血管內(nèi)皮糖萼的研究進展*

馬壯， 修光輝， 熊偉， 周霞， 孫潔， 凌斌

昆明醫(yī)科大學(xué)第四附屬醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科(云南昆明 650021)

血管內(nèi)皮糖萼也稱多糖包被，是一層20nm左右的淡藍色熒光物質(zhì)，由Luft于1966年在電鏡下直接觀察到[1]。目前已有大量的實驗證明，糖萼的脫落與炎癥反應(yīng)、動脈粥樣硬化、糖尿病等一系列疾病的病理生理過程有關(guān)，通過研究糖萼的結(jié)構(gòu)、功能及其保護方法，有助于對微循環(huán)病理生理改變的理解。

1 糖萼的結(jié)構(gòu)及功能

1.1 糖萼的結(jié)構(gòu) 糖萼層是一個動態(tài)的天然屏障，介于管壁和血液之間。主要由蛋白聚糖、糖胺聚糖、膜糖蛋白及血漿蛋白組成，其中蛋白聚糖和糖胺聚糖是其主要組成部分[2]。

蛋白聚糖包括多配體聚糖-1(Syndecan-1)、磷脂酰肌醇聚糖及唾液酸。其中Syndecan-1作為核心蛋白通過跨膜結(jié)構(gòu)域依附在血管內(nèi)皮上，并與硫酸乙酰肝素(heparin sulfate,HS)和硫酸軟骨素(chondroitin sulfate, CS)相連接[2]，這種結(jié)構(gòu)參與了血管內(nèi)皮剪切力的轉(zhuǎn)導(dǎo)[3]；而磷脂酰肌醇聚糖則是通過糖基化磷脂酰肌醇錨定在內(nèi)皮細胞上，同時與HS相連，構(gòu)成了糖萼的“骨架”。

糖胺聚糖(glycosaminoglycans, GAGs)的成分主要包括：HS作為GAGs的主要成分，約占蛋白聚糖總量的50%以上。而CS和HS通常以1∶4的比例存在，因糖萼中GAGs的表達依賴于各種刺激，如內(nèi)皮細胞活化或刺激等，可導(dǎo)致這個比例變化[2]。糖胺聚糖中的透明質(zhì)酸(hyaluronic acid, HA)主要與CD44相連接，在維持血管內(nèi)皮的完整性中起重要作用[4]。

血漿蛋白、糖蛋白這些可溶性分子均鑲嵌在蛋白聚糖和GAGS所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)中[5]。

1.2 糖萼的功能 作為血管內(nèi)皮的屏障，糖萼在調(diào)節(jié)血管的通透性、調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)、轉(zhuǎn)導(dǎo)血管機械剪切力、抗凝等起著重要作用[2]。

1.2.1 調(diào)節(jié)血管通透性 糖萼調(diào)整血管通透性受多種因素影響，Vink等[6]檢測了內(nèi)皮細胞表面層(endothelial cell surface layer, ESL)對不同血漿標記分子的通透性，發(fā)現(xiàn)分子量大的中性及陰離子分子不能透過ESL, 同時分子量小的中性分子比陰離子滲透快，而纖維蛋白原與血漿白蛋白移動速率相同，此發(fā)現(xiàn)提示改變糖萼層的電荷密度可能會對血管壁的通透性造成直接影響。另有研究，用免疫熒光法標記大鼠腸系膜微血管內(nèi)皮細胞膜和糖萼，再利用成像技術(shù)分析出糖萼的厚度(0.17～3.02 μm)，同時用神經(jīng)氨酸酶灌注破壞內(nèi)皮糖萼中的唾液酸殘基可降低內(nèi)皮糖萼的厚度并增加白蛋白的滲透性，說明糖萼中的唾液酸也有調(diào)節(jié)血管通透性的作用[5]。

1.2.2 參與力的傳導(dǎo) 內(nèi)皮細胞能夠在力的作用下可通過細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)生成一氧化氮(nitric oxide, NO)調(diào)節(jié)血管張力，其傳導(dǎo)途徑有多種。據(jù)報道[2]，糖萼在血管內(nèi)皮中對力的信號傳導(dǎo)有重要作用，尤其是對血管剪切力的影響。Florian等[7]首次通過動物實驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)硫酸肝素的濃度降到一定程度時，可完全阻斷剪切力誘導(dǎo)的NO生成，證實糖萼參與力的傳導(dǎo)。近期研究表明[8]，內(nèi)皮糖萼能夠感應(yīng)并轉(zhuǎn)換垂直機械力產(chǎn)生NO，這種快速的NO產(chǎn)生依賴于糖萼中HS和HA，因此去除HS或HA可導(dǎo)致NO產(chǎn)生顯著降低，此外，內(nèi)皮細胞可通過瞬時受體電位(TRP)通道攝取Ca2+引起NO的釋放。

1.2.3 調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng) 選擇素、白細胞介素等細胞因子可協(xié)助白細胞翻轉(zhuǎn)移位在介導(dǎo)炎癥反應(yīng)中起重要作用。研究表明，GAGS中的HS可作為L-選擇素的配體[9]，參與白細胞在血管內(nèi)的白細胞翻轉(zhuǎn)移位[10]，另外，HS可調(diào)節(jié)趨化因子的濃度梯度從而使內(nèi)皮細胞和白細胞緊密黏附。Wang等[11]發(fā)現(xiàn)，將大鼠的HS基因敲除后可減少血管內(nèi)皮趨化因子的聚集及黏附。此外，近期研究發(fā)現(xiàn)[12]，由炎癥引發(fā)的糖萼脫落可進一步促進單核細胞黏附和促進脂質(zhì)潴留的巨噬細胞浸潤。

1.2.4 抗凝作用 血管內(nèi)皮糖萼作為重要的內(nèi)皮屏障，生理情況下可避免內(nèi)皮與血細胞直接接觸，從而避免血栓形成。另外，糖萼還可與抗凝血酶Ⅲ、血栓調(diào)節(jié)素和組織因子途徑抑制物(TFPI)相互作用達到抗凝作用。其主要機制包括：(1)抗凝血酶Ⅲ與糖萼上的硫酸乙酰肝素相結(jié)合增強其抗凝作用；(2)血栓調(diào)節(jié)蛋白能與硫酸軟骨素相結(jié)合，能夠轉(zhuǎn)化凝血酶為蛋白C通路的激活劑，從而形成抗凝途徑；(3)TFPI是凝血通路中FⅦa和FⅩa的有效抑制劑，主要是通過硫酸乙酰肝素與糖萼相互作用達到抗凝作用[13]。

2 糖萼的脫落因素

目前已知糖萼脫落的因素有多種，其中包括動脈粥樣硬化、糖尿病、炎癥反應(yīng)、缺血再灌注等，這些因素可導(dǎo)致血液中syndecan-1、HS等糖萼降解的重要標志物增多[13-14]，從而導(dǎo)致血管通透性增加、凝血功能異常等病理生理情況。

2.1 動脈粥樣硬化 粥樣斑塊的形成與內(nèi)皮細胞損傷有關(guān)，其中糖萼層的脫落可導(dǎo)致內(nèi)皮細胞暴露在各種危險因素下，促進斑塊形成。Van den Berg等[15]在研究脂質(zhì)喂養(yǎng)的小鼠時，發(fā)現(xiàn)小鼠頸內(nèi)動脈(動脈粥樣硬化易發(fā)區(qū))的竇區(qū)的內(nèi)皮糖萼層的尺寸顯著小于頸總動脈處，提示糖萼的減少及脂質(zhì)的沉積與該處的流體剪切力紊亂有關(guān)。另外，炎癥引發(fā)的糖萼脫落可促進單核細胞黏附和泡沫細胞浸潤，從而促進斑塊形成[12]。動脈粥樣斑塊的形成已證實與糖萼脫落有關(guān)，糖萼脫落也成為心血管疾病研究的一大熱點。

2.2 糖尿病 糖尿病相關(guān)的微血管和大血管并發(fā)癥嚴重影響糖尿病患者的預(yù)后和病死率，良好的血糖控制可降低微血管疾病發(fā)生率。Nieuwdorp等[16]發(fā)現(xiàn)1型糖尿病患者的全身糖萼量明顯減低，伴有微量蛋白尿或處于急性高血糖的患者，血管內(nèi)糖萼下降更明顯。Nieuwdorp等[17]還發(fā)現(xiàn)高血糖可促進體內(nèi)透明質(zhì)酸酶的合成，而有動物實驗[18]發(fā)現(xiàn)后者可抑制糖萼HA降解，導(dǎo)致糖萼破壞。

2.3 炎癥反應(yīng) 血管內(nèi)皮糖萼是炎癥反應(yīng)作用于血管最早侵及的部位，在多種炎癥反應(yīng)中已經(jīng)證明了糖萼功能的快速喪失與炎癥有關(guān)[19]。炎性條件下，炎性細胞釋放大量的酶和反應(yīng)性物質(zhì)，可能導(dǎo)致糖萼損傷。其中，活化的嗜中性粒細胞可通過產(chǎn)生活性氧和氮類物質(zhì)(ROS / RNSs)介導(dǎo)其儲存顆粒中的蛋白酶釋放導(dǎo)致糖萼損傷[20]，ROS / RNS不僅對糖萼造成直接損傷，還可通過誘導(dǎo)金屬蛋白酶(MMP)的激活和內(nèi)源性蛋白酶抑制劑的失活而加強糖萼的蛋白水解[19]。此外，肥大細胞可以直接釋放乙酰肝素酶，具有通過降解HS破壞糖萼結(jié)構(gòu)的潛力。近期研究發(fā)現(xiàn)[21]，登革病毒(DENV)非結(jié)構(gòu)蛋白1(NS1)可破壞人類肺微血管內(nèi)皮細胞上的EGL，其主要機制是通過誘導(dǎo)唾液酸酶和乙酰肝素酶的表達從而引起唾液酸降解和硫酸乙酰肝素的脫落。

2.4 缺血再灌注 研究表明缺血再灌注損傷可導(dǎo)致糖萼脫落，雖然不同組織之間的缺血再灌注損傷程度不同，但共同點是微血管功能障礙。Brueggeretal等[22]通過豚鼠心臟缺血再灌注發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮源性血管舒張與內(nèi)皮糖萼破壞相關(guān)。另外，通過阻斷黃嘌呤氧化還原酶可以減弱缺血再灌注對糖萼的影響，提示氧化應(yīng)激與糖萼脫落相關(guān)[23]。

3 糖萼的保護因素

3.1 NO NO是血管細胞的重要信號分子，低水平的NO可以防止氧化細胞損傷。Brueggeretal等[22]發(fā)現(xiàn)在沒有酶促反應(yīng)破壞糖萼時，再灌注期間施用NO對糖萼具有保護作用。

3.2 蛋白酶抑制劑 凝血酶等蛋白酶已被證實參與多配體聚糖胞外域的切割，抑制蛋白酶活性可起到保護糖萼的作用，所以蛋白酶抑制劑的治療用途具有可能性。研究表明[24]，通過抑制單核細胞趨化蛋白-1可影響巨噬細胞組織蛋白酶L分泌，從而減少糖萼降解酶乙酰肝素酶的激活。另外研究表明，抗凝血酶可防止腫瘤壞死因子(TNF)-α和心臟缺血再灌注引起的糖萼的脫落[25]。

3.3 TNF-α信號抑制劑 TNF-α是炎癥發(fā)展的關(guān)鍵介質(zhì)之一，臨床使用TNF-α信號傳導(dǎo)抑制劑可顯著減少內(nèi)毒素引起的糖萼成分脫落、凝血激活和功能性血管功能紊亂[26]。

3.4 糖皮質(zhì)激素 有學(xué)者認為糖皮質(zhì)激素可抑制糖萼脫落，其糖萼保護機制可能與抑制肥大細胞脫顆粒相關(guān)。氫化可的松對內(nèi)皮細胞有直接保護作用，還可以抑制免疫效應(yīng)細胞。研究表明，在孤立的心臟模型中，氫化可的松預(yù)處理可顯著減少缺血再灌注和TNF-α誘導(dǎo)炎癥引起的糖萼脫落[25]。

3.5 揮發(fā)性麻醉藥 七氟醚可通過對血細胞及血管內(nèi)皮的抗炎保護作用預(yù)防缺血再灌注損傷。有實驗表明，七氟醚可直接作用于內(nèi)皮細胞，通過七氟醚預(yù)處理可保護血管內(nèi)皮糖萼，降低趨化因子表達[27]。

3.6 降低高血糖或高膽固醇血癥 合理而有效地控制血糖和血脂可防止糖萼的脫落。有研究發(fā)現(xiàn)，瑞舒伐他汀治療家族性高膽固醇血癥患者后，患者體內(nèi)的糖萼量有所回升[28]。

3.7 其他保護性藥物 肝素及其衍生物可通過減少HS和syndecan-1的水平達到保護糖萼的作用。另外，舒洛地特作為糖萼的補充劑，可補充HS，還具有抗炎作用，可防止糖萼脫落。

4 展望

血管內(nèi)皮糖萼作為血液與內(nèi)皮的天然屏障，在機體中起著諸如調(diào)節(jié)血管通透性、轉(zhuǎn)導(dǎo)剪切力、抗凝、調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)等重要作用。目前關(guān)于糖萼的研究主要是糖萼的結(jié)構(gòu)、功能，及其損傷、保護和監(jiān)測等，其保護方式局限，往往是對原發(fā)病的治療。因糖萼的損傷因素復(fù)雜，如炎癥、糖尿病、動脈粥樣硬化、缺血再灌注等，也就意味著糖萼的保護不能通過單一藥物完成，需要從糖萼的補充、防脫以及改善可能導(dǎo)致糖萼脫落的環(huán)境如(高血糖、高血脂)等方面著手進行研究，從而找到更多對糖萼有保護作用的藥物和方法。