內(nèi)皮細(xì)胞在缺血性心臟病及心力衰竭中的作用

牛宇，張麗暉，王靜，秦俊楠

(山西醫(yī)科大學(xué)附屬白求恩醫(yī)院綜合醫(yī)療科，太原 030000)

心血管疾病的發(fā)病率和死亡率逐年攀升，我國每年約有300萬人死于此類疾病。缺血性心臟病和心力衰竭是其中重要的組成部分，了解疾病的病理機(jī)制有助于早期實(shí)施醫(yī)療干預(yù)，改善預(yù)后。內(nèi)皮細(xì)胞在人體心血管系統(tǒng)中廣泛分布，在維持生理穩(wěn)態(tài)中起重要作用。近年來研究發(fā)現(xiàn)，病理狀態(tài)下內(nèi)皮細(xì)胞可以促進(jìn)缺血性心臟病和心力衰竭的病情進(jìn)展。關(guān)注并探究內(nèi)皮細(xì)胞在心血管疾病中的作用機(jī)制及靶點(diǎn)，有望為此類疾病提供新的診療思路。本文就內(nèi)皮細(xì)胞在缺血性心臟病和心力衰竭中的作用進(jìn)行闡述。

1 內(nèi)皮細(xì)胞

1.1 內(nèi)皮細(xì)胞生理特點(diǎn)

內(nèi)皮細(xì)胞為鵝卵石狀單層扁平上皮細(xì)胞，襯貼在心、血管和淋巴管腔面，在不同組織中表現(xiàn)出相應(yīng)的器官適應(yīng)性，即具備特異的形態(tài)及功能。例如，內(nèi)皮細(xì)胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中形成血腦屏障，在子宮中表達(dá)雌激素受體，在血管系統(tǒng)則具備不同程度的出芽能力[1]。

心臟中主要為心內(nèi)膜內(nèi)皮細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞。前者位于心腔內(nèi)側(cè)， 而后者位于心肌致密層。

二者分別表達(dá)不同的特異性標(biāo)志物，其中，apelin、細(xì)胞質(zhì)1等為心內(nèi)膜內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志物，酸性結(jié)合蛋白4為血管內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志物[2-5]。內(nèi)皮細(xì)胞是人體血管系統(tǒng)的核心部分，在人體生理穩(wěn)態(tài)中起到保障運(yùn)輸、控制血管通透性和調(diào)節(jié)血管張力的重要作用[1]，其損傷、過度活化和功能障礙是許多心血管疾病的病因之一。

1.2 內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)心血管系統(tǒng)的作用

內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)血流量非常敏感，生理狀態(tài)下可以適應(yīng)不同的血流量條件并對(duì)其進(jìn)行反應(yīng)性調(diào)節(jié)，這一功能逐步喪失往往意味著內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙，并且與心血管疾病的不良預(yù)后相關(guān)[6]。內(nèi)皮細(xì)胞可以分泌內(nèi)皮素，在心肌梗死區(qū)域觀察到的大量中性粒細(xì)胞浸潤現(xiàn)象可能與內(nèi)皮素的促炎癥作用相關(guān)。同時(shí)，內(nèi)皮素也能以旁分泌的方式作用于血管平滑肌細(xì)胞，促使后者收縮，而這一作用在一定程度上可以限制局部炎癥反應(yīng)。內(nèi)皮細(xì)胞還可以分泌內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)，從而升高NO水平，抑制內(nèi)皮素1，并且起到抑制動(dòng)脈粥樣硬化的作用[7]。此外，內(nèi)皮細(xì)胞還可以分泌前列環(huán)素、血栓素A2等多種活性物質(zhì)參與血管生理的調(diào)節(jié)。

2 內(nèi)皮細(xì)胞與缺血性心臟病

2.1 內(nèi)皮細(xì)胞的影響因素

內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)缺氧的耐受性較好，但是對(duì)缺血再灌注損傷敏感，壞死的心肌細(xì)胞和缺氧都可以激活內(nèi)皮細(xì)胞，使其被白細(xì)胞識(shí)別并攻擊[8]。內(nèi)皮細(xì)胞還容易受到氧自由基(reactive oxygen species,ROS)的損害，研究表明，適度的ROS刺激對(duì)細(xì)胞生命活動(dòng)有利，但長期線粒體ROS負(fù)荷可以促使冠狀動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞凋亡[9]。脈動(dòng)層流利于內(nèi)皮細(xì)胞分泌eNOS、維持血清中NO水平，從而抑制內(nèi)皮素1，而湍流及高剪切應(yīng)力可以促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞重塑，打破NO和內(nèi)皮素1的平衡，進(jìn)而促進(jìn)不穩(wěn)定動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成。高血糖也是激活內(nèi)皮細(xì)胞的重要因素，通過TLR2和TLR4/MyD88/NF-kB/AP1等信號(hào)通路導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞糖萼脫落，促進(jìn)白細(xì)胞黏附和增加ROS負(fù)荷，使糖尿病患者更易發(fā)生心血管損害。

2.2 內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)缺血性心臟病的影響

內(nèi)皮細(xì)胞參與了缺血性心臟病病理機(jī)制的多個(gè)環(huán)節(jié)，并對(duì)病情進(jìn)展起到重要作用。心肌梗死區(qū)域微血管灌注不足是決定不良心血管事件的關(guān)鍵因素，而這一過程與內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙密切相關(guān)。由于梗死區(qū)域的局部炎癥作用，內(nèi)皮細(xì)胞屏障功能喪失、糖萼損耗，加之離子泵喪失引起的電解質(zhì)濃度變化，導(dǎo)致血管通透性增加、水腫形成，而局部壓迫作用又進(jìn)一步減少了微血管灌注[10]。此外，在梗死區(qū)域，內(nèi)皮素作用更占優(yōu)勢(shì)，血管活動(dòng)往往表現(xiàn)為過度收縮，進(jìn)一步導(dǎo)致血管重塑、微循環(huán)障礙。當(dāng)冠狀動(dòng)脈粥樣硬化病灶出現(xiàn)斑塊脫落、或接受介入治療后產(chǎn)生微量血栓栓塞時(shí)，這些栓子均可能因黏附分子表達(dá)增加而形成細(xì)胞聚集體，從而進(jìn)一步減少微血管灌注[11]。

在缺血性心臟病中，內(nèi)皮細(xì)胞既是受損靶點(diǎn)，也是促進(jìn)疾病進(jìn)展的始動(dòng)因素。病理狀態(tài)下，內(nèi)皮細(xì)胞促血管生成作用激活導(dǎo)致屏障功能喪失，水腫形成，促炎癥作用激活增加了黏附分子表達(dá)，并引起白細(xì)胞大量浸潤。過多的免疫細(xì)胞浸潤進(jìn)一步對(duì)已受損組織造成二次打擊。內(nèi)皮細(xì)胞合成NO的能力下降進(jìn)一步加重了心臟的血管閉塞。此外，內(nèi)皮細(xì)胞活化有利于血栓形成。

綜上所述，大多數(shù)血管病變始于經(jīng)典內(nèi)皮功能破壞，加之內(nèi)皮細(xì)胞在免疫應(yīng)答中的核心作用，加劇了損傷。因此，有必要在心血管疾病的傳統(tǒng)治療方案中加入靶向性內(nèi)皮細(xì)胞治療。有學(xué)者建議，在足夠的側(cè)支循環(huán)存活的情況下，可以采取心臟保護(hù)性干預(yù)措施來增加危險(xiǎn)區(qū)域的微血管灌注[12]。目前，已有臨床試驗(yàn)顯示內(nèi)皮祖細(xì)胞移植療法在急性腦梗死患者中取得顯著成效[13]。遠(yuǎn)端缺血預(yù)處理也在動(dòng)物模型中體現(xiàn)出了心臟保護(hù)作用，并且涉及內(nèi)皮細(xì)胞的相關(guān)分子機(jī)制研究已取得初步進(jìn)展，這使得內(nèi)皮細(xì)胞成為治療缺血性疾病新的潛在靶標(biāo)。

3 內(nèi)皮細(xì)胞與心力衰竭

3.1 內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化作用

內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化是指內(nèi)皮細(xì)胞失去原有的細(xì)胞形態(tài)及緊密連接和特異性標(biāo)志物，遷移到周圍組織并獲得間質(zhì)細(xì)胞特征形態(tài)，表達(dá)間質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)物的分化過程。間質(zhì)細(xì)胞呈星形或紡錘形，因缺乏細(xì)胞間黏附與緊密連接，可以自由遷移并通過細(xì)胞外基質(zhì)，形成結(jié)締組織并起到器官支持的作用[14],具有多向分化能力，也稱為間充質(zhì)干細(xì)胞。近年來在多種纖維化疾病中均發(fā)現(xiàn)間質(zhì)細(xì)胞具有促進(jìn)成纖維細(xì)胞生成的作用[15]。內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生間質(zhì)轉(zhuǎn)分化后特異性標(biāo)志物表達(dá)發(fā)生改變：內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志物(如VE-鈣粘蛋白、CD31)丟失，間質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物(如波形蛋白、前膠原I、成纖維細(xì)胞特異性蛋白1)表達(dá)上調(diào)[16]。

在心臟發(fā)育過程中，心內(nèi)膜的內(nèi)皮細(xì)胞也發(fā)生了內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化，并進(jìn)一步形成房室墊、瓣膜原發(fā)層及隔膜的基質(zhì)。研究表明，這一過程也為成熟心臟瓣膜提供了多向分化的祖細(xì)胞儲(chǔ)備，特定條件下可以轉(zhuǎn)化為多種細(xì)胞群。內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化可能會(huì)在整個(gè)生命活動(dòng)過程中參與內(nèi)皮細(xì)胞的修復(fù)和補(bǔ)充[17]。

3.2 內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化與心力衰竭

近年來，由于人口年齡結(jié)構(gòu)和生活模式的改變，以及急性心肌梗死存活率顯著升高等因素，全球心力衰竭的發(fā)病率逐年攀升。心力衰竭始于心肌損傷，導(dǎo)致病理性重塑，最終多種神經(jīng)-體液機(jī)制激活誘發(fā)直接細(xì)胞毒性，引起心肌纖維化，導(dǎo)致心力衰竭。成纖維細(xì)胞通過促進(jìn)心室重構(gòu)，加速心肌梗死后心肌細(xì)胞功能喪失，在心肌纖維化及心力衰竭中起到重要作用。而內(nèi)皮細(xì)胞可以通過內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化參與成纖維細(xì)胞的形成，從而促進(jìn)心室重構(gòu)和心肌纖維化[18]。這一作用可能與內(nèi)皮細(xì)胞多向分化能力、間質(zhì)的相互作用以及復(fù)雜的內(nèi)分泌因子調(diào)節(jié)作用相關(guān)[19]。心肌纖維化的主要介導(dǎo)細(xì)胞為成纖維細(xì)胞。除了常駐間質(zhì)成纖維細(xì)胞外，還可以由骨髓細(xì)胞或上皮細(xì)胞分化而來。Zeisberg等[20]利用譜系分析和免疫熒光雙染技術(shù)確定了內(nèi)皮細(xì)胞通過內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化作用成為心臟成纖維細(xì)胞的來源之一，約占總數(shù)的1/3。并且這一過程在體內(nèi)外均可發(fā)生。隨著相關(guān)研究進(jìn)一步深入，目前可以確定成纖維細(xì)胞是異質(zhì)群體，在纖維化疾病中具有多種來源。此外，內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化不僅參與心肌纖維化，也可能參與狹窄血管中新內(nèi)膜的形成。

心肌纖維化過程會(huì)顯著損害心臟功能，不僅可以直接導(dǎo)致心室壁彈性及收縮力下降，還會(huì)導(dǎo)致心臟電傳導(dǎo)異常。不論何種原因?qū)е碌男募±w維化，均與間質(zhì)中成纖維細(xì)胞過度聚集以及細(xì)胞外基質(zhì)蛋白過量分泌有關(guān)。這些間質(zhì)中的成纖維細(xì)胞，有很大一部分是通過轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor β,TGF-β)依賴性過程由內(nèi)皮細(xì)胞經(jīng)過內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化轉(zhuǎn)化而來[21]。除涉及多種相關(guān)信號(hào)通路外，研究者還觀察到，內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化與表觀遺傳學(xué)關(guān)系密切，DNA甲基化、組蛋白修飾及一些調(diào)控因子有望成為阻斷內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化過程的潛在靶標(biāo)[22]。也有研究表明，慢性腎臟病患者心臟內(nèi)源性Klotho丟失促進(jìn)了TGF-β1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)增強(qiáng)，從而上調(diào)Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，促進(jìn)心肌纖維化[23]，也為阻斷內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化提供了有效途徑。此外，目前已經(jīng)觀察到參與胚胎時(shí)期心內(nèi)膜內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化過程的多種信號(hào)通路與心血管疾病中涉及的信號(hào)通路一致，且在多種心血管疾病(包括心臟瓣膜疾病、心肌梗死、心力衰竭、心內(nèi)膜彈力纖維增生癥、動(dòng)脈粥樣硬化和肺動(dòng)脈高壓)中發(fā)現(xiàn)有內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化參與，例如在動(dòng)脈粥樣硬化中，巨噬細(xì)胞可以促進(jìn)內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化，而這種改變可以影響動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成[24]。

3.3 內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化抑制因子

內(nèi)皮細(xì)胞可以經(jīng)過內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化成為成纖維細(xì)胞，但生理狀態(tài)下這一過程在體內(nèi)受到不同程度的抑制。研究人員觀察到，在缺血性二尖瓣反流中二尖瓣小葉增厚，內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化，同時(shí)二尖瓣內(nèi)皮細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞分泌可溶性因子，分別抑制間質(zhì)細(xì)胞激活以及TGF-β誘導(dǎo)的內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化。骨髓來源的間充質(zhì)干細(xì)胞也能夠抑制TGF-β誘導(dǎo)的瓣膜內(nèi)皮細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)分化，研究者觀察到這種細(xì)胞與間質(zhì)細(xì)胞具有相同的特異性標(biāo)志物。TGF-β以外的許多因素，例如不穩(wěn)定剪切應(yīng)力和振蕩剪切應(yīng)力、TNF-α和白細(xì)胞介素-6(interleukin-6,IL-6)、高糖等均可誘導(dǎo)內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化，但尚未明確間質(zhì)細(xì)胞分泌的這種可溶性因子是否能夠預(yù)防由上述刺激因素所誘導(dǎo)的內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化[25]。有人推測(cè)間質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的可溶性因子可能作用于生長因子的下游，通過刺激成纖維細(xì)胞生長因子(fibroblast growth factor,FGF)受體或下游信號(hào)分子來降低內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)TGF-β的反應(yīng)能力。目前，該分泌因子的性質(zhì)和特性以及它們阻止內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化的機(jī)制尚未明確。

內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化在其他纖維化疾病(如肺纖維化和腎臟纖維化)以及癌癥進(jìn)展期，均表現(xiàn)出誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞形成的作用[26]。明確內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化抑制因子的生化性質(zhì)及作用機(jī)制可能為多種纖維化疾病的治療提供新思路。

4 結(jié)論與展望

綜上所述，內(nèi)皮細(xì)胞在生理及病理狀態(tài)下，都不僅僅表現(xiàn)為靜態(tài)的機(jī)械保護(hù)，而是動(dòng)態(tài)的參與其中并發(fā)揮重要作用。在缺血性心臟病中，內(nèi)皮細(xì)胞不僅是受害者，也是疾病的促發(fā)因素，其免疫作用和促血管生成作用的激活成為疾病進(jìn)展的核心環(huán)節(jié)，并導(dǎo)致惡性循環(huán)。內(nèi)皮細(xì)胞獨(dú)特的內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化作用不僅在心臟發(fā)育和瓣膜修復(fù)中扮演重要角色，更參與了心力衰竭及其他多種纖維化性疾病的形成和進(jìn)展，并且已發(fā)現(xiàn)體內(nèi)存在內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化抑制因子。在未來的研究當(dāng)中應(yīng)進(jìn)一步探討干預(yù)內(nèi)皮細(xì)胞功能的有效靶點(diǎn)，這有望為缺血性心臟病及心力衰竭等纖維化性疾病提供新的治療思路。