端粒与冠心病关系的研究进展全文.docx

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端粒与冠心病关系的研究进展全文

2021年端粒与冠心病关系的研究进展（全文）

  冠心病（coronaryheartdisease，CHD）是当今社会危害人类健康和生命的主要心血管疾病（cardiovasculardisease，CVD）之一，是我国CVD死亡的第二大主要原因。

我国目前约有2.9亿CVD患者，其中有1100万患CHD，而且CHD患病人数正呈逐年增长的趋势[1]。

流行病学研究表明，性别、吸烟、糖尿病、高脂血症、高血压及CHD早发家族史等均与CHD的发病密切相关，但上述因素不能完全解释CHD的发病机制。

衰老是CHD的危险因素之一，组织学研究表明，体外诱导衰老的内皮细胞（endothelialcells，ECs）同冠脉病变局部具有一致的表型特点，因而生物学年龄可能和CHD的发生密切相关[2]。

  端粒与衰老密切相关，其长度作为生物学年龄的标志物被广泛接受[3]。

端粒长度（telomerelength，TL）主要受遗传影响，同时被多种内源性和外源性因素调控，吸烟、饮酒、精神压力和肥胖等多种与CVD密切相关的危险因素均与TL有关[3]。

近20年来的临床研究表明，TL与CHD的发生风险密切相关，而其确切机制目前尚不清楚。

氧化应激（oxidativestress，OS）能够引起ECs功能障碍，促进动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）的发生和发展[4]。

流行病学研究表明，OS能够加速TL缩短[5,6]，因此OS在端粒与CHD的关系中可能扮演着重要角色。

下面就端粒及其氧化损伤与冠心病关系研究进展做一综述。

一、端粒生物学

（一）端粒（见图1A）

  端粒是位于线性染色体末端的核蛋白复合体，由5’－TTAGGGDNA序列重复串联组成，其主要功能是防止DNA被降解以及被识别为DNA断端发生损伤修复，从而维持染色体的稳定性[3]。

人类端粒双链部分长约4－15kb，3’端为富含G、长约30－400碱基的G悬挂链，其部分插入双链并与碱基互补配对，形成T环和D环（见图1B）。

该结构能够隐藏DNA末端3’－OH，防止DNA被识别为双链断端[7,8]。

在DNA的复制过程中，由于DNA聚合酶无法完整复制后随链，端粒随着细胞的分裂而缩短，人类体细胞端粒每次分裂缩短50－200bp[9]。

其它引起端粒缩短的机制还包括核酶作用、化学损伤（如：

OS）和DNA复制应激[10]。

在体外，当体细胞复制一定次数后便会停滞并发生复制性衰老，即所谓的海弗利克极限（Hayflicklimit）[11]。

复制性衰老被证实与端粒的缩短有关，当端粒缩短至约4kb的临界长度时，细胞分裂停止并发生衰老和凋亡。

因此，端粒被认为是“有丝分裂的时钟”[12]。

由于端粒损耗是引起机体生理性衰老的原因之一，大量的研究对端粒与年龄相关疾病（如：

CVD）的关系进行了探讨。

（二）端粒结合蛋白（见图1C）

  端粒与端粒蛋白复合体（shelterin）相结合。

由六种核心蛋白组成：

端粒重复序列结合因子1和2（TelomericRepeatBindingFactor1and2，TRF1，TRF2），TRF2相互作用蛋白1（TRF2－interactingprotein1，RAP1），TRF1相互作用蛋白2（TRF1－interactingprotein2，TIN2），端粒保护蛋白1（protectionoftelomeresprotein1，POT1）和POT1结合蛋白1（telomere－binding proteinPOT1－interactingprotein1，TPP1）。

TRF1和TRF2直接与双链DNA相结合，POT1直接与G悬挂链相结合。

RAP1通过与TRF2相互作用定位到端粒，TIN2起到桥梁作用将POT1－TPP1复合体与TRF1、TRF2连接，从而形成shelterin结构。

Shelterin的功能主要为调节端粒长度，保护端粒免受DNA损伤应答，同时协助T环的形成[13,14]。

  （三）端粒酶（见图1C）

  端粒酶可延长端粒能够克服海弗利克极限[15]。

端粒酶是一种具有逆转录活性的核糖核酸蛋白，主要由端粒酶逆转录酶（TelomeraseReverseTranscriptase，TERT）及其引物端粒酶RNA（TelomeraseRNAComponent，TERC）两部分组成，TERT能够以TERC为模板在端粒末端添加六核苷酸重复序列，从而延长端粒[16]。

  端粒酶能够在人类正常生殖细胞中表达，在干细胞中少量表达，而在大多数体细胞中表达非常有限，并不能抵消DNA复制和其他因素所引起的端粒损耗。

因此，在个体的生命进程中，端粒不断缩短[17]。

图1 端粒DNA、端粒蛋白复合体和端粒酶[3]

二、TL和端粒酶与CHD的关系

（一）外周血白细胞端粒长度与CHD

  同一个体不同组织之间TL存在显著性相关[18]，而获取人血管组织样本并非易事，基于外周血白细胞端粒长度（LeukocyteTelomereLength，LTL）与血管组织TL有显著相关性[19]，且不同白细胞亚群之间TL同步性很强[20]，因此在众多探讨端粒动力学与CHD的研究中，LTL被广泛应用。

  CHD的发生、发展乃至最后出现不良事件的历程较长，而端粒在多种因素的累积作用下，随着时间发生动态变化，许多流行病学研究对冠心病与端粒的关系进行了报道（表1）。

尽管多数研究支持LTL与CHD的负相关关系[21－26]，但其结果并不完全一致，二者相关性还可能受到受试者年龄和AS发展阶段的影响[26]。

此外，这些不尽一致的研究结果可能与不同的研究设计和端粒测量方法有关，部分研究受试者在基线时有着较高CVD发病风险[21]，尽管上述研究在统计分析时，充分考虑了可能对结果造成偏倚的混杂因素，但仍难以排除残存混杂因素对研究结果的影响和反向因果关系。

另一方面，多数研究的端粒测量指标均为平均LTL，而一个染色体的TL缩短至临界值就可以引起细胞凋亡[29]，因而探讨短端粒负荷与CHD的关系可能更有意义。

而PESA研究结果表明，短端粒负荷与早期AS无关[30]。

近期的一项伞状Meta分析结果支持LTL与CHD发生风险的负相关关系，但其结果效应量较小，且证据等级较低[31]。

因此，端粒是否在CHD的不同阶段扮演着不同角色，TL与CHD的发生风险是否为线性负相关，这些问题还有待进一步开展更广泛的流行病学研究加以论证。

表1 LTL与CHD相关性的部分流行病学研究结果汇总

  TL在人群中的变异主要与遗传因素有关。

首先，假设短TL能够增加AS发生的风险，那么可以推测，遗传性TL较短的人群AS的发生风险将明显上升。

先天性角化不良（DyskeratosisCongenita，DKC）患者由于TERT基因发生突变，TL明显短于健康人群，而DKC患者AS的发生风险并未增加[32]。

其次，有学者提出了替代假设：

端粒缩短速率而非TL本身与AS相关[33]，但近期公布的一项小规模队列研究与其相悖，受试者基线时的LTL与AS的发生风险和颈动脉斑块数量相关，而LTL损耗速率与AS并无相关性[34]。

此外，孟德尔随机化研究为分析CHD与TL的相关性提供了一个新的角度。

GWM研究结果表明，TERC、TERT、NAF1等7个基因与TL显著相关。

值得注意的是，尽管每种短TL基因型单独与CVD做相关性分析的结果并无统计学意义，但联合7个基因位点的短端粒基因风险评分与CVD发生风险呈显著负相关，其原因可能是每个基因位点对TL的影响有限（决定系数均＜0.5％）[35]。

该研究为LTL与CHD的前后因果关系提供了有力证据，CHD患者LTL的显著缩短不太可能仅是其它CVD风险因素的附带效应。

但由于TL检测来自受试者的血液循环白细胞，且无法排除基因多效性的影响，分析该研究结果时应该更加审慎。

尽管多数流行病学研究以受试者基线LTL为解释变量，但必须注意的是，LTL不一定在CHD的病理进程中发挥作用。

人体组织研究表明，CHD患者冠脉AS病变处内皮细胞TL显著短于健康受试者，并且在同一患者的冠脉血管组织，AS病变处内皮细胞同非AS病变处相比，TL显著缩短[36]。

虽然人体各组织细胞间TL显著相关，但局部与系统的差异使冠脉AS病变处的TL能够更好的反映端粒与CHD的关系，因此，进一步开展组织学研究以探讨端粒与CHD的关系十分必要。

（一）端粒酶与CHD

  1.人体血管组织和细胞研究

  血管ECs、平滑肌细胞（vascularsmoothmusclecells，VSMCs）以及炎症细胞在AS的病理机制中发挥着重要作用，而端粒酶的表达能够调控细胞的TL从而影响细胞的增殖能力，且端粒缩短引起的复制性衰老与细胞功能障碍密切相关，越来越多的证据表明，端粒生物学引起的细胞衰老可能是AS发生的始动因素。

（1）ECs：

AS斑块处ECs同正常血管处相比，TL显著缩短，与衰老密切相关的β－半乳糖苷酶（β－galactosidase，SAβG）表达量显著增加，并出现功能障碍（表现为eNOS活性下降，ICAM－1表达增加）。

而通过诱导ECs端粒酶表达，能够显著改善复制性衰老模型引起的内皮功能障碍[2]。

ECs的端粒酶活性（telomeraseactivity，TA）受到多种因素调节，人体新分离的脐静脉内ECs的TA非常低，而在体外培养的ECs中，纤维母细胞生长因子－2（fibroblastgrowthfactor2，FGF2）能够显著促进端粒酶表达，拮抗端粒缩短引起的复制性衰老[37]。

另外，雌激素可分别通过转录和翻译后修饰来调节ECs的TA，后者与PI3K－AKT通路的激活及后续Tert的磷酸化有关[38]，而TNF－α和ox－LDL等促进AS发生的炎症介质因素能够通过抑制该通路从而抑制ECs的TA[39]。

此外，NO对ECs端粒酶表达是否有促进作用尚存争议。

Jorge等人采用药物诱导和RNA沉默的方法并未发现NO对ECs端粒酶的调控作用[40]。

（2）VSMCs：

同ECs一致，AS斑块处的VSMCs端粒长度同正常血管组织相比显著缩短，表现为衰老表型（SAβG阳性和细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子P16、P21和P27的表达增加）[41]。

VSMCs的数量及表型对维持AS斑块的稳定性尤为重要，而衰老的VSMCs增殖能力很低，并且基质金属蛋白酶、ICAM－1和纤溶酶原激活物抑制物－1（Plasminogenactivatorinhibitor－1，PAI－1）表达增加，不利于维持斑块的稳定性[42]。

通过诱导Tert表达能够在一定程度上逆转VSMCs的衰老表型，增加VSMCs的增殖能力，但AS斑块局部和正常血管组织的VSMCs的端粒酶的表达量都很低[43]。

而现有的组织学研究对AS斑块处TA的报道也并不完全一致。

有研究表明，冠脉AS处的血管组织同正常血管相比，TA显著升高，且端粒酶的表达主要集中在VSMCs内[44]。

此外，诱导VSMCs的Tert表达与异常的血管重塑有关[45]。

  （3）炎症细胞：

Florence等人的研究结果同样支持AS斑块处TA高于正常血管组织，但端粒酶的表达主要集中在斑块内的巨噬细胞中。

体外实验表明，LPS、TNF－α和ox－LDL等炎症介质能够通过NF－κB通路诱导巨噬细胞TertmRNA表达[46]。

有研究表明，多形核中性粒细胞（polymorphonuclearneutrophils，PMNs）只存在于不稳定型斑块中，而稳定型斑块中却没有[47]，同不稳定型心绞痛（unstableangina，UA）患者相比，稳定型心绞痛（stableangina，SA）患者出现系统性的PMNs激活和凋亡延缓[48]。

为研究TA与PMNs的关系，Maria等人通过冲洗PCI手术中使用过的球囊，间接地收集了患者AS斑块处的PMNs。

其研究结果表明，UA患者PMNs的TA显著高于SA