腦出血患者外周血內(nèi)皮祖細胞研究進展

魏文亭,姜亞軍

·綜述與進展·

腦出血患者外周血內(nèi)皮祖細胞研究進展

魏文亭1,姜亞軍2

近十年來,隨著高血壓知識的普及和高血壓的有效防治,腦出血的發(fā)生率已經(jīng)有所下降,但腦出血后的死亡率和致殘率無明顯改觀,盡管有卒中單元(或神經(jīng)重癥監(jiān)護)治療,但其預(yù)后仍不理想。最近幾年很多研究表明內(nèi)皮祖細胞(EPCs)在腦出血后血-腦屏障修復(fù)過程、血管新生和神經(jīng)發(fā)生有著非常積極的作用,它為臨床治療打開了一個新領(lǐng)域。本研究就腦出血患者循環(huán)EPCs數(shù)量、功能變化以及研究意義做一綜述。

腦出血;內(nèi)皮祖細胞;血-腦屏障修復(fù);血管新生

腦卒中是當前嚴重威脅人類健康的三大主要疾病之一。我國腦卒中的發(fā)病率正以每年近9%的速度上升。腦卒中包括缺血性腦卒中(腦梗死)和出血性腦卒中(腦出血)兩種,其中腦出血占30%～50%,明顯高于西方國家(10%～15%)。腦出血因發(fā)病原因不同又分為兩類,第一類是高血壓性腦出血,由于高血壓導(dǎo)致動脈粥樣硬化及淀粉樣病變從而引起腦出血,這是腦出血的主要類型;第二類是由于動靜脈畸形,動脈瘤及其他凝血功能紊亂造成的腦出血。文獻報道腦出血死亡率第一個月高達44%～51%,2年內(nèi)死亡率達56%～ 61%,6個月無障礙生存率僅有20%。因此,腦出血給個人、家庭和社會都帶來了沉重的負擔[1]。內(nèi)皮祖細胞(EPCs)在腦出血后血-腦屏障修復(fù)過程、血管新生和神經(jīng)發(fā)生有著非常積極的作用,內(nèi)皮祖細胞是由Asahara等[2]在人的外周循環(huán)血中獲取的一種內(nèi)皮細胞的前體細胞,逐漸分化為成熟的內(nèi)皮細胞而失去干細胞的特性,對內(nèi)皮損傷的修復(fù)和血管新生的促進起到了非常積極的作用。目前,通過EPCs的進行治療性血管再生及損傷血管修復(fù)已經(jīng)成為心腦血管疾病治療研究的重點之一。本研究綜述腦出血患者循環(huán)血EPCs的研究進展。

1 EPCs功能

EPCs是血管內(nèi)皮細胞的前體細胞,亦稱為成血管細胞,在生理或病理因素刺激下,可從骨髓動員到外周血,是能夠自我更新、增殖分化為內(nèi)皮細胞的多能祖細胞。它不僅參與了胚胎血管的生成,還參與了出生后血管的再生和受損后內(nèi)皮細胞的修復(fù)過程。血管的修復(fù)和再生包括血管新生和血管發(fā)生兩種。血管新生是指在存在的血管基礎(chǔ)上,由損傷邊緣的內(nèi)皮細胞增殖、遷移、血管發(fā)芽形成的新的血管。而血管發(fā)生是由循環(huán)的血管內(nèi)皮祖細胞向損傷血管歸巢,并定向分化成血管內(nèi)皮細胞,再增殖分化形成血管。EPCs又分為早期EPCs和晚期EPCs,它們均參與血管修復(fù)和再生過程,早期EPCs通過分泌一系列的生長因子及細胞因子來參與血管新生,如血管內(nèi)皮生長因子(VEGF),觸發(fā)基質(zhì)細胞來源因子-1(SDF-1),胰島素樣生長因子-1(IGF-1)以及粒細胞集落刺激因子(G-CSF)等,它們可以促進內(nèi)皮細胞增殖和遷移,減少內(nèi)皮細胞凋亡,并且募集內(nèi)源性的EPCs[3],從而形成良性循環(huán)促進血管新生。晚期EPCs可以定向歸巢于內(nèi)皮損害部位,并直接分化為成熟內(nèi)皮細胞替換受損內(nèi)皮以促進血管發(fā)生,據(jù)統(tǒng)計EPCs大約占再生血管內(nèi)皮細胞的26%左右[4]。

2 EPCs表型

外周血內(nèi)皮祖細胞與成熟的內(nèi)皮細胞表達相似的標記物,如VEGF R-2(KDR、Fl k-1)、Tie-1、VE-cadherin和CD34;內(nèi)皮祖細胞和造血干細胞也分享很多相同的表面抗原標記物,如Flk-1、Tie-2、c-Kit、Sca-1、AC133和CD34等[5],它們可能在胚胎發(fā)育時期來源于相同的前祖細胞。現(xiàn)在通常采用CD133、CD34和VEGFR-2等幾種表面抗原聯(lián)合的方式對內(nèi)皮祖細胞進行鑒定[6]。

3 EPCs動員及促進因素

EPCs主要存在于骨髓中,當EPCs受到外界影響則從骨髓達到外周血,逐漸遷移到缺血、損傷、腫瘤等組織中,稱為EPCs的動員和歸巢。目前,有關(guān)EPCs動員、遷移歸巢的分子機制仍不十分明確。有研究表明,EPCs 的動員能被粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)或VEGF誘導(dǎo),并且決定性依賴于內(nèi)皮一氧化氮合酶(eNOS)的激活,eNOS表達于骨髓基質(zhì)細胞[7]。動員的初始步驟涉及基質(zhì)金屬蛋白酶-9的激活,它可以催化膜結(jié)合配體轉(zhuǎn)化為溶解性配體。目前證實對EPCs有動員作用的生長因子包括:血管內(nèi)皮生長因子、堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)、胎盤生長因子(P1-GF)、促紅細胞生成素(EPO)等;致炎細胞因子:GM-CSF、白細胞介素-1(IL-1)、SDF-1。另外,他汀類藥物通過激活A(yù)kt/NOS途徑和上調(diào)MMP-2和MMP-9表達,可以促進EPCs遷移和增殖,并減少EPCs凋亡,增強EPCs功能[8];有研究發(fā)現(xiàn)雌激素可以促進健康人的EPCs分泌VEGF,通過增強端粒酶的活性來延緩EPCs的衰老,增強EPCs的功能,其作用和P13K/AKt信號途徑有關(guān),P13K/AKt途徑在細胞生存和增殖中起關(guān)鍵性的作用。

4 腦出血患者急性期外周血EPCs數(shù)量變化

EPCs在特定細胞因子(VEGF、SDF-1、G-CSF、IL-6、EPO、Statins等)的趨化作用下迅速集中于血管損傷或內(nèi)膜缺損部位,維持內(nèi)皮細胞的完整性并參與血管的修復(fù)和再生。增加外周血中功能性EPCs的含量或動員內(nèi)源性的EPCs,均可保護機體血管內(nèi)皮系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài),防止內(nèi)皮損傷所造成的病變進一步加重[9]。在大鼠腦出血后,血管新生的相關(guān)因子表達量會上調(diào)。在腦出血后檢測到VEGF、Flt-1和Flk-1等血管新生的相關(guān)因子表達量上調(diào)[10],認為腦出血可引起血管新生,而內(nèi)皮祖細胞作為新生血管內(nèi)皮細胞的前體細胞,必然參與血管新生和血管修復(fù)的過程。宋黃成等[11]研究3例腦出血急性期外周血內(nèi)皮祖細胞的數(shù)量變化發(fā)現(xiàn):50歲和60歲患者在出血的超急性期外周血中EPCs含量很高,幾乎為急性期的最高峰,然后隨時間延長其含量逐漸降低,第4天幾乎達到最低值,術(shù)后第7天和第5天再次升高。而80歲患者在急性期第2天外周血中EPCs達到最高峰,然后隨時間逐漸下降,到第6天再次達到高峰,認為腦出血患者在出血急性期骨髓中的EPCs被大量動員,并隨時間推移EPCs被消耗,而出血后第7天EPCs再次在外周血中達到高峰。同時發(fā)現(xiàn)EPCs的動員與年齡有一定的相關(guān)性,年齡越大,動員能力越差,說明EPCs的動員能力可能隨年齡增加而減弱。

5 腦出血患者急性期外周血EPCs功能變化

腦出血患者大多數(shù)為老年人,往往具有高血壓等心腦血管疾病的危險因素,而高血壓是EPCs數(shù)目和遷移功能受損的主要獨立風(fēng)險因子,高血壓水平和EPCs減少的水平具有相關(guān)性[12],所以腦出血患者體內(nèi)EPCs的數(shù)目和功能應(yīng)該較正常人下降。研究發(fā)現(xiàn),急性心肌梗死、血管損傷和手術(shù)急性期等可以誘導(dǎo)EPCs動員和功能增強,提示應(yīng)激狀態(tài)下機體EPCs數(shù)目和功能可暫時性升高。苗旺等[13]觀察高血壓腦出血組和高血壓病患者外周血EPCs數(shù)量和功能發(fā)現(xiàn),高血壓腦出血組急性期EPCs細胞集落計數(shù)、細胞計數(shù)、黏附能力、增殖能力及遷移能力均較高血壓組患者EPCs提高,差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。表明腦出血后,高血壓患者的EPCs數(shù)目增加,功能增強。同時也說明,在急性期機體為了應(yīng)對血管損傷的嚴重事件,需要具有快速增強修復(fù)的能力來彌補。腦出血后急性期高血壓患者EPCs數(shù)目增多,功能增強的機制目前還不清楚,可能和腦出血時腦組織損傷、組織缺氧,反應(yīng)性的分泌釋放一些細胞因子來動員EPCs并增加其功能,應(yīng)對應(yīng)急需要有關(guān)。

6 腦出血患者外周血內(nèi)皮祖細胞與相關(guān)危險因素的關(guān)系

腦出血主要危險因素與高血糖、血脂異常、高血壓、吸煙和腦卒中家族史等有關(guān)。研究表明,EPCs數(shù)量、功能下降與冠狀動脈粥樣硬化性心臟病危險因素密切相關(guān)[14]。而腦血管的危險因素與心血管危險因素有一定的相似性,為了探討EPCs與腦出血危險因素的關(guān)系,賴賢良等[15]對75例原發(fā)性腦出血患者不同時期的循環(huán)EPCs水平分析發(fā)現(xiàn),有高血壓、高血糖、高血脂、吸煙危險因素的患者,其循環(huán)EPCs水平明顯降低,血糖、血壓、總膽固醇(TC)、三酰甘油(TG)、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)與循環(huán)EPCs水平呈明顯負相關(guān),高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)與循環(huán)EPCs水平呈明顯負相關(guān)。其中高血壓和高血糖作為腦出血的主要發(fā)病危險因素對患者循環(huán)EPCs水平影響更大。這表明腦出血危險因素能夠?qū)е卵h(huán)EPCs水平的下降,可能與上述危險因素持續(xù)損傷內(nèi)皮引起EPCs消耗及通過氧化應(yīng)激影響EPCs動員和促進EPCs凋亡有關(guān)[16]。高血壓作為腦出血的獨立危險因素,對其影響最強,在高血壓動物模型中,EPCs表現(xiàn)出過早衰老及功能喪失,血壓越高,循環(huán)EPCs水平越低[]。

7 EPCs對腦出血患者的意義

EPCs在各種趨化因子的誘導(dǎo)下能夠從骨髓中動員,遷移并聚集到血管損傷部位,替換受損的內(nèi)皮細胞并分化成成熟的內(nèi)皮細胞,保持內(nèi)膜完整,維持血管內(nèi)皮系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài),并可以作為評價血管內(nèi)皮功能的一個有效標志物[18]。在腦血管破裂前,患者必定存在血管內(nèi)皮細胞的損傷。腦血管病危險因素可以導(dǎo)致內(nèi)皮細胞損傷,并觸發(fā)前炎性細胞因子級聯(lián)系統(tǒng),導(dǎo)致單核細胞集聚和平滑肌細胞增生,最終導(dǎo)致動脈粥樣化斑塊形成。維持血管內(nèi)皮細胞層的完整和功能,在干預(yù)動脈粥樣硬化性疾病,如腦血管病的發(fā)展過程中起著重要的作用。因此增加和改善EPCs的數(shù)量和功能對腦出血的治療具有非常重要的意義。由此也可以推測,在同齡同部位同出血量情況下,排除影響EPCs的諸多因素外,EPCs的動員與和患者的預(yù)后存在一定的相關(guān)性。EPCs參與血管新生,且含量越高,越能促進和加快血管新生,從組織發(fā)生學(xué)看,受損組織結(jié)構(gòu)和功能重建和修復(fù)必須得到血液循環(huán)的有效支持,換言之,局部血循環(huán)的好壞決定了受損組織重建的效果。腦出血本身可引起血管新生,改善卒中區(qū)腦組織血供,改善患者預(yù)后。EPCs變化可能與腦卒中的預(yù)后有密切關(guān)系,有望作為出血性腦卒中預(yù)后觀察的指標。

8 結(jié)論和展望

近年來,隨著骨髓源性與外周血中EPCs的發(fā)現(xiàn),血管生成生理、病理意義及EPC的高增殖潛能和定向歸巢特性逐漸被闡明,這為治療性血管重建治療腦血管疾病提供了新思路。目前關(guān)于腦出血患者外周血EPCs的研究還不多,已有的研究樣本量也不夠大,這就需要研究者付出更多的努力來研究其意義。

[1] Van Asch CJ,Luitse MJ,RInkelGJ,et al.Incidence,case fata l-i ty,and functional ou tcome of intrace rebra l haemo rrhage over time,according to age,sex and ethnic origin:A sySTEMIc review and met-analysis[J].Lancet Neuro l,2010,9:167-176.

[2] Asahara T,Mu roha ra T,Su llivan A,et al.Isola tion of pu ta tive progenitor endothe lial ce lls for angiogenesis[J].Science,1997, 275(7):964-967.

[3] Fan Y,Shen F,Frenzel T,et al.Endo thelial p rogenito r ce ll transp lanta tion im proves long-term stroke ou tcome in m ice[J]. Ann Neu rol,2010,67:488-497.

[4] Murayama T,Teppe r OM,Silve r M,et al.Determina tion of bone marrow-de rived endo thelial p rogenito r ce ll significance in angiogenic grow th factor-induced neovascularization in vivo[J]. Exp Hema tol,2002,30:967-972.

[5] Kawamoto A,Loso rdo DW.Endothelial p rogenito r ce lls for ca rd-i ovascular regene ration[J].Trends Ca rdiovascu lar Medicine, 2008,18(1):33-37.

[6] Hristov M,ErlW,Weber PC.Endo thelial progenitor cells:Mobil-i za tion,differentiation,and homing[J].Arte riosc le r Thromb Vasc Biol,2003,23(7):1185-1189.

[7] Ribatti D.The discove ry of endo thelial progenitor cells.An historica l review[J].Leukem ia Res,2007,31(4):439-444.

[8] Shao H,Tan Y,Eton D,et al.Sta tin and stroma l ce ll derived factor-1 additive ly p rom ote angiogenesis by enhancement of progenitor cells incorpo ration in to new vesse ls[J].Stem Cells, 2008,26(5):1376-1384.

[9] Zam pe taki A,Kirton JP,Xu Q.Vascu la r repair by endothe lial progenitor cells[J].Ca rdiovaScres,2008,78:413-421.

[10] Tang T,Liu XJ,Zhang ZQ,et al.Cereb ral angiogenesis after collagenase-induced in tracereb ral hemo rrhage in rats[J].Br Res,2007,1175:134-142.

[11] 宋黃成,張松,朱為民,等.出血性腦卒中患者急性期外周血內(nèi)皮祖細胞數(shù)量變化的初步研究[J].中國實用神經(jīng)疾病雜志,2014, 17(2):59-63.

[12] Vasa M,Fichtlscherer S,Aicher A,Number and m igratory activity of circu lating endothelial progenitor cells inversely correlate with risk factors for coronary artery disease[J].Circ Res,2001,89: E1-E7.

[13] 苗旺,郭偉新,劉恒芳,等.腦出血急性期內(nèi)皮祖細胞形態(tài)學(xué)和功能變化及其意義[J].中國現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志,2010,20(9):1331-1335.

[14] Brixius K,Funcke F,Grat C,et al.Endithe lial progenitor ce lls:A new target for the prevention of cardiovascular disease[J].Eur J Care lioves Prev Rehabil,2006,13(5):705-710.

[15] 賴賢良,鄧志峰.出血性腦卒中患者血管內(nèi)皮祖細胞與相關(guān)危險因素的關(guān)系[J].南昌大學(xué)學(xué)報(醫(yī)學(xué)版),2011,51(2):18-21.

[16] Zhang L,Liu WX,Chen YD,et al.Proliferation,migration and apop tosis activities of endothelial progenitor cells in acute coronary syndrome[J].Chin Med J,2010,123(19):2655.

[17] Navarro SM,Rosell A,Hernandez GM,et al.Mobilization,endothe lial differentiation and functional capacity of endothe lial progenitor ce lls after ischem ic stroke[J].MicrovaScres,2010,80 (3):317-323.

[18] Murasawa S,Asahara T.Review:Cardiogenic potential of endothe lial progenitor ce lls[J].Therap Advanc Card iovasc Dis,2008, 2:341-348.

R743 R255

A

10.3969/j.issn.1672-1349.2015.05.014

1672-1349(2015)05-0600-03

2014-07-29)

(本文編輯 王雅潔)

江蘇省中醫(yī)藥局基金項目(No .LZ11016)

1.南京中醫(yī)藥大學(xué)(南京210000);江蘇省中醫(yī)院

姜亞軍:E-m ail:YAJUN1962@163.com