腦血管側(cè)支循環(huán)重塑機(jī)制

榮艷紅,趙琨（天津醫(yī)科大學(xué)寶坻臨床學(xué)院,天津 301899）

腦血管側(cè)支循環(huán)是一種特殊的血管網(wǎng)[1]，決定缺血性腦血管病的發(fā)展和預(yù)后，良好的腦血管側(cè)支循環(huán)可以降低溶栓和血管內(nèi)治療出血性轉(zhuǎn)化率[2]。先天發(fā)育的腦血管側(cè)支循環(huán)是正常血管的動脈到動脈或動脈到動脈吻合，并且它們會為了代償血管阻塞疾病的血流量減少進(jìn)行重塑，成人腦血管側(cè)支循環(huán)的重塑可能和慢性病理生理學(xué)，如低灌注相關(guān)。側(cè)支循環(huán)動脈生成可能是由流體剪切力（fluid shear force，F(xiàn)SS）觸發(fā)，突然閉塞或慢性進(jìn)展的狹窄的動脈導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞激活[3]、單核細(xì)胞浸潤、激活炎癥反應(yīng)[4]、生長因子和細(xì)胞因子分泌[5]，然后是基質(zhì)消化，最終平滑肌細(xì)胞參與側(cè)支血管向外的重塑和側(cè)支血流的增加[6]。下文將討論這個復(fù)雜過程所涉及的分子機(jī)制。

1 動脈生成可能是由流體剪切力觸發(fā)而不是缺氧觸發(fā)

流體剪切力指的是由血液等黏性流體的流動在容器壁上產(chǎn)生的摩擦力的切向分力。由于動脈閉塞降低了遠(yuǎn)端血管的壓力，壓力梯度增加，動脈血流通過已有的側(cè)支循環(huán)，當(dāng)血液流經(jīng)血管內(nèi)皮細(xì)胞時，其表面活性劑會激活內(nèi)皮細(xì)胞并刺激級聯(lián)信號事件[7]，導(dǎo)致側(cè)支血管信號的傳導(dǎo)，隨著側(cè)支血管直徑的增大，流體剪切力下降，側(cè)支血流減少，提供了一種自調(diào)節(jié)機(jī)制。側(cè)支循環(huán)發(fā)展到閉塞血管近端不需要任何血管內(nèi)皮生長因子和缺氧誘導(dǎo)因子1的表達(dá)[8]，這是側(cè)支血管生成顯著區(qū)別于其他類型的血管生長的特點(diǎn)。通過人工動靜脈最大化分流FSS，側(cè)支血管生長可超出生理范圍和克服解剖的局限，F(xiàn)SS可誘導(dǎo)外周動脈和腦血管的動脈生成，Schierling等人在結(jié)扎雙側(cè)頸動脈后，在結(jié)扎頸動脈遠(yuǎn)端和臨近頸靜脈之間建立了一個動靜脈瘺，且已經(jīng)觀察到結(jié)扎分流模型在FSS刺激下出現(xiàn)相當(dāng)多的動脈生成和血管生長[9]。

2 內(nèi)皮細(xì)胞和一氧化氮的活化

血管管腔內(nèi)的內(nèi)皮細(xì)胞能直接感受到血流剪切力的變化，并將信號傳遞到血管中的平滑肌細(xì)胞和外膜中的成纖維細(xì)胞，這些細(xì)胞通常只暴露于跨壁間質(zhì)血流。微陣列數(shù)據(jù)證實(shí)剪切力敏感基因的瞬時受體電位陽離子通道亞家族成員的4V（transient receptor potential cation channel subfamily V member 4，TRPV4）的潛在作用，TRPV4是內(nèi)皮細(xì)胞的一種Ca2+通道，轉(zhuǎn)換FSS誘導(dǎo)的刺激。TRPV4的藥理學(xué)活性增加腦動脈和側(cè)支血流[10]，而TRPV通道阻滯劑減少側(cè)支血流。此外，缺乏TRPV4的小鼠動脈生成也會受損[11]。更多的證據(jù)表明，肌動蛋白結(jié)合Rho激活蛋白也可能參與FSS誘導(dǎo)動脈生成[11]。雖然確切的TRPV4下游信號尚未確定，Ca2+依賴的機(jī)制包括內(nèi)皮源性超極化因子、環(huán)氧合酶的激活，以及一氧化氮合成酶都是潛在的候選者[10]。其中，最有可能的FSS誘發(fā)的分子傳遞信號是一氧化氮。它可以通過隔開內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞基底膜擴(kuò)散，也可以越過環(huán)前列腺素。eNOS基因的靶向性缺失導(dǎo)致動脈血管舒張受損，而誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）缺失導(dǎo)致部分而不是全部動脈生成受損。只有eNOS和iNOS都缺失會導(dǎo)致動脈閉塞過程中完全喪失側(cè)支血管重塑[12]。除了上面提到的關(guān)鍵物質(zhì)，F(xiàn)SS也會上調(diào)內(nèi)皮細(xì)胞微小RNA-2，抑制其靶基因磷酸酶和張力蛋白同源物，有助于增加eNOS的磷酸化和一氧化氮產(chǎn)生[12]。

3 免疫系統(tǒng)的作用

最新的研究已經(jīng)確定了各種先天和適應(yīng)性免疫細(xì)胞亞群的調(diào)節(jié)動脈生成的作用，包括單核/巨噬細(xì)胞、T輔助細(xì)胞、調(diào)節(jié)性T淋巴細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞[7]。一些直接或間接的證據(jù)支持單核細(xì)胞和具有動脈生成信號的單核細(xì)胞具有關(guān)鍵作用，單核細(xì)胞的減少損害后肢缺血的兔和小鼠模型的動脈生成。在缺陷MCP-1/CCL2小鼠體內(nèi)缺乏改善再灌注后野生型單核細(xì)胞，提示炎性單核細(xì)胞到缺血部位的聚集是側(cè)支血管生長的關(guān)鍵一步[13]。

作為單核細(xì)胞關(guān)鍵作用的間接證據(jù)，由于白細(xì)胞浸潤依賴?yán)w溶酶原激活物，缺乏纖溶酶原激活物的小鼠比野生型小鼠缺血后側(cè)支循環(huán)少，除了單核細(xì)胞的存在外，側(cè)支血流也受浸潤單核細(xì)胞的調(diào)節(jié)。M1型巨噬細(xì)胞表達(dá)iNOS和炎性細(xì)胞因子如IL-1、IL-12，而M2型表達(dá)精氨酸酶1、抗炎細(xì)胞因子IL-10、VEGF[14]。Troidl等確定了巨噬細(xì)胞亞群在大鼠慢性FSS模型動脈生成過程中的時間分布和空間分布[15]。在該模型中，M2巨噬細(xì)胞在再灌注后早期出現(xiàn)，并維持28天，尤其集中在側(cè)支循環(huán)生長區(qū)。M1巨噬細(xì)胞也存在，但程度較輕。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究的數(shù)據(jù)，單核細(xì)胞的趨化性減弱可能導(dǎo)致糖尿病患者側(cè)支循環(huán)受損。

在某些方面，動脈生成和炎癥反應(yīng)類似。例如，越來越多的側(cè)支循環(huán)在管腔和血管間隙出現(xiàn)浸潤的單核/巨噬細(xì)胞。然而，目前還不清楚這種特定類型的炎癥反應(yīng)是動脈缺血后動脈生成所致，還是缺血誘發(fā)所致。炎癥反應(yīng)相關(guān)基因在小鼠后肢缺血模型側(cè)支循環(huán)發(fā)展過程中有重要的作用，包括CXCL5、MCP-1、CXCL9和CXCL10，此外，炎性基因與抗炎基因同時出現(xiàn)，表明炎癥有助于側(cè)支循環(huán)發(fā)展的開始[16]。載脂蛋白E-/-小鼠后肢缺血后浸潤性T淋巴細(xì)胞減少，側(cè)支血流減少。

最后，通常與炎癥反應(yīng)相關(guān)的浸潤性巨噬細(xì)胞也產(chǎn)生許多血管生成生長因子，包括MCP-1、VEGF、FGF、GM-CSF、HGF、TNF-α、TGF-β和PDGF[9]，這些因子對于側(cè)支血管的發(fā)展和成熟至關(guān)重要。在股動脈閉塞兔模型中輸入大劑量的最有效的血管生成因子，僅獲得高FSS最大信號傳導(dǎo)率的一部分，這表明單獨(dú)這些因素不能完全解釋動脈生成作用。盡管如此，這些發(fā)現(xiàn)顯示出使用這些細(xì)胞因子或生長因子促進(jìn)動脈生成的潛力。

干細(xì)胞和祖細(xì)胞是血管生長和修復(fù)所需的細(xì)胞因子和生長因子的豐富來源，基于這兩種細(xì)胞的療法已經(jīng)在治療缺血性疾病方面得到了普遍的接受。衍生自外周血或骨髓的內(nèi)皮祖細(xì)胞可以對剪切力作出反應(yīng)，并且在移植到肢體或心臟缺血的動物中時有助于側(cè)支血管形成。其他間接血運(yùn)重建手術(shù)，如腦動脈血管病，植入表達(dá)VEGF164的成肌細(xì)胞也顯示改善慢性腦灌注不足的側(cè)支循環(huán)[20]。

4 側(cè)支血管重塑涉及蛋白酶降解基底膜和重組細(xì)胞外基質(zhì)的過程

隨著單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞進(jìn)入側(cè)支血管，側(cè)支血管生長和擴(kuò)張需要內(nèi)皮細(xì)胞和壁細(xì)胞的增殖和細(xì)胞外基質(zhì)的重塑。細(xì)胞因子和生長因子誘導(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)降解，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞的增殖，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的重塑和側(cè)支血管直徑的擴(kuò)大。然而，在側(cè)支血管生長部位單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子和生長因子的機(jī)制還不是很清楚。

細(xì)胞外基質(zhì)的周轉(zhuǎn)和重塑由基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）及其抑制劑即金屬蛋白酶組織抑制劑（tissue inhibitor of metalloproteinases ，TIMPs）進(jìn)行。在動脈生成發(fā)生期間，為擴(kuò)張血管形成空間，外部彈性層和彈性蛋白被MMPs和纖溶酶分解[7,17]。早期研究表明，MMP-2、MMP-9和TIMP-1在側(cè)支重建過程中在內(nèi)膜中上調(diào)，表明MMP與TIMP之間的平衡對維持和重塑血管壁至關(guān)重要。但代謝紊亂如糖尿病在動脈生成期間破壞了這種平衡。例如，Lepr-db/db突變減弱了缺血誘導(dǎo)的小鼠后肢缺血模型中MMP-2、MMP-12和MMP-16的上調(diào)，這使動脈生成受損。相反，Moyamoya病患者血清MMP-9水平顯著升高[18]，這種慢性腦血管病特點(diǎn)是腦血管管壁不穩(wěn)定和側(cè)支血管的異常增長。

對動脈生成的后期階段，內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移，平滑肌細(xì)胞占新生組織的很大一部分，將其表型從收縮變?yōu)楹铣珊驮鲋潮硇?。由于?cè)支血管直徑隨細(xì)胞增殖而增長，F(xiàn)SS下降，由于反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，側(cè)支血流減少。

綜上所述，動脈生成和側(cè)支血流的參與是缺血性卒中的風(fēng)險和預(yù)后的關(guān)鍵因素[19]，側(cè)支循環(huán)動脈生成可能是由流體剪切力觸發(fā)，激活內(nèi)皮細(xì)胞和一氧化氮，出現(xiàn)一系列炎癥反應(yīng)，從而側(cè)支血管重塑和側(cè)支血流的增加。基于細(xì)胞的治療性血管生成仍然是治療缺血性疾病的希望[20-21]，但是以蛋白質(zhì)或基因治療的形式運(yùn)送血管生成因子并沒有帶來臨床益處。了解每一個重塑過程的機(jī)制，是發(fā)展有效血管重塑治療的第一步。此外，它還將闡明血管危險因素如何損害缺血性疾病的血管內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定和重塑。