雷帕霉素防治人工血管移植后再狹窄的研究進展

蔡楊陽 張鴻坤 浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院血管外科 杭州310003

血管損傷的致殘率、死亡率均較高，往往會造成肢體缺血壞死而截肢甚至是死亡，為解決這一難題，人工血管出現(xiàn)在人們的視線中，這是血管外科發(fā)展的重要里程碑。然而，無論是最初的合成材料人工血管，還是現(xiàn)在的生物人工血管，人工血管移植術(shù)后的再狹窄發(fā)生率都很高。如何降低再狹窄的發(fā)生，提高移植成功率，一直是研究的熱點，其中人工血管材料的選擇至關(guān)重要。近年來的研究已知雷帕霉素在抗器官移植排斥反應(yīng)和抗腫瘤等方面有良好的作用，深入研究研發(fā)現(xiàn)雷帕霉素能明顯抑制血管平滑肌細胞的遷移和內(nèi)皮細胞的增殖，對支架植入血管后預(yù)防再狹窄有良好的作用。

1 血管再狹窄機制

從1895年Masni以玻璃管作為移植材料，一直到20世紀50年代，真絲、滌綸(Dacron)、聚四氟乙烯(PTFE)人工血管研制成功，使得人工血管在大動脈的代用方面取得滿意的效果，但在中、小口徑動脈(＜6mm)移植上，由于移植血管的再狹窄而使其遠期通暢率不高。移植血管再狹窄的機制十分復(fù)雜，目前尚未完全闡明。

1.1 新生內(nèi)膜形成 血管內(nèi)異物的植入，都會引起內(nèi)膜增生反應(yīng)，這種增生超過一定程度就會發(fā)生再狹窄，甚至堵塞整個管腔。血管平滑肌細胞(VSMC)是增生內(nèi)膜的主要成分，在內(nèi)膜形成過程中，有大量的細胞因子參與，其中血小板衍生生長因子(PDGF)能刺激血管壁中層的平滑肌細胞向內(nèi)膜遷移，增殖并分泌細胞外基質(zhì)(ECM)，這些導(dǎo)致了新生內(nèi)膜形成并引起再狹窄。［1］目前普遍認為血管平滑肌細胞的過度增殖引起血管內(nèi)膜增生是最終導(dǎo)致再狹窄的根本原因。

1.2 炎癥反應(yīng) 在血管內(nèi)皮受損處，白細胞聚集和浸潤，并有血小板的沉積，這些都是引起炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵因素。Nakatani等［2］通過對豬的試驗發(fā)現(xiàn)大量炎癥細胞在支架植入后出現(xiàn)，認為持續(xù)的炎癥反應(yīng)可能是再狹窄的重要因素。Farb等［3］通過研究87例行支架植入術(shù)90天后病理學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)炎癥反應(yīng)與再狹窄密切相關(guān)。Gaspardone等［4］則揭示了支架置入術(shù)后CRP水平與再狹窄傾向相關(guān)。炎癥反應(yīng)在血管內(nèi)再狹窄中有著重要作用。

1.3 血栓形成 移植血管的植入導(dǎo)致血管內(nèi)膜的損壞，造成內(nèi)皮下組織暴露，引起血小板的黏附、聚集。Speidel等［5］通過對家兔試驗發(fā)現(xiàn)最有可能刺激血栓形成的是組織因子的暴露。形成的血栓可以作為平滑肌細胞的平臺，繼而引起支架內(nèi)再狹窄。

另有研究表明，血管內(nèi)再狹窄與支架的設(shè)計、材料［6］、內(nèi)皮細胞功能［7］、血管重構(gòu)［8］、某些非肽類因子［9］等眾多因素均有關(guān)系。

2 雷帕霉素預(yù)防血管再狹窄機制

雷帕霉素(Rapamycin)又稱西羅莫司(Sirolimus)，是20世紀70年代初由加拿大Wyeth-Ayerst研究所從鏈霉菌培養(yǎng)液中分離出來的一種大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，分子式為C51H79NO13，相對分子量為991×103，為白色固體結(jié)晶，可溶于甲醇、乙醇、丙醇等有機溶劑，極微溶于水［10］。雷帕霉素是一種脂溶性化合物，容易通過細胞膜進入血管壁，并在其中擴散和停留，使血管壁局部組織保持較高藥物濃度，這些特點使其成為比較理想的涂層材料。

雷帕霉素通過與FK506結(jié)合蛋白FKBP12結(jié)合，特異作用于哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)結(jié)合，形成 RPM/FKBP/mTOR復(fù)合物，其一通過抑制真核起始因子抑制蛋白(4E-BP)的磷酸化，阻止真核起始因子(eIF-4E)的釋放和轉(zhuǎn)錄;其二通過抑制抑癌基因(p70σ6K)激酶活化，阻止核糖體蛋白S6磷酸化，最終抑制細胞從Gl期向S期過渡［11］。不同細胞周期之間的轉(zhuǎn)換由兩個限制點(G1/S、G2/M)進行調(diào)控，雷帕霉素正是選擇性地抑制細胞G1后期向S期的過渡，抑制血管平滑肌細胞的過度增殖［12］，從而預(yù)防再狹窄的發(fā)生。

雷帕霉素還能通過其他作用預(yù)防再狹窄，體內(nèi)和體外實驗均證實雷帕霉素除抑制T細胞及B細胞活化外，還可抑制其他非免疫細胞。低劑量時可抑制內(nèi)皮細胞、成纖維細胞、肝細胞、平滑肌細胞等的增殖，高劑量還能影響天然殺傷細胞、細胞毒性T淋巴細胞等的生物學(xué)功能［13］。李家平等［14］研究發(fā)現(xiàn)，雷帕霉素能夠劑量依賴性抑制平滑肌細胞膠原合成以及Ⅰ型膠原mRNA的表達。雷帕霉素還能預(yù)防移植動脈粥樣硬化。張偉杰等［15］通過建立大鼠頸動脈移植模型，將受體鼠隨機分為三組，即空白對照組、環(huán)孢素組及雷帕霉素組，6周后對移植動脈行病理組織學(xué)檢測觀察移植動脈再狹窄程度、免疫組織化學(xué)檢測轉(zhuǎn)化生長因子(TGF2β1)和細胞核增殖抗原(PCNA)的表達，結(jié)果顯示雷帕霉素組血管內(nèi)膜增厚程度顯著低于對照組和環(huán)孢素組，TGF2β1和PCNA在雷帕霉素組的表達明顯低于空白對照組和環(huán)孢素組，認為TGF2β1和PCNA基因的表達下調(diào)可能是雷帕霉素預(yù)防移植血管動脈粥樣硬化機制中的重要環(huán)節(jié)。

3 雷帕霉素涂層人工血管的研究

雷帕霉素涂層支架已經(jīng)廣泛用于臨床治療冠脈狹窄等疾病，其預(yù)防支架植入后再狹窄的效果是令人滿意的。雷帕霉素作為涂層支架的理想藥物除了因為其特殊的藥理作用外，還因為其具有很高的親脂特性，容易通過細胞膜，使血管壁局部組織保持較高藥物濃度。雷帕霉素涂層支架的Ⅰ期臨床試驗將45例心絞痛患者隨機分為兩組，分別成功地置入了兩種設(shè)計不同的雷帕霉素涂層支架。6個月時行血管內(nèi)超聲(IVUS)和定量冠狀動脈造影(QCA)隨訪，發(fā)現(xiàn)兩組患者除有3例血管內(nèi)膜增生僅超15%以外，其余患者血管內(nèi)膜增生均較輕微，未發(fā)現(xiàn)支架內(nèi)或支架邊緣再狹窄現(xiàn)象，臨床隨訪8個月未發(fā)現(xiàn)主要不良心臟事件，如支架內(nèi)血栓、心肌梗死及死亡等［16］。12個月時再次對以上患者進行 IVUS和QCA隨訪，結(jié)果與6個月時幾乎沒有任何差別［17］。該研究首次證明雷帕霉素涂層支架臨床應(yīng)用的安全性和有效性。其后，目前最大病例數(shù)的SIRIUS臨床實驗研究對556例患者植入雷帕霉素涂層支架，545例患者植入普通金屬支架，結(jié)果雷帕霉素組患者支架再狹窄為3%，對照組為35%［18］。這些實驗均證明雷帕霉素在涂層支架內(nèi)具有很好的抗血管再狹窄的發(fā)生。

但是對于動脈長段閉塞等一些嚴重的血管病變，常需行人工血管旁路移植術(shù)，這方面同樣有不少研究證明其良好的應(yīng)用前景。Ishii Y等通過前瞻性研究，對比不同藥物涂層的人工血管(內(nèi)徑3.6mm，長24mm)，分別為單獨肝磷脂涂層(H)、肝磷脂和雷帕霉素混合涂層(HS)，以及沒有任何藥物涂層(C)，同時用聚四氟乙烯(PTFE)人工血管作為控制組，將這幾種人工血管移植到兔子的腹主動脈，在術(shù)后第1、3、6個月將移植血管取出做組織學(xué)、免疫組織化學(xué)、生物化學(xué)以及掃描電鏡方面的評估，結(jié)果表明，所有三種的涂層血管在3個時間點都是開放的，而作為控制組的PTFE人工血管盡管在第1、3周是開放的，但在第6周有50%閉塞，H和HS組的血管沒有任何的狹窄或血栓。在第6周時，對比H組或C組，新內(nèi)皮的形成在HS組被明顯抑制(123±126μm vs206 ±158μm or202 ±67μm;P ＜0.05)，各種人工血管的宏觀結(jié)構(gòu)都沒有明顯改變。該試驗表明HS組移植血管在移植的6個月期間有著最好的防止再狹窄的表現(xiàn)［19］，這類移植物將有潛力成為新型的冠脈旁路搭橋的材料。

國內(nèi)學(xué)者陳星權(quán)等［20］對12條犬建立雙側(cè)動脈自體頸外靜脈旁路移植模型，隨機噴涂雷帕霉素的纖維蛋白膠于一側(cè)移植靜脈表面為實驗組，對側(cè)噴涂相同劑量蛋白膠為對照組。術(shù)后2周與4周，各取6條犬的雙側(cè)靜脈移植物制片分析研究發(fā)現(xiàn)，實驗組的內(nèi)膜厚度較對照組有顯著的降低，證明血管外膜局部應(yīng)用雷帕霉素對預(yù)防靜脈移植物術(shù)后早期狹窄有良好作用。

總之，雷帕霉素涂層的人工血管研究目前剛剛起步，是否也能取得涂層支架上所取得的良好效果尚難以確定，還需通過進一步的試驗研究其在人工血管移植后的長期通暢率。

［1］ 白融，馬業(yè)新.冠狀動脈支架內(nèi)再狹窄發(fā)病機制的研究進展［J］.心血管病學(xué)進展2001，22(6):341-344.

［2］ NakataniM，Takeyama Y，Shibata M，etal.Mechanisms of restenosis after coronary intervention:difference between plain old balloon angioplasty and stenting［J］.Cardiovasc Pathol2003，12(1):40-48.

［3］ Farb A，Weber DK，et al.Morphological predictors of restenosis after coronary stenting in humans［J］.Circulation 2002，25，105(25):2974-2980.

［4］ Gaspardone A，Crea F，Versaci F，etal.Predictive value of C-reactive protein after successful coronary-artery stenting in patientswith stable angina［J］.Am JCardiol1998，15，82(4):515-518.

［5］ Speidel C，Eisenberg P，RufW，et al.Tissue Factormediates prolonged procoagulantactivity on the luminal surface of balloon-injured aortas in rabbits［J］.Circulation 1995，92(11):3323-3330.

［6］ Hoffmann R，Mintz GS，Haager PK，et al.Relation of stent design and stent serface material to subsequent by intracascular ultrasound［J］.Am J Cardiol 2002，89(12):1360-1364.

［7］ Togni M，Raber L，Cocchia R，et al.Local vascular dysfunction after coronary paclitaxel-eluting stent implantation［J］.Int JCardiol2007，120(2):212-220.

［8］ 蔡煦.血管重構(gòu)、血管外膜與冠脈介入后再狹窄的關(guān)系［J］.國外醫(yī)學(xué)內(nèi)科學(xué)分冊，1999，26(2):54-57.

［9］ Fang Yi，NamikiH.Marked increase in the histamine content of neointima after stent implantation of pig coronary artery and growth-promoting effects of histamine in cultured smooth muscle cells［J］.Life Sci，2005，77(3):241-251.

［10］ Abranham RT，Wiederrecht G.Immunopharmacology of rapamycin［J］.Annu Rev Immund，1996，14:483-510.

［11］Morisew G，Brunn GJ，Wiederrecht G，et al.Rapamycininduced inhibition of P35cdc2 kinase acticvation is associated with G1/S-phase growth arrest in Tlymphocytes［J］.JBiol Chem，1993，268(5):3734-3778.

［12］ Gallo R，Padurean A，Jayaraman T，et al.Inhibition of thickening after balloon angioplasty in porcine coronary arteries by targeting regulators of the cell cycle［J］.Circulation，1999，99(16):2164-2170.

［13］Vignot S，F(xiàn)aivre S，Aguirre D，et al.mTOR-targeted therapy of cancer with rapamycin derivatives［J］.Ann Oneol，2005，16(4):525-537.

［14］李家平，楊建永，陳偉，等.西羅莫司對血管平滑肌細胞膠原合成影響的實驗研究［J］.中華醫(yī)學(xué)雜志，2007，87(37):2653-2656.

［15］張偉杰，徐崇松，甄忠廣，等.西羅莫司對移植動脈粥樣硬化的預(yù)防作用［J］.中華實驗外科雜志，2005，22(5):620-621.

［16］Sousa JE，Costa MA，Abizaid A，et al.Lack of neointimal proliferation after implantation of sirolimus coated stents in human coronary arteries:a quantitative coronary angiography and three-dimensional intravascular ultrasound study［J］.Circulation，2001，103(1):192-195.

［17］Sousa JE，Costa MA，Abizaid A，et al.Sustained suppression of neointimal proliferation by sirolimus-eluting stents:one-year angiographic and intravascular ultrasound followup［J］.Circulation，2001，104(17):2007-2011.

［18］Moses JW，Leon MB，Popma JJ，et al.Sirolimus-eluting stents versus standard stents in patients with stenosis in a native coronary artery［J］.New Engl JMed，2003，349(14):1315-1323.

［19］Ishii Y，Sakamoto S，Kronengold RT，et al.A novel bioengineered small-caliber vascular graft incorporating heparin and sirolimus:excellent6-month patency［J］.JThorac Cardiovasc Surg，2008，135(6):1237-1245.

［20］陳星權(quán)，吳若琳，鄭少憶，等.血管外膜應(yīng)用西羅莫司對靜脈移植物再狹窄的作用［J］.中華實驗外科雜志，2006，23(4):532-533.