棕櫚酸與陰電性低密度脂蛋白 (electronegative LDL) 協同促進人類單核細胞產生介白素-1β的機轉

Abstract

心血管疾病位居全世界死亡原因第一，目前普遍認為心血管疾病為一種發炎反應，其中 IL-1β 被認為是參與慢性發炎反應中的主要促發炎激素。心血管疾病臨床試驗 CANTOS 研究，發現給予心肌梗塞病人阻斷介白激素-1β (IL-1β) 的單株抗體可以改善心血管疾病的預後與降低復發率。促發炎激素會趨化免疫球細胞聚集在內皮下空腔導致血管內皮增厚甚至造成血管內皮細胞受損，並引發動脈粥狀硬化，血液中循環過多的低密度脂蛋白也是造成動脈粥狀硬化的危險因子之一。實驗室過去的研究顯示，在有 ST 節段升高之心肌梗塞(ST-segment elevation myocardial infarction, STEMI) 患者血液中可偵測到帶陰電性的低密度脂蛋白 (electronegative LDL, LDL (-))，且細胞實驗顯示 LDL (-) 會引起巨噬細胞產生介白激素-1β (IL-1β)。 IL-1β 的產生會透過兩條訊息途徑：第一，細胞內的 nuclear factor-κB (NF-κB) 會被活化，並作為轉錄因子促進 pro-IL-1β 和 NLRP3 發炎小體的生成；第二，NLRP3 活化後會切割 Caspase-1 並使其活化，活化的 Caspase-1 可切割 pro-IL-1β 為成熟型的 IL-1β。實驗室先前的研究指出 LDL (-) 會活化 NF-κB 和 Caspase-1。而游離脂肪酸也被認為會參與 NLRP3 的活化，促使 IL-1β 生成，然而這些實驗結果都是透過細胞株發現的。因此我們想利用較接近生理狀態的條件來探討 LDL (-) 及游離脂肪酸引起 IL-1β 產生的作用及機制。使用的細胞是由健康受試者血液分離出的周邊血單核球細胞 (peripheral blood mononuclear cells, PBMCs)，LDL (-) 則是由 STEMI 患者血液中分離得到；我們探討在體外 LDL (-) 和游離脂肪酸對 PBMCs 引起 IL-1β 產生的作用，且探討兩者在誘導 IL-1β 產生的路徑扮演何種角色。 我們將 LDL(-) 單獨或與棕櫚酸一起處理健康者的 PBMCs 24小時，分析培養液中 IL-1β 的產生。結果發現 LDL(-) 單獨處理會有些許 IL-1β產生，棕櫚酸則沒有明顯的作用；但在LDL(-) 與棕櫚酸一起處理 PBMCs 則會引起大量IL-1β產生。若事先處理 LDL (-) 一段時間再加入棕櫚酸會縮短產生 IL-1β 的時間。我們認為 LDL (-) 會作為潛在因子，可以活化病人的 PBMCs 產生 IL-1β 的第一條訊息途徑。隨後，棕櫚酸的刺激會活化第二條訊息途徑產生IL-1β。因此，我們從十個健康受試者與十個有心血管疾病病人分離出的 PBMCs 分別處理棕櫚酸24小時，結果顯示健康受試者 PBMCs 處理棕櫚酸後，並沒有明顯的 IL-1β 的產生；但病人的 PBMCs 給予棕櫚酸後會產生大量的 IL-1β。從結果推測，病人的 PBMCs 可能已經處於被 NF-κB 活化的狀態。鉀離子外流是活化第二條訊息途徑的重要因子，因此我們將 PBMCs 培養在不同濃度鉀離子溶液中，發現當鉀離子低到3 mM以下會使 IL-1β 的產量大幅提高。而在小分子抑制劑的篩選中，我們發現 voltage gated K+ (Kv) channels 抑制劑 tetraethylammonium chloride (TEA)、4-aminopyridine (4-AP) 最能有效地降低 IL-1β 產生，顯示棕櫚酸的作用可能是透過 voltage gated K+ (Kv) channels 促進鉀離子外流。另外，我們也發現 NF-κB 抑制劑 (Bay 11-7082) 和 ERK1/2 抑制劑 (U0126) 也能顯著降低 IL-1β 的量。 總結，在本篇研究中，我們透過分離健康受試者的 PBMCs，在體外實驗發現棕櫚酸和病人的 LDL (-) 會協同誘導 IL-1β 產生。LDL(-) 會有效活化 NF-κB 訊息途徑，而棕櫚酸可能是透過促進鉀離子外流的機制活化 caspase-1，兩者的加成作用使 IL-1β 產生明顯增加。我們認為在有潛在 LDL (-) 的高風險病人中，若血液中的游離脂肪酸增加會促使 IL-1β 產量明顯增加，往後的研究可以利用這個體外實驗方法來尋找適當的藥物可以抑制 IL-1β 產生，緩解發炎反應。