炎癥細(xì)胞參與側(cè)支循環(huán)形成的研究進(jìn)展

陳 帥，丁風(fēng)華，代 楊，陸 林，沈 迎，沈衛(wèi)峰

1.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院心血管疾病研究所，上海200025；2.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院心內(nèi)科，上海 200025

冠狀動脈各分支之間存在豐富的吻合支，當(dāng)冠狀動脈血供良好時，它們處于關(guān)閉狀態(tài)，不參與冠狀動脈的血液循環(huán)。當(dāng)主要供血血管阻塞后，這些關(guān)閉的側(cè)支血管就會迅速開放，逐漸形成直徑40～350 μm的旁路以提供遠(yuǎn)端組織的血液供應(yīng)，這一吻合支稱為冠狀動脈側(cè)支循環(huán)[1]。冠狀動脈側(cè)支循環(huán)的形成是保護(hù)心肌的重要機(jī)制之一，可增加慢性缺血心肌的局部灌注，減少心肌梗死面積，降低不良心血管事件發(fā)生率，從而改善預(yù)后[2]。既往對冠狀動脈側(cè)支循環(huán)的研究主要側(cè)重于血管內(nèi)壓及血流等物理因素。近年來，血管內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和以單核/巨噬細(xì)胞為代表的炎癥細(xì)胞等生物因素也引起關(guān)注。本文即探討不同種類的炎癥細(xì)胞對側(cè)支形成的影響，并進(jìn)一步分析糖尿病狀態(tài)下，側(cè)支形成不良的影響因素。

1 冠狀動脈側(cè)支循環(huán)形成形式

側(cè)支循環(huán)的形成主要有2種形式：動脈生成以及血管新生。動脈生成為原先存在的小側(cè)支血管的重塑過程，當(dāng)血管閉塞時促使血流通過小的、之前存在的橋梁動脈繞過閉塞處流動。血液在橋梁動脈流動時產(chǎn)生剪切力，這種剪切力可被血管內(nèi)皮細(xì)胞感受，觸發(fā)一系列動脈生成事件[3]。另外，當(dāng)剪切力增加時可誘導(dǎo)一系列炎癥因子、細(xì)胞因子以及黏附因子在血管旁表達(dá)增多，進(jìn)一步趨化特定的炎癥細(xì)胞，從而誘導(dǎo)側(cè)支血管平滑肌細(xì)胞從收縮表型分化為合成表型以及細(xì)胞外基質(zhì)的重塑，細(xì)胞外基質(zhì)的重塑又可進(jìn)一步促進(jìn)平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移[3]。當(dāng)血管直徑和血管壁厚度增加到一定程度時，剪切力恢復(fù)正常水平，炎癥標(biāo)志物減少，抗炎標(biāo)志物增多，血管生長停止。在這過程中，前向的血流剪切力和縱向的管壁垂直壓力是側(cè)支開放的始動因素，繼發(fā)內(nèi)皮細(xì)胞活化而激活的炎癥反應(yīng)在動脈生成中發(fā)揮重要的作用。血管新生是側(cè)支循環(huán)形成的另一種形式，為已有的血管中產(chǎn)生新的毛細(xì)血管，形成新的毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)冠狀動脈阻塞時，下游的組織缺血缺氧促使缺氧誘導(dǎo)因子-1（hypoxia-inducible factor-1，HIF-1）表達(dá)增多。HIF-1可以顯著增加血管內(nèi)皮生長因子A（vascular endothelial growth factor-A，VEGF-A） 的 表達(dá)，而VEGF-A可促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖，同時轉(zhuǎn)化生長因子 -β（transforming growth factor-β，TGF-β）、成纖維細(xì)胞生長因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）以及血小板衍生生長因子（platelet derived growth factor，PDGF）釋放增多，這些因子共同促進(jìn)VEGF表達(dá)，從而促進(jìn)毛細(xì)管腔的形成[4]。這些管腔構(gòu)成毛細(xì)血管網(wǎng)，但因其缺乏平滑肌細(xì)胞及其他細(xì)胞構(gòu)成的穩(wěn)定管壁結(jié)構(gòu)，僅能部分恢復(fù)缺血組織的血供。

2 炎癥細(xì)胞對側(cè)支循環(huán)形成的影響

動脈生成和血管新生是一個高度協(xié)調(diào)的過程，涉及多種細(xì)胞的招募、增殖以及細(xì)胞外基質(zhì)的重塑，多種炎癥細(xì)胞在每一個環(huán)節(jié)中都發(fā)揮著重要的作用。

2.1 單核/巨噬細(xì)胞參與側(cè)支循環(huán)形成

多種骨髓來源的細(xì)胞參與側(cè)支循環(huán)的形成，在這些細(xì)胞中，單核/巨噬細(xì)胞是研究最廣泛的炎癥細(xì)胞，在側(cè)支循環(huán)形成中起重要的作用[3]。Schaper等[5]在犬的冠狀動脈完全閉塞后，使用掃描透射電子顯微鏡觀察早期、中期及晚期側(cè)支循環(huán)形成的過程，發(fā)現(xiàn)在冠狀動脈閉塞后早期，血管表面內(nèi)皮細(xì)胞數(shù)量明顯增加，同時內(nèi)皮細(xì)胞表面招募大量的單核細(xì)胞。隨后研究[6]亦證實(shí)：在兔或鼠股動脈結(jié)扎后，新生的側(cè)支動脈附近有大量的單核/巨噬細(xì)胞聚集；巨噬細(xì)胞在12 h內(nèi)聚集在側(cè)支動脈旁并在3 d時達(dá)到高峰，當(dāng)側(cè)支血管開始成熟后巨噬細(xì)胞逐漸減少。

單核/巨噬細(xì)胞招募到側(cè)支循環(huán)形成區(qū)域是一個多種趨化因子和黏附分子參與的系統(tǒng)過程。內(nèi)皮細(xì)胞在剪切力的作用下激活，上調(diào)趨化因子、細(xì)胞因子或黏附分子表達(dá)。單核細(xì)胞趨化蛋白-1（monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）是C-C趨化因子受體（CCR2）的特異性配體，招募特定的白細(xì)胞到炎癥部位。Shireman等[7]在下肢缺血的動物模型中發(fā)現(xiàn)第3日骨骼肌組織中MCP-1水平最高，說明MCP-1參與動脈生成的早期修復(fù)事件。有研究[8]在MCP-1缺陷小鼠中發(fā)現(xiàn)，側(cè)支動脈發(fā)育減慢或灌注恢復(fù)延遲，且巨噬細(xì)胞招募減少，進(jìn)一步說明巨噬細(xì)胞和MCP-1在組織修復(fù)過程中發(fā)揮重要作用。CCR2作為MCP-1的受體，存在于單核/巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞的表面，在嗜堿性粒細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞（NK細(xì)胞）以及活化的T淋巴細(xì)胞中也可表達(dá)[9]。在CCR2-/-小鼠中發(fā)現(xiàn)股動脈閉塞后，側(cè)支動脈外膜和血管周圍的單核/巨噬細(xì)胞急劇減少，導(dǎo)致足部運(yùn)動減少、小腿肌肉萎縮、下肢遠(yuǎn)端血流量和血紅蛋白氧飽和度恢復(fù)較慢。對CCR2-/-小鼠（BALB/c背景）行下肢股動脈結(jié)扎術(shù)，其血流恢復(fù)和側(cè)支小動脈生長速度明顯下降，說明巨噬細(xì)胞中的CCL2-CCR2信號通路可能是側(cè)支動脈生長所必需的[10]。

CX3CL1-CX3CR1是另一對影響側(cè)支形成的趨化因子和受體。Ryu等[11]在小鼠模型中行股動脈結(jié)扎術(shù)，術(shù)后將鼠特異性CX3CL1注射到側(cè)支循環(huán)生長區(qū)域，發(fā)現(xiàn)CX3CL1呈劑量依賴性地增加股動脈閉塞后肢體灌注恢復(fù)。在炎癥反應(yīng)相關(guān)的動脈生成模型中，髓系細(xì)胞特定敲除CCR2后完全消除動脈重構(gòu)但沒有消除靜脈重構(gòu)；而髓系細(xì)胞特定敲除CX3CR1后靜脈和動脈重構(gòu)程度同時降低，但動脈重構(gòu)程度降低不及CCR2敲除的髓系細(xì)胞。因此，通常將CCR2+和CX3CR1+的髓系細(xì)胞視作2個不同亞群，認(rèn)為其通過分泌不同的生長因子對微血管重構(gòu)發(fā)揮不同的調(diào)節(jié)作用[12]。

單核細(xì)胞招募至側(cè)支循環(huán)形成區(qū)域后分化為巨噬細(xì)胞，會產(chǎn)生多種生長因子、金屬蛋白酶、趨化因子、一氧化氮等血管活性物質(zhì)，通過旁分泌作用促進(jìn)動脈生成和組織修復(fù)。其分泌的生長因子VEGF，通過內(nèi)皮細(xì)胞的增殖促進(jìn)血管新生[13]；TGF-β和MCP-1，則通過平滑肌細(xì)胞增殖促進(jìn)動脈生成；FGF-2和PDGF可以同時促進(jìn)血管新生和動脈生成[14]。單核/巨噬細(xì)胞表達(dá)基質(zhì)金屬蛋白酶等蛋白酶，進(jìn)而降解細(xì)胞外結(jié)構(gòu)，有利于平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移，同時也促進(jìn)單核/巨噬細(xì)胞的招募。單核/巨噬細(xì)胞在側(cè)支循環(huán)生長區(qū)域聚集時還會上調(diào)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthesis，iNOS）表達(dá)，釋放大量的一氧化氮，有利于維持正常氧化還原狀態(tài)，促進(jìn)動脈生成[15]。

2.2 中性粒細(xì)胞參與側(cè)支循環(huán)形成

除了單核/巨噬細(xì)胞，其他炎癥細(xì)胞也參與側(cè)支循環(huán)形成的每個過程。中性粒細(xì)胞是在各種炎癥情況下首先作出反應(yīng)的白細(xì)胞，通常會在數(shù)小時內(nèi)從血管中招募至炎癥區(qū)域。當(dāng)血管阻塞后，中性粒細(xì)胞沿著側(cè)支血管積聚，在血管新生起始階段廣泛浸潤血管周圍的組織，隨后迅速消失，說明中性粒細(xì)胞在側(cè)支生成起始階段起著重要作用。早期中性粒細(xì)胞浸潤6 h后，單核細(xì)胞、肥大細(xì)胞、淋巴細(xì)胞也招募至側(cè)支循環(huán)生成區(qū)域[16]。研究發(fā)現(xiàn)，在缺血區(qū)域注射粒細(xì)胞集落刺激因子（G-CSF）可以增加毛細(xì)血管密度，發(fā)現(xiàn)G-CSF通過中性粒細(xì)胞介導(dǎo)VEGF釋放而促進(jìn)血管新生[17]。當(dāng)中性粒細(xì)胞招募至側(cè)支血管旁分泌一些趨化因子、黏附因子以及基質(zhì)蛋白酶，調(diào)節(jié)單核細(xì)胞和祖細(xì)胞亞群招募至側(cè)支循環(huán)血管旁從而促進(jìn)側(cè)支血管的生長。此外，中性粒細(xì)胞在血管重構(gòu)過程中也發(fā)揮重要作用，特別是通過釋放和產(chǎn)生基質(zhì)蛋白酶來改變血管周圍的微環(huán)境。細(xì)胞外基質(zhì)的變化可以進(jìn)一步改變生長因子梯度，促進(jìn)血管細(xì)胞增殖。

2.3 淋巴細(xì)胞與側(cè)支循環(huán)形成

淋巴細(xì)胞是機(jī)體免疫應(yīng)答功能的重要細(xì)胞成分。按其表面分子和功能的不同，可分為T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞和NK細(xì)胞。T淋巴細(xì)胞是免疫反應(yīng)和炎癥反應(yīng)的組成成分，參與傷口愈合和宿主防御感染等正常過程，以及腫瘤生長和動脈粥樣硬化斑塊形成等病理過程。類似中性粒細(xì)胞，淋巴細(xì)胞也參與到動脈生成的過程中。在CD4敲除小鼠中行股動脈結(jié)扎術(shù)，術(shù)后側(cè)支形成程度、巨噬細(xì)胞及血管內(nèi)皮生長因子較野生型小鼠低，將脾源性純化CD4+T細(xì)胞注射至CD4敲除小鼠后，側(cè)支血流、巨噬細(xì)胞及血管內(nèi)皮生長因子明顯增加；而缺少CD4+T細(xì)胞導(dǎo)致炎癥反應(yīng)降低，單核/巨噬細(xì)胞在新生的側(cè)支血管旁聚集減少[18]。CD8+T細(xì)胞對于側(cè)支循環(huán)早期形成過程也具有重要的作用；在股動脈結(jié)扎后，CD8+T細(xì)胞招募至側(cè)支血管生成區(qū)域并通過表達(dá)IL-16招募CD4+淋巴細(xì)胞及單核細(xì)胞[19]。這說明淋巴細(xì)胞主要促進(jìn)單核/巨噬細(xì)胞招募至側(cè)支循環(huán)形成區(qū)域，進(jìn)而通過巨噬細(xì)胞分泌促血管生成因子參與側(cè)支循環(huán)形成。

NK細(xì)胞是固有免疫的組成成分，介導(dǎo)細(xì)胞毒性反應(yīng)并分泌細(xì)胞因子和炎癥因子，如干擾素-γ和腫瘤壞死因子，在炎癥反應(yīng)的早期階段發(fā)揮著重要的作用。van Weel等[20]在NK細(xì)胞活性降低的C57BL/6小鼠中以及NK細(xì)胞缺陷的轉(zhuǎn)基因小鼠中發(fā)現(xiàn)動脈生成受損，說明NK細(xì)胞參與動脈生成的反應(yīng)。NK細(xì)胞主要在動脈生成的早期階段發(fā)揮作用；當(dāng)NK細(xì)胞激活后可以分泌炎癥因子，促進(jìn)炎癥細(xì)胞招募至側(cè)支循環(huán)形成區(qū)域，進(jìn)而促進(jìn)動脈生成。B細(xì)胞來源于骨髓多能干細(xì)胞，在抗原刺激后可分化為漿細(xì)胞分泌抗體。B細(xì)胞也是抗原提呈細(xì)胞，可將抗原提呈給T細(xì)胞；此外，B細(xì)胞可以通過分泌促炎和抑炎因子來調(diào)節(jié)局部炎癥反應(yīng)[21]。B細(xì)胞在包括自身免疫性疾病在內(nèi)的多種疾病的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮著多種作用，已成為這些疾病的主要治療靶點(diǎn)，然而B細(xì)胞對側(cè)支循環(huán)形成的影響少有報(bào)道。Goodchild等[22]發(fā)現(xiàn)將骨髓中分離出的B細(xì)胞注射入心肌缺血部位可改善心功能，可能由于注射到心肌的細(xì)胞可分化為心肌細(xì)胞樣細(xì)胞以及內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞，有利于血管新生和受損室壁再生。

2.4 肥大細(xì)胞與側(cè)支循環(huán)形成

肥大細(xì)胞廣泛分布于皮膚及內(nèi)臟黏膜下的微血管周圍，在腫瘤生長、傷口愈合、組織修復(fù)和血管生成過程中具有重要的意義。肥大細(xì)胞主要存在側(cè)支形成的起始和生長階段，肥大細(xì)胞能夠釋放大量的蛋白水解酶、細(xì)胞因子和生長因子刺激內(nèi)皮細(xì)胞增殖和遷移，隨著側(cè)支血管成熟而消失[23]。肥大細(xì)胞表達(dá)基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1受體CXCR-4及干細(xì)胞因子受體c-kit，促進(jìn)骨髓中的祖細(xì)胞參與側(cè)支形成；此外，肥大細(xì)胞還可招募其他炎癥細(xì)胞（如中性粒細(xì)胞、T細(xì)胞及巨噬細(xì)胞）至側(cè)支循環(huán)生長區(qū)域[24]。因此，肥大細(xì)胞可能通過旁分泌方式分泌多種物質(zhì)，招募多個炎癥細(xì)胞群體促進(jìn)血管細(xì)胞生長和分化，參與動脈形成[25]。

3 糖尿病情況下炎癥反應(yīng)對側(cè)支循環(huán)形成的影響

糖尿病患者側(cè)支循環(huán)形成不良[1,26]。盡管機(jī)制尚不清楚，但是單核/巨噬細(xì)胞招募受損已被證明是導(dǎo)致糖尿病患者側(cè)支形成不良的原因之一[27]。血管內(nèi)皮生長因子 受 體 -1（vascular endothelial growth factor receptors-1，VEGFR-1）下游的細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)缺陷被認(rèn)為是單核細(xì)胞招募受損的原因。持續(xù)高血糖可誘導(dǎo)活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生和晚期糖基化終產(chǎn)物（advanced glycation end products，AGEs）的過度生成，AGEs通過與其受體晚期糖基化終產(chǎn)物受體（receptor of advanced glycation end products，RAGE）結(jié)合可直接激活p38和ERK1/2信號通路[28]，誘導(dǎo)VEGF抵抗，鈍化單核細(xì)胞對VEGF-1的反應(yīng)，減少單核細(xì)胞向側(cè)支循環(huán)形成區(qū)域募集[29]。而高ROS亦可通過抑制蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸酶（protein tyrosine phosphatases，PTPs），阻止蛋白去磷酸化，進(jìn)而間接誘導(dǎo)MAPK激酶激活[30]，誘導(dǎo)VEGF抵抗。除了單核細(xì)胞招募減少導(dǎo)致糖尿病患者側(cè)支循環(huán)形成不良外，其他因素也影響側(cè)支循環(huán)的形成：①糖尿病患者內(nèi)皮細(xì)胞功能受損[一氧化氮、前列環(huán)素和內(nèi)皮超極化因子（endothelial hyperpolarizing factor，EDHF）等舒血管因子合成減少，內(nèi)皮素-1 （endothelin-1，ET-1）等縮血管因子合成增加以及黏附分子表達(dá)增多][31]、血管通透性增加、內(nèi)皮細(xì)胞對剪切應(yīng)力的感受降低，導(dǎo)致側(cè)支循環(huán)形成減少。②內(nèi)皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）在血流恢復(fù)和側(cè)支向外重構(gòu)中起重要作用[32]。發(fā)生糖尿病時，eNOS表達(dá)下調(diào)導(dǎo)致一氧化氮生成減少，從而影響側(cè)支循環(huán)的形成。③基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）及其抑制劑金屬蛋白酶組織抑制物（tissue inhibitor of metalloproteinases，TIMPs）調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)的重構(gòu)，MMPs和TIMPs之間的平衡對于血管壁的維護(hù)和重構(gòu)都是至關(guān)重要的，高血糖抑制平滑肌細(xì)胞中MMP-1、MMP-2和MMP-9的表達(dá)而影響血管外基質(zhì)的重構(gòu)。④發(fā)生糖尿病時，平滑肌細(xì)胞增殖和成纖維細(xì)胞的遷移受損[33]。

4 結(jié)語

當(dāng)冠狀動脈阻塞后，側(cè)支循環(huán)的形成可減少心肌梗死面積，保護(hù)心肌功能，降低未來不良心血管事件發(fā)生率以及改善患者的生存率。炎癥反應(yīng)參與側(cè)支循環(huán)形成的每個過程，多種炎癥細(xì)胞分泌生長因子、細(xì)胞因子及蛋白酶等，參與側(cè)支循環(huán)的形成，其中單核/巨噬細(xì)胞被招募至缺血損傷處是不可缺少的關(guān)鍵步驟；而在糖尿病患者中，單核/巨噬細(xì)胞招募受損使得側(cè)支形成不良。更好地理解炎癥細(xì)胞及其亞群在側(cè)支循環(huán)形成中的作用，可為缺血性疾病新的治療策略提供關(guān)鍵信息。