抗动脉粥样硬化的小而密HDL
徐亚伟 上海市第十人民医院心内科
日 期 2006-12-14
概要
我们对HDL的动脉保护活性和HDL颗粒异质性间关系的理解已经有了很大的进展。HDL各种颗粒的结构、血管内代谢过程和抗动脉粥样硬化活性存在很大的异质性。在这篇综述中，我们对HDL颗粒的抗动脉粥样硬化的新进展进行讨论。小而密HDL具有有效的抗动脉粥样硬化活性，但在致动脉粥样硬化的血脂异常情况下，这种活性会受到影响。HDL功能缺陷常伴随与HDL-C浓度降低和HDL代谢及结构改变出现。从机制上考虑，抗动脉粥样硬化活性减弱的小而密HDL的形成，与HDL中甘油三酯以及血清淀粉酶A增高、胆固醇酯减少、HDL载脂蛋白发生共价修饰以及载脂蛋白AⅠ抗动脉粥样硬化动能减弱相关。因此，循环中HDL-C浓度的降低可能与异常结构和成分的小HDL颗粒的功能缺陷相关。在常见的代谢性疾病，如2型糖尿病和代谢综合症中，HDL颗粒数量及功能的下降会加速动脉粥样硬化。因此，在伴有代谢性疾病的脂质异常的个体中，使HDL颗粒数量、质量及生物学活性正常化的治疗是减慢动脉粥样硬化的重要途径。胆固醇酯转运蛋白抑制剂、烟酸、重组HDL以及其他升高HDL的药物都在研究之中。诱导使循环中具有强化抗动脉粥样硬化活性的小而密HDL3颗粒浓度选择性增高可能很有价值，尤其对致动脉粥样硬化脂质异常的治疗而言。
关键词
心血管疾病，HDL，炎症，氧化应激；小而密HDL
介绍
致动脉粥样硬化的血脂异常是早期发生心血管疾病的主要危险因素。这一状态提示循环中致动脉粥样硬化的富含胆固醇的含载脂蛋白B（apoB）的脂蛋白增多，如LDL；而含抗动脉粥样化的载脂蛋白AⅠ（apo AⅠ）的HDL则减少。许多大型的可信性高的流行病学研究证实，低HDL-C浓度是冠心病（CHD）的独立危险预测因素；事实上，HDL每降低0.0259mM(1mg/dl)，男性患者中CHD危险性增加约2%，女性患者则增加约3%1。循环中致动脉粥样硬化性脂蛋白（LDL，VLDL，中密度脂蛋白）的紊乱和HDL的紊乱，与内皮功能障碍的产生相关，而内皮功能障碍的快速形成受炎症和氧化应激影响2；由此可见，脂质异常、炎症和氧化应激与动脉粥样硬化的产生有极密切的关系。
炎症是以减少有害因素的毒性作用并修复受损组织为目的的系统性反应，它存在于许多病理过程中。慢性、轻度的炎症是动脉粥样硬化的特征之一，其典型试验室检查表现为血清C反应蛋白增多。C反应蛋白是重要的心血管危险因素3。氧化应激是炎症积累形成的，包括致氧化因素与抗氧化因素的失衡（致氧化因素增加，抗氧化因素减少），是内皮功能障碍的基础。而内皮功能障碍是动脉粥样硬化病理生理变化中的中心步骤，内皮的损伤和活化包括动脉壁内HDL渗透增加并在内膜内滞留，同时伴有单核细胞浸润以及巨噬细胞的分化和激活。其直接结果为局部炎症反应诱导使致氧化产物增多，如活性氧、氮以及氯元素4。事实上，动脉粥样斑块组成的分析证实蛋白和脂质氧化产物的积聚常伴随局部氧化应激的出现5。通过糖化蛋白结合，LDL易于在动脉壁内沉积，这使LDL成为动脉壁细胞氧化的主要底物，且在炎症部位可以发现LDL浓度是增加的。
事实上，氧化的LDL（oxLDL）具有多种致动脉粥样硬化特性，包括诱导巨噬细胞内胆固醇的积聚以及有效的致炎性、免疫性、促凋亡和细胞毒活性2。oxLDL的大部分致炎症特性由LDL脂质过氧化形成的双重活性产物产生。因此，动脉粥样硬化可以视作动脉壁的慢性炎症性疾病，部分由oxLDL介导，部分由其他致炎症性因素介导，如炎性巨噬细胞及巨噬细胞细胞源性泡沫细胞产生的细胞因子、金属蛋白酶（MMPs）以及磷脂酶。
即使LDL升高情况下，逐步升高HDL浓度也可以降低心血管危险性，并避免患者发生CHD1。在这篇综述中，我们对HDL颗粒抗动脉粥样硬化特性的新进展进行讨论，包括HDL对避免动脉壁细胞内胆固醇积聚、氧化应激和炎症发生的保护作用，其中强调的重点是HDL颗粒的异质性。事实上，已有新的证据支持，小而密HDL作为潜在的抗动脉粥样硬化颗粒，在常见的代谢性疾病，如2型糖尿病和代谢综合症患者中其活性是受损的。
正常功能的HDL
血清中HDL密度为1.063-1.21g/ml，由具有异质性的盘状和球状颗粒组成。这些颗粒在生化特性、血管内代谢及生物学活性方面都存在差异6。盘状HDL颗粒为体积较小、脂质含量较少的新生颗粒，由嵌入磷脂单层脂质中的载脂蛋白和游离胆固醇组成。球形HDL是体积较大的成熟颗粒，含有疏水胆固醇酯和甘油三酯核心。球形HDL颗粒由不含脂质的apoAⅠ或盘状HDL产生，盘状HDL主要由肝脏或肠道产生，也可由脂解过程中富含甘油三酯的脂蛋白表面片断释放产生（图1A）。新生的未成熟HDL颗粒通过ATP结合子转移子A1介导释放，易于获得细胞膜上的胆固醇和磷脂7。随后，由卵磷脂：胆固醇酰基转移酶介导的HDL-C酯化作用能产生小的球形HDL3。这种转化作用存在于许多步骤中，包括胆固醇酯转运蛋白（CETP）介导的胆固醇酯和甘油三酯在HDL与含apoB的脂蛋白间的交换，清道夫受体B1型介导的肝细胞对胆固醇的选择性摄取，以及肝酯酶介导的磷脂和甘油三酯的水解（图1A）。
根据摩尔单位计算，与其它脂蛋白相比，循环HDL中浓度最高（在微摩尔浓度级别内）；主要亚型HDL2和HDL3颗粒的浓度一般在2-6μM范围内，相应的总质量为50-200mg/dl8-10。其他脂蛋白的血清浓度在毫微摩尔浓度级别范围内（VLDL和富含甘油三酯的脂蛋白）或在微摩尔浓度的较低范围内（LDL为1-2μM）。许多研究对大HDL和小HDL的浓度进行了检测，由于分离和定量的方法不同，其结果相差较大。得到的结果是矛盾的，但有证据显示大HDL和小HDL都是CHD病程或心血管危险性的预测因素6，11。这些数据的不一致在一定程度上反映了不同方法分离到的HDL亚型间存在复杂的关系。其中需要注意的是，常规临床血清HDL-C的检测主要反映了体积较大的富含胆固醇的颗粒的浓度，而常常缺乏检测体积较小、胆固醇含量较低HDL的敏感性。例如，小HDL3c是体积较小的亚型，约占HDL总质量的6%，占apoAⅠ的10%，占HDL颗粒数量的13%8-10，12。循环中各种HDL亚型浓度的特点尚不清楚。
HDL颗粒拥有多种抗动脉粥样硬化活性，包括从动脉壁向肝脏逆向转运胆固醇并清除、抗氧化作用、抗炎作用、抗细胞凋亡、抗血栓形成、抗感染以及血管舒张作用（图1A）13。胆固醇从外周血细胞，特别是巨噬细胞中外流，构成了胆固醇逆向转运的第一步。不含脂质的HDL载脂蛋白，主要是apoAⅠ，能促使细胞胆固醇和磷脂的特异性清除，这一步骤由ATP结合子转移子A1介导7，而ATP结合子转移子G1和G4介导胆固醇向成熟HDL颗粒的转移14。成熟HDL通过清道夫受体B1同样能诱导非特异性胆固醇清除，这一过程通过胞吞作用实现。目前认为HDL中脂质含量的下降会增加其转运细胞内胆固醇的能力15，16。因此，小的、脂质含量较少的HDL颗粒接受胆固醇的能力强于大的富含脂质的HDL17。
HDL抗氧化活性主要表现为抑制LDL氧化； LDL被认为是HDL抗氧化作用的主要生理位点18。这种活性功能上依赖于拥有抗氧化特点的载脂蛋白和酶的存在。ApoAⅠ是HDL抗氧化活性的主要成份，通过清除LDL、动脉壁或同时清除两者中氧化的磷脂，可以抑制或推迟LDL氧化，或同时达到这两种效果18。对氧磷酶1、血小板活化因子乙酰水解酶（也称为脂蛋白相关磷脂酶A2）以及卵磷脂：胆固醇酰基转移酶是HDL中能够水解LDL产生的氧化磷脂的酶类18。但是，已有研究对对氧磷酶水解氧化磷脂的能力提出了质疑，并指出与对氧磷酶相比，血小板活化因子乙酰水解酶是HDL中氧化磷酯的水解酶19。拥有抗氧化特性的载脂蛋白和酶类在HDL亚型间分布不均。通过超速离心法分离到的小HDL3颗粒中富含此类载脂蛋白和酶类12。与大HDL相比，小HDL似乎能更有效的获取氧化脂质，清除胆固醇的能力也占优势17。因此，小而密HDL3能更有效的保护LDL避免氧化应激发生12。这种有效的抗氧化活性与LDL中氧化脂质，主要是过氧化脂质的失活有关，并通过非酶和酶机制协同作用诱导12。因此，HDL对氧化的脂质可能起到的类似“sink”的作用，以确保从循环中清除氧化脂质。因此通过LDL氧化脂质的肝脏转运，小而密HDL颗粒可能能为组织中LDL提供氧化应激的保护作用。
急性动脉炎症的家兔模型中获得的一些令人激动的资料证实，HDL的抗炎活性表现为细胞因子介导的粘连分子表达的下降，动脉壁内中性粒细胞浸润的减少以及活性氧物质（ROS）的产生降低6，21。事实上，体外通过肿瘤坏死因素α、白介素1或内毒素的诱导，HDL能有效地抑制内皮细胞中血管细胞粘附分子1、细胞内粘附分子1以及E-选择素的表达。HDL抑制粘附分子表达的能力可受载脂蛋白，特别是apoAⅠ的调节，也受包括鞘氨醇-1-磷酸（S1P）和神经胺醇磷酯氯在内的磷脂的调节22。HDL抗炎作用可能具有以下特点：通过HDL相关酶类水解致炎性的氧化脂质，机制上类似于HDL抗氧化活性6，12，18；通过转化生长因素β的诱导23，抑制内皮细胞中细胞因子诱导的粘附分子的表达，并使白介素6的产生减少；抑制血小板活化因子的合成，减弱单核细胞趋化蛋白-1的表达18。内皮细胞内HDL3抑制粘附分子表达的能力强于HDL2，小HDL3颗粒的抗氧化活性的有效性也强于HDL212。
抗动脉粥样硬化功能受损的HDL
出现急性期反应和炎症相关的脂质异常时，HDL会出现明显的结构和功能的改变（图1B）26，27。由于apoAⅠ合成下降、HDL分解且apoAⅠ被血清淀粉酶A置换加速，HDL中apoAⅠ浓度可能下降26，27。急性期蛋白主要来自肝脏，存在炎症时循环中浓度可增高至1000倍28。血清淀粉酶A通过急性期诱导能置换HDL颗粒表面的apo AⅠ和其他载脂蛋白；小HDL3是apoAⅠ的主要血清内载体。与C反应蛋白类似，血清淀粉酶A浓度的增高是重要的心血管危险因素，但其提示意义弱于C反应蛋白29。血清淀粉酶A能增强HDL与糖化蛋白的结合，促使动脉壁中HDL固定，并使HDL从循环中清除加速。综合以上作用，使其具有致动脉粥样硬化特性28，30。此外，在出现低HDL浓度的代谢性疾病，如代谢综合症和2型糖尿病8-10以及CHD31患者中，炎性状态下，包括对氧磷酶1、血小板活化因子乙酰水解酶和卵磷脂：胆固醇酰基转移酶在内的HDL相关酶类可能出现功能降低，数量减少或同时出现功能及数量的异常。HDL载脂蛋白和酶类功能的削弱可能由共价修饰引起，如动脉壁细胞的氧化和高糖情况下非酶糖化32，33。
脂质异常和炎症情况下，HDL脂质组成可能有类似的改变（图1B）。甘油三酯的富集是HDL脂质组成异常中最常见的情况，在脂蛋白脂酶、肝酯酶和/或卵磷脂：胆固醇酰基转移酶活性降低相关的高甘油三酯血症情况下出现。以上代谢变化常在急性期出现26。此外，高甘油三酯血症时由于CETP活性增高，HDL甘油三酯含量也会升高34。HDL核心中，CETP介导的甘油三酯与胆固醇酯的置换会引起血清HDL-C浓度降低，这是急性期反应和代谢综合症及2型糖尿病脂质异常的另一个特点35。另一个导致致动脉粥样硬化脂质异常中血清HDL浓度降低的机制是，肝酯酶作用下富含甘油三酯的HDL脂解后小HDL颗粒被快速清除，脂解过程中apoAⅠ从HDL脱落使循环中富含甘油三酯的HDL不稳定，以及富含甘油三酯的脂蛋白产生的HDL形成中必需的脂肪分解表面片断可利用性降低35。因此，甘油三酯含量的增加是HDL颗粒稳定性和血清中滞留时间降低的一项重要因素35，36。
HDL异质性主要受HDL代谢异常调节。致动脉粥样硬化的低HDL-C脂质异常和胰岛素耐受时，循环中大的富含胆固醇的HDL2浓度降低与HDL-C浓度变化类似，而小的含胆固醇较少的HDL3浓度受影响波动于相对较小的范围内8-10。受这些代谢改变影响，HDL颗粒逐渐失去正常生理活性，并获得新的特性（图1B）。这些变异HDL颗粒称为功能障碍HDL，且已提出HDL拥有“变色龙样”特性18。这种富含甘油三酯的HDL通过清道夫受体B1向肝细胞转移胆固醇酯的能力受损37。同样，富含血清淀粉酶A的HDL3也会导致肝细胞对胆固醇酯摄取减少，且降低了HDL与肝细胞的结合38，但是同样导致巨噬细胞对胆固醇酯摄取以及与HDL结合的增加39。在以上因素的共同作用下，HDL介导的胆固醇转运目标位点由肝细胞转向巨噬细胞，因此炎症时胆固醇流向免疫细胞。
我们已经报道的部分资料显示，HDL、主要是小而密HDL的抗氧化特性在致动脉粥样硬化的低HDL-C的脂质异常情况下（如代谢综合症10，2型糖尿病9以及正常甘油三酯、正常胆固醇、低HDL-C表现型8）也存在类似的缺陷。在这些研究人群中，HDL3颗粒甘油三酯含量增高，胆固醇脂含量降低，潜在反映了CETP活性增高8-10；这些改变和HDL3抗氧化活性降低相关。已知，胆固醇酯被甘油三酯置换后会降低apoAⅠ的构造稳定性，且能改变apoAⅠ核心部分及C段区域的结构，而这部分结构对HDL颗粒发挥脂质受体的作用至关重要36，40。血清淀粉酶A置换apoAⅠ以及酶活性变化可能是导致HDL抗氧化活性受损的另一个机制18。事实上，急性期可以观察到动脉壁细胞氧化LDL相关的HDL抗氧化缺陷，伴随血小板活化因子乙酰水解酶和对氧磷酶1活性下降18。以上机制都可能限制了HDL使氧化磷脂失活的能力，导致此类物质在LDL中积聚增多。致动脉粥样硬化的低HDL-C脂质异常状态下小而密HDL3的抗氧化活性缺陷还与血清8-异前列腺素浓度相关。由于F2α异前列腺素是体内氧化应激的最有力的标记物，也是CHD独立危险因素之一41，小而密HDL3抗氧化活性的损伤可能通过增加体内氧化应激促使心血管危险性增高。
致动脉粥样硬化环境下，正常HDL的抗炎活性同样受到损害，且可能会有致炎性作用，如HDL-C浓度正常或增高的CHD患者中31。ApoAⅠ部分被血清淀粉酶置换可能是HDL抗炎活性受损的机制18。有趣的是，这些患者中HDL对氧磷酶的活性并没有降低31，这提示存在其他决定HDL抗炎功能障碍的因素；CHD患者中血清甘油三酯浓度增高达76%，提示伴随出现的这类脂质的积聚可能对HDL功能障碍的形成有重要作用。
代谢性疾病中，抗氧化活性缺陷和小而密HDL3间的特殊联系8-10，以及抗炎和抗氧化活性间的机制相关性提示小而密HDL3是正常状态下所有HDL中发挥有效抗炎活性的主要成分，也是致动脉粥样硬化状态下导致抗炎功能缺陷的主要成份。炎症过程中观察到的HDL组成成分的所有变化（胆固醇酯，apoAⅠ，对氧磷酶和卵磷脂：胆固醇酰基转移酶减少，甘油三酯含量和血清淀粉酶A增加）都可降低HDL的抗炎和抗氧化活性26，27。目前认为HDL颗粒致炎症和致氧化重组、LDL源性氧化磷脂的形成是进化中保留下来的通过改变胆固醇转运目标位点（由肝细胞改为免疫细胞，尤其是巨噬细胞）发挥抗感染和组织修复作用的非特异性先天免疫机制26，27。这种针对急性感染或损伤的应答在短期内是有效的，但从长期来看存在不利因素。对不易修复的损伤的持续应答（如新出现的动脉粥样硬化斑块）可能导致血脂水平的慢性改变，如代谢综合症；这种反应是有害的，可以加速动脉粥样硬化的进程27。胆固醇向免疫细胞的转运可导致动脉粥样硬化，与老年人群中动脉粥样硬化的发生和早期炎症增加相关这一假说是一致的42。
因此，低HDL-C脂质异常中不仅存在主要反映大的富含胆固醇的HDL2颗粒的浓度异常的总HDL-C浓度降低，也出现了具有抗动脉粥样硬化活性缺陷的小的含胆固醇较少的HDL3颗粒。我们认为以上资料提示HDL-C浓度下降与具有代谢和化学成分异常的小HDL功能缺陷相关，从一定程度上反映了其胆固醇清除能力以及向大HDL转化的成熟能力存在障碍，同时降低了抗炎和抗氧化活性。
以小而密HDL作为治疗靶位点
我们的分析认为代谢性疾病中HDL的抗动脉粥样硬化的缺陷可以通过提高HDL-C水平，使HDL血管内代谢和生化特性正常化为目标的治疗进行纠正。此外，这些使HDL浓度增高和使HDL功能正常化的治疗进而可以减慢动脉粥样硬化的进程，降低心血管危险性，这已经在许多大型的临床研究中得到了验证。主要的升HDL的药物总结于表格1中。
CETP抑制剂能降低CETP活性，是致动脉粥样硬化脂质异常的治疗中较有希望的治疗药物34。在血脂正常的个体以及HDL-C浓度较低的个体中，有效地CETP抑制剂torcetrapid能降低CETP活性达80%，这种作用是剂量依赖性的，从而增加HDL-C脂的含量43，44。JTT-705（日本，Tobacco公司，日本东京）在脂质异常的患者中也能抑制CETP活性，并增加HDL-C浓度45。HDL代谢中的变化可能继发于apoAⅠ构造的改变，apoAⅠ构造的改变与HDL中胆固醇酯/甘油三酯的比值增高相关。虽然CETP抑制剂对循环中小HDL3浓度的影响弱于大的HDL2的影响，但通过胆固醇酯/甘油三酯比值正常化可以使HDL3功能，尤其是抗氧化活性得到改善。
烟酸（niacin）通过HM70受体抑制激素敏感脂肪酶，从而抑制脂肪组织中甘油三酯的水解。其次，由于肝脏对含有强化酯化的apoAⅠ的HDL摄取减少，血清中富含甘油三酯的载脂蛋白和HDL-C浓度降低，HDL-C浓度增高1，46。在一项30个随机对照试验的荟萃分析中发现烟酸平均提高HDL-C浓度达16%，降低甘油三酯达20%47。此外与torcetrapid一样，烟酸也能同升高大HDL和小HDL，易于对HDL化学组成进行修饰46，48，从而使致动脉粥样硬化的脂质异常中HDL颗粒功能的缺陷正常化。
贝特类药物是过氧化物酶增殖因子活化受体（PPAR）α激动剂，对脂质代谢存在多重作用，能使血清HDL-C升高约10%，甘油三酯降低约36%（53项随机对照试验的平均值）47。贝特类药物能选择性升高小HDL颗粒的浓度1，49。在Gemfibrozil的Veterans Affairs High-Density Lipoprotein Cholesterol Intervention Trial研究中发现，小HDL3胆固醇血清浓度是一项有力的心血管危险性预测因素。这项研究还提示贝特类药物对纠正代谢性疾病中小HDL的功能很有效。
他汀类药物的主要作用是降低致动脉粥样硬化的含apoB的脂蛋白颗粒的总体数量。此外，这类药物还能提高HDL-C浓度达5-10%，减少CETP活性，并且具有包括抗炎和抗氧化活性在内的多重作用1，47。CHD患者接受辛伐他汀治疗能增强HDL功能，恢复HDL抗炎作用31，这与以上资料是一致的。
目前，由apoAⅠ和磷脂组成的重组HDL已引起了治疗研究的兴趣。静脉注射重组HDL后，可以观察到HDL-C浓度迅速增高，胆固醇逆向转运易于进行，且在脂质异常的个体中出现多重抗动脉粥样硬化作用50，51。A po AⅠmilano是Apo AⅠ173位Arg突变为Cys的变异体，具有较强的胆固醇清除能力和抗氧化特性50。Apo AⅠmilano的携带者有严重的低α脂蛋白血症，但心血管危险性并没有增加。每周一次，连续五周注射含Apo AⅠmilano的重组HDL后，能导致急性冠脉综合症患者粥样斑块体积减小4.2%52。更重要的是，注射Apo AⅠ和Apo AⅠmilano重组颗粒都能引起小HDL颗粒的积聚53；这些颗粒在Apo AⅠmilano的携带者中也占优势50，提示小HDL具有显著的心血管保护作用。
短链Apo AⅠ仿肽同样能增加HDL浓度，减少动脉粥样硬化，激活胆固醇逆转运，并发挥其他的抗动脉粥样硬化活性54。值得注意的是，Apo AⅠ仿肽能诱导发挥关键的抗动脉粥样硬化作用的颗粒组成的小HDL的形成55。
不同的升HDL-C的药物可能通过互补的机制发挥作用，具有累积效果；这些药物的强化、联合应用已被提出。在低HDL-C浓度的CHD患者中，烟酸联合辛伐他汀治疗能有效地增加血清HDL-C，降低甘油三酯，降低心血管事件的发生率，减慢动脉粥样硬化的进程56，57。他汀类药物与CETP抑制剂44，58及Apo AⅠ仿肽59对HDL功能的影响也存在协同作用。
结论
小而密HDL3具有高胆固醇清除能力，可为LDL提供氧化应激的有效保护，且具有强大的抗炎特性。但是在致动脉粥样硬化急性进展的情况，如致动脉粥样硬化的低HDL-C脂质异常时，这些动脉保护特性受到损害。代谢性疾病，如2型糖尿病和代谢综合症中，具有功能缺陷的小而密HDL的形成可能与甘油三酯和淀粉酶A增加，胆固醇酯和apoAⅠ减少以及HDL蛋白的共价修饰有关。因此，低HDL-C水平与异常结构及组成的小HDL颗粒功能缺陷有关。HDL颗粒数量及质量的正常化治疗，特别是使小而密HDL功能正常化的治疗是伴有代谢性疾病的脂质异常个体中减慢动脉粥样硬化的重要途径。这一新理论提示小而密HDL3是致动脉粥样硬化的脂质异常的新的治疗靶位点。
