動(dòng)脈粥樣硬化中的血管平滑肌細(xì)胞及其分子影像學(xué)研究進(jìn)展

李代欣(綜述)，馬占龍，李 澄(審校)

(揚(yáng)州市第一人民醫(yī)院影像科，江蘇揚(yáng)州225000)

動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)及其相關(guān)心腦血管疾病是西方發(fā)達(dá)國家患者死亡和致殘的首位原因［1］。AS的發(fā)生機(jī)制十分復(fù)雜，目前認(rèn)為多種細(xì)胞參與AS病變的形成，包括巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞(smooth muscle cells，SMCs)［2］。人類冠狀動(dòng)脈的組織學(xué)研究提示，在易于發(fā)生AS病變的區(qū)域含有較多血管SMCs，而不易于發(fā)生的部位血管SMCs較少［3］。通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，C57BL/6小鼠、apoE－/－小鼠斑塊發(fā)生前在主動(dòng)脈AS易發(fā)區(qū)和耐受區(qū)的SMCs轉(zhuǎn)錄譜不同［4］。目前認(rèn)為，血管SMCs是AS斑塊形成的主要啟動(dòng)子，血管SMCs遷移、增殖和凋亡在AS及粥樣斑塊破裂機(jī)制中起重要作用。因此，AS病變的早期檢測尤其是對AS病變中的血管SMCs進(jìn)行靶向檢測具有重要意義。利用分子影像學(xué)技術(shù)，如核醫(yī)學(xué)成像、近紅外熒光成像及磁共振成像來檢測AS進(jìn)程中的分子事件，可對其進(jìn)行早期診斷，甚至進(jìn)行靶向治療。

1 血管平滑肌細(xì)胞在AS中的作用

1.1 平滑肌細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)化 SMCs是血管壁的重要構(gòu)成成分，主要位于血管中膜，血管內(nèi)膜中僅存在少量SMCs，其主要作用是通過舒張和收縮改變血管直徑，使血管保持適當(dāng)?shù)难鲏毫?，此時(shí)的SMCs表現(xiàn)為收縮型表型，其增殖及合成活性很低，收縮型SMCs最具特異性的標(biāo)志蛋白是平滑肌細(xì)胞肌球蛋白重鏈(SM-MHC)和平滑肌蛋白(smoothelin)［5］。在多種病理因素的作用下，SMCs的表型可由收縮型轉(zhuǎn)化為合成型［6］，此過程稱之為表型轉(zhuǎn)化。合成型SMCs最具特異性的標(biāo)志蛋白是CRBP-1和平滑肌細(xì)胞肌球蛋白重鏈亞型 Smemb［5］。研究表明，血管SMCs表型轉(zhuǎn)化是高血壓、AS和血管成形術(shù)后再狹窄的心血管疾病血管SMCs增殖和遷移的關(guān)鍵性始動(dòng)因素，處于合成狀態(tài)的SMCs能夠合成和分泌大量細(xì)胞外基質(zhì)，而細(xì)胞外基質(zhì)又可影響血管SMCs的增殖、黏附和遷移過程［7］。

1.2 平滑肌細(xì)胞源性泡沫細(xì)胞的形成 泡沫細(xì)胞的形成是AS病變主要的細(xì)胞學(xué)改變，其病理變化為膽固醇脂在細(xì)胞內(nèi)大量蓄積。研究表明合成型SMCs可表達(dá)多種膽固醇攝入性受體，包括低密度脂蛋白受體、極低密度脂蛋白受體、CD36、Ⅰ型和Ⅱ型清道夫受體及CXCL16/SR-PSOX［8］。CD36可介導(dǎo)細(xì)胞攝入氧化型低密度脂蛋白和卵磷脂［9］，若基因剔除CD36后，AS發(fā)生顯著降低。實(shí)驗(yàn)證明在AS病變發(fā)展的早期階段，Ⅰ型和Ⅱ型清道夫受體主要在血管SMCs表達(dá)［10］。炎性細(xì)胞分泌的干擾素γ和腫瘤壞死因子α可增加血管SMCs CXCL16 mRNA表達(dá)，促進(jìn)血管SMCs釋放大量的可溶性CXCL16［11］，后者可促進(jìn)巨噬細(xì)胞、SMCs對氧化型低密度脂蛋白的攝取，提示血管SMCs內(nèi)脂質(zhì)的蓄積可能促進(jìn)AS的發(fā)展。

1.3 平滑肌細(xì)胞的遷移、增殖 生理?xiàng)l件下，血管SMCs增殖和凋亡之間保持平衡，在許多病理狀態(tài)下可使其增殖失控，從而引起血管壁的一系列變化。眾多研究表明，血管SMCs增殖、遷移在AS病變的形成過程中以及在經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入術(shù)后血管再狹窄等心血管疾病的發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵性的作用［12-14］。眾多的生長因子、細(xì)胞因子均可影響細(xì)SMCs的增殖、遷移，如血小板源生長因子、成纖維細(xì)胞生長因子、上皮生長因子、胰島素樣生長因子、白細(xì)胞介素、內(nèi)皮素和血管緊張素Ⅱ等。炎性反應(yīng)可刺激血管SMCs發(fā)生遷移、增殖，并與炎性病變內(nèi)的炎性成分形成混合物，使動(dòng)脈壁增厚，單核細(xì)胞的蓄積、血管SMCs增殖和纖維組織形成導(dǎo)致病變進(jìn)一步擴(kuò)大并重組成為覆蓋在脂質(zhì)核心和壞死組織上的纖維帽，最終導(dǎo)致復(fù)合型病變的形成［12］。隨著血管壁的變硬，可以進(jìn)一步通過增強(qiáng)血小板源生長因子受體信號促使血管SMCs增殖和血管疾病的發(fā)生［15］。

1.4 平滑肌細(xì)胞凋亡 細(xì)胞凋亡是一種受基因調(diào)控的個(gè)別細(xì)胞發(fā)生的自主有序死亡。正常血管壁內(nèi)的SMCs增殖與凋亡保持著平衡，在正常成人的動(dòng)脈細(xì)胞凋亡比率非常低，但是眾多的病理性因素可以改變其增殖與凋亡的平衡，并且細(xì)胞凋亡占主要地位，這些因素包括高血壓、高血糖、修飾后的膽固醇等［16］。Clarke等［17］利用可誘導(dǎo)的血管平滑肌細(xì)胞特異性凋亡小鼠模型，在載脂蛋白E剔除小鼠AS形成階段或斑塊期，發(fā)現(xiàn)低水平血管平滑肌細(xì)胞凋亡加速斑塊增長，伴隨斑塊的不穩(wěn)定包括薄纖維帽和壞死核增大，并且認(rèn)為血管平滑肌細(xì)胞凋亡能夠加速AS，促進(jìn)斑塊鈣化和中膜變性，阻止擴(kuò)張性重構(gòu)和促進(jìn)狹窄。AS中誘導(dǎo)血管SMCs凋亡的因素有氧化型低密度脂蛋白、活性氧簇、一氧化氮、機(jī)械應(yīng)力及細(xì)胞成分［18］。血管SMCs凋亡可導(dǎo)致白細(xì)胞介素1、白細(xì)胞介素8釋放和單核細(xì)胞趨化蛋白1上調(diào)，引起過多的巨噬細(xì)胞趨化，而殘余物質(zhì)的清除未見增加，巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的活性氧簇及分泌的巨噬細(xì)胞集落刺激因子和腫瘤壞死因子α又促進(jìn)血管SMCs的凋亡，形成惡性循環(huán)。另外，血管SMCs凋亡與粥樣斑塊的炎癥、鈣化、血栓形成及動(dòng)脈瘤形成相關(guān)［19］。

2 AS中平滑肌細(xì)胞的分子影像學(xué)研究

近年來，隨著分子影像學(xué)設(shè)備及分子影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，心血管分子影像學(xué)在AS斑塊成像等方面的研究中取得了進(jìn)展，不同的靶向探針可用于不同的分子事件。使用超順磁性納米粒子靶向粥樣斑塊內(nèi)的巨噬細(xì)胞，可以對斑塊的進(jìn)展以及治療效果進(jìn)行檢測［20-21］。使用不同的成像方法靶向斑塊內(nèi)的氧化型低密度脂蛋白可有助于不穩(wěn)定粥樣斑塊的早期檢測［22-23］。通過磁共振活體成像來檢測內(nèi)皮母細(xì)胞在損傷血管局部的靶向歸巢、黏附及修復(fù)受損血管內(nèi)皮等生物學(xué)過程［24］。目前在實(shí)驗(yàn)中所用到的各種成像技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，如磁共振具有高空間分辨率和多序列成像的特點(diǎn)，但成像靈敏度較差;核醫(yī)學(xué)技術(shù)，如單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)體層顯像(single photon emission computed tomography，SPECT)、正電子發(fā)射體層顯像靈敏度高，但空間分辨率差;光學(xué)成像技術(shù)靈敏度高，但其穿透力有限。因此，應(yīng)用多模態(tài)分子探針利用多種影像技術(shù)來檢測分子事件，克服彼此的不足已成為分子影像學(xué)發(fā)展的趨勢［25］。

SMCs增殖是AS疾病形成的重要環(huán)節(jié)之一，因此針對增殖的SMCs分子影像學(xué)的研究也必定會(huì)越來越受到重視。Z2D3是一個(gè)復(fù)雜的脂質(zhì)抗原產(chǎn)生的只針對增殖的SMCs高度特異性的IgG1亞類的鼠嵌合型抗體［26-27］。早在1998年Carrio等［28］用111In標(biāo)記抗人AS斑塊中增殖的SMCs抗原的單克隆鼠/人嵌合型抗體Z2D3片段，注入11例經(jīng)過血管造影術(shù)和彩色多普勒超聲確診的AS病變形成的患者體內(nèi)，分別于4、24、48和72 h行SPECT顯像，并將頸動(dòng)脈內(nèi)膜剝離術(shù)后的標(biāo)本進(jìn)行顯像和免疫組織化學(xué)染色分析。結(jié)果顯示，所有病例在注入標(biāo)志物4 h后SPECT顯像均能檢測到頸動(dòng)脈斑塊內(nèi)Z2D3的吸收，SPECT顯像證實(shí)了AS斑塊標(biāo)志物的局部吸收，并且抗體顯像部位與血管造影術(shù)證實(shí)的斑塊位置是一致的，通過頸動(dòng)脈內(nèi)膜剝離標(biāo)本的免疫組織化學(xué)染色分析，進(jìn)一步驗(yàn)證了斑塊內(nèi)Z2D3的聚集區(qū)域含有SMCs。Johnson等［29］使用球囊擴(kuò)張技術(shù)在14只小型豬的冠狀動(dòng)脈內(nèi)放置了24個(gè)支架，并以111In-Z2D3為探針，用SPECT成像技術(shù)成功檢測了冠狀動(dòng)脈支架植入后再狹窄形成過程中增殖的SMCs。Jimenez等［30］在進(jìn)行小型豬冠狀動(dòng)脈移植實(shí)驗(yàn)的過程中以111In-Z2D3為探針，進(jìn)行SPECT成像發(fā)現(xiàn)在全部的異體移植和大部分的自體移植血管中均可以探及示蹤劑的聚集，經(jīng)免疫組織化學(xué)等方法確定示蹤劑的聚集區(qū)域內(nèi)SMCs的增殖指數(shù)高。上述兩篇文獻(xiàn)都認(rèn)為111In-Z2D3能夠用于增殖SMCs的檢測，并可作為移植血管病變的早期無創(chuàng)檢測方法。Riviere等［31］用合成的納米材料Fe3O4標(biāo)記離體大鼠的血管SMCs，通過檢測發(fā)現(xiàn)這種標(biāo)記沒有影響細(xì)胞的活力，將這種標(biāo)記的細(xì)胞移植到心肌梗死的大鼠模型的心室，用1.5T MRI可示蹤到這種鐵標(biāo)記細(xì)胞48 h后在離體心臟損傷心肌層中的聚集。Chung等［32］用微流控技術(shù)，離體成像動(dòng)態(tài)觀察了SMCs向支架的遷移以及抑制內(nèi)皮細(xì)胞生長的現(xiàn)象，為在狹窄基質(zhì)的研究提供了可靠置管的實(shí)驗(yàn)研究方法。

3 結(jié)語

AS已成為威脅人類健康的主要疾病之一，血管SMCs不僅與AS病變的發(fā)展相關(guān)，而且也與斑塊破裂相聯(lián)系，血管SMCs在AS中的作用機(jī)制非常復(fù)雜，不可能用某一種機(jī)制來概括。雖然多年來人們對其在AS的發(fā)生、發(fā)展過程中的作用產(chǎn)生了較多的新認(rèn)識，但還有很多潛在的未知因素沒有被完全認(rèn)識。影像醫(yī)學(xué)未來的前景在分子影像學(xué)的發(fā)展中，影像醫(yī)學(xué)從宏觀形態(tài)向微觀分子轉(zhuǎn)變，從而使影像醫(yī)學(xué)和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)尤其是分子生物學(xué)更加緊密地聯(lián)系起來。隨著影像設(shè)備及各種新的分子探針被研發(fā)出來(雖然大部分還只是處于試驗(yàn)階段)，相信在不遠(yuǎn)的將來會(huì)找到有效的方法對AS進(jìn)行早期診斷及防治。

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