內(nèi)皮祖細(xì)胞在慢性阻塞性肺疾病中的研究進(jìn)展*

俞金燕， 卞 濤， 吳 艷△

（1南京醫(yī)科大學(xué)附屬無錫臨床醫(yī)學(xué)院，江蘇 無錫 214000；2南京醫(yī)科大學(xué)附屬無錫人民醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科，江蘇 無錫 214023）

慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）以不完全可逆的氣流受限為特征，通常與顯著暴露于有害顆?；驓怏w而發(fā)生的異常炎癥反應(yīng)有關(guān)［1］，其發(fā)病率及死亡率均很高，是重要的全球性公共衛(wèi)生問題之一［2-3］。在COPD 發(fā)病過程中，由香煙煙霧或炎癥介質(zhì)引起的血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷和功能障礙［4］，可進(jìn)一步引發(fā)肺動(dòng)脈高壓、右心衰竭甚至死亡［5］。內(nèi)皮祖細(xì)胞（endothelial progenitor cells，EPCs）是具有修復(fù)損傷內(nèi)皮能力的骨髓來源細(xì)胞。越來越多的證據(jù)表明，COPD 患者循環(huán)EPCs的數(shù)量減少并伴有功能障礙，無法修復(fù)受損的血管內(nèi)皮細(xì)胞，被認(rèn)為參與了COPD 的發(fā)生發(fā)展［6-7］。本文就COPD患者循環(huán)EPCs數(shù)量減少和功能障礙及其可能的機(jī)制予以綜述。

1 COPD患者的肺血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷

有害顆粒、炎癥、缺氧、氧化應(yīng)激等因素可引起肺血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷、凋亡及衰老增加，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)皮功能紊亂，被認(rèn)為是COPD 的重要發(fā)病機(jī)制之一［8-9］。其中吸煙作為COPD 重要的危險(xiǎn)因素，香煙煙霧（cigarette smoking，CS）中的多種成分如尼古丁、一氧化碳、芳基烴、丙烯醛等，可對肺血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生直接毒性損傷，誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡［10］；另一方面，長期接觸CS 可在COPD 患者血管內(nèi)皮損傷的基礎(chǔ)上進(jìn)一步誘導(dǎo)血管炎癥，引起血管收縮與舒張因子表達(dá)不平衡，促進(jìn)肺血管重塑，最終導(dǎo)致肺動(dòng)脈壓升高，同時(shí)也增加了心血管并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)［8，11-12］。

2 EPCs的內(nèi)皮修復(fù)功能

當(dāng)肺血管內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生損傷后，機(jī)體會釋放出多種調(diào)節(jié)因子啟動(dòng)血管內(nèi)皮修復(fù)和再生的生理過程［13］。來源于骨髓的EPCs 具有增殖分化為成熟內(nèi)皮細(xì)胞的功能，被認(rèn)為是血管內(nèi)皮細(xì)胞的前體［14］。隨著對EPCs 研究的不斷深入，根據(jù)細(xì)胞分離培養(yǎng)時(shí)間的長短將EPCs 分為兩種不同表型的細(xì)胞群：早期EPCs 和晚期 EPCs［15］。早期 EPCs 是具有造血功能的細(xì)胞亞型，細(xì)胞形態(tài)呈紡錘形，可通過旁分泌的方式釋放血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）等促血管生成因子促進(jìn)血管生成，但不能分化為成熟的內(nèi)皮細(xì)胞；而晚期EPCs 形態(tài)呈鵝卵石樣，是具有增殖分化為成熟內(nèi)皮細(xì)胞和促進(jìn)體內(nèi)外血管形成能力的細(xì)胞亞型［16-17］。不同研究中定義EPCs 所使用的標(biāo)志物各有不同，通常檢測經(jīng)典的內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志物 CD31、CD34、CD133 和 VEGF 受體 2（VEGF receptor 2，VEGFR2）來鑒定分離培養(yǎng)的EPCs［15-16］，早期 EPCs 還可表達(dá)白細(xì)胞標(biāo)志物 CD45并根據(jù)起源細(xì)胞表達(dá)CD14［18］。血管發(fā)生損傷后，趨化因子基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1（stromal cell-derived factor-1，SDF-1）表達(dá)上調(diào)［19］，骨髓中表達(dá) CXC 趨化因子 受體 4（CXC chemokine receptor 4，CXCR4）的EPCs 會在交感神經(jīng)和細(xì)胞因子等多因素的調(diào)節(jié)作用下被動(dòng)員到外周循環(huán)并歸巢至血管內(nèi)皮損傷部位［20］，增殖分化為成熟內(nèi)皮細(xì)胞，發(fā)揮其修復(fù)受損內(nèi)皮的作用，從而維持血管內(nèi)膜的完整性［21］。這一過程無論對于生理性的血管內(nèi)皮自我修復(fù)還是病理性的內(nèi)皮損傷后再生都至關(guān)重要［14］。

3 COPD患者循環(huán)EPCs的數(shù)量減少及功能障礙

越來越多的研究數(shù)據(jù)表明，與非COPD 患者相比，COPD患者中循環(huán)EPCs的數(shù)量明顯減少［22-23］。分別對COPD 穩(wěn)定期及急性加重期的患者進(jìn)行評估，結(jié)果表明不同時(shí)期的COPD患者中循環(huán)EPCs均有數(shù)量減少及功能障礙，表現(xiàn)為內(nèi)源性血管舒張因子一氧化氮（nitric oxide，NO）分泌減少、細(xì)胞增殖速度減慢、遷移及黏附能力明顯減弱，且不能形成完整的血管網(wǎng)［24-25］。在COPD 并發(fā)肺動(dòng)脈高壓的患者中也有循環(huán)EPCs 增殖減少，遷移、黏附、血管形成能力及NO 分泌下降的報(bào)道，且這類患者發(fā)生循環(huán)EPCs 數(shù)量減少及功能障礙的程度與肺動(dòng)脈壓力呈負(fù)相關(guān)［26-27］。由此我們推斷 COPD 患者循環(huán) EPCs 數(shù)量減少，導(dǎo)致無法修復(fù)在多種因素刺激下發(fā)生的肺血管內(nèi)皮損傷，并引起內(nèi)皮功能障礙，從而進(jìn)一步促進(jìn)肺血管重構(gòu)，其中具體機(jī)制需要進(jìn)一步探究。

4 COPD 患者循環(huán)EPCs數(shù)量減少及功能障礙的可能機(jī)制

COPD 患者發(fā)生的血管內(nèi)皮損傷和EPCs 內(nèi)皮修復(fù)功能障礙，充分體現(xiàn)出該疾病內(nèi)皮損傷與修復(fù)之間失衡的病理生理特點(diǎn)［28］。對于目前觀察到的COPD 患者循環(huán)EPCs 數(shù)量減少及功能障礙的現(xiàn)象，可從以下3個(gè)方面進(jìn)行解釋。

4.1 COPD 患者EPCs 在肺動(dòng)脈處聚集增多 COPD患者發(fā)生肺血管損傷后，疾病早期即出現(xiàn)肺和全身動(dòng)脈的內(nèi)皮功能障礙，Tura-Ceide 等［22］觀察到 COPD患者聚集到肺動(dòng)脈內(nèi)膜上的CD45+CD133+細(xì)胞明顯增多，且與循環(huán)中CD45+CD133+細(xì)胞數(shù)量呈負(fù)相關(guān)，為COPD患者循環(huán)中EPCs募集至肺動(dòng)脈處進(jìn)行內(nèi)皮修復(fù)的解釋提供了依據(jù)。Daijo等［29］認(rèn)為這是由于在COPD 發(fā)展過程中，缺氧或香煙煙霧暴露會導(dǎo)致缺氧誘導(dǎo)因子1（hypoxia-inducible factor-1，HIF-1）表達(dá)增加，從而導(dǎo)致靶基因VEGF在肺組織及血管中的表達(dá)上調(diào)［30］，增加了受損肺動(dòng)脈處 EPCs 的募集，同時(shí)也促進(jìn)了血管壁內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和血管重構(gòu)，增加了肺動(dòng)脈高壓等并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)［31］。這些證據(jù)表明，由于COPD患者循環(huán)中的EPCs被動(dòng)員并募集到血管損傷部位進(jìn)行修復(fù)，使得其在外周血液中停留的時(shí)間變短，表現(xiàn)為循環(huán)中量化數(shù)值的下降，可能是COPD患者中循環(huán)EPCs數(shù)量的減少的原因之一。

4.2 神經(jīng)體液調(diào)節(jié)異常導(dǎo)致EPCs 遷移減少及功能障礙 有研究表明，來源于骨髓的EPCs 需要多個(gè)信息傳導(dǎo)因子相互協(xié)調(diào)作用［32］，在交感神經(jīng)和趨化因子等的共同調(diào)節(jié)下才會遷移至外周血中，最終募集至血管損傷部位分化為成熟的內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行內(nèi)皮修復(fù)。因此，神經(jīng)體液調(diào)節(jié)異常導(dǎo)致的循環(huán)EPCs 數(shù)量減少及功能障礙也可能是COPD 發(fā)病的原因之一［33］。由于COPD 患者香煙煙霧的長期暴露，SDF-1/CXCR4 軸的異?；颚?-腎上腺素能受體的異常，骨髓來源的EPCs 遷移至外周血中的數(shù)量減少，導(dǎo)致血管內(nèi)皮自我修復(fù)能力的下降，參與了COPD的發(fā)病。

4.2.1 SDF-1/CXCR4 軸的異常導(dǎo)致EPCs 遷移及黏附功能障礙 SDF-1 與 EPCs 表達(dá)的 CXCR4組成SDF-1/CXCR4 軸，可被缺氧或氧化應(yīng)激誘導(dǎo)升高的HIF-1 上調(diào)［31］。通過 SDF-1 與 CXCR4 的結(jié)合，EPCs可被“錨定”到損傷部位進(jìn)行內(nèi)皮修復(fù)［34］。Karagiannis等［35］的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，COPD 患者 EPCs 表達(dá) CXCR4顯著降低，造成SDF-1 趨化的細(xì)胞數(shù)量減少，直接影響到遷移至外周血中的EPCs 數(shù)量，且SDF-1/CXCR4軸的失調(diào)與疾病嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。Liu 等［36］檢測到COPD 患者的晚期EPCs 表達(dá)黏附因子PECAM-1有所降低，表現(xiàn)出黏附功能的下降，且不能形成完整小管及血管網(wǎng)，引起內(nèi)皮修復(fù)功能障礙，證實(shí)了SDF-1/CXCR4 軸的失調(diào)通過引起早期EPCs 增殖和遷移能力的下調(diào)，使晚期EPCs 的血管形成能力也發(fā)生了改變。由此可推測，SDF-1/CXCR4 軸失調(diào)在COPD發(fā)病中起著重要作用，可作為COPD 潛在的治療靶點(diǎn)，值得進(jìn)一步研究。

4.2.2 β2-腎上腺素受體的異常導(dǎo)致EPCs 遷移減少 交感神經(jīng)可通過β2-腎上腺素受體、α-腎上腺素受體以及Akt/eNOS 信號通路調(diào)節(jié)EPCs 遷移及內(nèi)皮修復(fù)的功能［37-38］。有關(guān) COPD 患者 β2-腎上腺素受體異常導(dǎo)致EPCs 遷移障礙的機(jī)制尚有爭議，胡萍等［39］報(bào)道了COPD 患者早期EPCs 上的β2-腎上腺素受體數(shù)量是高表達(dá)的，下調(diào)β2-腎上腺素受體表達(dá)后，早期EPCs 的遷移能力增加，這與SDF-1/CXCR4 軸的上調(diào)有直接聯(lián)系［40］。而 Ke 等［41］觀察到位于 EPCs 上的β2-腎上腺素受體可提高EPCs 遷移，黏附，增殖和分泌NO 的能力，上調(diào)β2-腎上腺素受體基因表達(dá)可作為COPD 患者內(nèi)皮修復(fù)的治療靶點(diǎn)，這與之前的研究相反。β2-腎上腺素受體作為一種潛在的治療靶點(diǎn)，其作用于EPCs 遷移和增殖功能的具體機(jī)制仍需要進(jìn)一步探索。

4.3 COPD患者循環(huán)EPCs凋亡和衰老增多

4.3.1 CS 暴露使COPD 患者循環(huán)EPCs 衰老增多目前已知的影響循環(huán)EPCs 數(shù)量及功能的因素有很多，如年齡、高血壓、糖尿病、吸煙、肥胖等［42］。而慢性阻塞性肺疾病的病理生理特征與有害顆?；驓怏w的顯著暴露有著密切聯(lián)系，吸煙作為COPD 發(fā)生的首要危險(xiǎn)因素，可引起機(jī)體強(qiáng)烈的氧化應(yīng)激反應(yīng)，一方面CS 直接損害肺血管內(nèi)皮細(xì)胞［10］，另一方面對EPCs 的數(shù)量及其增殖、分化和遷移的能力也產(chǎn)生重要的影響，從而促進(jìn)疾病進(jìn)展［43］。

有研究顯示，吸煙人群中循環(huán)EPCs 水平普遍降低，同時(shí)還存在EPCs 的增殖、遷移、黏附及NO 分泌功能下降的現(xiàn)象［44］。He等［45］針對CS損害EPCs的具體機(jī)制進(jìn)行了探究，證實(shí)了CS 可通過上調(diào)p300/Sp1的表達(dá)介導(dǎo)EPCs中調(diào)控細(xì)胞衰老的基因p16表達(dá)增加，使得COPD 患者EPCs 衰老增加。隨著對非編碼RNA 研究的深入［46］，Paschalaki 等［47］的研究顯示，在維持血管內(nèi)皮穩(wěn)態(tài)中起關(guān)鍵作用的miR-126-3p在吸煙者和COPD 患者的EPCs 中下調(diào)，并通過激活DNA損傷的關(guān)鍵酶ATM 激酶，促進(jìn)DNA 損傷反應(yīng)，導(dǎo)致COPD 患者 EPCs 衰老和功能障礙。Kato 等［48］和 Li等［49］則認(rèn)為，長期煙霧暴露通過引起氧化應(yīng)激，從而降低SIRT1基因的表達(dá)，使SIRT1基因抑制EPCs 衰老的作用減低，導(dǎo)致EPCs 衰老增加且功能發(fā)生障礙。此外，吸煙通過抑制SIRT1 蛋白的表達(dá)，導(dǎo)致EPCs 衰老和功能障礙的同時(shí)，還增加了肺血管動(dòng)脈壁的厚度和面積［50］，表明CS 造成的細(xì)胞衰老增加在肺動(dòng)脈高壓等并發(fā)癥中也發(fā)揮重要作用。

4.3.2 炎癥及炎癥介質(zhì)使COPD 患者循環(huán)EPCs 凋亡和衰老增多 COPD 是以氣道炎癥為特征的一種疾病，炎癥及炎癥介質(zhì)在調(diào)節(jié)EPCs 數(shù)量及功能中的潛在作用也不容忽視。COPD 患者中常有炎癥指標(biāo)超敏 C 反應(yīng)蛋白（high-sensitivity C-reactive protein，hsCRP）濃度的升高，早前Liu 等［51］觀察到COPD 患者循環(huán)EPCs 的計(jì)數(shù)與hsCRP 濃度呈負(fù)相關(guān)，推測hsCRP 與EPCs 的數(shù)量及功能之間可能有著密切的聯(lián)系。Kim 等［52］通過體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)了 hsCRP 可通過降低內(nèi)皮一氧化氮合酶mRNA 的表達(dá)，減少擴(kuò)血管物質(zhì) NO 的產(chǎn)生，抑制 EPCs 上 VEGF 的表達(dá)，從而促進(jìn)EPCs 的凋亡，并影響其增殖、遷移、黏附及血管內(nèi)皮修復(fù)的功能，而CRP 在COPD 患者體內(nèi)如何影響循環(huán) EPCs 的研究尚不完全。而 Fasing 等［53］的研究顯示，健康成年人的CRP 升高并不會使EPCs 遷移、形成集落和釋放血管生長因子的能力減弱，COPD 發(fā)生過程中CRP 升高是否會抑制循環(huán)EPCs 的數(shù)量和功能以及其中的具體機(jī)制，仍有待探究。此外，有研究表明，COPD 患者中TNF-α可通過慢性炎癥的刺激顯著增加細(xì)胞衰老調(diào)控基因p16的表達(dá)，并誘導(dǎo)EPCs 衰老及其修復(fù)內(nèi)皮能力的喪失［54］，有關(guān)此通路的具體機(jī)制也值得進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論

結(jié)合上述研究發(fā)現(xiàn)，循環(huán)中具有內(nèi)皮修復(fù)作用的EPCs數(shù)量減少及功能障礙在COPD的發(fā)病中起重要作用，可能是由于COPD 患者內(nèi)皮損傷后EPCs 募集到血管內(nèi)皮損傷處導(dǎo)致循環(huán)中數(shù)量減少，也可能是神經(jīng)體液調(diào)控因子的作用異常，抑或是EPCs 凋亡、衰老增多，甚至多種機(jī)制相互結(jié)合的結(jié)果。由于定義EPCs 的表面標(biāo)志物尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，給研究COPD 中循環(huán)EPCs 減少及功能障礙的機(jī)制帶來了挑戰(zhàn)，需要更多的證據(jù)闡明EPCs 在COPD 血管損傷中發(fā)揮的作用，為COPD 患者的治療及心血管并發(fā)癥的預(yù)防提供參考。