動脈生成機制的研究進展

鄒 璨，劉 磊

綜述·講座

動脈生成機制的研究進展

鄒 璨，劉 磊

動脈生成；機制；研究；進展

目前已知的血管形成的方式有血管新生、血管生成和動脈生成。血管新生是指胚胎發育過程中的造血干細胞分化為原始血管網的過程；血管生成是指在原有脈管系統的基礎上，內皮細胞遷移、分化和增殖形成新的側支，未形成完整的中膜；動脈生成是指由于動脈阻塞、血流再分配，使側支微動脈血流量增加，引起細胞增殖、血管重塑，從而形成大的有功能的側支動脈的過程，所形成的血管具有完全恢復阻塞區血供的潛力[1]。本文就動脈生成機制的研究進展作綜述。

1 啟動因素

層流條件下，血流剪切力(flow shear stress，FSS)τ=4ηVQ/πr3(τ：血流剪切力；η：血液黏度；V：血流速度；Q：血流量；r：血管內徑)，它與血液流速、血流量呈正比，與血管半徑的立方呈反比[2]。研究表明，結扎一側頸總動脈和雙側椎動脈，同側大腦后動脈的血流量與血流速度增加，1 w后其直徑擴大了39%，3 w后擴大了72%[3]。在結扎-分流模型中，將側支循環的血流分流到與之伴行的靜脈中，長時間維持FSS，1 w后側支循環的血流量可以達到原來被阻塞血管的水平，4 w后達到原阻塞血管血流量的2倍[4]，表明剪切力的變化可以致使動脈生成。FSS致使動脈生成的物理感受器可能是位于內皮細胞膜上的陽離子通道或機械感受性復合體。部分學者認為，內皮細胞表面的動力敏感性瞬時受體潛在陽離子通道(the 4th member of the subfamily V of the mechanosensitive transient receptor potential cation-channel，Trpv4)能感受FSS的變化，將物理信號轉變為化學信號[5]。4aPDD是Trpv4的激動劑，應用4aPDD，與未阻塞的動脈相比傳導能力恢復了61%；而Trpv4基因敲除后，動脈生成受損[6]。另有研究表明，內皮細胞表面存在包括血小板-內皮細胞黏附分子(platelet endothelial cell adhesion molecule-1，PECAM-1)、血管內皮細胞鈣粘蛋白和血管內皮細胞生長因子受體2的機械感受性復合體[7]。PECAM-1直接感受FSS，通過c-Src使PI3K磷酸化，磷酸化的PI3K可能激活了整合素，最終活化核轉錄因子-κB(nuclear factor-kappa，NF-κB)，啟動動脈生成[8]。一項實驗研究表明，在PECAM-1基因敲除后，與野生型比較，FSS引起的血管重塑明顯受損，內膜和中膜的厚度明顯減小[9]。以上均表明FSS是動脈生成重要的啟動因素。

2 內皮細胞活化

在血流動力學因素影響下，內皮細胞開始活化。通過電鏡可以觀察到內皮細胞的腫脹，并且縱向突起，不同于生理狀態下的平滑狀態。此時內皮細胞主要變現出三方面的變化：首先，這些活化的內皮細胞包含大量的細胞器，尤其是在胞漿中存在大量的游離核糖體，開始分泌單核細胞趨化因子(monocyte chemoattractant protein，MCP-1)、血管內皮細胞生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、轉化生長因子(transforming growth factor，TGF-β1)、粒-巨噬細胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF)、細胞內黏附分子-1/2(intercellular adhesion molecule，ICAM-1/2)、血管細胞黏附分子(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)、基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)、尿激酶型纖溶酶原激活物(urokinase-type plasminogen activator，u-PA)、黏著斑激酶(focal adhesion kinase，FAK)、整合素等，它們參與了單核細胞的募集、黏附、遷移，平滑肌細胞的遷移，細胞外基質和內外彈性膜的降解等過程，同時內皮細胞通透性增加，有利于隨之而來的單核細胞進入血管壁[10]。其次，VEGF結合內皮細胞膜上的VEGFR-2使其分裂增殖，并防止內皮細胞凋亡[11]。最后，內皮細胞上Jagged 或Delta表達增加，可能通過Notch通路參與了內皮細胞和平滑肌細胞間的信號傳導[12]。

3 單核細胞浸潤

單核細胞作為動脈生成過程中主要的炎性細胞一直備受關注。血液和骨髓中的單核細胞及其前體細胞被內皮細胞分泌的MCP-1、TGF、GM-CSF等吸引到側支動脈[13]，MCP-1是通過結合單核細胞表面其特異性的CCR-2受體來吸引單核細胞，還可以促進單核細胞向外膜的遷移[14]。GM-CSF可以動員骨髓中的單核細胞，通過抑制單核細胞凋亡來延長其存活時間[15]。TGF除可以吸引單核細胞外，還可以刺激其產生白介素2、腫瘤壞死因子-β、成纖維細胞生長因子2(fibroblast growth factor，FGF-2)和血小板源性生長因子(platelet derived growth factor，PDGF)[16]。單核細胞到達側支血管后，通過其表面的Mac-1受體與內皮細胞表面ICAM-1、VCAM-1作用黏附于內皮細胞[17]，并分泌u-PA、MMPs來降解血管基底膜、內彈力膜和細胞外基質。繼之單核細胞穿過管壁至外膜，并最終轉化為巨噬細胞。巨噬細胞始分泌生長因子，如FGF-2、腫瘤壞死因子、PDGF、MCP-1、TGF-β等[18]。

4 細胞外基質、基底膜及內外彈力膜的降解

前文已經提及，在早期的側支血管生長中，內皮細胞和巨噬細胞中的蛋白水解酶類的基因上調，如MMPs、u-PA等，降解基底膜、細胞外基質、內外彈力膜，此過程參與動脈生成的各個時段。其降解不僅可以為單核細胞的浸潤過程掃清障礙、為平滑肌細胞到內膜的遷移提供條件，其次還能使貯藏在基質中的生長因子(FGFs等)釋放出來作用于平滑肌細胞[19]，促進其增殖，并且彈性纖維的降解產物能與平滑肌細胞表面的受體結合，引發平滑肌細胞DNA的合成，促進其增殖。再者還可激活許多蛋白質，如FAK、整合素α5β1、細胞外信號調節蛋白激酶(extracellular signal regulated kinase，Erk1/2)[20]。

5 血管平滑肌細胞活化

在動脈生成過程中，平滑肌細胞發生了最劇烈的改變，是小動脈成熟為有功能的側支動脈的重要環節。

5.1 平滑肌細胞遷移 整合素與胞外配體(如纖維連接蛋白)結合發生亞基的聚合，黏附斑形成，為平滑肌細胞的遷移提供支點，FAK快速聚集到黏附結構并被磷酸化激活，然后FAK激活Rac、ERK、Rho-Rock途徑，Rac及其下游分子促進板狀偽足的形成，ERK途徑促進黏著斑的組裝與去組裝，而Rho-Rock途徑促進應力纖維組裝并產生收縮作用，三條途徑交互協同，調節細胞前沿偽足的形成、新黏附的建立、細胞體的收縮和尾部的分離，周而復始，從而調控平滑肌細胞的遷移過程。還有實驗表明，FGF-2通過Rap2蛋白參與平滑肌細胞的遷移過程[21]。

5.2 平滑肌細胞增殖 有幾條途徑被認為參與了平滑肌細胞的增殖：(1)FGFs和PDGFs普遍被認為是平滑肌細胞增殖和表型調節的主要生長因子，通過MEK/Erk通路使平滑肌細胞由收縮轉型化為合成型，啟動平滑肌細胞的增殖[22]。(2)有研究表明，內皮細胞與平滑肌細胞間的信號傳導對啟動增殖過程也是必須的，這依賴于細胞間和細胞-細胞外基質間的聯系。研究表明，內皮細胞上存在配體Jagged或/和Delta，通過SMC上的Notch受體，介導細胞間的信號傳導。Limbourg等證實，在動脈生成中，Delta-like 1(Dll1)在內皮細胞中表達，Notch信號途徑被激活，ephrin-B2表達上調。可以證實的是促血管生成的因子如VEGF、FGF-2，通過Notch信號來調節Ephrin-B2表達[22]。研究表明，ephrin-B2通過雙向信號途徑與內皮細胞膜上的受體相互作用，調節血管內皮細胞的出芽、遷移、增殖和管腔形成[23]。此外，Ephrin-B2還能調節平滑肌細胞的遷移，將其限制在一定程度內。(3)近來發現，在NO的刺激下，肌動蛋白結合蛋白(Actin-binding rho activating protein，Abra)在平滑肌細胞的細胞液中表達明顯上調，可以激活Rho-ROCK激酶系統，誘導平滑肌細胞活化增殖，而敲除Abra基因后，會導致動脈生成受損。RHO激酶抑制劑法舒地爾完全抵消了Abra誘導的平滑肌細胞活化。說明Abra在動脈生成中起重要作用[24]。

5.3 平滑肌細胞作用 平滑肌細胞活化后，從形態上表現為粗面內質網和核糖體的顯著增多，收縮型平滑肌細胞的標記物結合蛋白消失[14]和特異性抗原moothelin表達下調[24]。活化的平滑肌細胞分泌u-PA、MMPs，協同單核細胞/巨噬細胞降解內彈性膜和細胞外基質，遷移至內膜，大量增殖，同時產生新的細胞外基質、膠原以及彈性蛋白，并最終形成新的內膜。隨著血管半徑的擴大，與半徑的立方呈反比的FSS趨于生理狀態，動脈生成過程終止。最終側支血管管壁增厚、管腔擴大、長度增加，側支動脈成為有功能的傳導動脈，達到增加缺血區血液供應的目的。

動脈生成的基礎及臨床研究已經取得了很大進展，但是仍然有很多未知或尚未完全明確之處：涉及到內皮細胞和血管平滑肌細胞增殖和重塑的信號通路有哪些？這些通路的具體作用機制是怎樣的？如何促進動脈生成尚沒有一個有效的方法，解釋了這些基礎問題，對缺血性疾病尤其是缺血性心腦血管病的防治會有更大的意義。

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1004-0188(2014)06-0677-03

10.3969/j.issn.1004-0188.2014.06.044

2014-03-20)