果。 用肺炎链球菌感染LDLR缺乏小鼠，诱导小鼠体内高水平oxLDL抗体产生。AS病变程度降低。 用apoB-100肽链免疫apoE缺陷小鼠，特异性抗体水平升高，AS病变减少60%（见右图）。Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2003;23:879-884. Inhibition of Atherosclerosis in ApoE-Null Mice by Immunization with ApoB-100 Peptide Sequences氧化修饰低密度脂蛋白nullA: MyD88 and TLR4 deficiency reduces the extent of 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 aortas四、动脉粥样硬化干细胞假说的提出四、动脉粥样硬化干细胞假说的提出内皮祖细胞来源nullSchematic representation of atherogenesis斑块细胞的来源内皮祖细胞置换坏死内皮细胞内皮祖细胞置换坏死内皮细胞 内皮祖细胞黏附到血管壁后，将从未成熟状态分化为成熟的内皮细胞，形成紧密连接，发挥内皮屏障作用。 null“损伤反应学说”认为： 内皮细胞损伤由邻近成熟内皮细胞分裂增生以修复； 动脉粥样硬化是在各种危险因素作用下，动脉本身无法修复其损伤而发生的。 干细胞假说认为： 血液和血管壁的干细胞参与内皮细胞的修复； 动脉粥样硬化病变是各种危险因素对血管干细胞存活、生 长和分化的伤害而形成的。 EPC的增殖能力明显高于成熟的循环内皮细胞（50：1），内皮细胞平均寿命约120 d，而斑块易发区其寿命只有几周。多种危险因素均可引发内皮细胞的损伤或死亡。 动脉粥样硬化易感区——动脉分叉处，血液流变学改变，细胞缺血、缺氧，使细胞容易大面积死亡。血管内膜SMC可能来源于平滑肌祖细胞血管内膜SMC可能来源于平滑肌祖细胞内膜SMC的表型和基因表达形式不同于中膜SMC。 在SMC增殖导致内膜增生之前，循环单个核细胞先附着于受损动脉的腔面，在血小板衍生生长因子BB (PDGF-BB)存在时可转变为平滑肌样细胞。 重度损伤导致中膜SMC丧失的模型上，无中膜细胞存在时也可形成新生内膜组织。 循环血和血管的中膜及外膜均存在平滑肌祖细胞(smooth muscle progenitor cells，SPC)，外膜中大量SPC，可通过滋养血管经中膜迁入内膜。 骨髓干细胞移植实验发现，高脂血症动脉粥样硬化病变的平滑肌可来源于SPC。 血管祖细胞的临床意义血管祖细胞的临床意义冠心病病人外周血EPCs数量减少40%，血EPCs数量与冠心病发病率呈负相关。老年和糖尿病病人组的EPCs的数量减少,其迁移、归巢、分化功能均明显受限。 开发动员骨髓内皮祖细胞的药物，补充高增殖活性的EPCs（ “supply side”策略 ），为防治缺血性疾病、糖尿病血管病变、再狭窄防治提供新思路。 按照损伤-反应学说，以前的防治策略集中于消除血管损伤因素上，忽略了血管修复缺乏和骨髓干细胞退化的关键作用；而干细胞假说可能启示一种新的思路，恢复骨髓产生内皮祖细胞的能力，或将外源性内皮祖细胞以修复血管，即使有损伤存在也能减慢其进程。 五、斑块消退已成研究热点五、斑块消退已成研究热点斑块消退（regression）指已经形成的AS病变逆转为正常血管结构的过程。 对斑块消退的不同认识。实验室研究取得了一些可喜的结果。近有学者乐观指出，只要改善斑块环境，斑块可以惊人的速度迅速消退。 促进斑块消退的策略有三： 一是减少apoB在动脉壁中的贮留； 二是促进胆固醇等脂质从斑块中的流出； 三是增加健康的吞噬细胞的迁入和吞噬能力，促进坏死灶泡沫细胞的清除。1.减少apoB在动脉壁中的贮留1.减少apoB在动脉壁中的贮留强化他汀降脂治疗，消除危险因素。 黄酮类下调巨噬细胞上清道夫受体  CD-36 和SR-A mRNA基因的表达，阻断清道夫受体摄取oxLDL促进斑块消退。 过表达apoE：将ApoE-/-小鼠（血HDL正常，ApoB增高）病变动脉节段移植入移植入野生型小鼠，或转入人ApoA-I基因的ApoE-/-小鼠体内，5个月后斑块中泡沫细胞消退。 2.促进脂质从斑块中的流出2.促进脂质从斑块中的流出以脂质池为靶标，增强逆向胆固醇转运促进胆固醇的流出，减少血管胆固醇沉积。 磷脂酰胆碱（PC）：PC脂质体、apoA-IMilano/PC复合物、人造HDL样apoA-I/PC复合物等。 注射携带人apoA-I cDNA的腺病毒载体，4周后血高密度脂蛋白明显升高，脂质条纹消退。 转录因子PPARγ1基因治疗显著增高肝X受体α、肝ABCA1表达，可促使apoE-/-小鼠斑块消退， 4周后斑块缩小。 3.促进坏死灶泡沫细胞的清除3.促进坏死灶泡沫细胞的清除nullApoE-/-小鼠喂高脂饮食40周以使其形成动脉粥样硬化病变。获取这些小鼠的主动脉弓，移植入apo-/-鼠（进展组）或野生鼠（消退组）体内。9周后，获取这些小鼠的主动脉弓，进行分析。 增加健康的吞噬细胞的迁入和吞噬能力 增加健康的吞噬细胞的迁入和吞噬能力 将ApoE-/-小鼠早期或者晚期、复杂的斑块移植入野生型小鼠体内，能明显降低斑块内泡沫细胞数目。 病灶处快速消失的泡沫细胞转移到局部和系统淋巴结，很大一部分细胞仍保留泡沫细胞的表性特征。野生环境刺激巨噬细胞表现出巨噬细胞表型和树突状细胞表型，有利于迁移。 消退斑块中移除泡沫细胞，CCR7的mRNA开始表达(树突状细胞迁移所需)，在野生型受体体内注入CCR7抗体（CCL19，CCL21），则大多数泡沫细胞的迁移受阻，说明CCR7在细胞迁移中起重要作用。 null动脉粥样硬化病理生理学研究 陷入困境一、循证医学的挑战一、循证医学的挑战一是以临床事件为终点； 二是费时费人费财的工程； 三是受公司财团利益所左右。 2006年12月2日，辉瑞公司托斯瑞比(Torcetrapib)风波 2004年9月30日，默克公司COX-2抑制剂罗非昔布事件 二、脱离临床和人体是致命的弊端二、脱离临床和人体是致命的弊端国内尸检率过低，人体的研究受到很大限制，新鲜人体标本又很匮乏。近五年Pubmed上我国AS研究前沿的相关748篇里有5篇，相关的只有3篇。 人体材料难得，近五年国内用人体材料进行介入治疗后的病理学研究几乎为空白。 病理研究人员参与不够三、脱离AS斑块，一味追求实验速度 三、脱离AS斑块，一味追求实验速度 AS是病理学概念，离开AS斑块，什么结果都缺乏说服力。 几十年的病理过程企图几十小时内完成，不可能反映体内真实情况。四、研究目标模糊，一味追求NO.1， 一味追求分子水平四、研究目标模糊，一味追求NO.1， 一味追求分子水平五、基础工作薄弱，缺乏理想的研究模型五、基础工作薄弱，缺乏理想的研究模型动脉粥样硬化进展期斑块模型：常用的兔和ApoE基因敲除小鼠；南华大学尹卫东的贵州小香猪糖尿病并发AS的动物模型；北京大学刘国庆成功繁育出了脂蛋白脂酶（LPL）缺陷的小鼠模型。 动脉粥样硬化斑块破裂模型：山东大学张运院士的工作发现斑块红细胞导致斑块从稳定转向不稳定。 动脉粥样血栓形成模型 null 再见！