胱抑素C ( cystatin C, CysC )是半胱氨酸蛋白酶抑制剂超家族中的成员之一, 表达于所有的有核细胞, 参与细胞内外蛋白水解的调控, 保护细胞免受不适当的内源性或外源性蛋白酶水解。以往的研究已经发现Cys C 参与机体许多生理与病理过程, 包括作为反映肾小球滤过率( glomerular filtration rate, GFR )变化的内源性标志物﹑肿瘤的浸润性生长及转移﹑炎症的发生与发展以及心脑血管疾病等。现结合新近研究就Cys C 与心血管疾病的关系作如下综述。
1、CysC 的分子生物学与生理学
1983年Anastasi等首次在鸡蛋清中分离纯化得到高纯度的半胱氨酸蛋白酶抑制剂后被命名为CysC。CysC 是一种低分子量、碱性非糖化蛋白质, 分子量为13. 3 kD( ≈1. 33*104 ) , 由122 个氨基酸残基组成。编码Cys C 的基因位于人类20号染色体, 大约为4. 3kb, 通过对启动及结构基因的研究提示, 它的氨基酸序列在人类大多数组织中能够稳定地表达, 机体内几乎所有的有核细胞均能产生Cys C, 无组织学特性。在人体内主要分布于细胞外液, 如脑脊液、血液、精液、唾液及胸水等。其中以脑脊液中含量较高, 约占2% ~4% , 是血液中的5. 5倍。细胞内如神经细胞、甲状腺细胞、胰岛细胞等也有发现。
此外CysC 在机体生成率相对恒定, 与性别、饮食、体表面积、肌肉量无关, 年龄因素对其影响也甚小。肾脏是清除血液中C ys C的唯一场所, Cys C 可以自由地通过肾小球基底膜, 在近曲小管内几乎完全被吸收和降解, 同时无肾小管分泌, 其产生量不受其它因素的影响, 故血清Cys C 水平主要由GFR决定, 所以Cys C 是一种理想的反映GFR变化的内源性标志物。
目前对Cys C 的确切生理功能了解尚不够全面,但可以确定的是作为半胱氨酸蛋白酶抑制剂, Cys C的一个重要生理功能是调节半胱氨酸蛋白酶活性, 它所抑制的酶包括木瓜蛋白酶、无花果蛋白酶、以及溶酶体释放的组织蛋白酶B、H和L等, 它是迄今为止发现的对组织蛋白酶B作用最强的抑制物。
2、Cys C 与动脉粥样硬化
动脉粥样硬化( atherosclerosis, AS) 的发生发展包括脂质浸润、血小板活化、血栓形成、内膜损伤、炎性反应、氧化应激、血管平滑肌细胞( vascular smooth musclecells, VSMC ) 激活、选择性基质代谢及血管壁重构等,而特异性的组织蛋白酶降解细胞外基质是血管壁重构的必要条件。正常情况下, 具有促弹性组织离解特性的组织蛋白S和K在细胞的溶酶体内被包膜所包裹,与胞质其它成分隔开, 而动脉中膜平滑肌细胞和内皮细胞表达丰富的Cys C , 组织蛋白酶和其抑制剂Cys C 的平衡对维持动脉壁的正常结构起着重要的作用。但在AS斑块处, 由于炎症因子的刺激导致细胞损伤,使组织蛋白S 和K 渗透入细胞浆和组织间隙, 而CysC 的分泌量减少, 造成组织蛋白酶和Cys C 的不平衡,使组织蛋白酶的活性相对增加, 促进细胞外基质降解及血管壁重构。
已证实在AS局部组织蛋白酶的活性增加而CysC 减少。早在1999年Shi等应用免疫染色法与免疫杂交法发现动脉粥样斑块与腹主动脉瘤组织中组织蛋白酶S及K 较正常血管多, 而Cys C 含量较正常血管少。无独有偶, Cheng 等在大鼠颈动脉粥样斑块处通过免疫组化、蛋白印迹分析、原位杂交等方法发现, 在新生内膜的发展中组织蛋白酶S和K 的活性是增加的, 而Cys C 的活性是减低的。随后Sukhova等对载脂蛋白基因缺失的小鼠进行12 周的致AS模型饲养, 病理学检测发现Cys C 低水平表达的小鼠大动脉壁中层弹力纤维的破坏和胶原及平滑肌细胞的堆积都较正常表达组明显, 虽然动脉内膜损害大小、内层巨噬细胞聚集、脂质核心的大小在两组之间无明显差异, 但前者胸主动脉瘤和腹主动脉瘤的发生都多于后者。
该研究直接证实了Cys C 在实验性小鼠AS 形成期间可以减少血管壁细胞外基质降解进而延缓血管壁重构, 起抗AS的作用。
近年来有研究提出在AS局部, Cys C 还可以抑制氧化型低密度脂蛋白( ox idized low density lipopro te in,ox-LDL)诱导的人VSMC 凋亡, 降低VSMC 的凋亡率,在一定程度上保持斑块的稳定性, 减少AS的并发症。王群等通过构建Cys C 稳定的真核表达载体pCD-NA3. 1-cystatin C, 并成功转染VSMC, 观察Cys C 对ox-LDL 诱导的VSMC 凋亡相关指标的影响。实验证明Cys C 对ox-LDL诱导的VSMC 损伤具有一定的保护作用。
这种作用表现在三个方面。
一方面, 在ox-LDL诱导的VSMC 凋亡中, 作为细胞凋亡过程中的信使分子和效应分子的细胞活性氧( reactive oxygen species,ROS)生成量明显增加, Cys C可以有效降低其生成量,在一定程度上减弱ROS介导的凋亡作用。
另一方面,Cys C 可在一定程度上减少细胞线粒体损伤起到抗细胞凋亡的作用。
再者, 在ox-LDL 诱导的VSMC 凋亡中, 线粒体损伤后, 其膜的通透性增加, 致使细胞凋亡启动因子从线粒体内释放, 可激活凋亡蛋白酶, 并增caspase-3的蛋白水解活性, 进而使细胞凋亡。Cys C可在一定程度上有效地抑制caspase-3 的活性, 抑制ox-LDL诱导的细胞凋亡。
上述研究均证实Cys C 在血管壁的缺乏促进了AS的发生与发展, 为临床防治AS提出了一种新的思路。
3 、血清Cys C与心血管疾病
心血管疾病是严重危害人类健康的常见病, 影响心血管疾病发生和预后的因素有年龄、血压、血脂、吸烟、肾脏功能等。研究表明肾功能不全可增加冠心病、高血压和心力衰竭(心衰)等患者的病死率、心血管事件发生率和再次住院率。肾功能下降越明显, 病死率也越高。这些较高的风险不仅出现在严重肾功能不全期, 也出现在慢性肾脏疾病的轻度损害阶段。CysC 是目前对肾功能检测最灵敏的指标, 可以发现临床上不能被尿素氮、血清肌酐( SCr)检测到的早期肾脏功能不全。由此可推测Cys C 可作为评价心血管疾病风险有效的指标, 近来相当多的临床实验已证实了这点。
3. 1 Cys C 与冠心病的危险分层
通过血浆Cys C检测可发现人群中轻度肾功能不全的患者, 故Cys C 在一定程度上可作为非冠心病人群全因死亡率和冠心病发生的预测因子。Hillege等进行了一项纳入8592例年龄在28 ~ 75岁的普通人群的研究。平均随访5. 2年后有180名受试者死亡。分别检测每位受试者的超敏C 反应蛋白( hsCRP)、SCr和血清Cys C浓度, 结果发现血清Cys C和hsCRP浓度与死亡率呈正相关, 从而得出血清CysC浓度在普通人群中有独立预测死亡率的价值。
随后的Prime研究是一项有关Cys C与冠心病相关性的前瞻性的病例对照研究, 共入选了9758例50 ~ 59岁的非冠心病人群为研究对象。研究终点为急性心肌梗死、心绞痛和心源性死亡。结果发现血清Cys C 水平与第一次缺血性心血管事件的发生率明显相关, 经过传统的冠心病的危险因素(年龄、吸烟、高血压、糖尿病、体重指数等)校正后仍存在相关性。血清Cys C水平可作为冠心病患者预后评估的一个独立因素。较早一项荟萃分析汇集了全球4个大型急性冠脉综合征( ACS)研究, 共37925个试验样本, 发现合并肾功能不全的ACS患者与更高死亡率和非致死性心肌梗死的发生明显相关, 而Cys C 水平正是肾功能损伤的一个较SCr更敏感的指标。
由此推测Cys C 可作为ACS患者预后判断的指标之一。相当多的临床研究已证实了这点。如Ke ller等进行了一项包括1 827例肾功能正常或轻度异常的冠心病患者的研究, 该研究分别检测受试者的血清Cys C、SCr、氨基末端脑钠肽前体( Nterm inal pro Btype natriuretic pept ide, NT-proBNP)、C 反应蛋白( CRP) 等, 经过平均3. 65年的随访, 发现经过传统的心血管危险因素(如糖尿病、吸烟、CRP、NT-proBNP 等)校正后, 随着血清Cys C 浓度的升高, 心源性死亡的发生率也增高。该项研究证明在肾功能正常或轻度异常的冠心病患者中, 血清Cys C浓度与冠心病患者中心源性死亡率呈正相关, 这与已往的多项研究结果一致。
已往有研究显示在ACS患者中肾功能不全者较肾功能正常者有更高的住院死亡率和心血管事件发生率和更差的长期预后。轻度至中度的肾功能不全是冠心病患者全因死亡率和心血管事件发生率的独立的危险因子。肾功能不全可能通过减少NO 的生成、激活炎症反应和氧化应激、过度兴奋交感神经等途经导致内皮功能障碍而影响冠心病的发病率和死亡率。血清Cys C 浓度是评价肾功能较为敏感的一项指标, 故可作为冠心病的发病率和死亡率的预测指标。
另外, 最近有研究发现在肾功能正常的冠心病患者中血清Cys C 浓度与冠状动脉粥样硬化的病变严重程度相关, 提示血清Cys C 可能有独立于肾功能之外的因素影响冠心病的发病率和死亡率。该研究对肾脏病膳食改良试验( Mod ification of Diet in Renal Disease, MDRD ) 简化公式计算的GFR 在90 ~ 120 ml/(min 1. 72㎡ )之间的525例高度怀疑冠心病的患者行冠状动脉造影, 分析其血清Cys C 浓度与冠心病病情、冠脉病变程度和冠脉病变Gensini总积分的关系。结果发现随着血清Cys C 水平的升高, 冠心病者病情逐渐加重, 冠脉病变支数和冠脉病变Gensini总积分增加。血清Cys C水平在一定程度上反映了冠状动脉粥样硬化病变的严重程度, 并且可能与冠心病的进展有关。这与Nicco li等报道相似。
但Bui等的研究却得出了不同的结果。他们分析了6557 名45~ 84岁的不同种族的无临床心血管疾病的受试者, 分别测量各受试者的血清Cys C 浓度、Cockroft Gault公式估计的GFR、颈总动脉和颈内动脉的内膜
