氧化应激与动脉粥样硬化

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1、上海长征医院上海长征医院 吴宗贵吴宗贵Oxidative stress and Oxidative stress and atherosclerosisatherosclerosis氧化应激与氧化应激与 动脉粥样硬动脉粥样硬化化1动脉粥样硬化脂质氧化理论的提出 脂源性理论无法解释4种现象:LDL-RLDL-RLDL-RLDL-R缺乏的患者缺乏的患者缺乏的患者缺乏的患者( ( ( (家族性纯合子型高胆固醇家族性纯合子型高胆固醇家族性纯合子型高胆固醇家族性纯合子型高胆固醇血症血症血症血症) ) ) )或动物模型或动物模型或动物模型或动物模型, , , ,由于巨噬细胞表面的由于巨噬细胞表面的由于巨噬

2、细胞表面的由于巨噬细胞表面的LDL-RLDL-RLDL-RLDL-R缺乏缺乏缺乏缺乏, , , ,LDLLDLLDLLDL无法通过无法通过无法通过无法通过LDL-RLDL-RLDL-RLDL-R途径被巨噬细胞摄取途径被巨噬细胞摄取途径被巨噬细胞摄取途径被巨噬细胞摄取, , , ,但是该类患者或动物模型动脉粥样硬化的发但是该类患者或动物模型动脉粥样硬化的发但是该类患者或动物模型动脉粥样硬化的发但是该类患者或动物模型动脉粥样硬化的发病率几乎是病率几乎是病率几乎是病率几乎是100100100100% % % %。? ?1 12 体外试验中体外试验中体外试验中体外试验中, , , ,即使将单核即使将单

3、核即使将单核即使将单核- - - -巨噬细胞和平滑肌巨噬细胞和平滑肌巨噬细胞和平滑肌巨噬细胞和平滑肌细胞和浓度非常高的细胞和浓度非常高的细胞和浓度非常高的细胞和浓度非常高的LDLLDLLDLLDL血浆共同培养后血浆共同培养后血浆共同培养后血浆共同培养后, , , ,也也也也并不能诱导胆固醇在细胞内的聚积。并不能诱导胆固醇在细胞内的聚积。并不能诱导胆固醇在细胞内的聚积。并不能诱导胆固醇在细胞内的聚积。? ?2 2动脉粥样硬化脂质氧化理论的提出3动脉粥样硬化脂质氧化理论的提出LDL-RLDL-RLDL-RLDL-R受细胞内胆固醇含量的负反馈调节。受细胞内胆固醇含量的负反馈调节。受细胞内胆固醇含量的

4、负反馈调节。受细胞内胆固醇含量的负反馈调节。LDLLDLLDLLDL和和和和LDL-LDL-LDL-LDL-R R R R结合后结合后结合后结合后, , , ,内吞进入巨噬细胞胞浆内吞进入巨噬细胞胞浆内吞进入巨噬细胞胞浆内吞进入巨噬细胞胞浆, , , ,与溶酶体结合后与溶酶体结合后与溶酶体结合后与溶酶体结合后, , , ,在在在在溶酶体酶的作用下溶酶体酶的作用下溶酶体酶的作用下溶酶体酶的作用下, , , ,LDLLDLLDLLDL中的蛋白质降解为氨基酸中的蛋白质降解为氨基酸中的蛋白质降解为氨基酸中的蛋白质降解为氨基酸, , , ,而而而而胆固醇酯水解为游离胆固醇和脂肪酸。但是胆固醇酯水解为游离

5、胆固醇和脂肪酸。但是胆固醇酯水解为游离胆固醇和脂肪酸。但是胆固醇酯水解为游离胆固醇和脂肪酸。但是, , , ,当细胞当细胞当细胞当细胞内胆固醇的含量饱和时内胆固醇的含量饱和时内胆固醇的含量饱和时内胆固醇的含量饱和时, , , ,便会反馈性调节细胞表面的便会反馈性调节细胞表面的便会反馈性调节细胞表面的便会反馈性调节细胞表面的LDL-RLDL-RLDL-RLDL-R的数量减少的数量减少的数量减少的数量减少, , , ,功能下调。所以功能下调。所以功能下调。所以功能下调。所以LDLLDLLDLLDL经这一途径代经这一途径代经这一途径代经这一途径代谢只是一个生理过程谢只是一个生理过程谢只是一个生理过程

6、谢只是一个生理过程, , , ,并不会引起胆固醇在并不会引起胆固醇在并不会引起胆固醇在并不会引起胆固醇在巨噬巨噬巨噬巨噬细胞细胞细胞细胞内堆积。内堆积。内堆积。内堆积。? ?3 34 多个流行病学调查结果显示多个流行病学调查结果显示多个流行病学调查结果显示多个流行病学调查结果显示, , , ,动脉粥样硬化与动脉粥样硬化与动脉粥样硬化与动脉粥样硬化与高胆固醇血症之间呈一种非线性关系高胆固醇血症之间呈一种非线性关系高胆固醇血症之间呈一种非线性关系高胆固醇血症之间呈一种非线性关系, , , ,动脉粥动脉粥动脉粥动脉粥样硬化患者中合并高胆固醇血症的不到样硬化患者中合并高胆固醇血症的不到样硬化患者中合并

7、高胆固醇血症的不到样硬化患者中合并高胆固醇血症的不到60606060%,%,%,%,有有有有40404040% % % %多的患者血脂完全正常。多的患者血脂完全正常。多的患者血脂完全正常。多的患者血脂完全正常。? ?4 4动脉粥样硬化脂质氧化理论的提出5 7 7国男性国男性TCTC水平和总死亡率关系水平和总死亡率关系05101520253035血清血清 TC mmol/L (mg/dL)冠心病死亡率冠心病死亡率 (%)北欧北欧南欧，地中海地区南欧，地中海地区美国美国塞尔维亚塞尔维亚南欧，内陆地区南欧，内陆地区日本日本2.60(100)3.25(125)3.90(150)4.50(175)5.1

8、5(200)5.80(225)6.45(250)7.10(275)7.75(300)8.40(325)9.05(350)Data are from the Seven Countries Study of 12,467 men from Southern European Countries, the USA and Japan. Verschuren WM et al. JAMA 1995;274:131136.6高LDL与动脉粥样硬化形成之间存在中间环节? ? ?LDL-C动脉粥样硬化动脉粥样硬化氧化修饰ROSROS可导致脂质、蛋白质和可导致脂质、蛋白质和DNADNA的修饰的修饰7机体机体

9、自由基自由基抗氧化抗氧化 有害刺激有害刺激组织损伤组织损伤Reactive OxygenSpecis (ROS) 氧化氧化 应应激激8ROS的作用的作用u 机体防御机体防御u 细胞内第二信使，参与细胞内第二信使，参与 正常生理功能正常生理功能u 过量，导致病理损伤过量，导致病理损伤9LDL如何被氧化修饰O O2-2-O O2 2- -LDLLDL表面多不饱和表面多不饱和脂肪酸双链断裂脂肪酸双链断裂 ApoBApoB氧化氧化共轭共轭双烯双烯修改修改LDLLDL表面结构表面结构交联交联LDLLDL表层表层LDLLDL不再被不再被LDL-RLDL-R识别识别转而被转而被SR-AISR-AI受体识别受

10、体识别Witztum, J.L. et al. J. Clin. Invest. 1991. 88, 1785-179211 Ox-LDL在泡沫细胞形成过程中的在泡沫细胞形成过程中的作用作用LDLLDLLDLLDL内皮细胞管腔单核细胞巨噬细胞泡沫细胞内膜氧化修饰氧化修饰LDLLDL细胞增殖、退化Ross R. N Ross R. N EnglEngl J Med 1999;340:115-126. J Med 1999;340:115-126.MCP-1穿越VCAM-1ICAM-1粘附SRSR高脂血症细胞因子12ROS与与AS13LDL体内氧化机制体内氧化机制LDLLDL氧氧化化n中性粒细胞中

11、性粒细胞n单核细胞单核细胞n巨噬细胞巨噬细胞n ECn SMCn成纤维细胞成纤维细胞nNADPH氧化酶氧化酶n髓过氧化酶髓过氧化酶n细胞色素细胞色素P450n线粒体电子传递链线粒体电子传递链n过氧化亚硝酸盐过氧化亚硝酸盐n黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶n血浆铜蓝蛋白血浆铜蓝蛋白n脂氧化酶：体内脂氧化酶：体内/外外14OxLDL的致的致AS特性特性n 促进促进SMC增殖增殖n 抑制内皮细胞的血管舒张抑制内皮细胞的血管舒张n 具有免疫原性具有免疫原性n 细胞毒作用：破坏内膜完整性细胞毒作用：破坏内膜完整性n T细胞趋化因子细胞趋化因子n MMP，影响斑块稳定性影响斑块稳定性15OxLDL的致的致AS特性

12、特性n 上调清道夫受体表达上调清道夫受体表达n 易被巨噬细胞迅速摄取，无负反馈易被巨噬细胞迅速摄取，无负反馈 调节，形成泡沫细胞调节，形成泡沫细胞n 刺激刺激EC释放释放MCP-1、CSF，促进单核促进单核 细胞趋化并分化成组织巨噬细胞细胞趋化并分化成组织巨噬细胞n 抑制局部巨噬细胞迁移；抑制局部巨噬细胞迁移；n 刺激单核细胞刺激单核细胞/巨噬细胞表达巨噬细胞表达IL-1 16ASAS患者患者LDL-RLDL-R表达下调表达下调清道夫受体表达上调清道夫受体表达上调00.10.20.30.40.50.60.7LDL-RLDL-R清道夫受体清道夫受体CD36CD36受体水平受体水平对照组AS组Da

13、ta from Atherosclerosis Seminar,Beijing. 2003 上调上调下调下调17n丙二醛丙二醛（MDA）n循环抗循环抗oxLDL抗体抗体nF(2)- 异前列烷异前列烷(IsoPs)定量方法定量方法p 体内、简便、准确体内、简便、准确p 人体液：血浆和尿液人体液：血浆和尿液p AS危险因素如吸烟、高胆固醇、危险因素如吸烟、高胆固醇、 糖尿病、肥胖时，糖尿病、肥胖时，F(2)-IsoP增加增加ROS的检测的检测18天然抗氧化剂VitE,VitC,VitE,VitC,- -胡萝卜素胡萝卜素, ,类黄酮类黄酮, ,泛醇泛醇-10,-10,超氧化物岐化酶超氧化物岐化酶(S

14、OD),(SOD),谷胱甘肽谷胱甘肽(GSH)(GSH)合成抗氧化剂普罗布考普罗布考( (probucolprobucol),),丁羟甲苯丁羟甲苯(BHT),(BHT),联苯二胺联苯二胺(DPPA),AGI-1067(DPPA),AGI-1067(普罗布考衍生物普罗布考衍生物) )抗氧化治疗抗氧化治疗19u Probucolu Statinsu AT1RB and ACEIu Vitamins E and Cu PPAR- ligands.抗氧化治疗抗氧化治疗20Ang IIstatinPPAR-losartancandesartanVit CVit E内皮功能紊乱内皮功能紊乱单核细胞粘附单核

15、细胞粘附SMC迁移增生迁移增生动物实验动物实验ROS敏感敏感性通性通路路ROS 产生产生AS抗氧化治疗抗氧化治疗21n中度降低中度降低LDLn有效抑制有效抑制LDL氧化修饰，独立于其氧化修饰，独立于其 降脂作用降脂作用n 恢复恢复NO生物活性生物活性n 抑制抑制VCAM-1和和MCP表达，表达，n 抑制人主动脉抑制人主动脉SMC增殖增殖n 抑制模型动物抑制模型动物AS形成形成 Probucol22抗氧化剂抗动脉粥样硬化的动物试验试验研究者和时间结果试验研究者和时间 结果普罗布考对普罗布考对LDL-RLDL-R缺陷家兔缺陷家兔ASAS模型模型Carew et al, 1987 +普罗布考对大鼠普

16、罗布考对大鼠Parker et al, 1995 +Kita et al, 1987 +普罗布考对小鼠普罗布考对小鼠Tangirala et al, 1996 +Mao et al, 1991+普罗布考对猴子普罗布考对猴子Sasahara et al, 1994 +Daugherty et al, 1991VitEVitE对家兔对家兔Prasad et al, 1993 +Verlangieri et al, 1992+Morel et al, 1994 -Fruebis et al, 1994 +Kleinveld et al, 1995-Morel et al, 1994 +Fruebis

17、 et al, 1995-Mao et al, 1994-VitEVitE对大鼠对大鼠Parker et al, 1995+普罗布考对胆固醇普罗布考对胆固醇饲料喂养家兔饲料喂养家兔ASAS模型模型Stein et al, 1989 +VitEVitE对猴子对猴子Verlangieri et al, 1992Daugherty et al, 1989 +DPPDDPPD对家兔对家兔Sparrow et al, 1992+Prasad et al, 1994 +DPPDDPPD对小鼠对小鼠 Tangirala et al, 1995 +Fruebis et al, 1995+BHTBHT对家兔对家

18、兔Bjorkhem et al, 1991+Daniel S. Daniel S. CirculationCirculation Feb 1997; 95: 1062 - 1071. Feb 1997; 95: 1062 - 1071.23抗氧化剂抗动脉粥样硬化的循证研究抗氧化剂抗氧化剂循证研究循证研究结果结果普罗布考普罗布考MVPMVP(Multivitamins and (Multivitamins and ProbucolProbucol Study) Study) +MVP-SmallMVP-Small(Multivitamins and (Multivitamins and Prob

19、ucolProbucol Study in Small Study in Small coronary artery)coronary artery)+CARTCART(Canadian Antioxidant (Canadian Antioxidant RestenosisRestenosis Trial) Trial) +FASTFAST(Fukuoka Atherosclerosis Trial) (Fukuoka Atherosclerosis Trial) +PARTPART(Probucol(Probucol Angioplasty Angioplasty RestenosisRe

20、stenosis Trial) Trial) +PQRSTPQRST(Probucol(Probucol Quantitative Regression Swedish Trial) Quantitative Regression Swedish Trial) - -PRO-PRO-MPPMPP(Probucol(Probucol in the in the MultifactorialMultifactorial Primary Prevention) Primary Prevention)+ISHINISHIN(Insight of (Insight of StentStent Intim

21、alIntimal Hyperplasia Inhibition by New Hyperplasia Inhibition by New ARB)ARB)+AGI-AGI-10671067CART-1CART-1(Canadian Antioxidant (Canadian Antioxidant RestenosisRestenosis Trial) Trial) +CART-2CART-2(Canadian Antioxidant (Canadian Antioxidant RestenosisRestenosis Trial) Trial) +ARISEARISE(Aggressive

22、 Reduction of Inflammation Stops Events)(Aggressive Reduction of Inflammation Stops Events)未获得未获得24抗氧化剂抗动脉粥样硬化的循证研究抗氧化剂循证研究结果VitE CHAOS(Cambridge Heart Anti-Oxidant Study) +HOPE(Heart Outcome Prevention Evaluation)-ATBC(Alpha Tocopherol Beta Carotene Prevention) -SPACE(Secondary Prevention with Anti

23、oxidants of Cardiovascular Disease in Endstage Renal Disease) +ASAP(Antioxidant Supplementation in Atherosclerrosis Prevention) PPP(Primary Prevention Project) -GISSI(Gruppo Italiano per lo Studio della Sorpravivenza nelInfarto miocardico)-胡萝卜素ATBC(Alpha Tocopherol Beta Carotene Prevention) -CARET(B

24、eta-Carotene & Retinol Efficacy Trial) -VitCCLAS(Cholesterol Lowering Atherosclerosis Study) -复合维生素IEISS(The Indian Experiment of Infare Survival Study)-25FAST研究研究:脂质抗氧化剂普罗脂质抗氧化剂普罗布考对布考对AS患者的生存利益患者的生存利益SawayamaSawayama Y, et al. J Am Y, et al. J Am CollColl CardiolCardiol 2002 Feb 20;39(4):610-6 200

25、2 Feb 20;39(4):610-6 6 61212181824245 5101015152020月月生存影响率生存影响率(%)(%)P0.05, Log-rank TestP0.05, Log-rank Test脂质抗氧化剂普罗布考脂质抗氧化剂普罗布考普伐他汀普伐他汀安慰剂安慰剂26为何普罗布考循证研究获得阳性为何普罗布考循证研究获得阳性结果而抗氧化维生素却未结果而抗氧化维生素却未? ?普罗布考是目前最强的断链抗氧化剂普罗布考是目前最强的断链抗氧化剂, ,其抗氧化能力是其抗氧化能力是VitEVitE的的5 56 6倍倍, ,且结合氧自由基反应为不可逆且结合氧自由基反应为不可逆普罗布考分子

26、具有普罗布考分子具有1414个亲脂性甲基个亲脂性甲基, ,决定了普罗布考与决定了普罗布考与LDLLDL结合能力远结合能力远强于其他脂溶性抗氧化剂强于其他脂溶性抗氧化剂(1(1个个LDLLDL颗粒仅能结合颗粒仅能结合6 6个个VitEVitE和和2 2个个-胡萝胡萝卜素分子卜素分子),),因此与因此与LDLLDL结合的普罗布考分子消耗氧自由基的能力远强于结合的普罗布考分子消耗氧自由基的能力远强于VitEVitE和和-胡萝卜素。胡萝卜素。除了抗氧化作用外除了抗氧化作用外, ,普罗布考还是个降胆固醇药物普罗布考还是个降胆固醇药物, ,且对动脉粥样硬化且对动脉粥样硬化过程中诸多的炎性细胞因子有较强抑制

27、作用过程中诸多的炎性细胞因子有较强抑制作用VitEVitE和和-胡萝卜素在大多研究中剂量不足。值得注意的是胡萝卜素在大多研究中剂量不足。值得注意的是, ,VitEVitE每日每日剂量在剂量在400IU400IU以上的临床试验结果均为阳性以上的临床试验结果均为阳性, ,而每日剂量在而每日剂量在400IU400IU以下则以下则对动脉粥样硬化无明显效果。对动脉粥样硬化无明显效果。VitCVitC为水溶性抗氧化剂为水溶性抗氧化剂, ,抗脂质氧化作用微弱。抗脂质氧化作用微弱。27脂质抗氧化剂抗脂质抗氧化剂抗ASAS的最大规模研究即将公布的最大规模研究即将公布 ARISEAggressive Reduct

28、ion of Inflammation Stops Events在2006年公布,预计将对心血管临床治疗指南产生重大影响28他汀类药物他汀类药物n 抑制抑制NAD(P)H氧化酶表达氧化酶表达n 降低降低oxLDL对氧化的易感性对氧化的易感性n 抑制抑制LOX-1上调上调n 增加增加eNOS表达及表达及mRNA 稳定性，稳定性， NOn 抑制抑制ATR1表达表达抗氧化剂抗氧化剂29ACEI和和ARB-从源头阻断从源头阻断ROS产生产生n 抑制抑制NAD(P)H氧化酶活性氧化酶活性n SOD表达表达n 改善改善NO生物活性，改善内皮功能生物活性，改善内皮功能n 抑制早期斑块形成抑制早期斑块形成 n

29、 ACEI 缓激肽水平缓激肽水平NO释放释放30n ApoE敲除小鼠高脂喂养：敲除小鼠高脂喂养：LOX-1、MMP-1, MMP-2, MMP-9, CD40，p38 MAPK活性活性n rosuvastatin或或 candesartana：中度抑制中度抑制n rosuvastatin加加 candesartana：完全抑制完全抑制-Chen J, et al. J Am Coll Cardiol (in press)ACEI/ ARB与与statins的协同作用的协同作用31statinsstatinsStatins,ARBACEI,ARB32n 抑制抑制NADPH 氧化酶表达、氧化酶表达

30、、 ROS 产生产生n 抑制抑制EC和和SMCs表达致表达致AS蛋白蛋白n 调节巨噬细胞调节巨噬细胞-泡沫细胞形成和泡沫细胞形成和n 炎症反应，炎症反应， AS病变病变n 高胆固醇兔的血管壁白细胞聚集高胆固醇兔的血管壁白细胞聚集n TNF-介导的人冠状动脉介导的人冠状动脉EC凋亡凋亡 PPAR-配体配体33n 增加局部增加局部NO生物利用度生物利用度n 抑制抑制LDL氧化氧化 n 动物模型：糖尿病、高血脂动物模型：糖尿病、高血脂 改善内皮功能，减缓改善内皮功能，减缓AS进展进展Vitamins E局限性局限性对对O2-、OH-、ONOO-无效无效作用限于亲脂环境作用限于亲脂环境需要协同抗氧化因

31、子需要协同抗氧化因子致氧化作用致氧化作用34n 直接清除直接清除ROS( O2-、OH-、 H2O2)n 增加局部增加局部NO生物利用度生物利用度n 抑制抑制NAD(P)H氧化酶活性氧化酶活性n 抑制抑制LDL氧化氧化 n 动物模型：糖尿病、高血脂动物模型：糖尿病、高血脂 改善内皮功能，减缓改善内皮功能，减缓AS进展进展Vitamins C局限性局限性直接清除直接清除O2-需要较高浓度需要较高浓度(mM)致氧化作用致氧化作用35n 5个阳性结果：显示主要联合终点获益个阳性结果：显示主要联合终点获益p CHAOS、 SPACE、ASAP、Nurses Health Study 、移植物相关移植物

32、相关AS研究研究n 7 个阴性结果：不降低与个阴性结果：不降低与AS有关的终点事件有关的终点事件p HOPE、HPS、GISSI、ATBC、CARET、PQRST、PHS有关抗氧化维生素的有关抗氧化维生素的12临床研究临床研究36n 对药物的反应存在个体差异对药物的反应存在个体差异n 药物的最适剂量药物的最适剂量n 药物的类型：天然药物的类型：天然/合成？合成？n 体内氧化还原反应更为复杂体内氧化还原反应更为复杂n 抗氧化剂本身的致氧化作用：健康志愿抗氧化剂本身的致氧化作用：健康志愿者补充者补充vita C 表现出抗氧化和致氧化双重表现出抗氧化和致氧化双重作用作用n 高剂量引起高剂量引起 DNA 损伤损伤Vit E、Vit C无效的原因无效的原因 分析分析37决定抗氧化剂效用的因素决定抗氧化剂效用的因素Antioxidant power38谢谢 谢谢39