滋養(yǎng)血管在自體動(dòng)靜脈內(nèi)瘺靜脈內(nèi)膜增生中的作用

陳沁蘭 綜述 許冬梅,2 孔祥雷,2 審校

慢性腎臟病(CKD)是全球危害人類健康的公共衛(wèi)生問題,具有高發(fā)病率、高致殘率及高醫(yī)療費(fèi)用等特點(diǎn),我國成年人CKD患病率高達(dá)10.8%[1]。由于CKD起病隱匿,很多CKD患者就醫(yī)時(shí)已經(jīng)進(jìn)入終末期腎病(ESRD)階段,需要接受腎臟替代治療。

血液透析是ESRD的重要治療手段,自體動(dòng)靜脈內(nèi)瘺(AVF)是ESRD血液透析患者的“生命線”。相比于移植物內(nèi)瘺、帶cuff的皮下隧道導(dǎo)管等其他血管通路而言,AVF具有使用壽命長、感染率低、并發(fā)癥少、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),是血液透析患者的首選透析通路[2]。然而,內(nèi)瘺失功已成為影響AVF臨床應(yīng)用的重要因素。最新的血液透析動(dòng)靜脈內(nèi)瘺成熟度(HFM)研究顯示,ESRD患者建立內(nèi)瘺后12月時(shí)的失功率高達(dá)24%[3]。本中心研究顯示AVF 第1年及第2年失功率為14.4%和21.3%,而第5年失功率則高達(dá)26.8%[4]。如何降低AVF失功并保持其功能通暢,是臨床醫(yī)生必須面對(duì)的重要課題。

AVF成熟與失功的病理生理學(xué)改變

AVF手術(shù)將動(dòng)靜脈相連,血液由高壓流向低壓并形成非生理性血流梯度,在動(dòng)靜脈吻合口處形成湍流,該血流動(dòng)力學(xué)變化可導(dǎo)致AVF術(shù)后靜脈流出道局部剪切應(yīng)力改變和血管管壁拉伸變化,以及血管短期及長期重塑,主要表現(xiàn)為靜脈流出道血管壁增厚及管腔擴(kuò)張(即靜脈動(dòng)脈化)[5],從而促進(jìn)AVF成熟。然而管壁過度增厚可導(dǎo)致靜脈流出道狹窄,進(jìn)而導(dǎo)致AVF失功,而AVF失功的主要病理基礎(chǔ)為近吻合口處靜脈血管內(nèi)膜增生(NIH)。目前研究認(rèn)為,NIH的發(fā)生和進(jìn)展與血管內(nèi)的病理通路有關(guān),后者包括炎癥、氧化應(yīng)激、剪切應(yīng)力等觸發(fā)一系列細(xì)胞因子級(jí)聯(lián)反應(yīng)和血管重構(gòu),導(dǎo)致細(xì)胞增殖和遷移,最終發(fā)生血管狹窄、AVF失功;加之尿毒癥毒素的刺激,AVF建立之前有部分流出道靜脈已經(jīng)存在NIH[6]。因此,尋找NIH的影響因素并深入研究其發(fā)生機(jī)制,對(duì)血液透析患者AVF功能的維持及改善通暢率、降低醫(yī)療費(fèi)用等具有重要意義。研究發(fā)現(xiàn),新生滋養(yǎng)血管(VV)的形成與動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程中動(dòng)脈內(nèi)膜-中膜厚度的增加和不穩(wěn)定斑塊的形成有關(guān)[7]。最近有研究顯示,AVF內(nèi)膜增生過程中也會(huì)發(fā)生血管壁內(nèi)新生血管生成[8]。因此,我們推測(cè)VV與AVF術(shù)后發(fā)生NIH密切相關(guān)。

VV的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生理功能

生理狀態(tài)下,VV起源于小動(dòng)脈,形成動(dòng)脈性VV,主要起源于血管外膜(外部VV),少量起源于血管內(nèi)膜(內(nèi)部VV),進(jìn)入血管中膜外層并呈樹枝樣分布,形成血管網(wǎng),而后匯入靜脈性VV,參與血液循環(huán)。VV于血管壁上呈樹狀分布,按管腔大小和走行可分為兩級(jí),一級(jí)VV起源于大血管并縱向循行于管壁的中膜和外膜之間;二級(jí)VV由一級(jí)VV分出,于血管管腔周圍環(huán)形分布[9](圖1)。

圖1 血管壁滋養(yǎng)血管的結(jié)構(gòu)與分布[10]

VV向血管壁輸送營養(yǎng)和氧氣,清除血管壁內(nèi)廢物。一般而言,血液溶質(zhì)從管腔內(nèi)向外膜擴(kuò)散以營養(yǎng)管壁,但在動(dòng)脈管壁厚度大于29層細(xì)胞或管腔直徑大于0.5 mm時(shí),管壁自身的營養(yǎng)不能滿足于腔內(nèi)血液溶質(zhì)的彌散,這時(shí)VV即成為血管外膜層和中膜外層氧氣及營養(yǎng)的主要來源[11-12]。

VV具有一定的可塑性,常見于血管受損(如球囊血管成形術(shù)和靜脈移植)后,微血管網(wǎng)絡(luò)的密度和分布可發(fā)生環(huán)境適應(yīng)性變化,以保持局部血管壁的供氧和營養(yǎng),這可能是一種恢復(fù)跨壁血液流動(dòng)機(jī)制;也可見于血管疾病后,比如血管炎,包括動(dòng)脈粥樣硬化斑塊內(nèi)新生血管形成,是由局部組織缺氧引起的一種適應(yīng)性反應(yīng),以滋養(yǎng)病變血管管壁細(xì)胞,這種微血管網(wǎng)絡(luò)還可能參與細(xì)胞因子的運(yùn)輸[13]。

VV在自體動(dòng)靜脈內(nèi)瘺失功中的作用

研究發(fā)現(xiàn)失功的AVF靜脈流出道的增生內(nèi)膜中有新生血管形成[8],而正常情況下,靜脈管壁滋養(yǎng)血管只供應(yīng)外膜和外三分之二的中膜,不供應(yīng)內(nèi)三分之一中膜和內(nèi)膜[14]。我們前期研究發(fā)現(xiàn),靜脈流出道血管內(nèi)膜和外膜內(nèi)都可見顯著的VV生成增多[15],可能與AVF失功有關(guān)。

促進(jìn)內(nèi)膜增生血管損傷后內(nèi)膜增生,新生內(nèi)膜主要由排列紊亂的內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、肌成纖維細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和大量細(xì)胞外基質(zhì)組成[2,8,16],同時(shí)也可見到增生的滋養(yǎng)血管[8],這與本中心研究結(jié)果相一致[15](圖2，未發(fā)表資料)。微型計(jì)算機(jī)斷層成像顯示外膜血管增生程度與新生內(nèi)膜增生程度存在相關(guān)性[12,17]。另有實(shí)驗(yàn)表明,在正常的兔和大鼠的頸動(dòng)脈外膜中加入促血管生成因子,即使在沒有任何血管內(nèi)創(chuàng)傷的情況下,也會(huì)導(dǎo)致血管外膜VV擴(kuò)張以及血管內(nèi)膜新生,而抑制生長因子信號(hào)通路可對(duì)以上過程起到相反效果[18-19]。因此,血管管壁外膜VV情況與血管新生內(nèi)膜增生程度存在相關(guān)性。

圖2 與造瘺前(A)相比,失功內(nèi)瘺靜脈流出道(B)管壁滋養(yǎng)血管增多(IH,×200,第Ⅷ因子標(biāo)記)

影響新生內(nèi)膜穩(wěn)定性在管壁肥厚或增生的血管中,氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的擴(kuò)散均受阻,而血管壁內(nèi)新生血管生成可一定程度上緩解管壁氧氣或營養(yǎng)物質(zhì)不足。然而,類似于動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程,這種新生血管生成可能是一種適應(yīng)性的不良反應(yīng),可發(fā)生破裂或出血。有研究發(fā)現(xiàn),大鼠的AVF模型的新生血管生成促進(jìn)內(nèi)膜增生,且這種新生血管主要由骨髓來源的細(xì)胞分化成的內(nèi)皮細(xì)胞或平滑肌細(xì)胞表型組成[20]。雖然較大的VV管壁中有平滑肌細(xì)胞,但有實(shí)驗(yàn)表明較多中膜VV僅僅由一層薄壁內(nèi)皮細(xì)胞組成[13]。這些VV缺乏平滑肌細(xì)胞層、緊密連接和連續(xù)的基底膜,進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)皮屏障功能喪失,血管通透性增加,液體和蛋白質(zhì)外滲,炎癥因子進(jìn)入血管壁,加劇VV新生,促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊進(jìn)展和斑塊破裂[11,20],也可促進(jìn)AVF內(nèi)膜增生。因此,新生血管生成被認(rèn)為是一種病理病變。

促進(jìn)外膜纖維化在腎臟、心臟、肺和皮膚的研究中表明,生理性血管生成減少可能是纖維化發(fā)展的基礎(chǔ)。而類似的,AVF失功與外膜纖維化增加、肌成纖維細(xì)胞活化和毛細(xì)血管減少有關(guān),即內(nèi)皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化,且已有研究顯示外膜毛細(xì)血管密度與外膜纖維化程度呈反比關(guān)系[21]。在內(nèi)皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化時(shí),正常內(nèi)皮細(xì)胞獲得間充質(zhì)特征:細(xì)胞的形狀和極性改變,間充質(zhì)標(biāo)記物表達(dá)增多,如α平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA)、鈣調(diào)蛋白和波形蛋白(vimentin),同時(shí)內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)記物表達(dá)減少或完全消失。內(nèi)皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為間充質(zhì)細(xì)胞,包括平滑肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞,并開始產(chǎn)生大量包括膠原蛋白在內(nèi)的細(xì)胞外基質(zhì)[12,22-23]。同時(shí),成纖維細(xì)胞也有促進(jìn)VV形成的作用。通常組織損傷時(shí),成纖維細(xì)胞是最先遷移到傷口部位的細(xì)胞,可通過分泌特異性細(xì)胞因子和促血管生成生長因子促進(jìn)修復(fù)性血管新生,如血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、血小板源性生長因子(PDGF)、內(nèi)皮素、轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)等,進(jìn)而調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞形成的毛細(xì)血管網(wǎng),并穩(wěn)定新生血管[24]。

新生滋養(yǎng)血管導(dǎo)致內(nèi)膜增生的機(jī)制

缺氧手術(shù)等因素可導(dǎo)致AVF血管外膜的滋養(yǎng)血管損傷造成管壁缺氧,上調(diào)促新生血管形成和炎癥基因的表達(dá),促進(jìn)血管負(fù)性重構(gòu)[5,25]。缺氧通過激活缺氧誘導(dǎo)因子(HIF)激活下游分子信號(hào)傳導(dǎo)通路。HIF是由兩個(gè)子單位組成的轉(zhuǎn)錄因子。在常氧條件下,HIF-α亞基在胞漿中被降解,而HIF-β亞基則存在于細(xì)胞核中。然而在低氧條件下,HIF-α亞基降解過程被抑制,HIF-α進(jìn)入細(xì)胞核與HIF-β及其他輔助因子結(jié)合,激活某些基因啟動(dòng)子的缺氧反應(yīng)元件 (HRE)從而激活下游通路[11,25]。研究顯示,HIF-1α在AVF成熟早期的靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)增加[26],且HIF-2α水平與AVF失功有關(guān)[27]。HIF-α可以激活VEGF通路介導(dǎo)新生血管生成,促進(jìn)一氧化氮合成酶(NOS)產(chǎn)生增加并參與血管新生早期階段的血管擴(kuò)張過程;除此之外,還可以激活血紅素加氧酶1(HO-1)調(diào)節(jié)血管張力,刺激靜脈流出道新生內(nèi)膜增生[25-26]。在VEGF及其他血管生成因子的調(diào)節(jié)下,VV增生,并由外膜逐漸深入至中膜甚至內(nèi)膜,故管壁缺氧很可能是促進(jìn)VV增生的關(guān)鍵刺激因素之一。

炎癥血管內(nèi)皮細(xì)胞是強(qiáng)大的受體效應(yīng)細(xì)胞,接受各種理化刺激后能釋放多種活性物質(zhì)以維持血管動(dòng)態(tài)平衡。內(nèi)皮細(xì)胞損傷是NIH的始發(fā)因素,尿毒癥本身、手術(shù)創(chuàng)傷、AVF術(shù)后血流動(dòng)力學(xué)改變以及反復(fù)穿刺引起內(nèi)皮細(xì)胞持續(xù)損傷,誘導(dǎo)各種活性物質(zhì)如趨化因子、粘附因子和細(xì)胞因子的生成增加,繼而引發(fā)炎癥反應(yīng),導(dǎo)致白細(xì)胞黏附、血小板激活、平滑肌細(xì)胞增殖、細(xì)胞外基質(zhì)沉積[5]。VV新生是由血管管壁內(nèi)的炎癥反應(yīng)觸發(fā)和保持的,離不開炎癥細(xì)胞和炎癥因子的參與。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為血管管壁炎癥反應(yīng)病變過程是由內(nèi)膜發(fā)展至外膜,即“由內(nèi)而外”理論,而近來越來越多的研究轉(zhuǎn)而支持“由外而內(nèi)”理論,即血管管壁炎癥始于外膜,逐漸向內(nèi)發(fā)展至中膜和內(nèi)膜,而炎癥細(xì)胞和炎癥介質(zhì)通過VV深入管壁。有研究表明,新生VV最常見于內(nèi)膜,伴有慢性炎癥細(xì)胞浸潤,以巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞為主,炎癥細(xì)胞在內(nèi)膜聚集可加快耗氧,缺氧內(nèi)環(huán)境未得到改善[28],而抑制單核/巨噬細(xì)胞浸潤和聚集可抑制AVF內(nèi)膜增生[29]。此外,活化的炎癥細(xì)胞(如巨噬細(xì)胞)還可釋放炎癥細(xì)胞因子、生長因子和血管生成刺激因子,不僅能增強(qiáng)炎癥本身,而且能促進(jìn)新生VV形成[10]。有研究顯示,AVF術(shù)中取患者靜脈流出道血管切片觀察可見,CD68+單核/巨噬細(xì)胞多以細(xì)胞簇形式出現(xiàn)在新生血管灶周圍,其中52.1%增生內(nèi)膜中可見微血管,每個(gè)增生的內(nèi)膜中平均可見20.4個(gè)微血管[8]。高通透性VV可促進(jìn)如單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞等炎癥細(xì)胞局部浸潤,并釋放促炎細(xì)胞因子,包括腫瘤壞死因子α(TNF-α)、白細(xì)胞介素(IL)1β和IL-6等,后者不僅可增加黏附分子和趨化因子的表達(dá)從而招募T淋巴細(xì)胞[30],亦可促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖和遷移以促進(jìn)管壁新生VV生成。

氧化應(yīng)激AVF術(shù)后,外膜VV損傷造成由外膜向內(nèi)膜供血減少,靜脈流出道管壁缺血,而在管腔內(nèi),由于動(dòng)靜脈相連接,氧分壓迅速升高至動(dòng)脈血氧分壓水平(70～100 mmHg),遠(yuǎn)高于原本的靜脈血氧分壓水平(35～45 mmHg),因此可出現(xiàn)靜脈流出道管壁血供中斷后管腔內(nèi)血氧分壓突然增加,從而出現(xiàn)靜脈壁內(nèi)的缺血-再灌注現(xiàn)象,同時(shí)形成血管壁氧梯度逆轉(zhuǎn),進(jìn)而引起氧化應(yīng)激并激活后續(xù)一系列信號(hào)通路[25]。而活性氧水平增高后可激活下游VEGF,而VEGF是血管新生的主要驅(qū)動(dòng)因子,VEGF與其受體結(jié)合,促進(jìn)血管新生[31-32]。

抗VV形成與預(yù)防AVF失功

干預(yù)新生血管形成可否延緩AVF的失功,目前尚無定論。有研究發(fā)現(xiàn),造瘺時(shí)在靜脈流出道外膜利用RNA干擾(RNAi)技術(shù)或給予阿伐斯汀以抑制血管內(nèi)皮生長因子A (VEGFA)表達(dá),在術(shù)后14～28 d可觀測(cè)到管壁中外膜新生血管標(biāo)記物CD31表達(dá)降低,微血管數(shù)目減少,管腔直徑較對(duì)照組增大,故推測(cè)抑制VEGFA的表達(dá)導(dǎo)致了血管重塑向有利的方向發(fā)展,這與VEGFA表達(dá)降低,VV減少有關(guān)[33]。

綜上所述,VV可能在AVF術(shù)后發(fā)生NIH的過程中具有重要的作用,進(jìn)一步探討其機(jī)制,可以為AVF失功提供新的理論解釋以及為其防治提供新的干預(yù)靶點(diǎn)。

致謝：感謝山東省千佛山醫(yī)院(山東省腎病研究所)梁黎明實(shí)驗(yàn)員的幫助與指導(dǎo)。