內(nèi)皮祖細(xì)胞在動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展不同階段中的作用*

李妍妍 楊娜娜 秦樹(shù)存

(山東省高校動(dòng)脈粥樣硬化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，泰山醫(yī)學(xué)院動(dòng)脈粥樣硬化研究所，山東泰安 271000

動(dòng)脈內(nèi)皮損傷是動(dòng)脈粥樣硬化(Atherosclerosis,AS)發(fā)生的首要環(huán)節(jié)(1)。而內(nèi)皮祖細(xì)胞(Endothelial progenitor cells，EPCs)來(lái)源于骨髓，可增殖分化成為血管內(nèi)皮,但尚未表達(dá)成熟的血管內(nèi)皮表型。EPCs能夠修復(fù)損傷的血管內(nèi)皮，也能在缺血組織中形成新生血管(2-4)使血流得以恢復(fù)。機(jī)械損傷血管內(nèi)皮及慢性炎癥可動(dòng)員骨髓中EPCs募集至損傷處，并修復(fù)血管內(nèi)皮(5)。大量臨床研究證實(shí)，誘導(dǎo)動(dòng)脈粥樣硬化的危險(xiǎn)因素(如高血壓、高血糖、高血脂、吸煙、低運(yùn)動(dòng)量及高齡)會(huì)降低外周血EPC的功能及數(shù)量(6)。同樣外周血氧化型低密度脂蛋白的增多也會(huì)降低外周血EPCs的功能和數(shù)量(7)。動(dòng)脈粥樣硬化患者循環(huán)EPCs水平明顯低于健康人群， 可見(jiàn)EPCs水平的下降預(yù)示著早期AS的發(fā)生(8)，但是其中的具體機(jī)制不很清楚。最近EPCs在動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展的過(guò)程中扮演的角色仍有爭(zhēng)議。比如，通過(guò)長(zhǎng)期給予ApoE-/-大鼠非動(dòng)脈粥樣硬化來(lái)源的骨髓源祖細(xì)胞，可防止動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展(9)；EPCs通過(guò)修復(fù)血管內(nèi)皮防止內(nèi)皮進(jìn)一步損傷，起到保護(hù)血管內(nèi)皮，抑制動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生的作用。然而George(10)卻發(fā)現(xiàn)在ApoE敲除的小鼠模型中骨髓細(xì)胞和內(nèi)皮祖細(xì)胞增大動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的面積.顯然分析EPCs在影響動(dòng)脈粥樣硬化的各個(gè)病理環(huán)節(jié)中的確切作用有助于全面理解其生理功能和病理意義。

1 EPCs參與修復(fù)血管內(nèi)皮

EPCs不僅在生命的早期胚胎發(fā)育過(guò)程中參與了最初血管形成而且在出生后能遷移到外周循環(huán)中，并且可以分化為成熟的內(nèi)皮表型。并通過(guò)整合進(jìn)入血管壁或提供生長(zhǎng)因子來(lái)促進(jìn)新生血管形成，修復(fù)損傷血管，改善內(nèi)皮功能。通過(guò)綠色熒光蛋白轉(zhuǎn)基因嵌合體動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)，EPCs對(duì)內(nèi)皮損傷起關(guān)鍵作用，而EPCs耗竭促使再內(nèi)皮化障礙(11)。Heissig B等(12)研究在內(nèi)皮祖細(xì)胞動(dòng)員過(guò)程中基質(zhì)金屬蛋白酶9(Matrix metalloproteinase-9,MMP-9)能誘導(dǎo)骨髓細(xì)胞將造血干細(xì)胞(HSCs)從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)化到增殖狀態(tài)，并產(chǎn)生和釋放內(nèi)皮祖細(xì)胞進(jìn)入血液；血小板釋放基質(zhì)細(xì)胞衍生因子(SDF-1),其他細(xì)胞因子如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)等皆能誘導(dǎo)內(nèi)皮祖細(xì)胞釋放NO,修復(fù)血管內(nèi)皮(13)。在內(nèi)皮祖細(xì)胞中Sca-1+細(xì)胞和CD34+細(xì)胞中表達(dá)較高eNOS 蛋白，在缺血血管中，若抑制內(nèi)皮祖細(xì)胞的粘附，會(huì)降低他們生成血管的能力。wassmann等在研究中發(fā)現(xiàn)，給予已經(jīng)形成內(nèi)皮細(xì)胞障礙和粥樣斑塊的17周的大鼠靜脈注射內(nèi)皮祖細(xì)胞和單核細(xì)胞治療，促進(jìn)了內(nèi)皮依賴的血管舒張，表明內(nèi)皮祖細(xì)胞治療，可以減輕動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)展過(guò)程中的血管異常反應(yīng)，持續(xù)治療45天內(nèi)皮功能明顯改善。內(nèi)皮祖細(xì)胞和單核細(xì)胞治療提高了一氧化氮合酶的活性，增加了一氧化氮的生成，改善了血管舒張，另外一氧化氮還可以調(diào)節(jié)EPCs的增殖并促進(jìn)EPCs分化為成熟的內(nèi)皮細(xì)胞。

2 EPCs受到動(dòng)脈粥樣硬化危險(xiǎn)因子的損害

很多研究發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生相關(guān)疾病與EPCs數(shù)量的減少或功能的下降有關(guān)。Vsa(14)等研究表明冠心病患者循環(huán)血液中EPCs中數(shù)量下降近40%，并且增生能力、遷移能力受損，與危險(xiǎn)因子水平成負(fù)相關(guān)。Hill(6)報(bào)道EPCs數(shù)量與冠心病危險(xiǎn)因素積分成負(fù)線性關(guān)系，高危者EPCs更易老化， 1型和2型糖尿病患者循環(huán)EPCs增殖能力減退，體外粘附力和生成血管能力下降；當(dāng)糾正血糖后，EPCs上調(diào)至正常水平。Thum(15)等研究證實(shí)高血糖使外周血EPCs數(shù)值降低同時(shí)，EPCs產(chǎn)生的NO和MMP-9功能減退，EPCs遷移整合能力下降。George(10)發(fā)現(xiàn)較老的ApoE-/-小鼠EPCs數(shù)量減少，Imanishi(16)等動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究表明，原發(fā)性高血壓大鼠中EPCs的數(shù)量的減少和功能受損。冠心病患者EPCs數(shù)量和低密度脂蛋白膽固醇水平成反向線性關(guān)系(17)，且高密度血癥患者EPCs遷移能力受損。對(duì)一些病例進(jìn)行研究和評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)糖尿病(18)、吸煙(19)、高血壓(20)、家庭冠狀動(dòng)脈疾病史(18)、 CRP水平(21)、缺乏體力活動(dòng)(22)等因素皆與EPCs的數(shù)量成負(fù)相關(guān)。

上述研究結(jié)果說(shuō)明動(dòng)脈粥樣硬化過(guò)程中，動(dòng)脈粥樣硬化危險(xiǎn)因子有可能在AS早期階段，就已經(jīng)通過(guò)損傷EPCs的數(shù)量和功能，使受損動(dòng)脈血管內(nèi)皮不能完全修復(fù)，進(jìn)而使AS進(jìn)程加速加快，而且隨著EPCs細(xì)胞的耗竭，不斷有更多的血管內(nèi)皮不能修復(fù)，使AS進(jìn)展成為全身性疾病。有人試圖用EPCs水平代表心血管功能和心血管危險(xiǎn)因素的綜合狀況，認(rèn)為循環(huán)血中EPCs水平的下降可能預(yù)示著早期亞臨床階段AS的發(fā)生發(fā)展、心血管事件的發(fā)生以及預(yù)后不良。

3 EPCs參與動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展過(guò)程

有研究通過(guò)長(zhǎng)期給予ApoE-/-小鼠從非動(dòng)脈粥樣硬化的大鼠來(lái)源的骨髓源祖細(xì)胞可抑制動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展(9)；而與之相反的一項(xiàng)研究證明，非缺血的ApoE-/-小鼠靜脈給予骨髓源的單核細(xì)胞治療，沒(méi)有影響斑塊的大小和組成，還有一項(xiàng)研究則證明給予ApoE-/-小鼠后肢缺血試驗(yàn)中增大了病變面積(10，23)。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)認(rèn)為內(nèi)皮祖細(xì)胞促進(jìn)缺血區(qū)的血管生成。O'brien(24)等證明在人類動(dòng)脈粥樣硬化病變中潛在的新生血管可以動(dòng)員斑塊內(nèi)的白細(xì)胞，新生血管內(nèi)皮表達(dá)血管細(xì)胞粘附分子1，細(xì)胞間粘附分子，E-選擇素，是正常動(dòng)脈內(nèi)皮的兩三倍，表明新生血管內(nèi)皮可能是白細(xì)胞浸潤(rùn)至粥樣斑塊內(nèi)的途徑。George等(10)在ApoE-老鼠模型中發(fā)現(xiàn)骨髓細(xì)胞和內(nèi)皮祖細(xì)胞能增大粥樣病變的面積，白介素6，單核趨化蛋白1在骨髓細(xì)胞治療的受著體內(nèi)表達(dá)水平大大提高，白介素10濃度降低，這三種細(xì)胞因子參與了促動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)程。

4 EPCs與動(dòng)脈粥樣硬化晚期斑塊及其并發(fā)癥

動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展過(guò)程的晚期可能出現(xiàn)斑塊內(nèi)出血、破裂、血栓形成，造成血管阻塞，導(dǎo)致發(fā)生心肌梗塞、腦卒中、周?chē)荛]塞等嚴(yán)重臨床并發(fā)癥。目前有研究發(fā)現(xiàn)病人循環(huán)EPCs減少會(huì)引起上述事件的發(fā)生；而通過(guò)提高血液中EPCs水平可以限制組織受損。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明組織缺血會(huì)上調(diào)許多生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子，如血管內(nèi)皮因子和細(xì)胞間質(zhì)因子，它們到達(dá)骨髓并通過(guò)內(nèi)皮一氧化氮合酶和金屬蛋白酶途徑刺激EPCs的釋放(25)，然后EPCs由局部產(chǎn)生的炎癥趨化因子與表面的特異性受體的相互作用，募集至受損處。實(shí)驗(yàn)研究還發(fā)現(xiàn)急性心肌梗死病人自體骨髓細(xì)胞或EPCs移植一年后，與對(duì)照組相比左室射血分?jǐn)?shù)有所改善，其收縮末期容積減少(26)。另外，當(dāng)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊進(jìn)行性增大直到影響靶組織血供，形成了慢性缺血，由此而產(chǎn)生心絞痛和間歇性跛行。側(cè)枝循環(huán)成為克服組織缺血的途徑，而骨髓源EPCs極為關(guān)鍵。慢性缺血心臟病患者經(jīng)過(guò)骨髓移植，與對(duì)照組相比左室射血分?jǐn)?shù)顯著提高(27)，嚴(yán)重的外周動(dòng)脈粥樣硬化造成臨界性肢體缺血，骨髓細(xì)胞移植改善了血氧分壓和疼痛。

5 EPCs與血管平滑肌

有實(shí)驗(yàn)研究表明，移植的干細(xì)胞可引起受體動(dòng)物新生內(nèi)膜和血管中膜平滑肌細(xì)胞生長(zhǎng)，干細(xì)胞誘導(dǎo)的斑塊新生血管促進(jìn)斑塊增長(zhǎng)(28)，某些情況下會(huì)導(dǎo)致斑塊的不穩(wěn)定性(29)。還有些報(bào)道指出，內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞可起源同一個(gè)上級(jí)母細(xì)胞，如血管祖細(xì)胞。外周血細(xì)胞CD14+和CD105+的表型已被證明能夠分化成內(nèi)皮樣和平滑肌細(xì)胞(30)。在增強(qiáng)型綠色熒光蛋白(EGFP)轉(zhuǎn)基因小鼠模型，綠色熒光蛋白標(biāo)記的細(xì)胞，損傷股動(dòng)脈后注射，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)內(nèi)膜損傷后動(dòng)脈中膜存在內(nèi)皮標(biāo)記CD31的和A-SMA這些細(xì)胞染色，提示細(xì)胞能夠在體內(nèi)轉(zhuǎn)化形成成熟的內(nèi)皮細(xì)胞和成熟的平滑肌細(xì)胞(31)。平滑肌祖細(xì)胞存在受傷的動(dòng)脈粥樣硬化斑塊帽、內(nèi)膜、中膜和血管外膜。局部抑制平滑肌祖細(xì)胞粘附可減輕內(nèi)膜的進(jìn)展(32)。

綜上所述，盡管循環(huán)EPCs的數(shù)量和功能與動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展有明確相關(guān)性，且研究發(fā)現(xiàn)循環(huán)和骨髓來(lái)源的干祖細(xì)胞可以提高缺血組織血管重建，但是內(nèi)皮祖細(xì)胞對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展所起到的作用尚無(wú)一致看法。將內(nèi)皮祖細(xì)胞作為治療動(dòng)脈粥樣硬化的種子細(xì)胞還存在危險(xiǎn)性。顯然分別闡明內(nèi)皮祖細(xì)胞對(duì)AS發(fā)生發(fā)展過(guò)程不同階段的影響頗為重要，相關(guān)分子機(jī)制值得進(jìn)一步探討。

[1] Vita JA.Endothelial function[J]. Circulation, 2011,124(25):e906-12.

[2] Inoue T, Croce K, Morooka T, Sakuma M, et al. Vascular inflammation and repair: implications for re-endothelialization, restenosis, and stent thrombosis[J]. JACC Cardiovasc Interv, 2011,4(10):1057-66.

[3] OE, Lee BH, Ahn HY, Shin JC, et al. Efficient nonadhesive ex vivo expansion of early endothelial progenitor cells derived from CD34+ human cord blood fraction for effective therapeutic vascularization[J]. FASEB J. 2011,25(1):159-69.

[4] Grisar JC, Haddad F, Gomari FA, et al.Endothelial progenitor cells in cardiovascular disease and chronic inflammation: from biomarker to therapeutic agent[J]. Biomark Med, 2011,5(6):731-44.

[5] Stellos K, Langer H, Daub K，et al. Platelt-derived stromal cell-derived factor-1 regulates adhesion and promotes differentiation of human CD34+ cells to endothelial progenitor cells.Circulation 2008;117(2):206-15.

[6] Hill JM, Zalos G, Halcox JP, et al. Circulating endothelial progenitor cells, vascular function, and cardiovascular risk[J]. N Engl J Med, 2003,348:593-600.

[7] Zhou B, Ma FX, Liu PX ,et al. Impaired therapeutic vasculogenesis by transplantation of OxLDL-treated endothelial progenitor cells[J]．J Lipid Res, 2007,48(3):518-27．

[8] Xiao Q, Kiechl S, Patel S，et al. Endothelial progenitor cells, cardiovascular risk factors, cytokine levels and atherosclerosis--results from a large population-based study[J]．PLoS One, 2007,2(10):e975.

[9] Rauscher FM, Goldschmidt-Clermont PJ，et al. Aging, progenitor cell exhaustion, and atherosclerosis[J]．Circulation, 2003,108(4):457-63.

[10] George J, Afek A, Abashidze A，et al.Transfer of endothelial progenitor and bone marrow cells influences atherosclerotic plaque size and composition in apolipoprotein E knockout mice[J]．Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2005,25(12):2636-41.

[11] Fontaine V, Filipe C, Werner N, et al.Essential role of bone marrow fibroblast growth factor-2 in the effect of estradiol on reendothelialization and endothelial progenitor cell mobilization[J]．Am J Pathol. 2006,169(5):1855-62.

[12] Heissig B, Hattori K, Dias S, et al.Recruitment of stem and progenitor cells from the bone marrow niche requires MMP-9 mediated release of kit-ligand[J]．Cell, 2002,109(5):625-37.

[13] Adams B, Xiao Q, Xu Q.Vascular progenitor cells and atherosclerosis[J]．Future Cardiol, 2007,3(6):635-45.

[14] Vasa M, Fichtlscherer S, Adler K,et al.Increase in circulating endothelial progenitor cells by statin therapy in patients with stable coronary artery disease[J]．Circulation,2001,103(24):2885-90.

[15] Thum T, Fraccarollo D, Schultheiss M,et al.Endothelial nitric oxide synthase uncoupling impairs endothelial progenitor cell mobilization and function in diabetes[J]．Diabetes, 2007,56(3):666-74.

[16] Imanishi T, Moriwaki C, Hano T,et al.Endothelial progenitor cell senescence is accelerated in both experimental hypertensive rats and patients with essential hypertension[J].J Hypertens, 2005,23(10):1831-7.

[17] Walter DH, Rittig K, Bahlmann FH,et al.Statin therapy accelerates reendothelialization: a novel effect involving mobilization and incorporation of bone marrow-derived endothelial progenitor cells[J]. Circulation, 2002,105(25):3017-24.

[18] George J, Herz I, Goldstein E, et al. Number and adhesive properties of circulating endothelial progenitor cells in patients with in-stent restenosis[J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2003,23: e57-60.

[19] Kondo T, Hayashi M, Takeshita K, et al. Smoking cessation rapidly increases circulating progenitor cells in peripheral blood in chronic smokers[J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2004,24: 1442-1447.

[20] Imanishi T, Moriwaki C, Hano T. Nishio I Endothelial progenitor cell senescence is accelerated in both experimental hypertensive rats and patients with essential hypertension[J]. J Hypertens,2005,23: 1831-1837.

[21] Verma S, Kuliszewski MA, Li SH, et al.C-reactive protein attenuates endothelial progenitor cell survival, differentiation, and function: further evidence of a mechanistic link between C-reactive protein and cardiovascular disease[J]. Circulation,2004,109: 2058-2067.

[22] Laufs U, Werner N, Link A, et al. Physical training increases endothelial progenitor cells, inhibits neointima formation, and enhances angiogenesis[J]. Circulation, 2004,109: 220-226.

[23] Silvestre JS, Gojova A, Brun V,et al. Transplantation of bone marrow-derived mononuclear cells in ischemic apolipoprotein E-knockout mice accelerates atherosclerosis without altering plaque composition[J]. Circulation, 2003,108(23):2839-42.

[24] O'Brien KD, McDonald TO.et al. Neovascular expression of E-selectin, intercellular adhesion molecule-1, and vascular cell adhesion molecule-1 in human atherosclerosis and their relation to intimal leukocyte content[J]． Circulation,1996,93(4):672-82.

[25] Schober A, Karshovska E, Zernecke A,et al.SDF-1alpha-mediated tissue repair by stem cells: a promising tool in cardiovascular medicine[J]．Trends Cardiovasc Med, 2006,16(4):103-8.

[26] Schxchinger V, Assmus B, Britten MB.et al.Transplantation of progenitor cells and regeneration enhancement in acute myocardial infarction: final one-year results of the TOPCARE-AMI Trial[J].J Am Coll Cardiol, 2004,44(8):1690-9.

[27] Assmus B, Honold J, Schchinger V.et al.Transcoronary transplantation of progenitor cells after myocardial infarction[J].N Engl J Med, 2006,355(12):1222-32.

[28] Tsai S, Butler J, Rafii S.et al.The role of progenitor cells in the development of intimal hyperplasia[J].J Vasc Surg,2009,49(2):502-10.

[29] Di Stefano R, Felice F, Balbarini A. Angiogenesis as risk factor for plaque vulnerability[J]. Curr Pharm Des, 2009,15:1095-106.

[30] Metharom P, Liu C, Wang S, et al. Myeloid lineage of high proliferative potential human smooth muscle outgrowth cells circulating in blood and vasculogenic smooth muscle-like cells in vivo[J]. Atherosclerosis, 2008,198:29-38

[31] Tanaka K, Sata M, Hirata Y, Nagai R. Diverse contribution of bone marrow cells to neointimal hyperplasia after mechanical vascular injuries[J]. Circ Res, 2003,93:783-90.

[32] Tanaka K, Sata M, Hirata Y, Nagai R. Diverse contribution of bone marrow cells to neointimal hyperplasia after mechanical vascular injuries[J]. Circ Res, 2003,93:783-90.