血管平滑肌細(xì)胞遷移功能影響因素研究進(jìn)展*

丁祎霖，陳欣怡，王惠穎，金榮豪，高銘唯，徐蘇萱，郭亞楠，陳佳雯 綜述，錢 晶，龔 卉 審校

(浙江省媒介生物學(xué)與病原控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 湖州 313000)

動(dòng)脈狹窄是造成缺血性血管疾病的重要因素之一，其典型病理特征為血管內(nèi)膜增生。血管平滑肌細(xì)胞是血管壁中膜的主要組成細(xì)胞，具有高度可塑性，其在受到諸如血管內(nèi)壁受損、血管張力增加等環(huán)境影響時(shí)細(xì)胞遷移能力顯著增加是血管內(nèi)膜增生的主要原因之一[1-2]，是促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化、血管術(shù)后再狹窄、肺動(dòng)脈高壓等疾病發(fā)生、發(fā)展的病理基礎(chǔ)。研究影響血管平滑肌細(xì)胞遷移的因素對(duì)理解血管重構(gòu)疾病及設(shè)計(jì)相關(guān)藥物具有重要意義。本綜述將重點(diǎn)闡述血管平滑肌細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化、細(xì)胞轉(zhuǎn)分化和干細(xì)胞分化等對(duì)平滑肌細(xì)胞遷移能力影響的最新研究，以及潛在的分子機(jī)制研究進(jìn)展。

1 表型轉(zhuǎn)化對(duì)平滑肌細(xì)胞遷移能力的影響

1.1表型轉(zhuǎn)化概述 血管平滑肌細(xì)胞是一種高度特化的細(xì)胞，正常情況下其主要功能為收縮。正常成熟的血管平滑肌細(xì)胞處于分化狀態(tài)，稱為收縮型平滑肌，呈細(xì)長(zhǎng)紡錘形，內(nèi)有肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白絲，附著在細(xì)胞膜上，縱橫交錯(cuò)穿過(guò)整個(gè)細(xì)胞體，以維持血管正常收縮功能及人體血流和血壓。不同于一旦分化則失去遷移能力的骨骼肌細(xì)胞和心肌細(xì)胞，分化狀態(tài)下的血管平滑肌細(xì)胞保留有可塑性，能在一定條件下可發(fā)生類似逆分化過(guò)程[3]。公認(rèn)的分化型血管平滑肌細(xì)胞表型標(biāo)記物有平滑肌-α-肌動(dòng)蛋白(SM-α-actin)、平滑肌細(xì)胞肌球蛋白重鏈(SM-MHC)、調(diào)寧蛋白(calponin)、鈣調(diào)結(jié)合蛋白(caldesmon)等。在受到如血管內(nèi)皮受損的刺激或者在體外培養(yǎng)時(shí)，分化型血管平滑肌細(xì)胞表型標(biāo)記物表達(dá)減少，形態(tài)從紡錘狀轉(zhuǎn)化為上皮狀，此狀態(tài)下的血管平滑肌細(xì)胞被稱為去分化狀態(tài)或者合成型平滑肌，并重新獲得遷移增殖的能力。這一逆分化的過(guò)程，稱為表型轉(zhuǎn)化(Phenotype Switch)[4]。

正常情況下，血管平滑肌細(xì)胞位于動(dòng)脈血管壁中膜，當(dāng)細(xì)胞凋亡，支架作用或機(jī)械力引起的內(nèi)皮細(xì)胞喪失等原因，致其由分化狀態(tài)轉(zhuǎn)為去分化狀態(tài)時(shí)，平滑肌細(xì)胞大量增殖并從中膜遷移至內(nèi)膜，具體表現(xiàn)為血管壁增厚，管腔狹窄，從而產(chǎn)生病變，導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化、血管術(shù)后再狹窄、肺動(dòng)脈高壓等血管疾病[5]。

血管平滑肌細(xì)胞的遷移能力受其周圍環(huán)境所調(diào)控，包括細(xì)胞外基質(zhì)、生長(zhǎng)因子、肌動(dòng)蛋白等影響因素。

1.2細(xì)胞外基質(zhì) 細(xì)胞外基質(zhì)與血管平滑肌細(xì)胞的分化及遷移關(guān)系密切。BELO等[2]發(fā)現(xiàn)金屬蛋白酶(MMP-2)能夠重塑細(xì)胞外基質(zhì)，顯著降解血管平滑肌細(xì)胞基底膜的Ⅳ型膠原、層粘連蛋白和彈性蛋白，有助于將細(xì)胞從基質(zhì)中分離出來(lái)，遷移至內(nèi)膜并重新排列，并合成新的基底膜成分，產(chǎn)生整合素結(jié)合位點(diǎn)，使平滑肌細(xì)胞與整合素結(jié)合，觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)，以誘導(dǎo)表型轉(zhuǎn)換和持續(xù)遷移。可見(jiàn)細(xì)胞外基質(zhì)的成分發(fā)生改變時(shí)，其對(duì)血管平滑肌細(xì)胞遷移的影響亦發(fā)生了改變。

1.3生長(zhǎng)因子 生長(zhǎng)因子也是促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞發(fā)生表型轉(zhuǎn)化及遷移的因素之一。SCHREIER等[6]發(fā)現(xiàn)血小板衍生生長(zhǎng)因子-BB(PDGF-BB)的刺激可以使平滑肌細(xì)胞處于高度去分化狀態(tài)，并抑制其表型標(biāo)記物SM-α-actin、SM-MHC等的表達(dá)，去除PDGF-BB后，細(xì)胞又能恢復(fù)其原有的表型標(biāo)記物表達(dá)。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β)與表皮生長(zhǎng)因子(EGFR)也有類似的作用[6]。

1.4miRNA miRNA作為一系列分子信號(hào)傳導(dǎo)途徑和病理生理細(xì)胞效應(yīng)的重要轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)因子，也在血管平滑肌細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)化和遷移的過(guò)程中扮演了重要角色。在對(duì)其的研究中，SUN等[7]發(fā)現(xiàn)miR-19a能通過(guò)介導(dǎo)MMP/α-SMA/SM22α信號(hào)通路及cyclinD1/CDC 25A信號(hào)通路促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞的遷移、侵襲能力；ALSHANWANI等[8]發(fā)現(xiàn)miR-21的過(guò)度表達(dá)推動(dòng)了血管平滑肌細(xì)胞向合成型的轉(zhuǎn)化；ZHANG等[9]發(fā)現(xiàn)miR-145通過(guò)Krüppel樣因子-5(KLF5)和促血管平滑肌細(xì)胞分化因子(myocardin)調(diào)節(jié)了血管平滑肌細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)化；WANG等[10]發(fā)現(xiàn)miR-193a-3p的過(guò)度表達(dá)和耗竭分別增強(qiáng)和抑制了VSMC的增殖和遷移，是主動(dòng)脈夾層發(fā)病機(jī)制的關(guān)鍵因素。此外，MA等[11]發(fā)現(xiàn)了miR-29-3p通過(guò)直接靶向細(xì)胞分裂周期7相關(guān)蛋白(CDC7)抑制血管平滑肌細(xì)胞增殖和遷移。

1.5細(xì)胞骨架 細(xì)胞骨架是由微絲、微管和中間絲等聚集在一起的蛋白質(zhì)組成的三維纖維骨架系統(tǒng)，不僅擁有收縮、運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞分裂和生長(zhǎng)，維持細(xì)胞形狀和體內(nèi)平衡，以及抵抗細(xì)胞外力等機(jī)械功能，也可作為分子支架為信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白與miRNA的空間結(jié)構(gòu)和將信息通過(guò)特定受體從細(xì)胞表面?zhèn)鬟f到細(xì)胞核提供支持，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重組可以改變分子表達(dá)和細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，最終調(diào)節(jié)基因表達(dá)和細(xì)胞表型在調(diào)控血管平滑肌細(xì)胞的分化、增殖、遷移中起到關(guān)鍵作用[12]。ZHENG等[13]的研究證實(shí)，在小鼠主動(dòng)脈器官培養(yǎng)的最初幾個(gè)小時(shí)內(nèi)，張應(yīng)力損失引起的肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架降解導(dǎo)致了早期表型調(diào)節(jié)過(guò)程中的血管平滑肌細(xì)胞去分化。此外，骨架蛋白及其結(jié)合蛋白諸如血管緊張素Ⅱ(Ang Ⅱ)、GATA結(jié)合蛋白-6(GATA-6)、Bcl2相關(guān)抗凋亡基因3(BAG3)及Migfilin等，被證實(shí)廣泛參與細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化及后續(xù)平滑肌向內(nèi)膜遷移的過(guò)程[14-17]。

2 轉(zhuǎn)分化對(duì)平滑肌細(xì)胞遷移能力帶來(lái)的影響

轉(zhuǎn)分化(trans-differentiation)是指一種類型的細(xì)胞或組織在某些因素的影響下轉(zhuǎn)變成另一種類型的分化細(xì)胞或組織的現(xiàn)象，特點(diǎn)是細(xì)胞失去了原有的特征和功能，獲得了新的細(xì)胞特征和功能，以此來(lái)適應(yīng)新的環(huán)境并發(fā)揮新的細(xì)胞功能[18]。

在現(xiàn)有的研究中，不僅是血管平滑肌細(xì)胞在受到刺激后發(fā)生表型轉(zhuǎn)化從而獲得遷移能力前往內(nèi)膜，引起血管狹窄病變的增生內(nèi)膜細(xì)胞也來(lái)源于血管的其他組成細(xì)胞，包括成纖維細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等。

2.1成纖維細(xì)胞 成纖維細(xì)胞對(duì)不同程度的細(xì)胞變性、壞死及損傷有著修復(fù)作用。在ZHANG等[19]的研究中，15-羥基二十碳四烯酸(15-HETE)、15-脂加氧酶的含氧代謝物能夠刺激血管外膜中的成纖維細(xì)胞分化為平滑肌細(xì)胞，并獲得遷移能力。具體表現(xiàn)為鏡下暴露于15-HETE的細(xì)胞呈高度拉長(zhǎng)的形態(tài)，且SM-α-actin表達(dá)量增高，沿著應(yīng)力纖維排列，在細(xì)胞創(chuàng)面愈合試驗(yàn)中，15-HETE所刺激的細(xì)胞遷移率顯著增加。這一現(xiàn)象可能是由于15-HETE促進(jìn)信號(hào)傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)和環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)的磷酸化和活化，增強(qiáng)了MMP-2的表達(dá)。

2.2血管內(nèi)皮細(xì)胞 類似的現(xiàn)象也被發(fā)現(xiàn)于血管內(nèi)皮細(xì)胞中。ZHANG等[20]發(fā)現(xiàn)在肺動(dòng)脈高壓中，肺動(dòng)脈壓力的升高是由于持續(xù)的血管收縮和結(jié)構(gòu)重構(gòu)，與肺動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞的遷移與增強(qiáng)擴(kuò)散有著緊密的聯(lián)系。半乳糖凝集素-3(Gal-3)是β半乳糖苷結(jié)合凝集素中的一員，能夠通過(guò)內(nèi)皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EndMT)樣過(guò)程誘導(dǎo)肺動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞(PAECs)向肺動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞(PASMCs)轉(zhuǎn)化，表現(xiàn)為Gal-3刺激下的內(nèi)皮細(xì)胞SM-α-actin、calponin表達(dá)量升高。同時(shí)，Gal-3在缺氧條件下的肺動(dòng)脈高壓動(dòng)物模型的血管內(nèi)膜中高表達(dá)，提示內(nèi)皮細(xì)胞通過(guò)轉(zhuǎn)化為間充質(zhì)或平滑肌樣表型細(xì)胞，然后遷移到其下層組織，從而促進(jìn)血管重構(gòu)。

2.3巨噬細(xì)胞 在體外實(shí)驗(yàn)中，單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞同樣可以在一定條件下發(fā)生向平滑肌細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化。STEWART等[21]采集了人外周血單核細(xì)胞并放置于基質(zhì)中培養(yǎng)，模擬了冠狀動(dòng)脈支架的不銹鋼表面，去內(nèi)皮化的血管壁及血栓。在這些環(huán)境因素的刺激下，附著在不銹鋼基質(zhì)的單核細(xì)胞具有了表達(dá)SM-α-actin標(biāo)記物的能力，并釋放了能夠誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞遷移和增殖的細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子，包括PDGF-BB和TGF-β1。

3 干細(xì)胞在血管平滑肌細(xì)胞中所扮演的角色

干細(xì)胞能夠不斷自我再生，并能分化成多種細(xì)胞，以修復(fù)受損的組織，并在生理情況下的血管形成和病理情況下的血管重塑中發(fā)揮重要作用[22]。目前，也有多項(xiàng)研究表明遷移至內(nèi)膜的血管平滑肌細(xì)胞來(lái)源自干細(xì)胞。

3.1骨髓來(lái)源的干細(xì)胞 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)具有強(qiáng)大的增殖與分化能力。LI等[23]測(cè)試了天然脫細(xì)胞血管的細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)、間接共培養(yǎng)成纖維細(xì)胞及生長(zhǎng)因子“雞尾酒”(TGF-β1、PDGF-BB和BMP4)定向分化人MSCs的方法。結(jié)果表明，天然ECM和成纖維細(xì)胞共培養(yǎng)均能通過(guò)上調(diào)血管平滑肌細(xì)胞特異性標(biāo)記物(SM-α-actin、calponin、SM-22α、SM-MHC)的表達(dá)和增強(qiáng)收縮功能來(lái)刺激人MSCs向血管平滑肌細(xì)胞表型分化，且在三維共培養(yǎng)模型下表現(xiàn)出明顯的遷移能力，并高于健康者的血管平滑肌細(xì)胞。

TANG等[24]在研究中從SD大鼠頸動(dòng)脈中膜分離得到了一個(gè)混合細(xì)胞群，其中包括合成型血管平滑肌細(xì)胞和非血管平滑肌細(xì)胞。與血管平滑肌細(xì)胞相比，此類細(xì)胞較小，其應(yīng)力纖維中沒(méi)有成熟血管平滑肌細(xì)胞中所有的SM-MHC、calponin-1表達(dá)，或SM-α-actin表達(dá)較少，但具有較強(qiáng)的遷移和增殖能力，并被證明存在于人類的血管中。研究者將這種SM-MHC呈陰性的細(xì)胞定義為多功能血管干細(xì)胞(MVSCs)，表達(dá)的標(biāo)記物有Sox17、Sox10、S100β。在含10%胎牛血清(FBS)的培養(yǎng)基中將其長(zhǎng)期培養(yǎng)，并依靠細(xì)胞遷移的組織外植體培養(yǎng)方法，只分離出向外遷移和增殖的細(xì)胞。其在長(zhǎng)時(shí)間的培養(yǎng)過(guò)程中表現(xiàn)出了顯著的形態(tài)學(xué)變化，表現(xiàn)為細(xì)胞核的大小和細(xì)胞的擴(kuò)散面積顯著增大，應(yīng)力纖維增加，SM-α-actin表達(dá)增加。用SM-MHC為標(biāo)記的譜系追蹤實(shí)驗(yàn)表明，這些高度可擴(kuò)張和遷移的多功能血管干細(xì)胞與其新增殖或合成的血管平滑肌細(xì)胞并非來(lái)自合成型血管平滑肌細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)化。在血管損傷實(shí)驗(yàn)中，多功能血管干細(xì)胞能夠通過(guò)多功能血管干細(xì)胞-間充質(zhì)干細(xì)胞-血管平滑肌細(xì)胞分化通路(MVSC-MSC-SMC differentiation pathway)進(jìn)行增殖分化，生成新的血管平滑肌細(xì)胞，積極參與了血管重構(gòu)與新生內(nèi)膜的生成[24]。

3.2血管壁來(lái)源的干細(xì)胞 除去骨髓來(lái)源的干細(xì)胞，血管壁的外膜中也存在著一類多功能干細(xì)胞，并對(duì)干細(xì)胞抗原-1(Sca-1)和造血祖細(xì)胞抗原-34(CD34)的表達(dá)呈陽(yáng)性。XIE等[25]在研究中分離并培養(yǎng)了該類Sca-1+干細(xì)胞，并使用瘦素進(jìn)行刺激。結(jié)果顯示，瘦素增強(qiáng)了Sca-1+干細(xì)胞的遷移能力，并在小鼠股動(dòng)脈導(dǎo)線損傷后中使Sca-1+干細(xì)胞從血管外膜遷移至內(nèi)膜，參與了血管的重塑，且遷移的干細(xì)胞丟失了原有的Sca-1標(biāo)記，并獲得了平滑肌細(xì)胞標(biāo)記，揭示了這些細(xì)胞在到達(dá)內(nèi)膜之前很有可能發(fā)生向平滑肌細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化現(xiàn)象。

這些新的發(fā)現(xiàn)都為干細(xì)胞及其在受到因素刺激后所展現(xiàn)的遷移能力在血管疾病中所扮演的角色提供了新的思路，有助于人們把握并改造干細(xì)胞，使其在臨床上發(fā)揮更加積極的作用。

4 小結(jié)與展望

血管平滑肌細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)化及其去分化型獲得的遷移能力在血管重構(gòu)的過(guò)程中起到了不可忽視的作用，并受到多種因素影響，血管重構(gòu)過(guò)程見(jiàn)圖1。

實(shí)線箭頭表示其他細(xì)胞轉(zhuǎn)化為去分化狀態(tài)血管平滑肌細(xì)胞并遷移的過(guò)程。

血管內(nèi)其他細(xì)胞轉(zhuǎn)分化成為血管平滑肌細(xì)胞有利于血管的再生和重塑，但過(guò)度的轉(zhuǎn)分化也促使新轉(zhuǎn)化的平滑肌細(xì)胞遷移至內(nèi)膜，產(chǎn)生病理反應(yīng)，使動(dòng)脈硬化，發(fā)生病變。影響因素和致病因素的長(zhǎng)期存在使細(xì)胞組織不斷持續(xù)轉(zhuǎn)分化這一過(guò)程，反而導(dǎo)致了機(jī)體所采用的代償性修復(fù)措施成為其受到損傷的因素之一。同時(shí)，隨著干細(xì)胞能夠被異常地激活、分化、增強(qiáng)遷移能力，并參與血管重構(gòu)的現(xiàn)象被人們逐漸發(fā)現(xiàn)，干細(xì)胞在血管疾病中所起到的作用也變得不容忽視。向干細(xì)胞與血管平滑肌細(xì)胞之間的相關(guān)因素進(jìn)行更為深度的研究將可能提出針對(duì)血管疾病新的治療對(duì)策，并為以干細(xì)胞為靶點(diǎn)的治療手段打下基礎(chǔ)。介于目前技術(shù)手段仍無(wú)法確切界定具有高遷移能力的細(xì)胞具體來(lái)源，進(jìn)一步從表型、轉(zhuǎn)分化及干細(xì)胞研究血管平滑肌細(xì)胞遷移機(jī)制方面進(jìn)行研究，對(duì)理解血管重構(gòu)有著重要的意義。