PVAT免疫微環(huán)境與血管疾病①

李育林 趙明升 張利寧

(山東大學基礎醫(yī)學院免疫學系,濟南250012)

脂肪組織不僅分布于皮下和內(nèi)臟器官周圍，也存在于血管周圍。除腦血管外，全身的各處血管，特別是冠狀動脈和主動脈，都被血管周圍脂肪組織(Perivascular adipose tissue，PVAT)所包被[1]。PVAT貼近血管外膜層，占全身脂肪總量的3%左右，主要由脂肪細胞、成纖維細胞、干細胞、免疫細胞以及神經(jīng)細胞等構成[2]。在正常情況下，PVAT不僅對血管起機械支撐作用，還能釋放多種細胞因子和脂肪因子用以維持血管張力和調(diào)節(jié)血管功能。早在2005年，發(fā)表于《Lancet》上的一篇文章就指出，PVAT是聯(lián)系內(nèi)臟脂肪、胰島素抵抗以及血管疾病的重要樞紐，在肥胖相關疾病中起到重要作用[3]。近年來，由于PVAT所處部位的特殊性，它的免疫微環(huán)境紊亂在血管疾病中的作用正越來越得到關注。

現(xiàn)有的研究結果表明，在一些心血管疾病的發(fā)病過程中，管周脂肪中的免疫細胞與其分泌的細胞因子相互作用構成的免疫微環(huán)境受到影響，其中保護性因子(ADRF等)和抗炎因子的釋放減少，而許多旁分泌因子如脂肪因子(抵抗素、瘦素和內(nèi)臟脂肪素)、細胞因子(IL-6和TNF-α)以及趨化因子(RANTES和MCP-1)的釋放增加，這些因子都可以直接作用于內(nèi)皮細胞和血管平滑肌細胞(Vascular smooth muscle cell,VSMC)，啟動血管炎癥反應。這種抑炎因子和促炎因子產(chǎn)生和釋放的不平衡，被稱作PVAT 的功能紊亂[4]。功能紊亂的PVAT在動脈粥樣硬化、高血壓、糖尿病血管病變和肥胖癥等諸多血管疾病中均有報道[5]。雖然不同情況下PVAT功能紊亂的機制可能不同，但其免疫微環(huán)境的改變對血管內(nèi)皮細胞以及平滑肌的影響在許多血管病變的發(fā)生過程中有著共同特征，這也是目前該領域研究的主要焦點[6]。

1 PVAT是不屬于白色脂肪和棕色脂肪的特殊脂肪組織

脂肪組織按細胞來源通?？煞譃榘咨?White adipose tissue,WAT)和棕色脂肪(Brown adipose tissue,BAT)，主要的區(qū)別是線粒體的功能特征和解偶聯(lián)蛋白1(Uncoupling protein 1,UCP-1)的含量。棕色脂肪具有強大的產(chǎn)熱能力，而白色脂肪的作用是儲存脂質(zhì)，代謝水平相對較低[7]。

PVAT與其他脂肪在部位和功能特征上均有所區(qū)別(表1)。在小鼠體內(nèi)，圍繞胸主動脈的PVAT主要是棕色脂肪，但緊鄰血管外膜有一條白色脂肪帶，而腹主動脈則被棕色和白色脂肪所混合包裹，腸系膜動脈周圍主要是棕色脂肪[13]。在人類中，PVAT更傾向于白色脂肪的組織學特性。然而，PVAT與典型的白色脂肪也有區(qū)別，在一些容易發(fā)生動脈粥樣硬化的大血管中，PVAT與WAT相比，脂肪細胞體積較小且分化程度較低，脂質(zhì)儲存能力較弱[14]，一些WAT的特異性分子標記物表達水平較低[15]，這些特點與BAT類似。在基因水平上，PVAT中脂肪分化相關因子以及一些脂肪細胞特征性因子，如：過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPAR-γ)、脂肪酸結合蛋白4(FABP4)、增強子結合蛋白(C/EBP-α)、脂肪酸合成酶(FAS)、甘油3-磷酸脫氨酶1(GPDH)等表達水平明顯低于皮下及內(nèi)臟脂肪[15]，其分化程度較低，更接近于前脂肪細胞，有釋放促炎因子和生長因子的特性。病理情況下產(chǎn)生的血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)或促動脈粥樣硬化因子可誘導PVAT脂肪細胞去分化[16,17]。正是由于其獨特的特征，PVAT被認為是一種不同于傳統(tǒng)WAT和BAT的“新的”脂肪組織，對其的研究也日益增加。

2 PVAT免疫微環(huán)境與血管功能

免疫細胞與其分泌的細胞因子相互作用共同構成免疫微環(huán)境。生理狀態(tài)下，PVAT具有促進血管平滑肌舒張、促進內(nèi)皮細胞增生和誘導新生血管形成等功能。而在多種血管疾病中，功能紊亂的PVAT可以導致血管平滑肌舒縮障礙和內(nèi)皮細胞功能紊亂。該過程由脂肪因子和PVAT中活化的炎癥細胞釋放的細胞因子所共同介導，其中瘦素、脂聯(lián)素、IFN-γ、IL-17、IL-6和TNF-α等在此過程中發(fā)揮關鍵作用[19]。

2.1PVAT免疫微環(huán)境與血管內(nèi)皮細胞的功能 γ干擾素(IFN-γ)由T細胞、NK細胞等產(chǎn)生，可以活化單核/巨噬細胞系統(tǒng)并促進免疫細胞向促炎表型的轉化。除此之外，體外研究及IFN-γ-/-小鼠體內(nèi)實驗均證實，IFN-γ會損害內(nèi)皮依賴性舒張反應[20]。而在趨化因子RANTES敲除的高血壓動物模型中，T細胞和NK細胞等在PVAT中的浸潤降低，使內(nèi)皮依賴性舒張反應下降，而對內(nèi)皮非依賴性舒張反應無影響[6]。

IL-6可由巨噬細胞、T細胞、DC細胞和管周脂肪細胞產(chǎn)生，能夠直接作用于內(nèi)皮細胞[21]。其通過NO-cGMP信號通路增加超氧化物的產(chǎn)生，誘導內(nèi)皮功能紊亂[22]，而IL-6基因敲除能夠明顯減輕繼發(fā)性血管功能紊亂[23]。另外，IL-6對Th17細胞分化也是必需的[24]，后者是另一種對內(nèi)皮和VSMC具有強烈促炎作用的T細胞亞群。

IL-17是內(nèi)皮細胞的激活因子之一，可以促進黏附分子的表達[25]。內(nèi)皮細胞產(chǎn)生的一氧化氮(NO)在調(diào)節(jié)血管擴張及內(nèi)皮細胞功能中發(fā)揮重要作用。IL-17A 激活RhoA/Rho 激酶，并促進內(nèi)皮細胞NO合成酶(eNOS)抑制位點Thr495的磷酸化，導致NO產(chǎn)生減少，內(nèi)皮功能受損[26]。IL-17A與TNF-α具有協(xié)同作用，上調(diào)許多靶基因，特別是IL-6的表達，共同調(diào)節(jié)炎癥反應[27]。

表1 白色脂肪、棕色脂肪和管周脂肪的主要區(qū)別

Tab.1 Key differences between WAT,BAT and PVAT

WATBATPVATDistribution[8]Subcutaneous,visceralNewborn′s shoulder,neckAround vesselsCell morphology[9,10]largersmallersmallerOrigin[7,8]Pdgfr-α Myf5+SM22α+Major function[7,11]Store energyHeart productionRegulation,Heart production UCP-1[9]+/++++/+++++(+)/++(+)Markers[7,9,12]PPAR-γ,PLIN1,HOXC8,TLE3,C/EBPα,Rb,RIP140,APOL7C,DAPL1,SNCG,STAP1,GRAP2,MESTZIC1,LHX8,EVA1,EPSTI1,PRDM16,CIDEA,SCL27A2,COX7A1,CPT1B,KNG2m,ACOT11,BMP7Similar to BAT

2.2PVAT免疫微環(huán)境與血管平滑肌的功能 管周脂肪釋放的炎癥細胞因子參與調(diào)節(jié)平滑肌細胞收縮、增殖和遷移等過程[28]。

與其在內(nèi)皮細胞中的作用類似，IL-6通過AngⅡ介導的途徑顯著增加VSMC中ROS的產(chǎn)生[29]。對C57BL6小鼠的IL-6體內(nèi)干預實驗表明其可以增加血管AT1受體的表達并介導內(nèi)膜肥大[23]。此外，IL-6還在VSMC遷移和增殖過程中發(fā)揮作用[30]。

IL-17受體也存在于VSMC上[31]。IL-17A通過p38 MAPK依賴性途徑誘導膠原蛋白Ⅰ、Ⅲ和Ⅴ的mRNA表達，導致膠原沉積和主動脈順應性喪失[32]。經(jīng)AngⅡ處理的IL-17A-/-小鼠血管通過合成超氧化物和纖維化維持血管正常功能[33]。IL-17A還可與TNF-α協(xié)同作用，增加人主動脈平滑肌細胞中趨化因子CCL8、CSF3、CXCL2和CCL7的表達[33]。IFN-γ也可以直接誘導VSMC增殖以及細胞凋亡[34，35]。此外IFN-γ也通過上調(diào)人主動脈平滑肌細胞中NOXs的表達和活性而影響超氧化物的產(chǎn)生[36]。

在馬來西亞施工，部分工作必須是取得了政府部門許可的資格證書的人員才可從事的。HSSE部門先后組織了多次起重工（Rigger Signalman）、起重監(jiān)督員（Lifting Supervisor）、急救員（First Aid，CPR & AED）、受限空間作業(yè)員（Authorised Entrant & Standby Person）、油氣安全施工證（Oil and Gas Safety Passport）的取證培訓。

如前所述，PVAT對血管功能的影響也依賴于脂肪因子的表達和釋放。其中脂聯(lián)素具有廣泛的抗炎作用，而瘦素有促炎作用[37]，二者的動態(tài)平衡對調(diào)節(jié)血管免疫微環(huán)境至關重要。研究發(fā)現(xiàn)，TNF-α、IL-6和IL-17A等促炎細胞因子可以抑制脂聯(lián)素的合成[38]，同時IL-17A和TNF-α可以增加瘦素的合成[39]。一方面，瘦素可以直接作用于VSMC與內(nèi)皮細胞，促進NO的產(chǎn)生，使血管擴張；另一方面瘦素可以通過影響白細胞趨化性、氧自由基的釋放、VSMC增生以及黏附分子在內(nèi)皮細胞和VSMC上的表達來發(fā)揮間接的調(diào)節(jié)作用。此外，PVAT的抵抗素表達水平也相對較高，抵抗素上調(diào)黏附分子VCAM-1和ICAM的表達，誘導內(nèi)皮細胞合成并分泌CCL2以及內(nèi)皮素-1，從而導致內(nèi)皮免疫微環(huán)境紊亂[40]。IL-1β、IL-6和TNF-α等炎癥細胞因子可以上調(diào)抵抗素基因的表達[41]。此外，PVAT中免疫微環(huán)境紊亂的脂肪細胞可以產(chǎn)生高水平的趨化因子MCP-1、IL-8和IL-6，進一步激活PVAT的炎癥反應。

3 PVAT免疫微環(huán)境改變與血管疾病

3.1PVAT免疫微環(huán)境改變與動脈粥樣硬化 冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(冠心病)對人類健康的危害極大，2017年發(fā)表在《Lancet》上的研究指出，2016年全球冠心病死亡人數(shù)超過940萬，在264個單病種死因中排首位[42]。我國學者周脈耕在《Lancet》發(fā)表的臨床流行病學研究也表明冠心病是目前中國人群第二位死亡原因[43]。而動脈粥樣硬化(Atherosclerosis，AS)是導致冠心病發(fā)生、發(fā)展的主要原因，對PVAT的研究有助于更好地闡明動脈粥樣硬化的發(fā)生機制，以期控制疾病的進展。

血管炎癥在AS發(fā)生和進展中的作用已經(jīng)得到了廣泛印證[44]，特別是炎癥與內(nèi)膜增生和動脈粥樣硬化斑塊形成之間的相互作用。但是，對于動脈粥樣硬化，只關注動脈本身的炎癥顯然有失偏頗。由于PVAT與血管外膜聯(lián)系密切，而且從解剖學的角度二者沒有明確的邊界，因此PVAT的作用也十分重要。

已有研究表明，管周脂肪的炎癥反應在AS的不同時期均發(fā)揮著重要作用[45]。在動脈粥樣硬化模型小鼠(ApoE-/-或LDL-R-/-)中，管周炎癥發(fā)生的時間早于粥樣斑塊形成，甚至早于內(nèi)皮的損傷[45]。在管周炎癥過程中，ApoE-/-小鼠PVAT促炎細胞因子如IL-1和IL-6的釋放增加[46]，此外，血管周圍炎癥也與某些趨化因子的增加相關，如MCP-1、巨噬細胞炎癥蛋白1-α(MIP-1α)和調(diào)節(jié)活化正常T細胞表達與分泌的趨化因子(Regulated upon-activation normal T cell expressed and secreted,RANTES)等[47-49]。而且，頸動脈管周脂肪移植可以通過外膜炎癥反應和血管再生誘導LDL-R-/-動物的血管重構[47]。而血管內(nèi)皮損傷也可以顯著上調(diào)PVAT內(nèi)MCP-1、TNF-α、IL-6和纖溶酶原激活物抑制劑-1(PAI-1)等促炎因子的表達并下調(diào)抗炎脂肪因子如脂聯(lián)素的表達[50]。

同時，免疫細胞也在發(fā)揮著不同的作用。在ApoE-/-小鼠的AS過程中，巨噬細胞、T細胞和樹突狀細胞遷移進入血管外膜和脂肪組織[51]，并且其浸潤程度與炎癥持續(xù)時間和病變面積相關[48]。在動脈硬化的早期階段，外膜內(nèi)就出現(xiàn)T細胞的浸潤，但此時細胞分布較為分散[51]，而在后期，浸潤的細胞聚集、成團，形成結構復雜的外膜三級淋巴器官(Tertiary lymphoid organ，TLO)[52]。TLO是由于慢性炎癥導致免疫細胞聚集成團形成的異位淋巴樣結構。據(jù)報道，它們可以存在于慢性同種異體移植排斥、動脈粥樣硬化、肺動脈高壓和慢性阻塞性肺疾病患者的血管周圍[52]。而且，TLO的形成是可逆的，當施加干預治療或炎癥消退后即消失[53]。

最近有研究發(fā)現(xiàn)，該過程中平滑肌細胞來源的IL-17C通過促進管周Th17細胞浸潤發(fā)揮促動脈粥樣硬化的功能。IL-17C-/-ApoE-/-小鼠主動脈免疫細胞浸潤減少[54]。另外，外膜中的部分T細胞能夠產(chǎn)生促炎因子IL-17A，IL-17A表達下調(diào)可導致巨噬細胞浸潤下降和動脈粥樣硬化程度的減輕。

免疫組化也顯示，與高膽固醇喂養(yǎng)的野生小鼠相比，ApoE-/-小鼠和LDL-R-/-小鼠PVAT巨噬細胞和T細胞浸潤均明顯增加[55]。與此一致，Yamashita等[56]發(fā)現(xiàn)外膜中的巨噬細胞通過作用于基質(zhì)和平滑肌細胞參與動脈粥樣硬化的血管重構過程，但內(nèi)膜無此現(xiàn)象。除此之外，在人類的AS中，人們還發(fā)現(xiàn)血管病灶周圍的巨噬細胞向M2型極化[57]，但其具體功能仍有待進一步研究。

除了巨噬細胞和T細胞，另一重要組分——肥大細胞也發(fā)揮其重要功能[58]。在斑塊進展期，活化的肥大細胞在動脈外膜募集并促進巨噬細胞凋亡和微血管通透性增加[59]。此外，管周肥大細胞活化也促進單核細胞以CXCR2和VCAM1依賴性方式黏附[60]。

動脈粥樣硬化中PVAT炎癥的分子機制尚不清楚。有研究報道信號傳導和轉錄激活因子4(STAT4)在脂肪細胞和免疫細胞中都有表達，并可能參與PVAT炎癥。有研究表明在ApoE-/-小鼠和胰島素抵抗的肥胖大鼠中STAT4基因的敲除可抑制動脈粥樣硬化的進展過程和PVAT的炎癥反應[61，62]。與ApoE-/-STAT4-/-小鼠相比，ApoE-/-小鼠PVAT中有較多的CD45+細胞和CD8+T細胞，而內(nèi)臟脂肪無此差異。在ApoE-/-STAT4-/-小鼠中，PVAT炎癥水平的降低亦與趨化因子CCL5、CXCL10、CX3CL1和TNF-α的表達下降相關。此外，STAT4-/-會導致AS模型小鼠PVAT中的巨噬細胞向產(chǎn)生IL-10和IL-4等的抗炎型分化，而總數(shù)目保持不變[61]。另外，使用四氫生物喋呤可經(jīng)內(nèi)皮細胞信號轉導通路顯著降低AS斑塊和血管外膜白細胞的浸潤[63]。而相關機制的探索也印證了上述研究，如血管保護性化合物Mas受體激動劑通過降低PVAT中趨化因子的表達和免疫細胞的募集來預防AS[45]。

3.2PVAT免疫微環(huán)境改變與高血壓 高血壓的發(fā)病與腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(Renin-angiotensin-aldosterone system,RAAS)的活化和血管氧化應激的增加有關。血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)和活性氧(Reactive oxygen species,ROS)在血管炎癥的發(fā)生和進展中都起著至關重要的作用[64]。高血壓血管炎癥最早發(fā)生于PVAT和PVAT/外膜邊界內(nèi)[65]。除腎素外，幾乎所有的RAS系統(tǒng)成分都在PVAT中表達[66]，并在調(diào)節(jié)高血壓血管周圍炎癥中起關鍵作用。其中AngⅡ增加循環(huán)中活化的T細胞百分比，活化的T細胞隨后聚集在病變部位的PVAT，誘發(fā)炎癥并促進血管功能紊亂。AngⅡ還可誘導T細胞向Th1表型的轉化，產(chǎn)生IFN-γ[67]。還有研究發(fā)現(xiàn)AngⅡ誘導的高血壓與PVAT中B細胞的活化增加相關，該過程還與血清和主動脈外膜IgG2b與IgG3抗體沉積升高相關，并且降低B細胞的數(shù)量可以控制高血壓[68]。

慢性氧化應激促進高血壓血管炎癥。高血壓中，PVAT內(nèi)ROS信號通路較為復雜，包括NADPH、內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)和抗氧化酶等多個關鍵組分[69]。PVAT來源的ROS可以通過清除eNOS或通過管周炎癥來誘導內(nèi)皮功能障礙[70]。而在PVAT和外膜浸潤的巨噬細胞通過NOX2 NADPH氧化酶釋放自由基[71]。巨噬細胞產(chǎn)生多種細胞因子，如IL-6、IFN-γ和TNF-α，改變血管平滑肌和PVAT的生物學功能。另一方面，p47phox、NOX1和NOX4等NADPH氧化酶組分敲除的小鼠內(nèi)皮損傷和高血壓嚴重程度明顯降低[72]，而平滑肌靶向過表達p22phox(NADPH催化亞基)小鼠的血管超氧化物產(chǎn)生增加，使PVAT中白細胞總數(shù)升高，并促進了血管功能障礙的發(fā)生[73]。

研究發(fā)現(xiàn)，對高血壓小鼠模型，外源調(diào)節(jié)性T細胞(Tregs)可以減輕單核/巨噬細胞和T淋巴細胞在管周脂肪的浸潤，改善血管功能紊亂，降低血壓[74]。Treg細胞在PVAT 中占比較少，但功能非常重要。其以高表達CD25為特征，并表達叉頭轉錄因子(FOXP3)，通過釋放抑炎細胞因子(IL-10和TGF-β等)維持免疫穩(wěn)態(tài)，防止過度的免疫應答[75]。

研究還發(fā)現(xiàn)，在肥胖誘導的高血壓中，免疫細胞主要浸潤在大血管和阻力血管的PVAT內(nèi)，如主動脈和腸系膜動脈。而且在非肥胖誘導的高血壓中，相同部位免疫細胞的浸潤要輕得多[76]。

3.3PVAT免疫微環(huán)境改變與動脈瘤 腹主動脈瘤(Abdominal aortic aneurysm，AAA)是一種炎癥性疾病，與主動脈壁和PVAT的細胞組成發(fā)生顯著變化有關。 動脈瘤常常形成在動脈粥樣硬化的基礎上。研究發(fā)現(xiàn)，許多炎癥細胞，例如嗜中性粒細胞、巨噬細胞、T細胞、B細胞和肥大細胞參與AAA的形成[77，78]，且在PVAT、管壁和腔內(nèi)血栓中均可觀察到[79]，它們明顯增加了AAA形成的易感性[80]。另外，TLR4或髓系分化因子88(MyD88)表達下調(diào)可減少血管周圍炎癥和AAA形成[81]。除了促進全身炎癥外，PVAT中的白細胞能產(chǎn)生多種蛋白酶，包括促進主動脈壁平滑肌細胞降解的組織蛋白酶[82]，從而導致動脈壁破壞以及動脈瘤的發(fā)生。

總之，PVAT炎癥是血管病變的一個重要特征，其在不同疾病間存在著許多相似之處，但也存在重要差異。在動脈粥樣硬化中，血管周圍的免疫細胞浸潤相對迅速，而且形成獨特的外膜三級淋巴器官，在高血壓中T細胞和B細胞浸潤分布則更加分散。而巨噬細胞浸潤PVAT在動脈粥樣硬化中比在高血壓中更為明顯。動脈瘤是迄今為止唯一在PVAT明確觀察到的外膜ATLO結構的人類疾病，這可能與動脈瘤發(fā)生時通常已經(jīng)存在晚期動脈粥樣硬化有關。

4 結語

管周脂肪是血管炎癥發(fā)生的地點，是血管疾病進展的前哨站，賦予了其在血管功能調(diào)節(jié)中重要的作用，而且這種作用是雙重的。一方面，PVAT維持管周免疫微環(huán)境穩(wěn)態(tài)的作用已被證實，這也詮釋了一個理念，那就是“fat is not always bad”；然而另一方面，PVAT也在某些情況下發(fā)生以保護性功能喪失為特征的功能紊亂，這不僅與脂肪因子相關，后來普遍認為炎癥反應是該過程的主導。在炎癥反應中，血管周圍脂肪細胞去分化，不再主要行使脂質(zhì)儲存功能，而是成為代謝活躍的分泌器官，產(chǎn)生促炎細胞因子和趨化因子，參與心血管疾病的炎癥進程。該過程與許多疾病，如高血壓、動脈粥樣硬化、動脈瘤和糖尿病等密切相關。更為重要的是，PVAT表型變化所導致的脂滴包被蛋白的丟失會引起原發(fā)性高血壓和血管功能紊亂，亦伴有顯著的炎性細胞浸潤[83]。種種研究表明，PVAT對管周免疫微環(huán)境的調(diào)節(jié)在血管功能紊亂的進展中起著關鍵作用，是血管疾病惡性循環(huán)中的關鍵一環(huán)。然而，這一領域的研究還有很長的路要走，很多關鍵的問題仍待解決，比如管周炎癥怎樣影響血管的功能和重構？PVAT僅僅是外膜炎癥的始發(fā)點，還是說它也調(diào)節(jié)血管內(nèi)膜和中膜層？現(xiàn)在可以看到的是，PVAT參與調(diào)節(jié)管周免疫微環(huán)境，PVAT炎癥是一個緊密調(diào)節(jié)的過程，它發(fā)生在血管疾病的早期，也是未來治療的一個關鍵靶點。