前列腺素与动脉粥样硬化

      细胞膜内花生四烯酸( arachidonic acid, AA )经磷脂酶A2 ( phospholipase A2, PLA2 )，尤其第IVA类cPLA2，酯化膜磷脂sn-2位点而游离至细胞质，在前列腺素G/H合酶( prostaglandin H synthase, PGHS )，又称环氧化酶( cyclooxygenase, COX )的环氧化活性和过氧化活性的作用下，依次转变为前列腺素中间代谢产物PGG2 (前列腺素G2, prostaglandinG2 )和PGH2 (前列腺素H2, prostaglandinH2 )，然后经过下游不同的前列腺素合酶的作用生成各种有生物活性的前列腺素，包括前列环素(prostacyclin, PGI2 )，前列腺素E2( prostaglandinE, PGE2)， 前列腺素F2a( prostaglandin F2a,PGF2a )，前列腺素D2 ( prostaglandinD2, PGD2 )和血栓素A2 ( thromboxane A2, TXA2 )。前列腺素信号通路通过COX、前列腺素合酶和前列腺素受体多个层面进行调节。
      动脉粥样硬化是一种慢性血管炎症性疾病，严重威胁人类健康。主要特征是动脉壁的脂质堆积和纤维化，临床表现为周围血管疾病和心脑血管疾病，具有较高死亡率，这是由于在大血管的内膜异常胆固醇沉积形成粥样斑块，斑块的破裂或诱导血栓形成，造成管腔闭塞。与其他慢性炎症和纤维化疾病(如肺部纤维化、肾小球硬化症等)一样，动脉粥样硬化斑块的形成也有多种细胞参与，例如，单核细胞、巨噬细胞、内皮细胞、血小板、T淋巴细胞和血管平滑肌细胞，并有复杂的相互作用。起始阶段是由于血浆中氧化低密度脂蛋白升高，游离氧自由基增多等化学、机械、免疫因素造成的内皮功能紊乱，内皮黏附因子和趋化因子表达增加，招募和激活循环中的单核细胞和淋巴细胞聚集，而，巨噬细胞释放炎症因子破坏了血管稳态。继可以渗透到血管壁并引导血管平滑肌细胞从收缩静I止表型转变为合成增殖表型。这是动脉粥样硬化形成的重要环节。
一、COX与动脉粥样硬化的发生、发展过程
      许多分子参与了动脉粥样硬化的发生发展过程，包括细胞因子，趋化因子和生长因子等。其中，前列腺素也在血管炎症中扮演重要角色。不同前列腺素在动脉粥样硬化中发挥不同作用。这些前列腺素可能由血管平滑肌细胞、内皮细胞或浸润的炎症细胞分泌。
      COX1敲除或COX1特异抑制剂SC560可明显减少ApoE敲除小鼠动脉粥样班块的形成，但在骨髓来源细胞中特异敲除COX1的ApoE敲除小鼠和LDL受体敲除小鼠早期动脉粥样硬化则更加严重。虽然骨髓来源细胞COX1来源的促血栓形成的TXA2表达减少，但PGI、PGE2、PGF2a水平没有明显变化，因此在这种小鼠中促进动脉粥样硬化的机制不是因为打破了TXA2和PGI2平衡，而是巨噬细胞产生的具有弥补COX1调节功能的COX2表达明显增加。因此，推测在LDL受体敲除小鼠中同时敲除COX1和COX2可以抑制动脉粥样斑块的形成。但是遗传学方法与抑制剂药理学方法得出的结果并不一致，敲除或选择性抑制COX2表现出抑制、促进或无影响动脉粥样硬化。出现这种差别可能与不同药物作用的时间和作用的位点不同有关，也可能是疾病发展过程中有多种不同功能的前列腺素参与，或者是不同类型的细胞对动脉粥样硬化的作用不同。最近，使用条件性COX2敲除避免了COX2缺失导致的发育障碍，但小鼠也表现出明显加重的动脉粥样硬化病理改变。5-LOX 激活蛋白( FLAP )缺失可以减轻COX2抑制剂引起的动脉粥样硬化加重，说明FLAP抑制剂或许可以缓解COX2抑制剂的心血管副作用。同时抑制COX2和5-LOX，可以明显减轻血管炎症反应和损伤导致的新生内膜增生。
二、前列腺素与动脉粥样硬化
（一）TxA2和PGl2相互拮抗调节动脉粥样硬化
      血小板的COX1和TXA2合酶共同调节TXA2的合成，两者在动脉粥样班块中均高表达。TXA2是血小板强力激活剂，促进血管收缩，单核细胞黏附和血管平滑肌细胞分裂，促进动脉粥样硬化的进展。敲除TP或TP抑制剂处理小鼠，可以抑制动脉粥样硬化的进展。在心血管疾病二级预防中，利用低剂量阿司匹林抑制血小板中COX1活性从而减少了促血栓形成的TXA2合成。理论上讲，TP抑制剂应该与COX1选择性抑制剂一样，在抑制动脉粥样硬化方面有相似的疗效。然而有趣的是，即使TXA2的合成受到抑制，TP受体仍然可以被前列腺素如isoprostane等激活。因此，TP似乎是预防和治疗动脉粥样硬化的更好靶点。内皮细胞和血管平滑肌细胞的COX2和PGI2合酶共同调节PGI2 的合成。在动脉粥样硬化中，高密度脂蛋白诱导COX2表达升高，PGI2 合成增加，继而PGI2以旁分泌正反馈方式促使产生更多的PGl2。PGI2 类似物伊洛前列腺素,能够抑制淋巴细胞与内皮细胞的黏附，提示PGI2能够阻止动脉粥样硬化早期阶段。PGI诱导胆固醇酯水解酶活性，催化从泡沫细胞中清除胆固醇一斑块的重 要组成成分。PGI2还能抑制血管平滑肌细胞增殖和迁移。PGI2的效应是通过G蛋白偶联受体IP介导的。IP 受体敲除小鼠更容易出现血栓形成、内膜增生、损伤再狭窄和缺血再灌注损伤。GWAS研究结果提示功能缺失的IP受体基因多态性增加心血管疾病的发病率，因此检测PGI2体内合成的量可能可以预测心血管风险。此外，PGI2合酶的突变和多样性与原发性高血压、心梗和脑梗密切相关。
（二）PGE2与动脉粥样硬化
      PGE2在炎症反应中发挥促炎和抗炎的双重功能，并参与多种病理过程19。在人类动脉粥样斑块的巨噬细胞中，COX2和mPGES1均被诱导表达并共定位，MMP9表达上调，与动脉粥样斑块稳定性降低和心肌梗死有关。敲除mPGES1或抑制剂处理小鼠可以明显延缓炎症，减少高脂饮食诱导的动脉粥样硬化。在mPGES1敲除小鼠中，PGE, 降低，PGI2升高。可能是因为中间产物PGH2更多地流向pGIsI0。PGI2可以抑制MMP亚型表达，从而稳定动脉粥样斑块。目前mPGES1抑制剂是否也像基因敲除一样有类似的效果仍有待进一步研究。
      在巨噬细胞中，PGE2 作为促炎因子，激活EP2和EP4受体导致cAMP产生增加并激活其下游信号通路，可以促进蛋白水解酶MMP2和MMP9表达。PGE,也在早期动脉粥样硬化中，介导血管平滑肌去分化的信号。然而，其他研究表明，通过cAMP途径，PGE2 抑制TNFa、IFNβ和巨噬细胞炎症蛋白-1b细胞因子和趋化因子，从而减少了人类巨噬细胞的激活。PGE2也会抑制由IL1诱导的血管平滑肌细胞增殖。因此PGE2也是内源性抗炎因子。这些相矛盾的结果提示PGE,在动脉粥样硬化病理过程中具有多重调节作用。PGE2调节炎症反应是通过四种不同的G蛋白偶联受体EP1、EP2、EP3和EP4介导的。这四种亚型具有独特的氨基酸序列，比如EP1与EP2、EP3和EP4分别仅有30%、33%和28%的相似率。这决定了四种EP亚型受体介导不同的信号通路。EP1 介导Cat动员和诱导平滑肌收缩;激动EP3受体可减少细胞内cAMP浓度从而抑制平滑肌舒张。相反，激动EP2和EP4受体引起cAMP升高，介导平滑肌舒张。四种EP受体在动脉粥样斑块中都表达增加。四种EP受体在动脉粥样硬化中发挥不同作用。
      目前没有直接证据证明EP1调节动脉粥样硬化，但EP1在动脉粥样斑块中表达增加。有药物，如他汀类药物，可以下调斑块中EP1的表达。EP2 在人类粥样斑块中表达升高。在动脉粥样硬化初期，COX未产生PGE2时，斑块中积累的环氧异前列腺素磷脂(1-palmitoyl-2-epoxyisoprostane-sn-glycero 3-phosphorylcholine，PEIPC ) 可以激活EP2受体，通过cAMP依赖的信号通路，招募单核细胞黏附于内皮细胞。在动脉粥样硬化的晚期，单核细胞和巨噬细胞在亚内皮层聚集，COx产生的PGE2和PEIPC可以共同激活EP2。因此，EP2或许可以作为动脉粥样硬化潜在治疗靶点。EP3 在动脉粥样斑块中的表达升高程度远远高于其他EP受体。PGE2通过EP3受体下调cAMP水平，促进血小板聚集和血栓形成。在EP3基因敲出小鼠中，PGE2 不能促进血小板聚集，导致出血时间增长，血栓减少。同样，EP3受体抑制剂DG-041抑制血小板激活，同时似乎并没有增加出血风险。
    COX2/mPGES1/EP4受体通路抑制迁移的单核细胞和巨噬细胞分泌趋化因子，在动脉粥样硬化初级阶段表现为抗炎作用。相对于其他EP受体，EP4 具有更长的胞内羧基端结构域。它与一个独特的蛋白EPRAP结合，不调节cAMP水平，而是调节核转录因子( nuclear factor-kB，NF-KB )和MAPK的激活。在动脉粥样斑块中，NF-kB被激活并诱导抗凋亡基因转录，从而诱导斑块崩解。EP4受体通过抑制NF-kB达到在动脉粥样硬化发展中发挥抗炎作用。另一方面，EP4受体介导促炎作用。有研究证明动脉粥样斑块巨噬细胞的COX2/mPGES1合成PGE2，以自分泌的方式通过EP4促进MMP2、MMP9和蛋白水解酶表达，促进斑块的不稳定。用EP4激动剂PGE1-OH处理巨噬细胞，可以促进MMP9表达。用EP4抑制剂L-161,982处理巨噬细胞，则抑制MMP1表达。用EP4的干扰RNA处理巨噬细胞，则降低血管细胞间基质诱导的MMP9表达。在巨噬细胞特异敲除EP4受体或用EP4抑制剂处理细胞，通过PI3K/Akt信号通路或NF-KB通路促进巨噬细胞凋亡并显著抑制早期动脉粥样硬化。EP4 受体作为促炎和抗炎介导因子，参与动脉粥样硬化的不同阶段。
（三）PGD2与动脉粥样硬化
      动物实验表明生理状态下循环中PGD2主要来自于血小板中cox1,而在炎症组织中肥大细胞是PGD2重要来源。
      临床上，使用烟酸治疗脂质异常时，常伴有脸红的副作用，当同时服用烟酸和DP1抑制剂，该副作用得到缓解。这是因为烟酸可以刺激人类血小板COX1合成PGD2。因此，PGD2在烟酸治疗高血压和血栓过程中发挥重要的作用4。
（四）PGF2a与动脉粥样硬化
      循环中PGF2a在慢性心血管疾病如动脉粥样硬化、心肌梗死中显著升高。其受体FP在小叶间动脉、肾收集导管和下丘脑中表达。在小鼠中敲除FP明显降低血压，这与血浆肾素-血管紧张素-醛固酮系统降低相关。血浆和尿液渗透在FP敲除小鼠中下降，排尿增加。以LdIR敲除小鼠为背景，FP受体敲除小鼠的动脉粥样斑块中并未检测到FP表达，血管TNFa、诱导型NOS、TGFβ和斑块中巨噬细胞减少，动脉粥样硬化明显减轻。这些结果表明抑制FP或许为治疗与预防高血压开辟新思路。