一、修饰的LDL与巨噬细胞泡沫化

从动脉粥样硬化发病机制,我们不难发现LDL在动脉粥样硬化发生、发展中起非常重要的作用。

(一)内皮细胞俘获LDL和巨噬细胞泡沫化

高脂血症、脂质代谢失常是动脉粥样硬化的重要病因。血浆中增多的脂质以LDL的形式经完整的内膜侵入内皮下,这一过程呈现LDL浓度依赖性,无需受体介导。另有观点认为,机械因子、化学因子、免疫因子、毒素或感染因子对内皮的损伤,导致LDL-胆固醇摄取增多。这又反过来会改变内皮细胞和循环血细胞(单核细胞、血小板)的表面特性,促进单核细胞粘附于血管内皮,并转变为巨噬细胞,转变后的巨噬细胞更有能力摄取更多的脂质,在内皮下被俘获的天然的LDL可以经历两种形式的修饰,即衍化和氧化,如图9-6所示。

图9-6 LDL的修饰在内皮下间隙,被俘获的天然的LDL可能经历两种形式的修饰-衍化(MAD粘附于ApoB-100或者ApoB-100的糖基化)、氧化(ApoB-100被过氧化物降解),分别形成衍化的LDL和氧化的LDL。

天然LDL在正常情况下,由LDL受体识别。LDL和LDL受体结合后,内吞入细胞,与溶酶体结合。在溶酶体酶的作用下,蛋白质降解为氨基酸,胆固醇酯水解为游离胆固醇和脂肪酸。此受体受到细胞内胆固醇含量的下降调节,当细胞内胆固醇的含量增多时,LDL受体的量便会减少。所以,天然LDL经这一途径代谢,不会引起胆固醇酯在细胞内堆积。

LDL还可以通过清道夫受体途径代谢。这一受体主要参与修饰的LDL的代谢,没有下降调节的特点,不受细胞内胆固醇的含量的应答。通过此途径,修饰LDL被摄取和降解的速度都比正常LDL快。所以LDL这一代谢途径直接参与动脉粥样硬化中泡沫细胞的形成,如图9-7所示。

图9-7 泡沫细胞的形成巨噬细胞通过修饰LDL受体途径摄取(消化)修饰的LDL。导致大量的负荷脂质的小滴进入,泡沫细胞的形成是动脉粥样硬化进程中脂肪纹形成的标志。

(二)LDL的氧化修饰

1.LDL氧化修饰的形式

(1)细胞介导的LDL氧化修饰

1981年,Henriksen等人将兔主动脉内皮细胞和LDL孵育一段时间后,发现该LDL被巨噬细胞摄取的速度较未与内皮细胞共同孵育的LDL快,而且在孵育的基质中发现了硫代巴比妥酸反应物(TBARS),据此,认为内皮细胞可以氧化修饰LDL。这是细胞介导的LDL氧化修饰,又称生物氧化修饰的LDL。后来发现除内皮细胞外,巨噬细胞、血管内膜平滑肌细胞、单核细胞都可以氧化修饰LDL。

(2)过度金属离子介导的LDL氧化修饰

过度金属离子Ca2+、Fe2+等,在体外适宜条件下与LDL孵育一段时间后,也能使LDL发生氧化变构。因为这是利用化学物质氧化LDL,故称为化学氧化修饰的LDL。

(3)其他形式的氧化修饰

还可以使用物理学方法如紫外线、钴60对LDL进行氧化修饰。利用过氧化酶类也可能使LDL转变成OxLDL。

2.氧化修饰的过程

LDL的氧化可人为划分为三个阶段。最初为迟滞阶段,消耗内源性抗氧化剂(VitE);增殖阶段,PUFAs快速氧化为脂质氢过氧化物;分解阶段,脂质氢过氧化物转变为反庆性的醛。这些醛包括丙二醛(MDA)、4-羟烯酸(4-HNE)等,并可以和ApoB发生共价结合(主要和ApoB的赖氨酸残基结合),形成新的抗原决定簇。OxLDL丧失与天然LDL受体结合的能力,被清道夫受体所识别。

3.氧化修饰后LDL理化的生物学特性

OxLDL不同于天然LDL。OxLDL内维生素E含量下降,游离氨基减少,琼脂糖电泳速率增快。LDL中所含的大量卵磷脂转变为溶血卵磷脂。氧化修饰程度低时,ApoB以分解为主。修饰程度高时,降解的ApoB又可重新聚合成大分子。氧化LDL还具有一系列生物学毒性作用。氧化修饰后的LDL不能经LDL受体代谢,由清道夫受体识别、结合、内吞饮入细胞并丧失正常的胆固醇代谢途径,引起细胞内脂质沉积,泡沫样变。

4.修饰的LDL和氧化修饰的LDL的区别和联系

氧化的LDL是修饰LDL中的一类。修饰的LDL除包括氧化修饰的LDL外,还包括乙酰化LDL及丙二醛、4-羟烯酸直接结合的LDL,我们称这些未经氧化修饰,而仅经一般化学修饰的LDL为衍化的LDL。

衍化的LDL和OxLDL都可以被清道夫受体识别,导致泡沫细胞的形成。在过去的很长一段时间里,我们将一般化学修饰的衍化的LDL和OxLDL混为一谈。特别是认为氧化LDL就是MDA-LDL。但实际上,MDA-LDL不同于OxLDL。

用Ca2+引发LDL的氧化修饰,比较氧化修饰的LDL与脂质过氧化降解产物MDA修饰的LDL之间的差别。发现氧化修饰LDL和MDA修饰LDL都产生类似于脂褐质的荧光物质,都可使LDL上的游离氨基减少,琼脂糖电泳速度加快,且游离氨基减少量与电泳迁移率增加呈正相关。但两类不同的修饰LDL之间也有差异,主要表现在:①对细胞生理功能影响不同。氧化LDL可诱发细胞毒性作用,影响花生四烯酸的代谢,抑制胆固醇酯化作用等,而一般化学修饰的LDL则无上述效应;②氧化修饰消耗LDL内源性抗氧化物质,使LDL上的维生素E含量下降,而MDA修饰无上述改变;③氧化修饰涉及脂质过氧化反应,LDL中的PUFAs被氧化。MDA对LDL修饰,是直接和ApoB-100结合成希夫氏碱,脂质过氧化反应轻微;④氧化LDL在氧化程度低时,ApoB降解,在氧化程度高时,ApoB又可发生再聚合。MDA对LDL的修饰,ApoB无降解、聚合反应发生;⑤氧化LDL产生的荧光峰波长为430nm,而MDA修饰LDL的荧光峰波长为460nm。这些差异可能是由于两类不同的修饰对LDL结构与组成影响不同,提示我们不能简单地把脂质过氧化降解产物修饰的LDL等同于OxLDL。