動(dòng)脈生成機(jī)制的研究進(jìn)展

鄒 璨，劉 磊

綜述·講座

動(dòng)脈生成機(jī)制的研究進(jìn)展

鄒 璨，劉 磊

動(dòng)脈生成；機(jī)制；研究；進(jìn)展

目前已知的血管形成的方式有血管新生、血管生成和動(dòng)脈生成。血管新生是指胚胎發(fā)育過程中的造血干細(xì)胞分化為原始血管網(wǎng)的過程；血管生成是指在原有脈管系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，內(nèi)皮細(xì)胞遷移、分化和增殖形成新的側(cè)支，未形成完整的中膜；動(dòng)脈生成是指由于動(dòng)脈阻塞、血流再分配，使側(cè)支微動(dòng)脈血流量增加，引起細(xì)胞增殖、血管重塑，從而形成大的有功能的側(cè)支動(dòng)脈的過程，所形成的血管具有完全恢復(fù)阻塞區(qū)血供的潛力[1]。本文就動(dòng)脈生成機(jī)制的研究進(jìn)展作綜述。

1 啟動(dòng)因素

層流條件下，血流剪切力(flow shear stress，F(xiàn)SS)τ=4ηVQ/πr3(τ：血流剪切力；η：血液黏度；V：血流速度；Q：血流量；r：血管內(nèi)徑)，它與血液流速、血流量呈正比，與血管半徑的立方呈反比[2]。研究表明，結(jié)扎一側(cè)頸總動(dòng)脈和雙側(cè)椎動(dòng)脈，同側(cè)大腦后動(dòng)脈的血流量與血流速度增加，1 w后其直徑擴(kuò)大了39%，3 w后擴(kuò)大了72%[3]。在結(jié)扎-分流模型中，將側(cè)支循環(huán)的血流分流到與之伴行的靜脈中，長(zhǎng)時(shí)間維持FSS，1 w后側(cè)支循環(huán)的血流量可以達(dá)到原來被阻塞血管的水平，4 w后達(dá)到原阻塞血管血流量的2倍[4]，表明剪切力的變化可以致使動(dòng)脈生成。FSS致使動(dòng)脈生成的物理感受器可能是位于內(nèi)皮細(xì)胞膜上的陽離子通道或機(jī)械感受性復(fù)合體。部分學(xué)者認(rèn)為，內(nèi)皮細(xì)胞表面的動(dòng)力敏感性瞬時(shí)受體潛在陽離子通道(the 4th member of the subfamily V of the mechanosensitive transient receptor potential cation-channel，Trpv4)能感受FSS的變化，將物理信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)信號(hào)[5]。4aPDD是Trpv4的激動(dòng)劑，應(yīng)用4aPDD，與未阻塞的動(dòng)脈相比傳導(dǎo)能力恢復(fù)了61%；而Trpv4基因敲除后，動(dòng)脈生成受損[6]。另有研究表明，內(nèi)皮細(xì)胞表面存在包括血小板-內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子(platelet endothelial cell adhesion molecule-1，PECAM-1)、血管內(nèi)皮細(xì)胞鈣粘蛋白和血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體2的機(jī)械感受性復(fù)合體[7]。PECAM-1直接感受FSS，通過c-Src使PI3K磷酸化，磷酸化的PI3K可能激活了整合素，最終活化核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear factor-kappa，NF-κB)，啟動(dòng)動(dòng)脈生成[8]。一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究表明，在PECAM-1基因敲除后，與野生型比較，F(xiàn)SS引起的血管重塑明顯受損，內(nèi)膜和中膜的厚度明顯減小[9]。以上均表明FSS是動(dòng)脈生成重要的啟動(dòng)因素。

2 內(nèi)皮細(xì)胞活化

在血流動(dòng)力學(xué)因素影響下，內(nèi)皮細(xì)胞開始活化。通過電鏡可以觀察到內(nèi)皮細(xì)胞的腫脹，并且縱向突起，不同于生理狀態(tài)下的平滑狀態(tài)。此時(shí)內(nèi)皮細(xì)胞主要變現(xiàn)出三方面的變化：首先，這些活化的內(nèi)皮細(xì)胞包含大量的細(xì)胞器，尤其是在胞漿中存在大量的游離核糖體，開始分泌單核細(xì)胞趨化因子(monocyte chemoattractant protein，MCP-1)、血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transforming growth factor，TGF-β1)、粒-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF)、細(xì)胞內(nèi)黏附分子-1/2(intercellular adhesion molecule，ICAM-1/2)、血管細(xì)胞黏附分子(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)、基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)、尿激酶型纖溶酶原激活物(urokinase-type plasminogen activator，u-PA)、黏著斑激酶(focal adhesion kinase，F(xiàn)AK)、整合素等，它們參與了單核細(xì)胞的募集、黏附、遷移，平滑肌細(xì)胞的遷移，細(xì)胞外基質(zhì)和內(nèi)外彈性膜的降解等過程，同時(shí)內(nèi)皮細(xì)胞通透性增加，有利于隨之而來的單核細(xì)胞進(jìn)入血管壁[10]。其次，VEGF結(jié)合內(nèi)皮細(xì)胞膜上的VEGFR-2使其分裂增殖，并防止內(nèi)皮細(xì)胞凋亡[11]。最后，內(nèi)皮細(xì)胞上Jagged 或Delta表達(dá)增加，可能通過Notch通路參與了內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞間的信號(hào)傳導(dǎo)[12]。

3 單核細(xì)胞浸潤(rùn)

單核細(xì)胞作為動(dòng)脈生成過程中主要的炎性細(xì)胞一直備受關(guān)注。血液和骨髓中的單核細(xì)胞及其前體細(xì)胞被內(nèi)皮細(xì)胞分泌的MCP-1、TGF、GM-CSF等吸引到側(cè)支動(dòng)脈[13]，MCP-1是通過結(jié)合單核細(xì)胞表面其特異性的CCR-2受體來吸引單核細(xì)胞，還可以促進(jìn)單核細(xì)胞向外膜的遷移[14]。GM-CSF可以動(dòng)員骨髓中的單核細(xì)胞，通過抑制單核細(xì)胞凋亡來延長(zhǎng)其存活時(shí)間[15]。TGF除可以吸引單核細(xì)胞外，還可以刺激其產(chǎn)生白介素2、腫瘤壞死因子-β、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子2(fibroblast growth factor，F(xiàn)GF-2)和血小板源性生長(zhǎng)因子(platelet derived growth factor，PDGF)[16]。單核細(xì)胞到達(dá)側(cè)支血管后，通過其表面的Mac-1受體與內(nèi)皮細(xì)胞表面ICAM-1、VCAM-1作用黏附于內(nèi)皮細(xì)胞[17]，并分泌u-PA、MMPs來降解血管基底膜、內(nèi)彈力膜和細(xì)胞外基質(zhì)。繼之單核細(xì)胞穿過管壁至外膜，并最終轉(zhuǎn)化為巨噬細(xì)胞。巨噬細(xì)胞始分泌生長(zhǎng)因子，如FGF-2、腫瘤壞死因子、PDGF、MCP-1、TGF-β等[18]。

4 細(xì)胞外基質(zhì)、基底膜及內(nèi)外彈力膜的降解

前文已經(jīng)提及，在早期的側(cè)支血管生長(zhǎng)中，內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中的蛋白水解酶類的基因上調(diào)，如MMPs、u-PA等，降解基底膜、細(xì)胞外基質(zhì)、內(nèi)外彈力膜，此過程參與動(dòng)脈生成的各個(gè)時(shí)段。其降解不僅可以為單核細(xì)胞的浸潤(rùn)過程掃清障礙、為平滑肌細(xì)胞到內(nèi)膜的遷移提供條件，其次還能使貯藏在基質(zhì)中的生長(zhǎng)因子(FGFs等)釋放出來作用于平滑肌細(xì)胞[19]，促進(jìn)其增殖，并且彈性纖維的降解產(chǎn)物能與平滑肌細(xì)胞表面的受體結(jié)合，引發(fā)平滑肌細(xì)胞DNA的合成，促進(jìn)其增殖。再者還可激活許多蛋白質(zhì)，如FAK、整合素α5β1、細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular signal regulated kinase，Erk1/2)[20]。

5 血管平滑肌細(xì)胞活化

在動(dòng)脈生成過程中，平滑肌細(xì)胞發(fā)生了最劇烈的改變，是小動(dòng)脈成熟為有功能的側(cè)支動(dòng)脈的重要環(huán)節(jié)。

5.1 平滑肌細(xì)胞遷移 整合素與胞外配體(如纖維連接蛋白)結(jié)合發(fā)生亞基的聚合，黏附斑形成，為平滑肌細(xì)胞的遷移提供支點(diǎn)，F(xiàn)AK快速聚集到黏附結(jié)構(gòu)并被磷酸化激活，然后FAK激活Rac、ERK、Rho-Rock途徑，Rac及其下游分子促進(jìn)板狀偽足的形成，ERK途徑促進(jìn)黏著斑的組裝與去組裝，而Rho-Rock途徑促進(jìn)應(yīng)力纖維組裝并產(chǎn)生收縮作用，三條途徑交互協(xié)同，調(diào)節(jié)細(xì)胞前沿偽足的形成、新黏附的建立、細(xì)胞體的收縮和尾部的分離，周而復(fù)始，從而調(diào)控平滑肌細(xì)胞的遷移過程。還有實(shí)驗(yàn)表明，F(xiàn)GF-2通過Rap2蛋白參與平滑肌細(xì)胞的遷移過程[21]。

5.2 平滑肌細(xì)胞增殖 有幾條途徑被認(rèn)為參與了平滑肌細(xì)胞的增殖：(1)FGFs和PDGFs普遍被認(rèn)為是平滑肌細(xì)胞增殖和表型調(diào)節(jié)的主要生長(zhǎng)因子，通過MEK/Erk通路使平滑肌細(xì)胞由收縮轉(zhuǎn)型化為合成型，啟動(dòng)平滑肌細(xì)胞的增殖[22]。(2)有研究表明，內(nèi)皮細(xì)胞與平滑肌細(xì)胞間的信號(hào)傳導(dǎo)對(duì)啟動(dòng)增殖過程也是必須的，這依賴于細(xì)胞間和細(xì)胞-細(xì)胞外基質(zhì)間的聯(lián)系。研究表明，內(nèi)皮細(xì)胞上存在配體Jagged或/和Delta，通過SMC上的Notch受體，介導(dǎo)細(xì)胞間的信號(hào)傳導(dǎo)。Limbourg等證實(shí)，在動(dòng)脈生成中，Delta-like 1(Dll1)在內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)，Notch信號(hào)途徑被激活，ephrin-B2表達(dá)上調(diào)?？梢宰C實(shí)的是促血管生成的因子如VEGF、FGF-2，通過Notch信號(hào)來調(diào)節(jié)Ephrin-B2表達(dá)[22]。研究表明，ephrin-B2通過雙向信號(hào)途徑與內(nèi)皮細(xì)胞膜上的受體相互作用，調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細(xì)胞的出芽、遷移、增殖和管腔形成[23]。此外，Ephrin-B2還能調(diào)節(jié)平滑肌細(xì)胞的遷移，將其限制在一定程度內(nèi)。(3)近來發(fā)現(xiàn)，在NO的刺激下，肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白(Actin-binding rho activating protein，Abra)在平滑肌細(xì)胞的細(xì)胞液中表達(dá)明顯上調(diào)，可以激活Rho-ROCK激酶系統(tǒng)，誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞活化增殖，而敲除Abra基因后，會(huì)導(dǎo)致動(dòng)脈生成受損。RHO激酶抑制劑法舒地爾完全抵消了Abra誘導(dǎo)的平滑肌細(xì)胞活化。說明Abra在動(dòng)脈生成中起重要作用[24]。

5.3 平滑肌細(xì)胞作用 平滑肌細(xì)胞活化后，從形態(tài)上表現(xiàn)為粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和核糖體的顯著增多，收縮型平滑肌細(xì)胞的標(biāo)記物結(jié)合蛋白消失[14]和特異性抗原moothelin表達(dá)下調(diào)[24]?；罨钠交〖?xì)胞分泌u-PA、MMPs，協(xié)同單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞降解內(nèi)彈性膜和細(xì)胞外基質(zhì)，遷移至內(nèi)膜，大量增殖，同時(shí)產(chǎn)生新的細(xì)胞外基質(zhì)、膠原以及彈性蛋白，并最終形成新的內(nèi)膜。隨著血管半徑的擴(kuò)大，與半徑的立方呈反比的FSS趨于生理狀態(tài)，動(dòng)脈生成過程終止。最終側(cè)支血管管壁增厚、管腔擴(kuò)大、長(zhǎng)度增加，側(cè)支動(dòng)脈成為有功能的傳導(dǎo)動(dòng)脈，達(dá)到增加缺血區(qū)血液供應(yīng)的目的。

動(dòng)脈生成的基礎(chǔ)及臨床研究已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，但是仍然有很多未知或尚未完全明確之處：涉及到內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞增殖和重塑的信號(hào)通路有哪些？這些通路的具體作用機(jī)制是怎樣的？如何促進(jìn)動(dòng)脈生成尚沒有一個(gè)有效的方法，解釋了這些基礎(chǔ)問題，對(duì)缺血性疾病尤其是缺血性心腦血管病的防治會(huì)有更大的意義。

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R 543.5

A

1004-0188(2014)06-0677-03

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2014-03-20)