血管平滑肌細(xì)胞在糖尿病血管病變中的作用

李文東，倪海真，周敏，劉昭，孫莉莉，王煒 綜述 李曉強(qiáng) 審校

（南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院 血管外科，南京 210008）

糖尿病血管病變是常見的糖尿病并發(fā)癥之一，這是影響糖尿病患者預(yù)后的重要因素，也是致使糖尿病患者傷殘死亡的主要原因。長期高血糖狀態(tài)，可導(dǎo)致大血管、周圍血管、微血管受損并危及心、腦、腎、周圍神經(jīng)、眼睛、足等，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量[1]。目前針對(duì)嚴(yán)重糖尿病血管病變的治療方法有限，且預(yù)后不理想。因此，尋找一種新興的、安全有效的治療方法及預(yù)防措施，將為糖尿病血管病變患者帶來福音。

血管平滑肌細(xì)胞（vascular smooth muscle cells，VSMC）主要存在于血管壁的中層，在血管壁受損時(shí)，VSMC對(duì)血管修復(fù)及血管重塑具有關(guān)鍵作用。近年來，細(xì)胞治療在再生醫(yī)學(xué)中的地位日益顯著，逐漸成為研究的熱點(diǎn)及臨床應(yīng)用的有效方法。研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者中VSMC的功能受損，這增加了糖尿病血管病變患者的發(fā)生率[2]。因此，通過一定的手段提高VSMC的增殖與收縮功能，及早預(yù)防及治療糖尿病血管病變，將為醫(yī)學(xué)發(fā)展帶來推動(dòng)性進(jìn)展。

1 VSMC的生物學(xué)特征

1.1 VSMC的分型及調(diào)控

VSMC是一種獨(dú)特的最具可塑性的細(xì)胞，在不同的生理病理因素刺激下可發(fā)生表型轉(zhuǎn)換，分為收縮型和合成型[3]。 收縮型VSMC形態(tài)為長梭形，分化程度較高，體積較小，長度變異性很大，包含獨(dú)特的收縮蛋白，具有低增殖性、低遷移性和低蛋白合成率的特征； 合成型VSMC呈鵝卵石狀，處于未分化或者分化程度較低的狀態(tài)，體積較大，胞內(nèi)含有大量合成蛋白質(zhì)的細(xì)胞器，具有高增殖性、 高遷移性、高蛋白合成率和高細(xì)胞外基質(zhì)分泌的特點(diǎn)[3]。在正常情況下，VSMC主要表現(xiàn)為收縮型，維持血管壁的彈性和收縮血管[2]。當(dāng)發(fā)生動(dòng)脈粥樣硬化時(shí)，VSMC自身也可分泌大量的因子，使其由收縮型向合成型轉(zhuǎn)換，從而進(jìn)一步加重了動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展[4]。VSMC的不同表型具有不同的特點(diǎn)及作用，糖尿病患者的高血糖狀態(tài)、胰島素抵抗、脂類代謝紊亂、炎癥反應(yīng)等因素可誘導(dǎo)VSMC的表型向合成型轉(zhuǎn)換，這可加速了糖尿病血管病變的發(fā)生和發(fā)展[3]；相反，VSMC向收縮型轉(zhuǎn)換則可減緩及治療糖尿病血管病變，改善預(yù)后狀況。

VSMC的分化主要取決于轉(zhuǎn)化生長因子（transforming growth factor，TGF）/SMAD家庭成員3（SMAD3）信號(hào)的調(diào)控，但其他新型分子如長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）和微小RNA（microRNA，miRNA）也可調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、分化和凋亡[5-6]。過表達(dá)BCYRN1抑制TGF-β誘導(dǎo)的VSMC的分化，導(dǎo)致動(dòng)脈壁中的結(jié)構(gòu)缺陷；然而，敲低BCYRN1則促進(jìn)其分化，表現(xiàn)為細(xì)胞形態(tài)的變化和包括α-平滑肌肌動(dòng)蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）、鈣調(diào)蛋白和平滑肌蛋白22α（smooth muscle 22α，SM22α）在內(nèi)的多種VSMC標(biāo)志物的表達(dá)[6]。因此，適當(dāng)?shù)恼{(diào)控VSMC將有利于糖尿病血管病變的逆轉(zhuǎn)。

1.2 VSMC的分子標(biāo)志及作用

不同表型的VSMC具有不同的分子標(biāo)志。收縮表型VSMC的標(biāo)志蛋白主要包括：α-SMA、平滑肌肌球蛋白重鏈（smooth muscle myosin heavy chain，SM-MHC）[7]、SM22α[6]、鈣調(diào)蛋白、平滑肌蛋白；合成型VSMC主要的標(biāo)志蛋白：細(xì)胞視黃醇結(jié)合蛋白1（cellular retinol binding protein 1，CRBP-1）、平滑肌胚胎型肌球蛋白重鏈、骨橋蛋白（osteopontin，OPN）、細(xì)胞基質(zhì)Gla蛋白（matrix Gla protein，MGP）、膜突蛋白等[8]，由于大部分標(biāo)志蛋白參與調(diào)節(jié)血管收縮，因此，這些標(biāo)志蛋白可用于鑒別VSMC的表型。隨著各種新興分子的涌現(xiàn)以及對(duì)其研究的深入，研究發(fā)現(xiàn)非編碼RNA分子也可鑒別VSMC的表型[9]。

由收縮型向合成型表型轉(zhuǎn)換的VSMC具有生成基質(zhì)金屬蛋白酶、組織型纖溶酶原激活物等組織分解酶類的作用，可以促進(jìn)VSMC遷移。VSMC積聚是動(dòng)脈粥樣硬化和血管損傷的標(biāo)志，血管損傷后VSMC的增殖是機(jī)體自我保護(hù)和修復(fù)反應(yīng)，然而當(dāng)其異常增殖時(shí)，則會(huì)引起血管狹窄。VSMC也參與泡沫細(xì)胞的形成[10]，可分泌能穩(wěn)定斑塊的基質(zhì)蛋白，有利于發(fā)揮穩(wěn)定動(dòng)脈粥 樣硬化斑塊的作用。另外，VSMC可分化為軟骨前體細(xì)胞和軟骨細(xì)胞，直接參與血管鈣化的形成，而血管鈣化的嚴(yán)重程度與動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的負(fù)荷密切相關(guān)。

2 VSMC在糖尿病血管病變中的表型轉(zhuǎn)換的特 征

VSMC從收縮型到合成型的表型轉(zhuǎn)換是動(dòng)脈粥樣硬化、血管再狹窄和主動(dòng)脈瘤等眾多心血管疾病的早期事件，在血管病變的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮重要作用[11]。糖尿病大血管病變中最主要的是動(dòng)脈粥樣硬化，VSMC表型的轉(zhuǎn)換是動(dòng)脈粥樣硬化主要的病理生理機(jī)制。在糖尿病血管病變的構(gòu)建過程中，VSMC增生、中膜增厚、并且向內(nèi)膜遷移，這些是糖尿病血管病變結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的重要病理特征。深入研究VSMC在糖尿病血管病變中的變化情況及其刺激因素有助于發(fā)展并應(yīng)用針對(duì)VSMC為基礎(chǔ)的治療策略來治療糖尿病血管病。正常的氧化信號(hào)是細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)和生存的關(guān)鍵，活性氧是負(fù)責(zé)這一信號(hào)的小分子，在正常細(xì)胞功能中持續(xù)低水平地產(chǎn) 生[12]。氧化應(yīng)激對(duì)高血糖的細(xì)胞損傷起著至關(guān)重要的作用。糖尿病患者和鼠模型表現(xiàn)出晚期糖基化終產(chǎn)物（advanced glycation end products，AGEs）表達(dá)增加，其與晚期糖基化受體結(jié)合通過增加氧化應(yīng)激引起VSMC的鈣化[13]。另外，糖尿病患者的高糖狀態(tài)，胰島素抵抗，炎癥反應(yīng)，脂類代謝紊亂等相關(guān)因素及多種因子如C反應(yīng)蛋白、白介素，非編碼RNA等因素可以誘導(dǎo)VSMC表型的改變，影響糖尿病患者血管病變的轉(zhuǎn)歸。

3 通過調(diào)控VSMC治療糖尿病血管病變

3.1 藥物調(diào)控VSMC

二甲雙胍是糖尿病治療指南推薦的一線治療藥物[14]，具有降糖和心血管保護(hù)作用、抑制VSMC增殖。其可通過下調(diào)堿性磷酸酶活性和骨形成蛋白2的表達(dá)從而抑制晚期糖基化終產(chǎn)物誘導(dǎo)的VSMC的鈣化[15]，還可通過AMPK途徑使細(xì)胞周期阻滯于G1期、降低環(huán)氧化酶（cyclooxygenase 1，Cox-1）和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS），進(jìn)而抑制TNF-α誘導(dǎo)的VSMC的增殖及炎癥反應(yīng)[16]，從而起到保護(hù)心血管作用。另外，在高于平均體重的1型糖尿病兒童中，二甲雙胍可以在12個(gè)月內(nèi)改善血管平滑肌功能，獨(dú)立改善HbA1c的水平，并且有益于增加胰島素分泌量及提高細(xì)胞對(duì)敏感性[17]。胰島素不僅可以通過MAPK途徑調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄、促有絲分裂、生長，還可以促進(jìn)活性氧的產(chǎn)生、促進(jìn)Akt/p70S6K1和ERK信號(hào)通路的激活、促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞生長因子的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)VSMC遷移和增殖[18]，從而導(dǎo)致血管腔狹窄、血管壁彈性降低。然而，胰島素與阿卡波糖或二甲雙胍聯(lián)合應(yīng)用可更有效的治療2型糖尿病[14]。這些常用的降糖藥對(duì)VSMC的調(diào)控仍需進(jìn)一步研究。

一些中藥也可對(duì)VSMC發(fā)揮調(diào)控作用，例如，白藜蘆醇在VSMC中具有抗增殖、抗氧化作用，可通過SirT1和AMPK來誘導(dǎo)血管平滑肌的分化[19]，丹參可抑制基礎(chǔ)狀態(tài)及PDGF作用下VSMC的增生[20]。

3.2 細(xì)胞因子調(diào)控VSMC

VSMC的生物學(xué)功能受多種刺激因子和抑制因子的影響。TGF-β是目前研究最熱門的調(diào)控VSMC的因子之一[21]。TGF-β可以促進(jìn)VSMC中α-SMA、SM-MHC、SM22α、鈣調(diào)蛋白等標(biāo)志分子的表達(dá)，抑制基質(zhì)金屬蛋白酶2（metal matrix proteinase 2，MMP-2）的表達(dá)，降低細(xì)胞外基質(zhì)的分泌，維持其分化狀態(tài)[22]。血小板源性生長因子B（platelet derived growth factor B，PDGF-B）可以促進(jìn)VSMC的去分化、增殖、遷移、合成及分泌功能[20]。另外，HMGB1能夠激活p38MAPK通路進(jìn)而促進(jìn)VSMC的增殖與遷移[23]。隨著對(duì)這些因子研究的深入，針對(duì)這些生物活性因子及其受體的治療措施已成為糖尿病血管病變治療的新靶點(diǎn)。

3.3 基因調(diào)控VSMC

基因治療在糖尿病血管病的研究將為患者福音，PHACTR1基因與動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)，隨著血管鈣化的進(jìn)展，PHACTR1的表達(dá)增加。PHACTR1的上調(diào)可增加小鼠胚胎干細(xì)胞衍生的VSMC的鈣化，其下調(diào)可減少鈣化[24]。因此，通過調(diào)節(jié)VSMC中的PHACTR1的表達(dá)可以調(diào)節(jié)血管鈣化的嚴(yán)重程度。最近研究[25]表明，過表達(dá)Cbx3可增強(qiáng)VSMC收縮基因的表達(dá)（α-SMA、SM22α、鈣調(diào)蛋白、SM-MHC）和VSMC的凋亡以及降低VSMC的增殖和遷移、膠原基因（col1a1、col4a1）的表達(dá)水平，然而，下調(diào)Cbx3的表達(dá)導(dǎo)致相反的作用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)Cbx3可通過轉(zhuǎn)錄抑制機(jī)制來抑制Notch3基因的表達(dá)。在臨床上，與鄰近不明顯血管病變階段相比，患者病變股動(dòng)脈中Cbx3基因的表達(dá)下降、Notch3的基因表達(dá)增加。IRAK4的功能缺陷可抑制ApoE-/-小鼠血管病變的形成，IRAK4的失活對(duì)VSMC的分化起到保護(hù)作用并抑制炎癥反應(yīng)，IRAK4抑制劑可降低肌球蛋白重鏈并增加SM22α的表達(dá)，還可減少LPS誘導(dǎo)的VSMC的增殖和遷移[26]。此外，在缺血再灌注后，Caveolin-1基因剔除小鼠的血管功能修復(fù)能力消失，對(duì)血管內(nèi)皮生長因子的刺激無反應(yīng)。然而，在這種基因剔除的小鼠中導(dǎo)入Caveolin-1，上述血管修復(fù)功能發(fā)生逆轉(zhuǎn)。但是，如果導(dǎo)入過高水平的Caveolin-1，則會(huì)抑制內(nèi)皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）的活性，進(jìn)而影響一氧化氮（NO）的產(chǎn)生和血管生成[27]。這可能是由于Caveolin-1在血管生成的不同時(shí)期表達(dá)水平不同，在增殖期時(shí)Caveolin-1的表達(dá)下調(diào)，在分化期時(shí)Caveolin-1的表達(dá)上調(diào)。另外，Caveolin-1在糖尿病大鼠下肢缺血部位過表達(dá)時(shí)具有促進(jìn)血管生成的作用，這為治療糖尿病下肢血管病變提供了新的思路和方法。

3.4 miRNA調(diào)控VSMC

MiR-504過表達(dá)可促進(jìn)VSMC的增殖和遷移、增強(qiáng)細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2的激活及抑制收縮基因的表達(dá)[28]。另外，miR-143和miR-145在平滑肌祖細(xì)胞發(fā)育過程中富集，通過靶向KLF4和KLF5以及隨后MYCD的增加而在VSMC分化中起關(guān)鍵作用[9]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，miR-143和miR-145是SRF/MYOCD的直接靶點(diǎn)并可促進(jìn)VSMC的分化和收縮性基因的表達(dá)并抑制其增殖，具有抑制新生內(nèi)膜增生的作用[9]。此外，miR-133a過表達(dá)可以減弱新生內(nèi)膜的形成、阻止VSMC的增殖和遷移，而抑制其表達(dá)則發(fā)生相反作用[29]，miR-29b也可抑制VSMC的增殖和遷移[30]。在2型糖尿病db/db小鼠的VSMC和主動(dòng)脈中，miR-200b，miR-200c和miR-429的表達(dá)上調(diào)，增強(qiáng)炎癥基因的表達(dá)；而其靶標(biāo)Zeb1蛋白表達(dá)水平下調(diào)[31]。此外，糖尿病db/db小鼠VSMC的miR-138表達(dá)上調(diào)，其可下調(diào)SIRT1來促進(jìn)db/db小鼠VSMC的增殖和遷移，然而，抑制miR-138可逆轉(zhuǎn)由高糖誘導(dǎo)的VSMC的增殖和遷移[32]。這為發(fā)展由糖尿病誘導(dǎo)的動(dòng)脈粥樣硬化的新的有效的治療策略提供了新的見解。在血管損傷和新生內(nèi)膜形成后，miR-21在球囊損傷處上調(diào)并且對(duì)VSMC具有促進(jìn)增殖和抗凋亡的作用[29]。在體內(nèi)，抑制miR-21通過PTEN的去阻遏可以降低新生內(nèi)膜反應(yīng)。相反，有學(xué)者[33]證明miR-21通過靶向PDCD4刺激VSMC收縮蛋白的表達(dá)，miR-21莖環(huán)的遺傳消融可能通過增強(qiáng)M2巨噬細(xì)胞抗炎水平和對(duì)VSMC血管反應(yīng)敏感性降低來減弱小鼠支架植入后新生內(nèi)膜的形成[34]。

在大鼠頸動(dòng)脈中，下調(diào)miR-221/222可抑制血管成形術(shù)后VSMC的增殖和體內(nèi)新生內(nèi)膜增生的形成[29]。MiR-146a通過KLF4刺激VSMC的增殖，下調(diào)miR-146a可減弱新生內(nèi)膜增生[35]。MiR-26a可通過靶向SMAD-1和SMAD-4促進(jìn)VSMC的增殖、遷移，抑制其凋亡，并且可減弱由血清饑餓誘導(dǎo)的VSMC的分化[36]。此外，miR-424/322在增殖性VSMC和血管損傷后的表達(dá)上調(diào)，具有抗增殖和抗去分化的作用，可抑制VSMC的基質(zhì)相互作用蛋白1（STIM1）、鈣調(diào)蛋白和細(xì)胞周期蛋白D1基因的表達(dá)，阻止大鼠頸動(dòng)脈球囊血管成形術(shù)后的再狹窄[37]。糖尿病ApoE-/-小鼠的let-7表達(dá)水平降低；在體外，通過Lin28b（let-7生物發(fā)生的負(fù)調(diào)節(jié)因子），PDGF和TNF-α誘導(dǎo)的VSMC的激活與miRNA let-7表 達(dá)降低相關(guān)[38]。過表達(dá)let-7可抑制VSMC的增殖、遷移[39]，單核細(xì)胞粘附和NF-κB活化的炎癥反應(yīng)；在人類頸動(dòng)脈斑塊活檢組織中進(jìn)行的let-7d模擬物離體遞送的研究表明，let-7d類似物可以減少炎癥反應(yīng)，穩(wěn)定斑塊，具有重要的抗動(dòng)脈粥樣硬化價(jià)值[38]。此外，從收縮表型到合成表型的去分化過程中，VSMC中miR-182的表達(dá)水平顯著下調(diào)；然而，上調(diào)miR-182可增加VSMC特異性收縮基因如α-SMA，SM22α和鈣調(diào)蛋白的表達(dá)，并且可有效地抑制VSMC的增殖和遷移[5]。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，miR-182通過FGF9/PDGFRβ信號(hào)傳導(dǎo)阻止VSMC去分化[5]。

3.5 lncRNA調(diào)控VSMC

lncRNA調(diào)控VSMC的增殖[40]。研究[41]發(fā)現(xiàn)lncRNA-362下調(diào)可抑制VSMC的增殖，上調(diào)lncRNA GAS5可阻斷VSMC收縮蛋白的表達(dá)，而其下調(diào)則增加收縮蛋白的表達(dá)[42]。其機(jī)制主要是lncRNA GAS5通過多種RNA Smad結(jié)合元件競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合Smad3蛋白，阻止Smad3與TGF-β反應(yīng)性VSMC基因啟動(dòng)子中的SBE DNA結(jié)合，從而抑制VSMC標(biāo)記基因轉(zhuǎn)錄，并因此抑制的TGF-β/Smad3介導(dǎo)的VSMC的分化。在急性血管損傷或動(dòng)脈粥樣硬化患者病變中，lncRNA H19上調(diào)，lncRNA p21下調(diào)[29,43]。在產(chǎn)前血管中，lncRNA H19在管腔內(nèi) 平滑肌層中最初是缺失的，但成人動(dòng)脈粥樣硬化病變中的H19發(fā)生表達(dá)[44]，這說明lncRNA H19參與動(dòng)脈粥樣硬化早期事件的發(fā)生。lncRNA p21可抑制VSMC的增殖、促進(jìn)其凋亡，其下調(diào)加重血管損傷后的新生內(nèi)膜增生，進(jìn)一步加重動(dòng)脈粥樣硬化[43]。另外，lncRNA SENCR，可抑制VSMC的遷移并維持VSMC的收縮表型[45]；lncRNA MYOSLID在人動(dòng)靜脈內(nèi)瘺樣品中表達(dá)量較低，其可促進(jìn)VSMC分化并抑制增殖[46]。高糖可刺激lncRNA MALAT1的表達(dá)增高，敲除lncRNA MALAT1可逆轉(zhuǎn)高糖引起的VSMC的改變，增加收縮蛋白的表達(dá)、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、降低生存活性、降低VSMC的遷移[47]。BCYRN1過表達(dá)可以抑制VSMC的分化，導(dǎo)致動(dòng)脈壁中的結(jié)構(gòu)缺陷[6]。

4 總 結(jié)

VSMC的表型和生物學(xué)功能的改變是糖尿病血管病變的重要病理基礎(chǔ)，研究血管平滑肌在糖尿病血管病變的變化機(jī)制有助于尋找預(yù)防及治療糖尿病血管病變的新的有效的治療方法。逆轉(zhuǎn)糖尿病血管病變中VSMC的生物學(xué)變化可減緩糖尿病血管病變的進(jìn)展，因此，通過適當(dāng)?shù)耐緩侥孓D(zhuǎn)血管病變中VSMC的特征和功能，可為VSMC或其調(diào)控物質(zhì)應(yīng)用于糖尿病血管病變的治療帶來突破性的進(jìn)展。然而，距離其真正安全有效的應(yīng)用于臨床還有待大量的實(shí)驗(yàn)機(jī)制 研究、臨床前及臨床研究。

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