顧鈺霞, 劉乃豐

(東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院 心血管研究所，東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院 心血管內(nèi)科,江蘇 南京 210009)

冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病(簡(jiǎn)稱冠心病),尤其是心肌梗死,已經(jīng)成為威脅人類健康的最主要原因[1]。目前冠心病的治療原則主要包括生活方式管理、控制危險(xiǎn)因素、藥物干預(yù)以及血運(yùn)重建,但是這些都不能從根本上控制疾病的發(fā)展。而內(nèi)皮祖細(xì)胞可以在心肌缺血的情況下特異性歸巢至缺血部位,參與內(nèi)皮修復(fù)及血管新生,進(jìn)而縮小缺血面積,保護(hù)心臟功能,因此內(nèi)皮祖細(xì)胞的研究為冠心病的治療提供了新的思路,已經(jīng)受到越來越多的關(guān)注。作者對(duì)內(nèi)皮祖細(xì)胞在冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病中的作用及研究進(jìn)展作一綜述。

1 內(nèi)皮祖細(xì)胞的生物學(xué)特征

1.1 內(nèi)皮祖細(xì)胞的來源

目前,我們一致認(rèn)為內(nèi)皮祖細(xì)胞主要來源于骨髓,骨髓中有多種細(xì)胞具有內(nèi)皮祖細(xì)胞特征。內(nèi)皮祖細(xì)胞不僅存在于骨髓中,研究證實(shí)外周血中也存在內(nèi)皮祖細(xì)胞,但含量很少,僅占外周細(xì)胞的0.01%。Asaharad等[2]于1997年在科學(xué)雜志上發(fā)表了一篇具有里程碑意義的文章,文章中首次使用磁珠法從人外周血中分離出內(nèi)皮祖細(xì)胞,該實(shí)驗(yàn)同時(shí)證實(shí)外周血中的內(nèi)皮祖細(xì)胞來源于骨髓,后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn)臍靜脈血中也存在內(nèi)皮祖細(xì)胞。目前,如果在PubMed數(shù)據(jù)庫中使用內(nèi)皮祖細(xì)胞作為關(guān)鍵詞,可以搜索到10 000多個(gè)相關(guān)文獻(xiàn)[3]。在各種刺激及應(yīng)激情況下,內(nèi)皮祖細(xì)胞可以動(dòng)員至外周血中參與修復(fù)損傷的血管,同時(shí)更多的研究表明血管新生的原因是損傷血管周圍內(nèi)皮細(xì)胞的修復(fù)以及骨髓中內(nèi)皮祖細(xì)胞的動(dòng)員。近10年來許多科學(xué)家試圖去闡明內(nèi)皮祖細(xì)胞的定義、起源、功能以及內(nèi)皮祖細(xì)胞在心血管疾病中的作用[4]。

1.2 內(nèi)皮祖細(xì)胞的鑒定

現(xiàn)階段內(nèi)皮祖細(xì)胞的鑒定主要有以下兩種方法。一種方法是免疫細(xì)胞法,該方法主要通過檢測(cè)細(xì)胞表面特有的抗原標(biāo)記物,如CD34+、CD133+、VEGFR2+等。其中CD34已被廣泛用于鑒定骨髓來源的造血祖細(xì)胞和干細(xì)胞,其在介導(dǎo)細(xì)胞間黏附作用中發(fā)揮重要作用[5],而存在于分化成熟和參與血管新生的內(nèi)皮細(xì)胞表面的VEGFR2在內(nèi)皮細(xì)胞的成熟和遷移過程中起著關(guān)鍵作用[6]。隨后的研究表明,CD133(又稱AC133)也是一種早期造血干細(xì)胞的表面標(biāo)記物,在內(nèi)皮祖細(xì)胞表面有表達(dá),而成熟內(nèi)皮細(xì)胞表面卻沒有[7],故認(rèn)為CD34+/CD133+/VEGFR2+細(xì)胞為內(nèi)皮祖細(xì)胞,內(nèi)皮祖細(xì)胞釋放入外周血后CD133逐漸消失,CD34表達(dá)下調(diào),而VEGFR2能持續(xù)表達(dá)。此外,另有一些內(nèi)皮祖細(xì)胞表面抗原標(biāo)記物,如sca- 1+/VEGFR2+(Flk1)和c- kit+/VEGFR2+也被廣泛應(yīng)用于小鼠內(nèi)皮祖細(xì)胞的識(shí)別[8- 10]。其他用于識(shí)別內(nèi)皮祖細(xì)胞的表面抗原標(biāo)記物,如血管性血友病因子(vWF)、CD31 和 CD144實(shí)際上是成熟內(nèi)皮細(xì)胞的標(biāo)志[10],而另一個(gè)內(nèi)皮祖細(xì)胞的潛在表面標(biāo)記物CXCR4在許多細(xì)胞表面都有表達(dá)[11]。因此,目前為止沒有已經(jīng)被定義的細(xì)胞表面抗原標(biāo)記物可以明確地將內(nèi)皮祖細(xì)胞和其他循環(huán)血細(xì)胞區(qū)別開來。另外一種方法是雙熒光染色法：培養(yǎng)7 d后的內(nèi)皮祖細(xì)胞可行乙?；兔芏戎鞍?DIL- AC- LDL)和FITC標(biāo)記的荊豆凝集I(FITC- UEA- I)的雙熒光染色鑒定,在激光聚焦顯微鏡下DIL- AC- LDL陽性細(xì)胞顯示的是紅色熒光(細(xì)胞內(nèi)吞作用),而FITC- UEA- I陽性細(xì)胞顯示的是綠色熒光(細(xì)胞膜結(jié)合表達(dá)),藍(lán)色的是細(xì)胞核,顯示黃色的雙熒光陽性細(xì)胞即為正在分化的內(nèi)皮祖細(xì)胞[12- 13]。

1.3 內(nèi)皮祖細(xì)胞的動(dòng)員、分化和歸巢

人類內(nèi)皮祖細(xì)胞主要存在于骨髓中,外周血中含量很少,特別是冠心病、老年、吸煙、肥胖的患者,外周血內(nèi)皮祖細(xì)胞的數(shù)目更低[14- 15]。內(nèi)源性、外源性因素,如組織缺血缺氧、創(chuàng)傷、血管損傷、體育鍛煉、雌激素等因素可以使內(nèi)皮祖細(xì)胞動(dòng)員至外周血中[16- 17]。研究發(fā)現(xiàn)他汀類藥物可以通過AKt信號(hào)通路促進(jìn)內(nèi)皮祖細(xì)胞的增殖、動(dòng)員、遷移,并通過上調(diào)血管內(nèi)皮祖細(xì)胞的整合素亞單位誘導(dǎo)黏附,從而參與損傷內(nèi)膜的修復(fù)[18]。Tan等[19]通過調(diào)查服用氯沙坦的冠心病患者外周血中內(nèi)皮祖細(xì)胞的數(shù)量以及內(nèi)皮改善功能,發(fā)現(xiàn)服用氯沙坦的患者外周血中內(nèi)皮祖細(xì)胞數(shù)量有所增加、內(nèi)皮功能有所改善,提示氯沙坦等ARB類藥物有可能通過動(dòng)員內(nèi)皮祖細(xì)胞來改善內(nèi)皮功能。這些導(dǎo)致內(nèi)皮祖細(xì)胞數(shù)量增加的因素是通過產(chǎn)生和釋放內(nèi)皮祖細(xì)胞的相關(guān)細(xì)胞因子,包括基質(zhì)細(xì)胞衍生因子- 1(SDF1)、細(xì)胞內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(HGF)、促紅細(xì)胞生成素(EPO)、集落形成刺激因子(G- CSF)、粒細(xì)胞集落形成刺激因子(GM- CSF)、白介素- 6(IL- 6)、基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP9)等[20- 23]。血管內(nèi)皮損失、組織缺氧等情況下可以誘導(dǎo)內(nèi)皮祖細(xì)胞歸巢至損失缺血部位,但目前為止內(nèi)皮祖細(xì)胞在體內(nèi)究竟如何分化為成熟內(nèi)皮細(xì)胞的機(jī)制尚不明確,在內(nèi)皮祖細(xì)胞動(dòng)員中發(fā)揮重要作用的細(xì)胞因子在內(nèi)皮祖細(xì)胞分化、歸巢中同樣具有重要作用。

2 內(nèi)皮祖細(xì)胞在冠心病中的作用

動(dòng)脈粥樣硬化是一組稱為動(dòng)脈硬化性血管病中最常見、最重要的一種,其特點(diǎn)是動(dòng)脈管壁增厚變硬、失去彈性和管腔縮小,由于在動(dòng)脈內(nèi)膜上積聚的脂質(zhì)外觀呈黃色粥樣,因此稱為動(dòng)脈粥樣硬化,累及心血管就稱為冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病,特點(diǎn)是病變動(dòng)脈有膽固醇、纖維化和炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)[24]。在冠心病治療過程中需要關(guān)注內(nèi)皮損傷和修復(fù)兩者之間的平衡。在生理?xiàng)l件下,完整的血管由一層內(nèi)皮細(xì)胞所覆蓋,內(nèi)皮細(xì)胞不僅負(fù)責(zé)血液和組織液的代謝交換,同時(shí)能合成和分泌多種生物活性物質(zhì),以保證血管正常的收縮和舒張,起到維持血管張力、調(diào)節(jié)血壓以及凝血與抗凝平衡等特殊功能,進(jìn)而保持血液的正常流動(dòng)和血管的長(zhǎng)期通暢,在血管受損的條件下內(nèi)皮祖細(xì)胞被誘導(dǎo)歸巢至受損血管區(qū)域,進(jìn)而參與血管新生修復(fù)[25]。

2.1 內(nèi)皮祖細(xì)胞與血管新生

血管新生(angiogenesis)是指血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移、增殖,從原先存在的血管發(fā)芽形成新的血管,多見于糖尿病視網(wǎng)膜病變、腫瘤或者心肌梗死邊緣的毛細(xì)血管增生。缺血、應(yīng)激、炎癥等病理刺激下內(nèi)皮祖細(xì)胞可以選擇性募集到受損或缺血區(qū)域,通過自身的分化、增殖從而形成新的血管,無需依賴原有的血管系統(tǒng)。2001年Kawamoto等[26]對(duì)下肢缺血小鼠模型進(jìn)行內(nèi)皮祖細(xì)胞移植,4周后發(fā)現(xiàn)缺血肢體的血流量較對(duì)照組增加了42%,毛細(xì)血管數(shù)目也增加了1倍。同年,Kocher等[27]對(duì)心肌梗死小鼠模型進(jìn)行了內(nèi)皮祖細(xì)胞移植,結(jié)果顯示在非心肌梗死區(qū)幾乎未發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮祖細(xì)胞,而梗死區(qū)域觀察到大量的內(nèi)皮祖細(xì)胞參與了血管新生的形成,梗死部位的毛細(xì)血管數(shù)量也明顯增加,心肌凋亡、膠原沉積和瘢痕形成減少,左心室功能得到一定改善。2003年Werner等[28]通過靜脈將內(nèi)皮祖細(xì)胞注射到動(dòng)脈損傷的小鼠模型體內(nèi),2周后免疫組化即發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮祖細(xì)胞歸巢到受損部位,內(nèi)皮祖細(xì)胞移植組與對(duì)照組相比較,受損血管的內(nèi)皮覆蓋率為(86.4±5.0)%,明顯高于對(duì)照組的(71.3±6.0)%,該實(shí)驗(yàn)證實(shí)了缺血可以誘導(dǎo)內(nèi)皮祖細(xì)胞歸巢至缺血受損部位,參與修復(fù)損傷血管。Kawamoto等[29]利用PCR技術(shù)在體外擴(kuò)增內(nèi)皮祖細(xì)胞,隨后將內(nèi)皮祖細(xì)胞經(jīng)靜脈注射到缺血模型小鼠的冠狀動(dòng)脈中,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明缺血心肌附近新生血管增多,且左心功能得到一定恢復(fù)。

2.2 內(nèi)皮祖細(xì)胞與旁分泌

旁分泌(paracrine)是指細(xì)胞產(chǎn)生的激素或調(diào)節(jié)因子通過細(xì)胞間隙對(duì)鄰近的其他種類細(xì)胞起促進(jìn)作用。內(nèi)皮祖細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子如VEGF、HGF、SDF- 1等可以通過旁分泌作用促進(jìn)血管形成,是內(nèi)皮祖細(xì)胞治療冠心病的重要機(jī)制。VEGF可以增加缺血缺氧組織的血管滲透性以及增加血漿蛋白的外滲,這樣形成的新細(xì)胞基質(zhì)有利于內(nèi)皮祖細(xì)胞的遷移和血管新生,此外VEGF還可以提高內(nèi)皮祖細(xì)胞的分裂、增生能力,進(jìn)而促進(jìn)損傷血管內(nèi)皮的修復(fù)。Yi等[30]將轉(zhuǎn)染有VEGF基因的內(nèi)皮祖細(xì)胞注入皮瓣,然后將皮瓣植入裸鼠背部皮膚缺損的區(qū)域,通過對(duì)照發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組小鼠皮瓣存活率以及血流恢復(fù)能力均顯著增加,可見,轉(zhuǎn)染有VEGF基因的內(nèi)皮祖細(xì)胞效果更佳。另有研究證實(shí),VEGF可以協(xié)同SDF- 1共同促進(jìn)內(nèi)皮祖細(xì)胞的遷移及分化[31]。前文所述,他汀類藥物可以通過AKt信號(hào)通路促進(jìn)內(nèi)皮祖細(xì)胞的增殖、動(dòng)員、遷移,這其中需要HGF的參與,有研究表明在冠狀動(dòng)脈結(jié)扎模型中測(cè)得HGF濃度偏低,通過人為導(dǎo)入HGF基因可以明顯促進(jìn)血管新生以及增加內(nèi)皮祖細(xì)胞數(shù)量[32]。在血管新生過程中,上述細(xì)胞因子通過作用于內(nèi)皮祖細(xì)胞而促進(jìn)血管新生,該過程中又可以不斷刺激機(jī)體產(chǎn)生更多的細(xì)胞因子,但目前對(duì)于細(xì)胞因子的研究仍然比較有限,未來,細(xì)胞因子的作用將會(huì)被研究得更為透徹,而新的細(xì)胞因子也會(huì)被發(fā)現(xiàn),我們可以通過更為優(yōu)化的細(xì)胞因子組合來治療冠心病。

2.3 內(nèi)皮祖細(xì)胞與炎癥

炎癥是各種心血管疾病的病理生理學(xué)基礎(chǔ),促炎細(xì)胞因子刺激內(nèi)皮細(xì)胞表面黏附分子的表達(dá),是促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的開始,炎癥可以刺激VEGF等生長(zhǎng)因子的生成[33],同時(shí)也可以刺激骨髓中內(nèi)皮祖細(xì)胞釋放入循環(huán)外周血中[34],從而參與組織修復(fù)。動(dòng)物研究表明血管損傷后內(nèi)皮祖細(xì)胞被迅速動(dòng)員起來,同時(shí)循環(huán)中VEGF水平也明顯升高[35]。腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白介素- 1β、粒細(xì)胞- 巨噬細(xì)胞集落刺激因子等炎癥因子[36- 38]均可以調(diào)節(jié)內(nèi)皮祖細(xì)胞的動(dòng)員、分化及歸巢。研究發(fā)現(xiàn)在穩(wěn)定型冠心病患者中C反應(yīng)蛋白的水平與內(nèi)皮祖細(xì)胞數(shù)量呈正比,表明在穩(wěn)定型冠心病患者中炎癥可以刺激內(nèi)皮祖細(xì)胞的動(dòng)員[39]。另一方面,研究表明持續(xù)或者過度的炎癥反應(yīng)可能會(huì)導(dǎo)致循環(huán)內(nèi)皮祖細(xì)胞的數(shù)量減少[40],如心力衰竭患者體內(nèi)的循環(huán)內(nèi)皮祖細(xì)胞數(shù)量就明顯減少。基礎(chǔ)研究及臨床證據(jù)表明炎癥在內(nèi)皮祖細(xì)胞動(dòng)員中發(fā)揮著雙重作用,輕度炎癥可以誘導(dǎo)內(nèi)皮祖細(xì)胞的動(dòng)員,而持續(xù)、過度的炎癥作用卻相反,目前這種效應(yīng)的調(diào)節(jié)機(jī)制尚不明確,可能與長(zhǎng)期持續(xù)的刺激導(dǎo)致骨髓內(nèi)皮祖細(xì)胞池耗竭,最終釋放不成熟或者不正常的內(nèi)皮祖細(xì)胞有關(guān),現(xiàn)在需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來闡述其中的相關(guān)機(jī)制。

2.4 內(nèi)皮祖細(xì)胞與預(yù)防支架內(nèi)再狹窄

隨著經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入手術(shù)的廣泛開展,術(shù)后急性支架內(nèi)血栓和再狹窄目前仍沒有很好的預(yù)防和治療方案,是急需引起我們關(guān)注和解決的臨床問題。植入表面包被內(nèi)皮祖細(xì)胞抗體的涂層支架是否能很好地解決這一問題,目前已經(jīng)是內(nèi)皮祖細(xì)胞研究的一大熱點(diǎn)。有實(shí)驗(yàn)證明,植入表面包被CD34抗體的涂層支架可以防止由于支架植入處內(nèi)皮損傷導(dǎo)致的再狹窄等一系列并發(fā)癥[41]。Aoki等[42]于2005年首次在臨床上植入表面包被CD34抗體的涂層支架,經(jīng)過為期9個(gè)月的隨訪觀察,發(fā)現(xiàn)16例參加實(shí)驗(yàn)的患者中只有1例患者出現(xiàn)心腦血管事件,經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈內(nèi)超聲顯示支架再狹窄面積只占支架的(27.2±20.9)%,該臨床研究證實(shí)應(yīng)用此類支架是安全有效的,這就為內(nèi)皮祖細(xì)胞在冠心病介入治療領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的思路。

3 總結(jié)和展望

綜上所述,作者對(duì)內(nèi)皮祖細(xì)胞的生物學(xué)特性、內(nèi)皮祖細(xì)胞與血管新生、內(nèi)皮祖細(xì)胞與炎癥、內(nèi)皮祖細(xì)胞與預(yù)防支架內(nèi)再狹窄進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述,通過某些藥物或者體外擴(kuò)增內(nèi)皮祖細(xì)胞再移植等多種方法均可以增加冠心病患者外周血中內(nèi)皮祖細(xì)胞數(shù)量及功能,促使內(nèi)皮祖細(xì)胞歸巢至缺血部位,促進(jìn)損傷血管新生以及預(yù)防支架內(nèi)再狹窄等,為冠心病的治療開拓了新的前景。但是目前仍有許多問題有待解決：首先我們是否能找到內(nèi)皮祖細(xì)胞表面特異性抗原標(biāo)志物,從而將內(nèi)皮祖細(xì)胞與其他外周血細(xì)胞很好地區(qū)別開來；其次如何在體外有效地分離純化、培養(yǎng)、擴(kuò)增內(nèi)皮祖細(xì)胞,然后內(nèi)皮祖細(xì)胞在體內(nèi)動(dòng)員、分化、歸巢的信號(hào)通路以及參與其中的細(xì)胞因子尚不清楚；最后現(xiàn)階段關(guān)于內(nèi)皮祖細(xì)胞的研究還停留在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段,缺乏大量的臨床資料來證實(shí)其可行性。盡管目前還存在以上諸多問題,我們有理由相信內(nèi)皮祖細(xì)胞能在不久的將來應(yīng)用到冠心病的臨床治療中。

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