內(nèi)皮祖細(xì)胞在血管新生及相關(guān)疾病中的作用

孫莉莉，李文東，李曉強(qiáng)，江旭東，焦健

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

血管新生與多種生理和病理過(guò)程密切相關(guān)，已成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。在成年個(gè)體中，血管發(fā)生、血管形成和動(dòng)脈形成3種血管新生方式相互作用協(xié)調(diào)人體血管系統(tǒng)[1]。然而，當(dāng)血管新生發(fā)生失衡，則導(dǎo)致相關(guān)疾病的發(fā)生和發(fā)展。因此，調(diào)控血管新生將為血管新生失衡所致的疾病的防治帶來(lái)曙光。近年來(lái)，血管新生療法是世界醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題，以血管新生為靶點(diǎn)的治療方法，將為臨床疾病，特別是腫瘤和血管疾病的預(yù)防和診治提供新的契機(jī)和思路。

干細(xì)胞治療作為新興的科學(xué)技術(shù)，是一種富有前景的治療措施[2]。內(nèi)皮祖細(xì)胞（endothelial progenitor cells，EPC）具有自我增殖和多向分化潛能，并可分化為血管內(nèi)皮細(xì)胞，不僅參與胚胎時(shí)期血管新生，同時(shí)也在成人血管新生發(fā)揮關(guān)鍵作用。EPC可刺激血管新生和損傷血管的修復(fù)，其數(shù)量反映了內(nèi)皮細(xì)胞的狀態(tài)、內(nèi)皮損傷和/或修復(fù)的可能性[3-6]。因此，以EPC為靶點(diǎn)的干預(yù)治療措施將為血管新生及其相關(guān)疾病提供高效安全的、很有潛力的治療新方法[7-11]。

1 EPC 的發(fā)現(xiàn)和功能

EPC是Asahara等[12]在1997年從成人外周血中首次分離出來(lái)的、可分化為成熟內(nèi)皮細(xì)胞的多能細(xì)胞，命名為EPC。隨后，發(fā)現(xiàn)骨髓來(lái)源的循環(huán)EPC也可增殖并分化為內(nèi)皮樣細(xì)胞，形成新血管。EPC可存在于臍血、外周血、心臟、胎兒肝臟、血管、骨胳肌及脂肪組織等。臍血和外周血中的EPC均來(lái)源于骨髓。因此，目前普遍認(rèn)為EPC主要來(lái)源于骨髓。

EPC分為早期EPC和晚期EPC，它們具有不同的標(biāo)志物，這些標(biāo)志物也可能反映其在細(xì)胞的不同階段中具有不同的生長(zhǎng)特征和功能。早期EPC表達(dá)CD34、VEGFR2和CD133，呈紡錘樣形態(tài)，具有不增值或低增殖特征，生長(zhǎng)在2～3周時(shí)達(dá)高峰，約4周時(shí)開(kāi)始死亡，分泌多種血管生成因子、抗血管生成因子等，主要通過(guò)旁分泌作用促血管新生。此外，這些生長(zhǎng)因子或細(xì)胞因子還可以減緩成熟內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，進(jìn)一步增強(qiáng)血管新生能力。而晚期EPC表面主要表達(dá)CD34和VEGFR2，不表達(dá)CD133，呈鵝卵石樣或鋪路石樣形態(tài)，具有較高的增殖能力，常在2～3周后出現(xiàn)，4～8周時(shí)生長(zhǎng)活躍，可維持長(zhǎng)達(dá)12周，完全由CD14-亞群發(fā)育而來(lái)[13]。晚期EPC也參與成血管作用，可直接參與血管修復(fù)。目前，針對(duì)EPC的鑒定在不斷完善，現(xiàn)普遍認(rèn)為主要是根據(jù)細(xì)胞形態(tài)，流式細(xì)胞術(shù)鑒定細(xì)胞表面標(biāo)志物CD34、VEGFR2和CD133以及免疫熒光雙陽(yáng)性染色的方法檢測(cè)EPC吞噬乙?；兔芏戎鞍祝╝cLDL-DiI）和結(jié)合荊豆凝集素（UEA-1-FITC）。隨著對(duì)EPC研究的深入，其已成為再生醫(yī)學(xué)的焦點(diǎn)，在血管組織工程和細(xì)胞療法中展現(xiàn)出遠(yuǎn)大的前景[14]。

2 EPC 參與血管新生的機(jī)制

EPC在缺血組織和腫瘤的血管新生中發(fā)揮重要作用，不僅可整合入缺血組織，參與新血管的形成從而改善血供，而且可通過(guò)減輕血管修復(fù)時(shí)內(nèi)膜的增厚抑制不良的血管重構(gòu)、減輕缺血狀態(tài)[15]。EPC參與調(diào)控血管形成的過(guò)程是復(fù)雜的，主要?dú)w納四個(gè)方面：動(dòng)員、招募和分化，血管新生，血管重構(gòu)和炎癥，這四個(gè)方面相互聯(lián)系又有所區(qū)別，協(xié)同促進(jìn)血管新生。

2.1 EPC 的動(dòng)員、招募和分化

在正常生理狀態(tài)下，循環(huán)中的EPC數(shù)量很少，大部分位于骨髓中且處于靜止?fàn)顟B(tài)。然而，當(dāng)組織損傷或組織缺血、多種細(xì)胞因子、藥物和運(yùn)動(dòng)等因素刺激下，骨髓中EPC動(dòng)員，釋放入外周血，進(jìn)而增殖、遷移、歸巢入損傷部位，參與組織修復(fù)，促進(jìn)血管新生和血管修復(fù)，維持機(jī)體的動(dòng)態(tài)平衡。在此過(guò)程中，各種生長(zhǎng)因子如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（FGF）等在EPC動(dòng)員過(guò)程中發(fā)揮重要作用。此外，某些藥物可調(diào)控EPC的動(dòng)員，如他汀類(lèi)藥物、促紅細(xì)胞生成素促進(jìn)骨髓EPC動(dòng)員至外周血，并通過(guò)PI3K/Akt信號(hào)通路刺激造血前體細(xì)胞分化為EPC，提高患者循環(huán)EPC數(shù)量[16-17]。奧美沙坦通過(guò)PI3K/Akt/eNOS信號(hào)通路有效促進(jìn)頸動(dòng)脈粥樣硬化患者EPC的動(dòng)員，改善其功能[18]。雌激素誘導(dǎo)EPC的增殖、遷移和動(dòng)員。此外，microRNA-126（miR-126）可通過(guò)降低血管細(xì)胞黏附分子1（VCAM-1）的表達(dá)增強(qiáng)EPC的動(dòng)員[19]。另外，運(yùn)動(dòng)也能促進(jìn)骨髓EPC動(dòng)員進(jìn)入外周血，使循環(huán)EPC數(shù)量增加。

EPC的歸巢過(guò)程是復(fù)雜的，需要整合素、趨化因子及其受體等多種因子的相互作用。其中SDF-1/趨化因子受體（CXCR4）軸在EPC的動(dòng)員過(guò)程中具有重要作用[20]。在缺氧狀態(tài)下，低氧誘導(dǎo)因子（HIF-1α）上調(diào)SDF-1，SDF-1唯且只能與CXCR4結(jié)合，使CXCR4陽(yáng)性EPC歸巢增加。而且阻斷SDF-1或CXCR4可導(dǎo)致EPC的歸巢和血管新生受損，這說(shuō)明SDF-1/CXCR4在EPC歸巢和血管新生中具有關(guān)鍵作用。此外，剪切力誘導(dǎo)的選擇素和整合素家族黏附分子的上調(diào)可促進(jìn)EPC向損傷血管內(nèi)皮處募集進(jìn)而參與內(nèi)皮修復(fù)。在這一過(guò)程中，P-選擇素、P-選擇素糖蛋白配體1、E-選擇素、細(xì)胞間黏附分子1（ICAM-1）、VCAM-1和淋巴細(xì)胞功能相關(guān)的抗原1等多種因子協(xié)調(diào)作用。研究發(fā)現(xiàn)，高糖、吸煙等多種因素可能損傷EPC的歸巢和成血管過(guò)程，而茶和含有咖啡因的咖啡提高循環(huán)EPC水平，增強(qiáng)血管新生和內(nèi)皮修復(fù)。

EPC不僅可分化為內(nèi)皮細(xì)胞，還可分化為平滑肌細(xì)胞、骨骼肌細(xì)胞和心肌細(xì)胞等。EPC的分化過(guò)程中主要表現(xiàn)為其特異性表面標(biāo)志物CD133等的喪失，同時(shí)其他細(xì)胞表面標(biāo)志物出現(xiàn)，并伴隨細(xì)胞形態(tài)和功能變化。其分化主要與黏附分子及微環(huán)境相關(guān)。研究[21]發(fā)現(xiàn)PPAR7受體激動(dòng)劑可促進(jìn)EPC分化為內(nèi)皮細(xì)胞，卻抑制其向平滑肌細(xì)胞分化，這主要與eNOS的上調(diào)有關(guān)。此外，二甲雙胍、骨形態(tài)發(fā)生蛋白9（BMP-9）、硬度等也參與調(diào)控EPC的分化。

2.2 EPC 調(diào)控血管新生

EPC不僅可直接形成血管，還可通過(guò)分化為內(nèi)皮細(xì)胞參與血管新生。其分泌多種細(xì)胞因子和血管生長(zhǎng)因子，對(duì)促進(jìn)血管新生發(fā)揮重要作用。多種因素參與調(diào)控EPC的血管新生，比如阿托伐他丁、白藜蘆醇、柚皮苷、HIF-1、BMP9、TWEAK等增強(qiáng)EPC的成血管能力。研究發(fā)現(xiàn)lncRNAAK131850增強(qiáng)EPC的血管新生，其機(jī)制主要是通過(guò)吸附miR-935p來(lái)增強(qiáng)VEGFA的分泌[22]。此外，lncRNA WTAPP1通過(guò)miR-3120、Akt/mTOR/自噬信號(hào)通路增強(qiáng)MMP1的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)EPC的血管新生[23]。這些結(jié)果提示EPC可作為治療血管新生相關(guān)疾病的靶點(diǎn)。

2.3 EPC 調(diào)控血管重構(gòu)

血管重構(gòu)是正常的血管結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生異常改變導(dǎo)致血管壁厚度、官腔大小、血管面積和功能發(fā)生改變。這一過(guò)程與基質(zhì)金屬蛋白酶、炎癥、內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞等密切相關(guān)。由于EPC可分泌基質(zhì)金屬蛋白酶等多種因子降解基底膜和細(xì)胞間連接蛋白，利于血管重建；又可向平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞分化，因此EPC在血管重構(gòu)中扮演重要角色。骨髓來(lái)源的EPC首先進(jìn)入微循環(huán)，在靜脈中含量較高，參與修復(fù)缺失或受損的內(nèi)皮，增加新生血管形成，進(jìn)而促進(jìn)靜脈血栓處血管重構(gòu)。此外，在動(dòng)脈內(nèi)皮損傷部位，EPC可替代受損的動(dòng)脈內(nèi)皮，抑制內(nèi)膜增生，從而有效恢復(fù)內(nèi)皮功能[24]。研究發(fā)現(xiàn)Apoe-/-小鼠移植EPC后，血管中脂質(zhì)含量增加并且膠原含量減少。此外，EPC和內(nèi)皮細(xì)胞分泌的NO可抑制血管平滑肌細(xì)胞增殖，在一定程度上抑制血管壁增厚。

2.4 EPC 參與炎癥過(guò)程

血管系統(tǒng)與炎癥系統(tǒng)相互作用共同維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)。炎癥標(biāo)志物和EPC的數(shù)量降低均與心血管疾病的發(fā)生密切相關(guān)[25]。EPC分泌抗炎細(xì)胞因子抑制炎癥反應(yīng)，利于促進(jìn)血管新生[26]，并且炎癥反應(yīng)的消減可增強(qiáng)EPC的動(dòng)員和功能。然而過(guò)度或持久的炎癥反應(yīng)則降低循環(huán)EPC的數(shù)量，并導(dǎo)致血栓形成和內(nèi)膜增生等一系列問(wèn)題。此外，級(jí)聯(lián)放大的炎癥反應(yīng)通過(guò)正反饋回路進(jìn)一步損傷血管壁。研究[27]表明通過(guò)注射角叉菜膠引起的急性炎癥反應(yīng)可使EPC數(shù)量減少80%。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明靜脈注射EPC可減少年齡誘導(dǎo)的促炎因子（IFN-γ、IL-1β、IL-6、TNF-α）的表達(dá)，并且增加抗凋亡因子Bcl-2。此外，神經(jīng)突起定向因子1（netrin-1）具有早期抗炎作用，增強(qiáng)EPC的增殖和歸巢、促進(jìn)再內(nèi)皮化；GM-CSF可活化干細(xì)胞，利于EPC修復(fù)血管并減少炎癥反應(yīng)。

3 EPC 與疾病

循環(huán)EPC的數(shù)量和功能易受機(jī)體微環(huán)境的影響，如高糖、高齡、運(yùn)動(dòng)、茶、咖啡、藥物、疾病等。其數(shù)量和功能狀態(tài)可反映機(jī)體狀況、疾病嚴(yán)重程度及預(yù)后情況，其與循環(huán)系統(tǒng)疾病、呼吸系統(tǒng)疾病、免疫系統(tǒng)疾病和腫瘤等疾病密切相關(guān)。

3.1 EPC 與循環(huán)系統(tǒng)疾病

外周血中EPC的數(shù)量和功能在心血管疾病及其危險(xiǎn)因素、動(dòng)脈瘤和外周血管疾病中發(fā)生改變[26-27]，其數(shù)量在嚴(yán)重動(dòng)靜脈畸形中增加，并與疾病進(jìn)展相關(guān)，并且參與動(dòng)脈瘤中新生內(nèi)膜形成和再內(nèi)皮化。調(diào)控EPC對(duì)治療相關(guān)疾病具有重要作用，研究發(fā)現(xiàn)EPC利于改善心衰狀況[28]，在急性冠脈綜合征的診斷、治療和預(yù)后評(píng)估中展現(xiàn)出重要價(jià)值[29]，并可通過(guò)分泌載有miR-126的外泌體促進(jìn)深靜脈血栓機(jī)化再通[30]。最新研究發(fā)現(xiàn)攜有音猬因子（sonic hedgehog，SHH）的微泡通過(guò)提高心?；颊逧PC產(chǎn)生NO來(lái)增強(qiáng)血管新生[31]。阿托伐他丁、TWEAK通過(guò)調(diào)控EPC的動(dòng)員、增殖、血管新生來(lái)改善動(dòng)脈粥樣硬化和血管修復(fù)，敲低CD40的EPC利于治療高血壓。普萘洛爾可通過(guò)降低EPC的血管生成能力來(lái)治療嬰幼兒血管瘤[32]，某些藥物如二甲雙胍等在一定程度上通過(guò)EPC發(fā)揮治療糖尿病的作用，并且糖尿病的改善可進(jìn)一步提高EPC的動(dòng)員。上調(diào)ATP結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白G1（ABCG1）通過(guò)Lyn/Akt/eNOS通路促進(jìn)EPC再內(nèi)皮化，進(jìn)而改善糖尿病小鼠的血管修復(fù)過(guò)程[33]，這表明ATP結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白G1可能是治療糖尿病血管病變的潛在靶點(diǎn)。

3.2 EPC 與免疫系統(tǒng)疾病

類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎（RA）是最常見(jiàn)的炎癥性關(guān)節(jié)疾病，外周血EPC在該類(lèi)患者中數(shù)量降低[34]，但在患病的關(guān)節(jié)中聚集以滿(mǎn)足血管新生的需求。在此過(guò)程中，EPC通過(guò)增強(qiáng)血管新生，進(jìn)一步維持炎癥過(guò)程，利于免疫細(xì)胞的進(jìn)入，從而促進(jìn)疾病進(jìn)展。系統(tǒng)性紅斑狼瘡（SLE）和川崎病患者體內(nèi)EPC數(shù)量降低，并且疾病的發(fā)生與EPC的分化、黏附、遷移和血管新生能力減弱密切相關(guān)。此外，促紅細(xì)胞生成素通過(guò)提高外周血EPC水平促進(jìn)系統(tǒng)性硬化病患者傷口的愈合，對(duì)伴有肺間質(zhì)病的系統(tǒng)性硬化病患者靜脈注射環(huán)磷酰胺可提高EPC的數(shù)量。這些研究為EPC治療免疫系統(tǒng)疾病提供了理論依據(jù)。

3.3 EPC 與呼吸系統(tǒng)疾病

循環(huán)EPC的數(shù)量在嚴(yán)重肺部疾?。宰枞苑渭膊?，限制性肺疾?。┗颊咧袦p少，在急性肺損傷和急性呼吸窘迫綜合征患者中增加，并且與生存率成正相關(guān)。有趣的是EPC在單純肺炎疾病初期增加，治療恢復(fù)8周后減少，并且肺炎28 h后EPC數(shù)量較低的患者后期易出現(xiàn)纖維化病變[35]，這表明EPC利于肺內(nèi)皮修復(fù)，促進(jìn)肺功能正?；?。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)循環(huán)EPC水平在中度急性肺損傷中增加，急性呼吸窘迫綜合征中降低[36]。此外，移植CD34陽(yáng)性的祖細(xì)胞可促進(jìn)肺切除術(shù)后小鼠的血管新生[37]，氣管內(nèi)移植EPC在一定程度上通過(guò)減輕炎癥浸潤(rùn)、減緩細(xì)胞凋亡、抑制蛋白水解酶活性、提高抗氧化活性等途徑減緩小鼠肺氣腫的發(fā)生和肺功能紊亂[38]。

3.4 EPC 與腫瘤

建立新的血管系統(tǒng)是腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵。研究[39]表明，EPC促進(jìn)腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞的初步建立，控制腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移，對(duì)判斷腫瘤對(duì)化療藥物的敏感性具有重要價(jià)值。循環(huán)EPC水平在多種類(lèi)型腫瘤（如非小細(xì)胞肺癌、子宮內(nèi)膜癌、頭頸部鱗狀細(xì)胞癌等）中增高，參與腫瘤血管新生，并且與腫瘤患者生存率相關(guān)。研究表明前胡素通過(guò)抑制EPC的分化和成血管能力來(lái)減弱腫瘤血管新生[40]。以上說(shuō)明EPC可作為腫瘤診斷或預(yù)后的參照指標(biāo)，并且以其為靶點(diǎn)治療腫瘤具有潛在應(yīng)用價(jià)值。

3.5 EPC 與其他疾病

EPC數(shù)量和功能在子癇前期胎盤(pán)和胎兒降低，這可能與臍血可溶性fms樣酪氨酸激酶1（sFlt-1）的水平增加相關(guān)[41]。在腎臟疾病中，氧化產(chǎn)物等毒素的積累不利于EPC的功能，而且血液透析患者中EPC減少但不影響平滑肌祖細(xì)胞，這使內(nèi)皮再生能力受損，平滑肌祖細(xì)胞參與不良的血管重構(gòu)，糾正尿毒癥環(huán)境可增加終末期腎病的EPC數(shù)量。在氧誘導(dǎo)的大鼠視網(wǎng)膜病變中，EPC數(shù)量減少，由于EPC在缺血性視網(wǎng)膜血管重建中具有很大的潛力，因此，EPC移植可作為一種有效的潛在治療方法。

4 應(yīng)用前景

EPC通過(guò)多種途徑在血管新生中發(fā)揮重要作用，并在相關(guān)疾病的診斷、治療和/或預(yù)后評(píng)估中展現(xiàn)出潛在的臨床應(yīng)用價(jià)值，已成為醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)和臨床應(yīng)用的有效靶點(diǎn)。然而，EPC的相關(guān)研究大多停留在分子、細(xì)胞和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中，臨床研究和臨床應(yīng)用尚不充分。因此，EPC的臨床應(yīng)用存在一定的阻礙，主要由于EPC易受多種因素的影響及患者所患疾病的復(fù)雜性，其作為疾病標(biāo)志物需進(jìn)一步分析；此外，其參與疾病的機(jī)制多種多樣，因此，以EPC為靶點(diǎn)進(jìn)行干預(yù)治療的患者有限；其次，在各種疾病中EPC治療的劑量和時(shí)間尚不明確，這可降低其療效或產(chǎn)生較大的副作用。綜上所述，EPC應(yīng)用于臨床具有一定挑戰(zhàn)性，深入研究其在相關(guān)疾病發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的分子機(jī)制、更多地進(jìn)行臨床研究，將開(kāi)啟EPC為靶點(diǎn)的干預(yù)措施，具有可觀的臨床應(yīng)用價(jià)值。