PD-1抗动脉粥样硬化的作用机制及研究进展

The Mechanism and Research Progress of PD-1 in Anti Atherosclerosis

摘要: 程序性细胞死亡-1 (PD-1)是一种跨膜蛋白，被认为是免疫应答的共同抑制因子。动脉粥样硬化会引起冠心病、脑卒中和其他器官发生继发性病变，严重威胁人们的身体健康。研究发现PD-1抗体可以通过抑制炎症反应、减少氧化应激、抗凝、调脂、降血压、促进糖代谢、调控平滑肌细胞增殖和迁移、减少病理性新生血管数量、保护血管内皮细胞等途径影响动脉粥样硬化进程。查阅近些年相关文献对PD-1抗动脉粥样硬化的作用机制及研究进展作一综述。

Abstract: Programmed cell death 1 (PD-1) is a transmembrane protein, which is considered to be a co-inhibitor of immune response. Atherosclerosis can cause secondary lesions in coronary heart disease, stroke and other organs, which seriously threaten people’s health. The study found that PD-1 antibody can affect the hardening process of arterial atherosclerosis by inhibiting inflamma-tory reaction, reducing oxidative stress, anticoagulation, regulating lipid, lowering blood pressure, promoting glucose metabolism, regulating the proliferation and migration of smooth muscle cells, reducing the number of pathological new blood vessels, and protecting vascular endothelial cells. The mechanism and research progress of PD-1 in anti atherosclerosis were reviewed by reviewing the relevant literature in recent years.

1. 引言

动脉粥样硬化(atherosclerosis, AS)是一种发生在全身的慢性炎症疾病，病变的部位一般从大中动脉的内膜开始，发生脂肪浸润及复合糖类沉积，进而内膜呈灶状纤维化并出现钙质沉着，形成AS斑块，导致血管壁变硬增厚并伴随管腔狭窄。动脉粥样硬化的疾病周期很长，可以引起心、脑、肾等器官发生许多继发性病变 [1]。AS发病机制仍不确定，目前认同内皮损伤学说和脂质渗入学说为主流观点，而遗传因素、抽烟、高血压、高血脂、糖尿病、性别、年龄等因素也能够显著影响AS进程。

程序性死亡1 (PD-1)是CD28超家族的蛋白，是一种含有288个氨基酸的细胞膜蛋白 [2]。PD-1作为抑制性受体表达于活化的T细胞表面，程序性死亡1 (PD-1)及其两个天然配体PD-L1和PD-L2负责传递抑制信号，调节T细胞活化、耐受和免疫病理之间的平衡。其配体PD-L1和PD-L2主要表达于抗原提呈细胞。PD-1与其配体结合后，可抑制T细胞的杀伤活性，并下调T细胞的反应。PD-1在免疫细胞中的作用包括诱导和维持外周免疫耐受，保护组织免受免疫攻击，抑制感染免疫和肿瘤免疫 [3]。现代研究发现PD-1抗体具有抗癌、抗炎、抗氧化、抑制动脉粥样硬化等药理作用。本文旨在讨论PD-1抗动脉粥样硬化的作用机制及研究进展。

2. 抑制炎症反应

动脉粥样硬化的每个阶段都存在炎症反应，炎症是机体发生病理变化的关键因素，与炎性细胞因子的表达密切相关 [4]。PD-1抗体可通过调节多种炎症信号通路抑制各种刺激因子如活性氧(ROS)、TNF-α、内毒素(LPS)、氧化的低密度脂蛋白等引起的血管炎症，其调节作用包括抑制核因子κB (NF-κB)激活、抑制丝裂原激活蛋白激酶MAPK (ERK, p38MAPK, JNK)和Janus激酶(JAK/STAT)的磷酸化，从而减少促炎细胞因子的分泌，更大程度减轻AS各阶段的炎症反应 [5] [6] [7]。

PD-1抗体可以通过调节巨噬细胞进而抑制机体的炎症反应。巨噬细胞由M1表型和M2表型组成，M1型巨噬细胞使促炎症因子的产生增多，导致生物体发生炎症反应；而M2型巨噬细胞作用相反，通过提高抗炎细胞因子IL-10的含量并抑制促炎因子分泌，发挥抗炎作用。AS斑块中细胞因子表达水平会影响巨噬细胞的表达，PD-1抗体可以通过抑制NF-κB通路从而降低炎性细胞因子的表达，使M1型巨噬细胞含量减少；还可以显著抑制MAPK/NF-κB级联信号通路的活性，使巨噬细胞由促炎因子表型向抗炎因子表型转化 [8]。动脉粥样硬化是一种炎症性疾病，PD-1抗体可以通过调节炎症信号通路和巨噬细胞变换来使促炎因子的分泌减少，抗炎因子的表达增加，从而抑制机体炎症反应，延缓AS进程。

3. 抑制氧化应激

动脉粥样硬化现在被认为是一种慢性炎症性疾病。过量活性氧的产生导致的氧化应激已成为动脉粥样硬化的一个关键、最终的共同机制。活性氧(Reactive oxygen species, ROS)是一组小的活性分子，在调节各种细胞功能和生物过程中发挥着关键作用。尽管对血管稳态至关重要，但ROS的不受控产生与血管损伤有关。内源性抗氧化剂充当检查点，以避免ROS的这些不良后果，氧化剂/抗氧化剂机制的失衡导致氧化应激状态 [9]。越来越多的证据表明，评估抗氧化剂补充剂的临床试验未能改善动脉粥样硬化。目前的研究集中于专门针对线粒体ROS的新型ROS清除剂、新型基于纳米技术的药物递送系统、基因治疗和抗miRNA。目前正在开发抑制Ox-LDL效应的合成LOX-1调节剂。PD-1抗体可通过提高细胞活力及其黏附和迁移能力调节细胞内氧化剂和抗氧化剂的平衡，具有多效性抗氧化作用。以确定选择性靶向动脉粥样硬化氧化应激的新治疗方式 [10]。PD-1抗体可分别通过抑制NADPH氧化酶p67亚基活性和刺激线粒体内膜解偶联蛋白2分泌，有效降低NADPH氧化酶和线粒体系统表达的ROS [11]，也可通过抑制HMGB1-TLRS-NF-κB信号通路，减少细胞内炎症因子和ROS的过表达，阻止AS进展 [12]。PD-1抗体对线粒体有保护作用，为PD-1抗体抗AS的研究提供了新方向。研究显示，可通过活性氧生成、线粒体膜电位损伤、线粒体形态变化等评估线粒体功能，从而减轻AS。进一步研究氧化应激对内皮细胞线粒体功能损伤的具体机制，将为线粒体功能的药物针对性干预提供有力依据，且更利于研究PD-1抗体相关线粒体保护的潜在靶点 [13]。LDL氧化为Ox-LDL后被平滑肌细胞和巨噬细胞吞噬是AS发生的关键，PD-1抗体可有效抑制该过程，可能是促进了一氧化氮合酶(eNOS)产生NO，NO能够抑制LDL氧化，使泡沫细胞形成减少 [14]。综上，PD-1抗体主要通过清除氧自由基、保护线粒体，减少泡沫细胞，增加抗氧化酶的活性来抑制AS的氧化应激反应。

4. 抗血小板聚集和血栓形成

血液是红细胞、白细胞、血小板和蛋白质大分子在血浆中的浓缩悬浮体。在上述血液元素中，血小板是正常止血和病理性血栓形成的关键成分 [15]。血液处于高凝状态的主要原因是凝血和纤溶系统的失衡，在AS早期阶段，炎症导致内皮激活，进而可能刺激血小板附着。这会促进动脉粥样硬化进展并发生血栓性疾病。PD-1抗体能够抑制血小板聚集和活化，从而发挥抗血栓形成作用。生理流动条件下血小板聚集的机制是一个复杂的多步骤过程，需要几个不同的血小板受体协同作用。血小板与胶原在血管内皮损伤部位的相互作用包括粘附、活化、血小板颗粒含量的分泌，最后聚集。胶原以外的其他激动剂，如纤维蛋白原、vWF和活化血小板释放的可溶性激动剂(血栓素A2 (TXA2)和ADP)参与血小板聚集 [16]。PD-1抗体抑制血栓素(TXA2)形成和钙离子传导，从而减少血小板聚集；抑制胶原蛋白和血小板受体的结合来减少血小板活化 [17]。血小板聚集在血栓形成过程中，血小板可促进凝血反应，PD-1抗体可抑制血小板中可溶性磷脂酶A2，减少花生四烯酸产生，代谢产物血栓烷A2、前列腺素D2和前列腺素E2等减少，血小板聚集也相应减少。血栓烷A2是一种成熟的血小板聚集刺激剂，而前列腺素D2可触发环腺苷酸的形成，这是刺激血小板抑制的主要途径之一 [18]。PD-1抗体可以减少促炎细胞因子的产生和血管内皮中的TF表达，避免启动凝血级联反应，还可以通过提高组织型纤溶酶原激活剂(t-PA)表达水平促进溶栓，防治血栓 [19]。PD-1抗体主要通过抑制血小板的聚集和激活、抑制凝血级联反应及促进血栓溶解，从而减少AS过程中的血栓形成。

5. 调节脂质代谢

动脉粥样硬化的另一个机制是脂质积累，通常与脂质代谢改变和高胆固醇血症有关。循环修饰低密度脂蛋白(LDL)水平升高是已知的心血管疾病危险因素。动脉粥样硬化病变发展的早期称为“脂肪纹”，是血管壁中以泡沫细胞为特征的细胞内脂质堆积区域，其中包括血管平滑肌细胞(VSMCs)和T淋巴细胞。如果内皮的慢性损伤持续存在，脂肪条纹可进一步发展为动脉粥样硬化病变 [20]。在PD-1连接时，活化的T细胞无法参与糖酵解或氨基酸代谢，但脂肪酸β-氧化(FAO)的速率增加。PD-1通过增加CPT1A的表达和诱导脂肪分解来促进内源性脂质的FAO，如脂肪酶、脂肪分解标志物甘油的升高和脂肪酸的释放 [21]。施用ROS清除剂或NF-κB抑制剂可改善小鼠的葡萄糖和脂质代谢紊乱 [22]。PD-1抗体可降低转录因子NFκB的活性，共同效应为减少炎性物质、脂质代谢的产生。细胞中的胰岛素抵抗和代谢功能障碍在代谢综合征和2型糖尿病的发展中起主要作用。抑制PD1，促进细胞的脂肪酸氧化和糖吸收，加强胰岛素的糖原异生作用，抑制肝糖原生成，调节脂肪酸氧化 [23]。PD-1抗体可以有效减少巨噬细胞对ox-LDL摄取，并显著增加胆固醇的外流，胆固醇的摄取和逆向转运主要是由清道夫受体(SR)和ATP结合盒转运体(ABC)介导的。研究证明PD-1抗体可通过抑制TLR4/NF-κB/信号通路、激活AMPK，促进肝X受体(LXR)活化并与ABCA1启动子靶向结合，上调巨噬细胞膜上ABCA1表达，有助于胆固醇的外流 [24] [25]。综上，PD-1抗体主要通过抑制脂质的吸收和合成，促进脂肪分解代谢来降低血脂，调节巨噬细胞对脂质的摄取和转运，从而减少脂质沉积，发挥其抗AS作用。

6. 调节糖代谢

磷酸肌醇-3-激酶(PI3K)/v-akt小鼠胸腺瘤病毒癌基因同源物(akt)、丝裂原激活蛋白激酶(MAPK)和AMP激活蛋白激酶激酶(AMPK)通路的下调对葡萄糖稳态至关重要，通常会导致肥胖和糖尿病。因此，这些途径应该是治疗靶点。PD-1抗体可激活Akt信号通路，进而明显改善大鼠的血脂水平 [26]。胰岛素信号转导网络和其成分的生化特性已被广泛研究。PD-1抗体激活PI3K/AKT、MAPK和AMPK信号，调节葡萄糖代谢稳态。此外，研究在转基因小鼠中已经证明蛋白激酶信号传导的特异性调节可以有效改善葡萄糖稳态防止肥胖、获得性胰岛素抵抗和糖尿病。新陈代谢相关的细胞功能，如葡萄糖运输、脂肪生成、糖原合成和糖异生由激酶控制不完全在胰岛素信号内起作用转导网络 [27]。PD-1抗体还抑制糖原合酶激酶(GSK)-3β，增加肝糖原含量，并通过减少糖异生关键酶磷酸烯醇丙酮酸羧激酶(PEPCK)和葡萄糖-6-磷酸酶(G-6-P)的表达抑制糖异生，增加葡萄糖利用和糖原合成 [28]。

7. 抑制平滑肌细胞增殖和迁移

动脉粥样硬化斑块的形成和治疗后血管再狭窄的主要原因是动脉平滑肌细胞(ASMC)的增殖和迁移。VSMC是血管壁的主要组成部分，在AS发生过程中起着至关重要的作用。AS的发生、发展是VSMC增殖和凋亡之间的平衡不断改变的过程。尽管由于VSMC的过度增殖能导致内膜增生，从而加速VSMC凋亡，这可能是一种有益的代偿机制，然而对小鼠血管中膜和内膜的VSMCs进行凋亡诱导后发现：在平滑肌蛋白22α-人白喉毒素受体/Apo E-/-小鼠AS斑块中出现纤维帽变薄、胶原和基质丢失、细胞碎片堆积和内膜炎症等现象。这说明VSMC凋亡与AS斑块的不稳定性密切相关 [29]。平滑肌细胞的迁移能力与基质金属蛋白酶(MMP)系统有关，PD-1抗体能够显著降低MMP-1和MMP-9在机体内的表达和活性，抑制平滑肌细胞的迁移 [30]。研究发现PD-1抗体可以减弱NF-κB的活性，减少自发性高血压大鼠VSMC中炎症小体NLRP3的表达量，进而抑制其增殖和迁移 [31]。PD-1抗体抑制VSMC的增殖和迁移的机制主要是通过抑制合成型VSMC的表达来实现的，这对减少AS斑块的形成和预防治疗后血管腔再狭窄有重要意义。

8. 保护内皮细胞

内皮损伤–反应学说是目前最为公认的动脉粥样硬化发病机制之一，而内皮细胞损伤则是动脉粥样硬化形成的起始步骤。内皮细胞通透性改变后，低密度脂蛋白(Low Density Lipoprotein, LDL)形成氧化型低密度脂蛋白(Oxidized Low Density Lipoprotein, ox-LDL)，是驱动泡沫细胞形成的关键因素。内皮细胞功能障碍引发血管内促炎倾向。受损的内皮细胞释放炎症因子增多，导致平滑肌细胞增殖，单核细胞趋化形成巨噬细胞，吞噬ox-LDL形成泡沫细胞，后者分泌的细胞因子进一步加剧炎症、氧化应激和血小板激活黏附，终致粥样硬化斑块形成。氧化应激还能活化炎症因子，加重内皮细胞损伤，引起胶原合成减少、纤维帽变薄和斑块失稳，诱发急性血栓事件 [32]。PD-1抗体能够有效抑制炎症和氧化应激反应，减少各种因素引起的炎性细胞因子和ROS的过度表达，同时诱导eNOS产生适宜的NO，改善血管功能障碍，保护血管内皮功能 [31]。在体外及体内试验发现同时上调PD-1表达并增加活性氧(ROS)水平。PD-1信号通路的阻断降低了线粒体H₂O₂和总细胞ROS水平，以PD-1为信号为动力使ROS增加，主要靠脂肪酸的氧化，用依托莫西治疗消除了PD-1阻断后ROS水平的变化。此外，PD-1驱动的ROS变化对于确定细胞对后续代谢抑制的敏感性至关重要。同时阻断PD-1诱导NO的产生和内皮组织依赖的血管舒张作用。另外，实验结果表明，PD-1/PD-L1抑制剂是减少细胞凋亡 [33] [34] [35]。由此可知，PD-1抗体主要通过影响机体血糖，抗炎、抗氧化、促进氧化应激状态下的血管内皮细胞舒张，减少血管内皮损伤，影响AS进展。

综上所述，PD-1抗体可以通过减少炎症和氧化应激、抗凝、改善脂肪代谢、促进糖代谢、调控平滑肌细胞增殖和迁移、保护内皮细胞等途径延缓动脉粥样硬化进程，具体机制还有待进一步的研究完善。但价格稍高、来源不充分，故临床应用不广泛。在PD-1抗体的进一步研究中，应该更注重经济利益和提取源关系，在保证药物安全的前提下降低成本，使其广泛运用于疾病的临床治疗，有望成为未来研究的一个新方向。

NOTES

^*通讯作者。