第二节 细胞凋亡与动脉粥样硬化
动脉粥样硬化（atherosclerosis）是一种慢性的、渐进性发展的以动脉血管壁病变为主的血管炎症性病变，它是冠心病、脑梗死、外周血管病的主要发病原因。脂质代谢障碍为动脉粥样硬化病变基础，其特点为受累的血管内膜脂质和复合糖类沉积、免疫细胞的集聚和管腔的增厚。研究表明细胞凋亡伴随着整个动脉粥样硬化的进程，巨噬细胞、平滑肌细胞和内皮细胞的凋亡占据着主导地位。
一、巨噬细胞凋亡与动脉粥样硬化
在动脉粥样硬化的早期，血管内皮细胞的通透性增强，大量低密度脂蛋白通过内皮细胞层并集聚于血管的内膜，受到刺激的内皮细胞表达血管细胞黏附分子1（vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1），在此黏附分子和单核细胞趋化蛋白1（monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）的作用下，血液中的单核细胞进入血管内膜。同时在巨噬细胞集落刺激因子（macrophage colony stimulating factor，M-CSF）和其他细胞分化因子的作用下，进入内膜的单核细胞可分化成巨噬细胞，并上调Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）及清道夫受体（scavenger receptor，SR）。巨噬细胞通过SR吞噬氧化低密度脂蛋白（oxidized low density lipoprotein，ox-LDL）并变为泡沫细胞——动脉粥样硬化形成过程中的标志性病理成分。泡沫细胞在内膜中可分泌促炎因子、活性氧（reactive oxygen species，ROS）等，可促进斑块内局部的炎症反应，加速斑块的形成。在动脉粥样硬化形成过程中，斑块的肩部纤维帽薄弱，含有大量的凋亡残体，凋亡的巨噬细胞和淋巴细胞均可激活巨噬细胞，使其活化而分泌炎症因子。动脉粥样硬化斑块以脂质的浸润，T细胞、巨噬细胞为代表的免疫细胞的参与并集聚在动脉壁为特征。免疫细胞迁移至动脉损伤部位的程度由血液中单核细胞的黏附集聚、巨噬细胞和T细胞的斑块内参与，以及处于动脉壁内这些免疫细胞增殖、存活和凋亡之间的平衡所决定，因此，免疫细胞特别是巨噬细胞在动脉粥样硬化发展过程中发挥着促进斑块形成、纤维帽变薄弱，同时导致炎症反应增加和斑块内血管平滑肌细胞、白细胞等凋亡信号增强的作用。在斑块内，巨噬细胞可分泌转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β），在炎症部位可抑制巨噬细胞的活性，因而发挥调节动脉粥样硬化进程的作用。临床上，动脉粥样硬化患者血清中及斑块TGF-β1表达量升高有利于减少冠心病的发生。在动脉粥样硬化斑块内，由巨噬细胞产生的泡沫细胞可分泌基质金属蛋白酶9（matrix metalloproteinase-9，MMP-9），促进细胞外基质降解，使斑块纤维帽变得薄弱而易于破裂。因此，对从巨噬细胞到泡沫细胞参与动脉粥样硬化病理进程的多个环节的调控，已成为临床防治动脉粥样硬化的一个重要干预策略。
二、内皮细胞凋亡与动脉粥样硬化
血管内膜层表面覆盖了一薄层内皮细胞，内皮细胞代谢活跃，它们紧密连接形成一道屏障，阻挡管腔内的血液并限制大分子物质从循环系统进入内皮下间隙。当血液通过树状结构的血管网时，会遇到正常内皮产生的抗凝血因子，防止血液凝固，但在应激状态下内皮组织可产生促血栓形成因子。另外，内皮细胞也可调节免疫反应，在缺乏病理刺激时，内皮细胞层可抗白细胞黏附，进而阻止局部炎症的发生。然而，在病理情况下血管内皮细胞发生凋亡，其数量减少使内膜的完整性减低，并使血管内膜通透性增强，可引起脂质沉积，大量免疫细胞浸润进入内膜，如T细胞及单核细胞，进一步促进内膜的炎症反应。因此，内皮细胞的凋亡是发生动脉粥样硬化的早期事件。研究表明，内皮细胞凋亡活跃区域恰好是动脉粥样硬化的易发区域，且该区域内皮细胞增殖也随之增加，血管舒张收缩功能调节失调，血液凝固性发生异常，进而促进动脉粥样硬化的发生。实验表明，内皮细胞可以分泌肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF），该因子可抑制血管内皮细胞增殖，促进凋亡，并可引起免疫细胞在内皮细胞表面的黏附，诱导VCAM-1高表达。因此，TNF可促进动脉粥样硬化的发生发展。另一项研究显示，血管紧张素Ⅱ（angiotensinⅡ，AngⅡ）与血管内皮细胞体外共培养，可降低后者的增殖，增加内皮细胞的凋亡。在动脉粥样硬化的后期，AngⅡ还可促进斑块的破裂，形成高凝血栓，并增加动脉粥样硬化的并发症。ox-LDL在血管内皮细胞的凋亡中也发挥着重要的作用，研究表明，ox-LDL可使血管内皮细胞对Fas调节的凋亡通路敏感性增加，刺激内皮细胞的凋亡并抑制其增殖，这与共培养后血管内皮细胞高表达caspase-2、caspase-3、caspase-6、caspase-8，降低Bcl-2表达有关。此外，ox-LDL还可增加细胞膜的离子通透性，如对钙通透性增加，引起钙超载而损伤血管内皮细胞。
三、平滑肌细胞凋亡与动脉粥样硬化
血管平滑肌细胞是组成血管壁中层的主要细胞，它通过收缩和舒张调节管腔的大小，进而维持合适的血管压力，对维持血管的功能起着非常重要的作用。另外，血管平滑肌细胞还具有其他重要功能，如在一些生理或血管损伤情况下，血管平滑肌细胞合成大量细胞外基质成分来增加其增殖和迁移功能，此过程在血管重塑过程中发挥着重要的作用。根据形态和功能来分，平滑肌细胞分为收缩型和合成型平滑肌细胞两类，前者呈细长梭形，具有收缩和舒张功能；后者呈现扁圆菱形，细胞内大量的细胞器参与蛋白质的合成，并具有较强的生长和迁移能力。常用的平滑肌细胞标志性检测蛋白有：平滑肌肌动蛋白（smooth muscle actin，SMA）、平滑肌肌球蛋白重链（smooth muscle myosin heavy chain，SM-MHC）、平滑肌22α（α-smooth muscle 22，SM22）、平滑肌细胞分化特异性抗原Smoothelin A/B，细胞视黄醇结合蛋白1（cellular retinol binding protein-1，CRBP-1）等。SM-MHC和Smoothelin是目前已知的合成型平滑肌细胞特异性蛋白标志物，两者都不在动脉损伤过程中形成的心肌成纤维细胞上表达，且SM-MHC又是胚胎期平滑肌细胞特异性标志物。
在动脉粥样硬化病变过程早期，脂质的浸润及免疫细胞的集聚可刺激中膜平滑肌细胞的增殖和迁移，而在病变的晚期，中膜平滑肌细胞出现大量的细胞凋亡。平滑肌细胞凋亡失控或凋亡小体的生成过多与动脉粥样硬化的发生发展有着密切的关系。体外培养实验表明，正常的血管平滑肌细胞发生凋亡的概率比较低，但在动脉粥样硬化病变中血管平滑肌细胞的凋亡率大大提高，揭示了平滑肌细胞凋亡的斑块内易感性。研究已经证实，在动脉粥样硬化的整个过程中平滑肌细胞都发生凋亡，动脉粥样硬化早期平滑肌细胞增殖占优势，其凋亡相对较少，而后期斑块内的平滑肌细胞凋亡显著增加，致使斑块容易发生破裂并引发急性心血管事件。Graebner等在研究老年的ApoE-/-小鼠动脉时发现，中膜平滑肌细胞出现大面积的凋亡，其中膜的边沿呈现出不规则的形状，并有免疫细胞的侵蚀，而低龄小鼠中膜平滑肌层不出现此表型。
四、血管细胞凋亡的基因调控
基因编码调控参与了血管细胞凋亡的过程，许多家族成员在其中发挥着重要影响。已经证实，Bcl-xL、Bcl-2为抗凋亡基因，而Bax、p53、Fas、Bcl-xS为促凋亡基因。干预抗凋亡基因Bcl-xL在血管内膜的表达，可使内膜细胞选择性发生凋亡，减少血管内膜厚度。编码核酶的腺病毒作用于Bcl-2 mRNA，可使其表达降低，促使血管内皮细胞发生凋亡。凋亡率高的动脉粥样硬化斑块内大量表达Bax蛋白，Bax可能参与了内膜血管平滑肌细胞的凋亡。P53可通过正向调控Bax和负向调控Bcl-2的表达，同时增加细胞表面的Fas配体表达来发挥其促进细胞凋亡的作用。P53缺失的小鼠动脉粥样硬化斑块扩大，这与P53促凋亡作用的缺失，致使血管细胞增殖而导致动脉粥样硬化病变的扩展有关。Bcl-2蛋白可与其他蛋白结合，发挥出不同的效应，如Bad可与Bcl-xL、Bcl-2形成异构体而促进凋亡，Bax与Bcl-xL或Bcl-2结合形成异源双体而促进凋亡。但是，当Bcl-xL或Bcl-2过量存在时，可阻止Bax同源双体的形成而抑制凋亡，或者其与Bcl-xL或Bcl-2形成异源双体而抑制凋亡的发生与发展。所以，内源性Bcl-2和Bcl-xL的水平调控着血管平滑肌细胞的成活，而可引起两者表达改变的外界刺激都可影响血管壁平滑肌细胞的存活。Fas和FasL都存在于血管壁上，其信号通路介导着细胞凋亡的过程，可下调炎症反应。Fas广泛表达于细胞上，而其配体主要表达在炎症细胞表面，如T细胞和巨噬细胞。Fas受体与配体结合后，可引起细胞内Ca2+浓度升高，进一步介导DNA降解和细胞凋亡的发生。研究显示，血管平滑肌细胞表达Fas而免疫细胞表达FasL，其信号通路可致使不稳定斑块的破裂。