干細(xì)胞與動脈粥樣硬化

趙琦，樸海南，李婉秋

動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）是眾多心腦血管疾病共同的病理基礎(chǔ),可導(dǎo)致多種心血管事件，嚴(yán)重危害健康。目前認(rèn)為動脈粥樣硬化的發(fā)生是多因素綜合作用結(jié)果。而干細(xì)胞作為一類具有自我更新、多向分化的細(xì)胞，已有研究證實(shí)不同來源的干細(xì)胞對AS的發(fā)生發(fā)展具有一定的作用，本文將對此進(jìn)行綜述。

1 與動脈粥樣硬化有關(guān)的干細(xì)胞

1.1 內(nèi)皮祖細(xì)胞（endothelial progenitor cells，EPCs） EPCs是目前研究最多的成體祖細(xì)胞之一，由Asahara等在1997年首先在外周血中發(fā)現(xiàn)[1]，具有干細(xì)胞的自我更新及向內(nèi)皮細(xì)胞分化的能力，EPCs能夠同時表達(dá)CD34/CD133和Flk-1（VEGFR-2）[2]，可以直接從骨髓或外周循環(huán)血液分離得到[3]。EPCs通過分泌促血管形成的生長因子促進(jìn)缺血組織的血管新生并通過血管再內(nèi)皮化保持血管動態(tài)平衡[4]。多種病生理因素都能夠促進(jìn)EPCs的動員和歸巢，包括血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）、基質(zhì)衍生因子（SDF-1）、血清粒細(xì)胞集落刺激因子（G-CSF）、促紅細(xì)胞生成素（EPO）、雌激素、他汀類藥物等[5]。EPCs可分化成心肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞[6]。Akita[7]等證明，缺氧培養(yǎng)下EPCs可以明顯促進(jìn)裸鼠下肢血管新生，臨床實(shí)驗(yàn)也觀察到在心肌內(nèi)注射EPCs后可促進(jìn)血管新生、內(nèi)皮修復(fù)[8]。EPCs還與炎癥、AS，血管成形術(shù)后再狹窄有關(guān)[9-11]。動員或移植頸動脈球囊損傷后大鼠的EPcs可促進(jìn)血管內(nèi)皮化及抑制內(nèi)膜增殖[12]。

1.2 平滑肌祖細(xì)胞（smooth muscle Progenitor cells，SMPCs）平滑肌細(xì)胞在粥樣斑塊的發(fā)展中也發(fā)揮了舉足輕重的作用。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為中膜平滑肌細(xì)胞通過遷移至內(nèi)膜促進(jìn)AS的發(fā)展；而新的證據(jù)表明，平滑肌祖細(xì)胞可能直接參與了AS的發(fā)展。有研究顯示第1個平滑肌α-actin陽性細(xì)胞位于血管腔面[13]，說明有中膜以外來源的平滑肌細(xì)胞參與了AS。余俊[14]等發(fā)現(xiàn)骨髓源性平滑肌祖細(xì)胞具有形成AS斑塊中泡沫細(xì)胞的可能。Hu[15]等在動脈外膜發(fā)現(xiàn)了大量表達(dá)干細(xì)胞標(biāo)志物，并能在PDGF-BB的條件培養(yǎng)基中分化為平滑肌細(xì)胞。這些證據(jù)表明外周血、骨骼肌細(xì)胞、造血干細(xì)胞和MSC中都存在SMPCs。目前認(rèn)為SMPCs可增加斑塊的穩(wěn)定性，縮小損傷面積。Zoll等[16]用人外周單核細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)的SMPCs注入ApoE（-/-）RAG-2（-/-）大鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)血管損傷面積縮小了42%。因此，SMPCs是AS斑塊中平滑肌細(xì)胞的重要來源，它們與來源于動脈中膜的平滑肌細(xì)胞一起共同參與了損傷后血管重構(gòu)過程。

1.3 造血干細(xì)胞（hematopoietic stem cells，HSCs） 通過利用表面抗體（Lin-，c-kit+，Sca-1+，CD34+/CD38-）可以把HSCs從骨髓分離出來[17]。HSCs不僅參與了造血、更新成人體內(nèi)血液過程，還有向心肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞分化的能力[8]。由于HSCs富含祖細(xì)胞的特性，使其在治療AS方面極具潛力。

1.4 間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells，MSC） MSC廣泛存在于骨髓、脂肪等各種組織中，表現(xiàn)為一組缺少造血干細(xì)胞表面標(biāo)記物CD34和CD133的細(xì)胞群[18]。由于缺少M(fèi)HC-Ⅱ和B-7共刺激分子表達(dá)而呈現(xiàn)低免疫源性，并能抑制淋巴細(xì)胞增殖，適合用于異體移植，是細(xì)胞療法的另一個來源。MSC能進(jìn)入血液循環(huán)定植于血管及其他結(jié)締組織，尤其是在受損傷處和移植交界處。而最新證據(jù)表明，MSC在于正常的動脈壁外膜和微血管中亦有表達(dá)[19]。

1.5 脂肪來源干細(xì)胞ADSCs（adipose-derived stem cell） 最先由Zuk分離出來[20]，在培養(yǎng)中ADSCs表達(dá)與BMSCs相類似的表面分子如CD117、CD29、CD105、CD54、CD44，在多譜系刺激下，ASCs有向多系分化的潛力，包括脂肪、心肌、內(nèi)皮、平滑肌、神經(jīng)、骨細(xì)胞等[21]。Lu等[22]和Kim[23]分別通過實(shí)驗(yàn)觀察到了ADSCs良好的促進(jìn)血管新生的能力；而APOLLO和PRECISE實(shí)驗(yàn)也已證實(shí)了ADSCs移植的安全性，同時ADSCs還能降低斑塊炎癥反應(yīng)，減輕AS。

2 干細(xì)胞修復(fù)血管損傷機(jī)制

AS始于內(nèi)皮損傷，隨后的脂質(zhì)沉積、炎性細(xì)胞浸潤、細(xì)胞凋亡壞死等一系列事件均可導(dǎo)致斑塊形成，斑塊形成后不穩(wěn)定、斑塊破損及血栓形成是直接導(dǎo)致心血管事件的原因，干細(xì)胞直接參與了這些進(jìn)程并具有修復(fù)損傷血管的功效：

2.1 內(nèi)皮修復(fù)作用 AS始于內(nèi)皮的損傷與炎癥，而內(nèi)皮的功能紊亂與缺失又加劇了AS的發(fā)展。以往認(rèn)為內(nèi)皮的修復(fù)是通過鄰近內(nèi)皮增殖遷移來完成的，而成熟內(nèi)皮的增殖遷移能力較弱，近來人們認(rèn)識到干細(xì)胞也具有內(nèi)皮修復(fù)的作用。EPCs成為內(nèi)皮細(xì)胞儲蓄池，一旦內(nèi)皮細(xì)胞受損，EPCs則可分化遷移至受損部位，加速血管內(nèi)皮化?，F(xiàn)有大量動物與臨床研究表明EPCs有延緩AS的進(jìn)展以及防止PCI術(shù)后再狹窄的作用。

2.2 血管再生 干細(xì)胞促進(jìn)血管再生的機(jī)制有兩方面：一是遷移到局部分化或轉(zhuǎn)化成血管內(nèi)皮細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞參與新生血管壁形成；二是通過自分泌和旁分泌功能促進(jìn)內(nèi)皮修復(fù)和參與血管生成，包括MSCs、ADSCs、ESCs等均能分泌多種細(xì)胞因子、調(diào)節(jié)肽、細(xì)胞信號分子等[24]。

2.3 免疫調(diào)節(jié)作用 間充質(zhì)干細(xì)胞具有免疫調(diào)節(jié)作用[25]。多項(xiàng)研究認(rèn)為，在AS的發(fā)展中，T 淋巴細(xì)胞參與了慢性炎癥反應(yīng)[26]，活化的T細(xì)胞能夠產(chǎn)生金屬基質(zhì)蛋白酶，降解纖維帽基質(zhì)，促使斑塊不穩(wěn)定；同時調(diào)節(jié)性T細(xì)胞還具有負(fù)性免疫調(diào)節(jié)作用，包括減弱炎癥反應(yīng)、抑制抗原活化及增殖等[27]。大量實(shí)驗(yàn)證明MSCs能夠通過提高調(diào)節(jié)性T細(xì)胞水平，降低免疫源性，提高異體移植成活率；而BMSCs和ADSCs可通過抑制淋巴細(xì)胞增殖[28]，達(dá)到抗炎、抗AS的作用。

2.4 抗凋亡作用 AS常伴隨內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞數(shù)量減少及凋亡，內(nèi)皮細(xì)胞凋亡引起AS早期病變并導(dǎo)致脂質(zhì)浸潤、氧化應(yīng)激、凝血異常；平滑肌細(xì)胞凋亡導(dǎo)致ECM減少，纖維帽強(qiáng)度下降、斑塊破裂，因此抗細(xì)胞凋亡在AS的治療中尤為重要。Rehman等[29]研究發(fā)現(xiàn)ADSCs在缺氧環(huán)境中的VEGF分泌水平可增加5倍左右，尤其在移植處內(nèi)皮細(xì)胞尤為顯著；而MSCs培養(yǎng)基還可以劑量依賴方式促進(jìn)小鼠缺血肢體血流恢復(fù)和血管重塑，說明干細(xì)胞參與了調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡、增殖、存活等多個過程。

3 總結(jié)與展望

AS的治療有藥物、介入、手術(shù)等方式，雖然療效確切，但仍難以達(dá)到較好的預(yù)后。近年來，多項(xiàng)試驗(yàn)針對多種來源的干細(xì)胞治療AS進(jìn)行了研究，為AS治療提供了新選擇。但是細(xì)胞療法仍處在早期階段，目前還存在以下問題：①如何識別干細(xì)胞的特異性表面標(biāo)記物以達(dá)到純化干細(xì)胞的目的；②如何選擇合適的移植干細(xì)胞數(shù)量，移植濃度太高容易造成栓塞，而太低達(dá)不到治療效果；③如何確定干細(xì)胞移植的種類以達(dá)到最佳療效，越來越多研究者認(rèn)為細(xì)胞間相互作用或細(xì)胞與細(xì)胞因子的相互作用對于細(xì)胞移植效果亦有影響，有研究表明聯(lián)合應(yīng)用ADSCs和EPCs治療后的新生血管網(wǎng)密度比單用ADSCs或EPCs要大[30]；④如何提高移植后細(xì)胞存活率及治療功能，包括藥物或細(xì)胞因子、基因修飾等；⑤選擇何種治療途徑，目前治療方法有利用藥物促進(jìn)細(xì)胞靶向歸巢、細(xì)胞因子基因轉(zhuǎn)染、外周靜脈注入等。盡管存在上述問題，但相信隨著研究的不斷深入，干細(xì)胞療法將會為AS的治療打開一條新的途徑。

[1]Asahara T,Murohara T,Sullivan A,et al. Isolation of Putative Progenito endothelial cells for angiogenesis[J]. Seienee,1997,275(5302):964-7.

[2]Peichev M,Naiyer AJ,Pereiraetal D,et al. Expression of VEGFR-2 and AC133 by circulating human CD34(+) cells identifies a population of functional endothelial precursors[J]. Blood,2000,95(3):952-8.

[3]Rafii S,Lyden D. Therapeuti stem and progenitor cell transplantation for organ vaseularization and regeneration[J]. NatMed,2003,9(6):702-12.

[4]Narmoneva DA,Vukmirovic R,Davis ME,et al. Endothelial cells promote cardiac myocyte survival and spatial reorganization:implications for cardiac regeneration[J]. Circulation,2004,110(8):962-8.

[5]Tilling L,Chowienczyk P,Clapp B. Progenitors in motion:Mechanisms of mobilization of endothelial progenitor cells[J]. Br J Clin Pharmacol,2009,68(4):484-92.

[6]Yeh ET,Zhang S,Wu HD,et al. Transdifferentiation of human peripheral blood CD34+/- enriched cell population into cardiomyocytes，endothelial cells，and smooth muscle cells in vivo[J]. Circulation,2003,108(17):2070-3.

[7]Akita T,Murohara T,Ikeda H, et al. Hypoxic preconditioning augments efficacy of human endothelial progenitor cells for therapeutic neovascularization[J]. Lab Invest,2003,83(1):65-73.

[8]Douglas W.Losordo,Timothy D.Henry,Charles Davidson,et al. Intram yocardial,Autologous CD34+Cell Therapy for Refractory Angina[J].Circ Res,2011,109(4):428-36.

[9]Tillmanns J,Rota M,Hosoda T,et al. Formation of large coronary arteries by cardiac progenitor cells[J]. Proc Natl Acad Sci USA,2008,105(5):1668-73.

[10]Werner N,Nickenig G. Endothelial progenitor cells in health and atherosclerotic disease[J]. Ann Med,2007,39(2):82-90.

[11]Pelliccia F,Cianfrocca C,Rosano G,et al. Role of endothelial progenitor cells in restenosis and progression of coronary atherosclerosis after percutaneous cornary intervention: a prospective study[J]. ACC Cardiovasc Interv,2010,3(1):78-86.

[12]陳劍飛,黃嵐,武曉靜,等. 移植不同年齡大鼠骨髓EPCs對損傷內(nèi)膜增殖的影響[J]. 中國病理生理雜志[J],2007,23(11):2274-5.

[13]Ahn Y,Jeong MH,Schwartz RS. Changing paradigm for neointimal cell origin:is restenosis a blood-borne disease[J]. Catheter Cardiovasc Interv,2005,64(4):468-70.

[14]余俊,阮秋蓉. 利用Psm22-EGFP-1質(zhì)粒重組體從小鼠間充質(zhì)干細(xì)胞中分選平滑肌祖細(xì)胞的研究[J]. 中華病理學(xué)雜志,2007,36(12):825-31.

[15]Hu Y,Zhang Z,Xu Q,et al. Abundant progenitor cells in the adventitia contribute to atherosclerosis of vein grafts in ApoE-deficient mice[J].Clin Invest,2004,113(9):1258-65 .

[16]Zoll J,Fontaine V,Gourdy P,et al. Role of human smooth muscle cell progenitors in atherosclerotic plaque development and composition[J]. Cardiovasc Res,2008,77(3):471-80.

[17]Osawa M,Nakamura K,Nishi N,et al. In vivo self-renewal of c-Kit+ Sca-1+Lin(low/-) hemopoietic stem cells[J]. J Immunol,1996,156(9):3207-14.

[18]Pittenger MF,Mackay AM,Beck SC,et al. Multilineage potential of adult human mesenchymal stem cells[J]. Science,1999,284(5411):143-7.

[19]Jiang Y,Jahagirdar BN,Reinhardt RL,et al. Pluripotency of mesenchymal stem cells derived from adult marrow[J]. Nature,2002,418(6893):41-9.

[20]Zuk PA,Zhu M,Ashjian P,et al. Human adipose tissue is a source of multipotent stem cells[J]. Molecular Biology of the Cell,2002,13(12):4279-95.

[21]Shah VK,Shalia KK. Stem Cell Therapy in Acute Myocardial Infarction:A Pot of Gold or Pandora's Box[J]. Stem Cells Int,2011,2011:536758

[22]Lu F,Mizuno H,Uysal AC,et al. Improved viability of random pattern Skin flaps through the use of adipose-derived stem cells[J]. Plast Reconstr Surg,2008,121(1):50-8.

[23]Kim Y,Kim H,Cho H,et al. Direct comparison of human mesenchymal stem cells derived from adipose tissues and bone marrow in mediating neovascularization in response to vascular ischemia[J].Cell Physiol Biochem,2007,20(6):867-76.

[24]劉秀華,唐朝樞. 干細(xì)胞的旁分泌和自分泌功能[J]. 生理科學(xué)進(jìn)展,2008,39(3):6-12.

[25]Aggarwal S,Pittenger MF. Human mesenchymal stem cells modulate allogeneic immune cell responses[J]. Blood,2005,105(4):1815-22.

[26]Hansson GK. Inflammation,atherosclerosis,and coronary artery disease[J]. N Engl J Med,2005,352(16):1685-95.

[27]Hu Z,Li D,Hu Y,et al. Changes of CD4+CD25+regulatory T Cells in patients with acute coronary syndrome and the effect of atorvastatin[J].J Huazhong Univ Sci Technolog Med Sci,2007,27(5):524-7.

[28]Lee JM,Jung J,Lee HJ,et al. Comparison of immunomodulatory effects of placenta stem cells with bone marrow and adipose mesenchymal stem cells[J]. Int Immunopharmacol,2012,13(2):219-24.

[29]Rehman J,Traktuev D,Li J,et al. Secretion of angiogenic and antiapoptotic factors by human adipose stromal cells[J]. Circulation,2004,109(10):1292-8.

[30]Traktuev DO,Prater DN,Merfeld-Clauss S,et al. Robust functional Vascular network formation in vivo by cooperation of adipose progenitor and endothelial cells[J]. Circ Res,2009,104(12):1410-20.