彭淮淮，梁桂賓，何智輝*（. 中南大學湘雅二醫(yī)院，長沙 400；. 中南大學湘雅三醫(yī)院，長沙 4003）

慢性阻塞性肺疾?。–OPD）是一種以持續(xù)呼吸道癥狀和不可逆氣流受限為特征的疾病。由于持續(xù)面臨風險因素和人口老齡化，COPD所造成的全球負擔將在未來幾十年持續(xù)加重，而其發(fā)病機制尚不完全明確。其治療以控制癥狀、延緩疾病進展為原則，尚無可治愈藥物。內皮祖細胞是內皮細胞的前體細胞，在出生后血管生成、血管再生及修復中發(fā)揮重要作用。近年來內皮祖細胞在COPD中的作用備受關注，本文就內皮祖細胞在肺氣腫及COPD發(fā)病機制的研究進展進行綜述。

1 內皮祖細胞的定義

內皮祖細胞是造血干細胞的亞類，主要來自骨髓，在功能和表型上與成熟的內皮細胞不同，可以在體外分化為內皮細胞，并在體內促進血管生成和血管穩(wěn)態(tài)。在成人外周血中發(fā)現(xiàn)了兩種內皮祖細胞：具有較高黏附能力和低增殖能力的早期內皮祖細胞、具有較低黏附能力和高增殖能力的晚期內皮祖細胞。早期內皮祖細胞呈紡錘形，主要存在于骨髓中，特異性表達CD34、CD45和VEGFR-2（KDR/Flk-1），增殖能力低，形成集落及小管的能力弱，但具有促血管生成旁分泌能力。晚期內皮祖細胞呈鵝卵石狀，具有較強的增殖能力，可促進血管新生，也被稱為內皮集落形成細胞。晚期內皮祖細胞能歸巢至缺血壞死組織處，通過融入新生微血管壁來形成新的毛細血管，分泌多種促血管因子（如粒細胞克隆刺激因子、內皮型一氧化氮合酶等），促內皮新生，促損傷血管修復。

2 內皮祖細胞和COPD

內皮祖細胞在生理和病理情況下參與血管生成，在各系統(tǒng)疾病中起重要作用。COPD的主要病理變化包括微血管損傷和肺動脈高壓。本文回顧了內皮祖細胞的數(shù)量和功能對COPD患者或肺氣腫動物模型的影響。

2.1 臨床研究

2.1.1 內皮祖細胞的數(shù)量和COPD 內皮祖細胞的數(shù)量在COPD的發(fā)生和發(fā)展中起著重要作用。研究表明，循環(huán)內皮祖細胞數(shù)量的減少參與了COPD的進展，并與疾病的嚴重程度相關。早期 COPD（GOLD 1）患者循環(huán)內皮祖細胞數(shù)量增加，在修復和重建血管的同時也導致動脈壁增厚和肺部高壓。晚期COPD患者（GOLD 2～4）、穩(wěn)定期COPD患者循環(huán)內皮祖細胞數(shù)量減少，與穩(wěn)定期COPD患者相比，急性加重期COPD（AECOPD）患者內皮祖細胞數(shù)量明顯減少。然而，Sala等研究卻證明，與穩(wěn)定期COPD患者和健康對照組相比，AECOPD患者內皮祖細胞數(shù)量更多，但穩(wěn)定期COPD患者和對照組之間的內皮祖細胞數(shù)量沒有顯著差異。另一項研究表明，與吸煙對照組相比，中度COPD（GOLD 2）患者內皮祖細胞數(shù)量下降，而重度COPD（GOLD 4）患者內皮祖細胞數(shù)量無明顯差異。Huertas等發(fā)現(xiàn)，與體質量指數(shù)（BMI）正常的COPD患者相比，低BMI的COPD患者的內皮祖細胞數(shù)量顯著降低，并且炎癥因子如腫瘤壞死因子

α

（TNF-

α

）、白介素6（IL-6）和單核細胞趨化蛋白-1（MCP-1）升高，提示內皮祖細胞下降可能與炎癥有關。此外，與性別、年齡和吸煙狀況均相當?shù)膶φ战M相比，COPD 患者（GOLD 3）的外周循環(huán)內皮祖細胞數(shù)量無明顯減少，這可能是全身炎癥和低氧血癥所致。研究中使用的不同內皮祖細胞表型、不同計數(shù)方法可能是導致這些研究結果不一致的原因。

2.1.2 內皮祖細胞的功能和COPD 肺泡巨噬細胞在分泌促炎癥介質和蛋白酶方面的功能障礙可以誘導氧化應激，吞噬凋亡細胞，從而促進COPD 的進展。COPD 患者出現(xiàn)內皮功能障礙和細胞凋亡，可引起肺血管的減少和重構。內皮祖細胞的基本功能包括分泌、黏附和增殖等。研究表明內皮祖細胞功能的改變可能影響 COPD 的進展。

許多細胞因子，如血管內皮生長因子（VEGF）、粒細胞集落刺激因子（G-CSF）、基質細胞衍生因子-1

α

（SDF-1

α

）、促紅細胞生成素（EPO），神經營養(yǎng)因子，神經生長因子和肝細胞生長因子都能促進內皮祖細胞向組織特定部位的歸巢。血管趨化因子（CCL2、CXCL1、CXCL7、CXCL12）與其相應受體（CCR2、CXCR2、CXCR4）的相互作用調節(jié)在歸巢過程中內皮祖細胞的遷移、募集和黏附。

吸煙者和 COPD 患者的內皮祖細胞功能和生物活性受損。在低BMI的COPD患者（GOLD 2～3）中，VEGF和造血生長因子水平顯著降低，影響了內皮祖細胞的歸巢和動員能力。Liu等招募了25名有吸煙史的 COPD 患者（GOLD 2～3）和16名健康、年齡匹配、不吸煙的志愿者。測試了所有受試者內皮祖細胞的管道形成能力、血小板/內皮細胞黏附分子1（PECAM-1）在內皮祖細胞表面的表達、內皮祖細胞集落形成單位的數(shù)量以及 CXCR4在內皮祖細胞中的表達。結果表明，COPD 患者血管形成明顯減少，早期內皮祖細胞中CXCR4表達降低，增殖能力受損，集落形成單位數(shù)量減少，晚期內皮祖細胞中PECAM-1表達明顯減少。此外，AECOPD患者的早期內皮祖細胞遷移能力下降，不能誘導血管形成，CXCR4表達減少更為明顯，而穩(wěn)定期COPD患者的晚期內皮祖細胞在血管形成方面存在明顯缺陷。與穩(wěn)定期COPD患者的晚期內皮祖細胞相比，AECOPD晚期患者的內皮祖細胞附著于基質膠誘導的小管數(shù)量明顯減少。Liu等和Yang等研究均指出COPD患者內皮祖細胞黏附能力下降，增殖能力明顯受損。

微小RNAs（miRNAs）是一類非編碼RNA分子，可以調節(jié)細胞的增殖、分化和凋亡。miR-34a和miR-126參與內皮祖細胞活性的調節(jié)。p53可上調miR-34a的表達，誘導細胞凋亡，而miR-126-3p 可促進內皮祖細胞的釋放。沉默信息調節(jié)因子1（Sirt1）通過調節(jié)p53依賴性凋亡來抑制促凋亡蛋白的表達。

p16

基因屬于INK4基因家族，是僅次于p53的常見腫瘤抑制基因，在細胞衰老中起關鍵作用。

Kato等招募了252名吸煙COPD患者和106名吸煙非COPD者，檢測了所有受試者內皮祖細胞、Sirt1 RNA、miR-34a和miR-126的表達數(shù)量。與吸煙非COPD者相比，中度COPD患者內皮祖細胞數(shù)目和Sirt1 RNA以及miR-126-3p的表達均顯著降低，而miR-34的表達顯著增加，內皮祖細胞的衰老與凋亡增加。然而上述項目在吸煙非COPD者與重度COPD患者中無明顯差異。而重度COPD患者中內皮祖細胞和miR-126-3p水平相對較高可能與激素的使用以及治療時間的差異性有關。

與吸煙非COPD患者相比，吸煙COPD患者外周血內皮祖細胞中p16 mRNA及蛋白表達顯著增高，增殖能力降低，存在G/S期停滯。敲除COPD患者內皮祖細胞中

p16

基因可以顯著減輕這些患者內皮祖細胞的細胞周期停滯。TNF-

α

是體外祖細胞凋亡的有效誘導劑，可促進內皮祖細胞凋亡，而COPD患者的TNF-

α

水平升高。

吸煙引起的氧化應激是COPD的主要危險因素。與健康非吸煙者相比，吸煙者和COPD患者（GOLD 2）的內皮祖細胞中DNA衰老和損傷水平更高，血管生成能力受損，且這些變化與年齡無關，表明香煙煙霧誘導的氧化應激可導致內皮祖細胞的系統(tǒng)性損傷，而其子細胞可以“繼承”這種DNA損傷，從而引起表觀遺傳變化。

COPD合并慢性低氧血癥的患者血漿去甲腎上腺素水平和

β

2AR的活化均升高，導致活性氧（ROS）表達增加和內皮祖細胞功能障礙。予以

β

2AR拮抗劑治療后，可以觀察到內皮祖細胞內ROS的表達降低，增殖能力提高。

重組人C反應蛋白（CRP）在一定濃度下（≥15 mg·mL）可顯著減少內皮祖細胞的數(shù)量，并抑制其功能。AECOPD 患者的CRP和IL-6表達升高，內皮祖細胞數(shù)量減少，且功能受損，這表明內皮祖細胞功能障礙可能與炎癥反應增強有關。

COPD患者肺中內皮間充質轉化（EndMT）的過程被激活。間充質細胞是修復傷口的關鍵結締組織細胞。成纖維細胞是肺中主要的間充質細胞，在氣道重塑和肺泡組織間質修復中起重要作用。EndMT意味著內皮細胞失去黏附特性和極性，形成高度侵襲性的成纖維細胞/成肌纖維細胞。據(jù)報道，內皮祖細胞可以在許多疾病中轉化為間充質樣細胞。COPD患者中是否存在EndMT或內皮祖細胞轉化為間充質樣細胞尚需進一步研究。

2.2 基礎研究

肺氣腫是COPD的主要病理特征，也是COPD發(fā)病機制研究的熱點。肺氣腫動物模型的建立有多種方式，根據(jù)不同的機制，采用了各種建模方法來建立肺氣腫或COPD的動物模型，從而使探索內皮祖細胞在COPD發(fā)病機制中的作用成為可能。

2.2.1 動物模型中內皮祖細胞的數(shù)量 研究表明，肺氣腫小鼠中內皮祖細胞的數(shù)量明顯減少。胰高血糖素樣肽1（GLP-1）可以減輕肺內炎癥反應，增加小鼠內皮祖細胞數(shù)量，降低肺氣腫面積。Shi等將內皮祖細胞移植到徑吸煙誘導的 COPD 小鼠氣管中，發(fā)現(xiàn)內皮祖細胞數(shù)量增加可以減輕肺氣腫，降低氣道阻力，增加肺順應性。

2.2.2 動物模型中內皮祖細胞的功能

① 內皮祖細胞的生物活性：基質金屬蛋白酶（MMPs）與許多生理和病理過程有關，其中MMP-2和 MMP-9通過不同的基質蛋白在肺組織重建和修復中起重要作用。MMP-9可以釋放可溶性配體（sKitL）將靜止狀態(tài)的造血干細胞變?yōu)樵鲋碃顟B(tài)，同時，MMP-9還可通過細胞外間質降解、中性粒細胞趨化和炎癥增強等途徑介導肺部炎癥反應。MMP-2可損害內皮祖細胞功能，特別是血管生成能力。MMP-2和MMP-9在COPD 患者和肺氣腫小鼠中的表達均升高。但也有研究發(fā)現(xiàn)肺氣腫小鼠的MMP-9活性、

c-Kit

基因和蛋白的表達以及sKitL水平均降低，導致從骨髓到外周血的內皮祖細胞供應減少。② 炎癥反應與內皮祖細胞：在COPD整個過程中以及急性發(fā)作期間，炎癥反應被認為是最重要的機制。在吸煙誘導的COPD小鼠中，氣管內內皮祖細胞移植降低了肺組織中MMP-2、MMP-9的活性和TUNEL陽性細胞的數(shù)量，因此減少了氣道炎癥，減輕了肺氣腫。內皮祖細胞在體外抑制脂多糖（LPS）刺激的嗜中性粒細胞中TNF-

α

、IL-1

β

、髓過氧化物酶（MPO）和MMP-9的分泌，減少炎癥細胞的浸潤，減輕肺損傷。

③ 氧化-抗氧化失衡與內皮祖細胞：氧化-抗氧化劑失衡是COPD的重要機制，在AECOPD患者中，ROS引起的氧化應激反應增加。香煙煙霧和其他有害顆粒物在吸入時會產生過多的氧化物，從而直接損害肺組織。氧化物不僅可以直接破壞蛋白質、脂質和核酸等生化大分子物質，導致細胞功能障礙或細胞死亡，還可以破壞細胞外基質，引起蛋白酶-抗蛋白酶失衡。

Shi等以香煙煙霧暴露法建立COPD小鼠模型，并在第30日和第90日對COPD小鼠氣管注射內皮祖細胞。第120日測定肺功能、細胞凋亡、炎癥細胞、MMP-2和 MMP-9的水平，結果表明，注射內皮祖細胞可以增強肺泡中MMP-2和MMP-9的表達。早期和晚期內皮祖細胞治療均能明顯抑制小鼠血清和肺泡灌洗液的抗氧化活性的降低，減輕肺氣腫的發(fā)生，且早期干預組的抗氧化活性高于晚期干預組。這提示內皮祖細胞氣管內注射可能通過減輕炎癥浸潤、抑制蛋白水解酶活性、提高抗氧化活性等途徑減輕肺氣腫，延緩肺功能障礙的進展。

④ 內皮祖細胞和彈性蛋白酶-抗彈性蛋白酶失衡：彈性蛋白酶系統(tǒng)失衡會分解COPD患者肺部的組織蛋白。炎性細胞可以釋放彈性蛋白酶，過多的彈性蛋白酶會損害肺實質，造成肺氣腫。內皮祖細胞可在體外抑制中性粒細胞彈性蛋白酶（NE）的分泌，體內移植的內皮祖細胞可以下調NE水平并減輕肺損傷。內皮祖細胞還可能參與了肺氣腫或COPD中彈性蛋白酶失衡的機制。肺氣腫小鼠的Alpha1-抗胰蛋白酶濃度降低。氣管內注射內皮祖細胞可降低MMP-2和MMP-9的表達，抑制蛋白水解酶的活性，并部分緩解吸煙引起的肺氣腫。內皮祖細胞移植可以通過抑制NE表達減輕大鼠肺損傷，通過調節(jié)蛋白酶系統(tǒng)并控制內皮祖細胞對血管生成過程的影響，有效地控制病理性血管生成。然而，另一項研究發(fā)現(xiàn)，內皮祖細胞可以表達NE，通過調節(jié)脂聯(lián)素的活性和修復受損血管能力來改善內皮功能。但是，在COPD或肺氣腫的動物模型中還沒有這方面的相關研究。

⑤ 內皮祖細胞和表觀遺傳學變化：5-Aza-2'-脫氧胞苷（5-Aza-CdR，又名地西他濱）是使用最廣泛的DNA甲基化抑制劑，可觸發(fā)脫甲基化，從而導致表觀遺傳沉默基因的連續(xù)激活。5-Aza-CdR可以顯著降低CSE處理小鼠內皮祖細胞中的p16 mRNA的升高。CSE處理后小鼠內皮祖細胞的增殖、黏附和分泌能力降低，eNOS的表達水平下降，而地西他濱可以減輕上述變化。此外，地西他濱能增強CSE誘導的肺氣腫小鼠內皮祖細胞和肺組織中干細胞抗原-1（Sca-1）的表達，從而改善小鼠肺氣腫。這些結果提示，DNA甲基化影響了內皮祖細胞的功能障礙和衰老，這可能與肺氣腫的發(fā)病機制有關。

2.3 內皮祖細胞在 COPD 治療中的應用

一項研究招募了80例COPD合并肺動脈高壓的患者，分為對照組和治療組。對照組常規(guī)給予氧氣、抗感染、祛痰等治療，治療組給予Rho激酶抑制劑法舒地爾和常規(guī)治療。結果顯示，法舒地爾降低了COPD和肺動脈高壓患者的肺動脈壓，其機制之一是外周血中內皮祖細胞數(shù)量增多和功能增強減少了肺內皮的損害并改善了肺血管結構的重建，從而達到治療效果。另一項研究比較了內皮祖細胞移植加常規(guī)療法與單純常規(guī)療法對特發(fā)性肺動脈高壓患者的療效。結果顯示，內皮祖細胞移植加常規(guī)治療組的患者在6 min內行走距離顯著增加，平均肺動脈壓、肺血管阻力明顯下降，心輸出量上升。在小鼠模型中，內皮祖細胞的氣管內移植可通過減少炎癥浸潤，減少凋亡，抑制蛋白水解活性和增加抗氧化活性來減輕肺氣腫和肺功能障礙。由此看來，提高內皮祖細胞數(shù)量或提升其功能可能對COPD患者大有裨益。此外，已有臨床研究證實，通過動員內皮祖細胞可以促進慢性遷延不愈傷口的好轉，內皮祖細胞移植后心肌梗死患者的心肌存活率和灌注顯著增加，內皮祖細胞自體移植對嚴重肢體缺血患者具有明顯療效。這些研究也提示：除了戒煙和運動，外源性祖細胞或負責激活內源性祖細胞體液因子的給藥可能是新的COPD的潛在療法。

在COPD患者和肺氣腫動物模型中，內皮祖細胞數(shù)量的變化和生物學活性的損害是導致COPD或肺氣腫進展的重要因素。此外，肺氣腫的主要發(fā)病機制，例如炎癥、氧化-抗氧化失衡、表觀遺傳學等，也與內皮祖細胞相關，內皮祖細胞在COPD或肺氣腫發(fā)病機制中的重要性有目共睹，促進內皮祖細胞在血管生成中作用的潛在機制可被視為COPD末來新治療方法的努力方向。