內皮祖細胞與腫瘤及放療的關系

郭麗雙 黃軍華 劉俊峰

華北石油總醫院放療科，河北任丘 062552

內皮祖細胞（endothelial progenitor cell，EPC）起源于骨髓，與造血干細胞具有共同的前體，并且在特定條件下能夠分化為成熟的內皮細胞。EPC不僅參與了胚胎期血管的生成，同時在維持血管的正常結構、功能以及損傷后的修復中均發揮著至關重要的作用，并且與腫瘤的生長、轉移也存在著密切相關，放射治療（放療）會對其數量及功能產生一定的作用，進而對其生物學特性產生一定的影響。在此，本文對EPC及其在腫瘤與放療期間的變化做一綜述。

1 內皮祖細胞的生物學特性

1.1 內皮祖細胞的來源

在正常情況下外周血中EPC的含量極少，為了便于功能檢測，通常需要在特定的體外培養條件下對其進行擴增。Asahara等[1]最初于1997年建立的外周血EPC的分離培養體系，開創了人們對于EPC的研究先河。通常認為，EPC與造血干細胞來源于同一骨髓前體細胞，并且二者具有很多相同的表面標志，如Flk-1、C-Kit、CD34等。通過對心血管疾病的模型動物移植進行骨髓移植，在受損局部可以檢測到由植入的骨髓EPC及其前體分化而來的內皮細胞，由此表明EPC來源于骨髓[2]。然而，盡管骨髓是循環EPC的主要儲存場所，卻并非唯一的來源。Wassmann等[3]從小鼠的脾臟分離出一種單個核細胞，這類細胞不僅具有血管內皮細胞特征，在體外培養狀態下能夠形成小管樣結構，同時這些細胞移植到頸動脈損傷的小鼠體內可以歸巢到受損區域，明顯改善血管的舒張功能。目前人們已經能夠從骨髓、肝臟、血管外膜，甚至脂肪組織中實現EPC的分離和擴增[1，4-6]。對于心血管相關疾病患者EPC功能狀態的研究，目前應用最多的是外周血單個核細胞通過體外培養擴增獲得。然而在小型實驗動物模型中，由于外周血采集困難且難以得到足夠的細胞數量，因此多采用骨髓細胞進行體外的擴增培養，目前最常用的方法是通過密度梯度離心獲得單個核細胞，再在特定的培養體系下進行EPC的誘導和擴增。即便如此，對于那些周齡較小的小鼠，由于骨髓含量少，加之在單個核細胞的密度梯度分離及細胞收集過程中可能存在的細胞損失，都極大地增加了操作的難度。此外，臍血也是EPC的豐富來源，其中含有大量CD133/CD34雙陽性的細胞，在體外培養能分化為具有正常表型及功能的內皮細胞，并且具有強大的增殖特性。

1.2 內皮祖細胞的表面標志

EPC處于相對幼稚階段，缺乏特征性的結構，因此無法從形態學上對其進行識別和鑒定。細胞表面特異性的抗原分子CD34、CD133和血管內皮生長因子受體（VEGFR-2）的表達是目前較為公認的鑒定EPC的表面分子抗原組合[7]，CD34曾經被認為是造血干細胞的特異性標志物，然而，隨后的研究顯示，CD34不僅存在于造血干細胞上，在成熟的內皮細胞上同樣存在有低水平的表達[8]。通過對代表著更早期的造血干細胞表面標志CD133的研究表明，純化的CD133陽性細胞在體外特定的條件下同樣能夠分化為內皮細胞，同時在分化過程中，這類細胞逐漸失去CD133，并開始表達成熟內皮細胞特有的表面標志，如VEGFR-2和血管內皮鈣黏蛋白 （VE-cadherin）[9]。由此認為，CD34/CD133雙陽性細胞可能是EPC與造血干細胞共同的前體細胞群，而CD34/VEGFR-2可能代表處于分化階段的EPC。此外，類似于單核細胞，EPC同時具有吞噬乙酰化低密度脂蛋白及結合荊豆凝集素的特性[10]。雖然并不具有特異性，但是在體外特定的誘導培養體系下，仍可作為一種簡易的篩選方法。

1.3 影響循環內皮祖細胞數量的因素

正常狀態下，成年人的骨髓及外周血中EPC的數量都很少，在外周血中EPC的比例通常只有0.01%，也就是說1 mL外周血中，一般只有70～210個EPC[11]。而特定的機體狀態或內分泌激素的改變會對循環EPC的數量產生一定的影響。研究表明，雌激素可以有效地抑制Caspase-8的活性，進而減少EPC的凋亡，通過循環EPC數量的增加加速受損血管的修復[12]。此外適度的體育鍛煉也能增加循環EPC的數量和活性。而在許多心血管相關性疾病中，循環EPC的數量和活性都會發生顯著的變化。研究顯示，在患有慢性缺血性心血管的患者以及具有相關危險因素的人群，如高血壓、慢性腎功能不全、2型糖尿病、高齡、缺氧和吸煙等，其體內EPC的數量和活性都存在顯著的下調，同時在體外培養狀態下血管生成能力也明顯受阻[13-15]。而在急性缺血狀態下，機體則通過應激性地增加循環EPC的數量以修復受損的血管，以增加缺血部位的血液供應。除此之外，許多藥物的應用也會對循環EPC的數量產生很大的影響。

1.3.1 他汀類藥物 作為羥甲基戊二酰輔酶A還原酶抑制劑，他汀類藥物可以顯著地降低血中膽固醇、三酰甘油及低密度脂蛋白的含量。同時，與之降血脂作用無關，他汀類藥物還能夠通過磷酸酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B信號調節通路上調循環EPC的數量和功能。研究顯示，在應用辛伐他汀治療穩定型冠心病時，在治療后第4周患者外周血中循環EPC的數量可增加3倍，并且其功能和活性也得到了顯著的提高[16]。此外，對同時患有糖尿病的心血管疾病患者服用阿托伐他汀，8～10周后其循環EPC的數量也明顯增加[17]。

1.3.2 血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑 作為一種生物活性肽類物質，血管緊張素Ⅱ在體內引起許多生理性反應以維持血壓及腎臟功能。同時在高血壓病、動脈疾病、心臟肥大、心力衰竭及糖尿病、腎病等的發病機制上都起著重要的作用，目前血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑已廣泛應用于多種心血管疾病的治療。研究顯示，血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑能夠有效上調EPC的數量和功能，從而對心血管起到一定的保護作用。在對洛沙坦和利尿劑的對照試驗中[18]，血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑能夠顯著提高小鼠EPC的增殖能力和各項功能指標。在對健康人群外周血EPC的進行體外培養時，替米沙坦不僅能夠顯著地增加早期EPC的集落數目及遷移能力，還可以抑制腫瘤壞死因子誘導的細胞凋亡[19]。

1.3.3 促紅細胞生成素 促紅細胞生成素能夠刺激骨髓紅細胞樣前體細胞增殖和分化，生成紅細胞集落形成單位。研究顯示，急性心肌梗塞患者的血漿促紅細胞生成素與循環EPC的數量呈明顯的正相關，并且促紅細胞生成素對EPC的動員和增殖能夠起到有效地促進作用[20]。并且在對腎臟血管內皮損傷的小鼠注入高劑量的促紅細胞生成素后，能夠通過刺激血管內皮生長因子的釋放，增加循環EPC的數量，進而加快內皮修復[21]。

1.3.4 高密度脂蛋白 素有“血管清道夫”之稱的高密度脂蛋白具有顯著的抗動脈粥樣硬化作用。它能夠通過上調一氧化氮合酶的表達，抑制基質金屬蛋白酶-9和組織細胞凋亡蛋白酶-3的表達，從而增強EPC的集落形成能力，并減少EPC的凋亡。Sumi等[22]研究發現，重組高密度脂蛋白可以通過三磷酸肌醇途徑通路直接刺激EPC的增殖，從而促進局部缺血組織的血管生成，并且重組高密度脂蛋白對EPC增殖的促進作用呈明顯的劑量依賴性。同樣，2型糖尿病患者在接受重組高密度脂蛋白治療后，其外周血中循環EPC的數量及功能活性也能夠得到明顯的上調[23]。

1.3.5 其他刺激因子 如基質細胞衍生因子-1、血管生成素-1、纖維母細胞生長因子-2、前列腺素、紅細胞凝集素、分泌神經素、血小板源性生長因子、胎盤生長因子、肝細胞生長因子、以及銀杏葉提取物、中藥黃芪、紅花、丹酚酸、葛根素等中藥提取物均可不同程度地對EPC的增殖產生積極的影響。

2 內皮祖細胞與腫瘤

作為血管的生成及增殖中起重要調控角色的EPC在腫瘤生長、轉移過程中發揮著重要的作用。在腫瘤的初期階段，由于血管的生成速度相對緩慢，腫瘤細胞不能夠獲得充足的營養供應以迅速增殖，因此腫瘤可能會由于增殖與凋亡的動態平衡而處于一個長期的休眠狀態。然而一旦腫瘤內的血管浸入了快速增殖狀態，獲得充足營養供給的腫瘤細胞便會處于快速的增殖分化階段，其侵襲及發生遠處轉移的能力也隨之大大增強。由此可見，在腫瘤的生長過程中，富血管化是其從體積小、非浸潤的局限性生長發展成為體積逐漸增大且伴隨局部浸潤及遠端轉移的關鍵步驟。而EPC則在這一過程中發揮了不可或缺的作用，在研究顯示，EPC直接參與了荷瘤小鼠的腫瘤內部血管的生發[24]，在腫瘤生長的早期階段EPC能夠通過定植到局部的血管床部位而參與血管的生發，后期則可以通過不斷分裂增殖促進腫瘤血管生長[25]。在這一過程中，乳酸脫氫酶作為關鍵的信號分子發揮了重要的作用。乳酸脫氫酶-1[26]和α4整合素能夠通過PBK/Akt信號途徑促進骨髓EPC的動員和歸巢進而促進腫瘤血管的生成及增長，而在乳酸脫氫酶-1/3缺陷的小鼠體內植入的腫瘤則無法生長[27]。此外，EPC所分泌的多種細胞因子（如血管內皮生長因子、粒細胞集落刺激因子）對于腫瘤血管的生長也起到了一定的促進作用，這些細胞因子不僅能夠促進腫瘤血管的成熟，同時還可以降低血管壁的通透性，從而減少腫瘤內部的血管破裂及組織壞死。

3 內皮祖細胞與放療

隨著腫瘤治療技術的發展，新的三維適形放療方法的出現及觀念的更新，使其在腫瘤治療中的作用顯得更加重要。然而另一方面，由于射線可以激活腫瘤內的多種細胞信號轉導途徑，從而促進了腫瘤內部血管的生成，以致腫瘤復發和轉移增加[28]。目前對于放療所誘導的腫瘤血管生成多集中在對于各種細胞因子 （如血管內皮生長因子、環氧化酶-2、表皮生長因子和基質金屬蛋白酶等）的研究。盡管已經發現放療期間循環EPC的數量存在不同程度的變化，然而其結果則不盡相同，并且其可能存在的意義也知之甚少。有研究表明[29]，在經131I治療的甲狀腺癌患者，由于放療對腫瘤內部血管壁的損傷作用，大量內皮細胞脫落浸入外周血，以致其循環內皮細胞的數量顯示出明顯的增加，而與之相對應的是循環EPC的數量則存在顯著的降低。然而EPC的這一變化是否是由于在血管損傷修復過程中過度的消耗所致，抑或是由于放療破壞了腫瘤內部某種細胞信號轉導途徑或抑制了某些細胞因子的分泌目前尚不得而知。截然相反的現象同樣有報道，Brunner等[30]對頭頸部鱗癌患者的循環內皮細胞和循環EPC在放射治療前后的變化進行了分析，結果顯示其循環EPC在放射治療后出現了明顯的升高。此外EPC還可能與腫瘤組織內的含氧量之間存在一定的相關性，并可能放療的療效起到一定的預測作用[31]。研究顯示，在放療期間聯合應用以EPC作為靶點的抗血管生成藥物貝伐單抗，可以增加放療的敏感性，并顯著延長直腸癌患者的生存期[32]。其可能的機制是由于抑制了血管內皮生長因子的信號轉導途徑，從而增加腫瘤相關上皮細胞的放療敏感性，并且由于EPC數量的減少使得腫瘤的血管密度降低，新生血管生成受到抑制。

綜上所述，循環EPC在腫瘤的生長、侵襲、轉移過程中發揮著重要的作用，其數量的變化對于評價腫瘤的惡性程度以及該腫瘤對于放療的敏感性及放療后的復發情況能夠起到一定的預測作用。

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