內皮祖細胞修復冠心病內皮損傷的研究進展

劉　楠,褚現明(綜述),安　毅(審校)

(青島大學醫學院附屬心血管病醫院心內科，山東 青島 266100)

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內皮祖細胞修復冠心病內皮損傷的研究進展

劉楠△,褚現明(綜述),安毅※(審校)

(青島大學醫學院附屬心血管病醫院心內科，山東 青島 266100)

摘要：隨著人民生活水平的提高,我國冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(冠心病)的發病率和病死率逐年升高。目前認為冠狀動脈粥樣硬化斑塊形成的始動因素是血管內皮受損。近年來發現，內皮祖細胞(EPCs)對維持血管內皮穩態、修復損傷內皮有重要作用。隨著對EPCs研究的深入，人們對冠心病內皮損傷及修復的認識逐步加深，為EPCs更有效地應用于冠心病的預防及治療提供了新的思路。

關鍵詞：冠心病；內皮祖細胞；內皮損傷；應用現狀

冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(冠心病)已成為危害人類生命健康的重大疾病。各種因素導致的冠狀動脈內皮損傷是冠狀動脈粥樣硬化的關鍵始動因素。內皮損傷與修復之間動態平衡的破壞，引發血小板、平滑肌細胞的變化，不僅造成病變的發展及惡化，甚至與經皮冠狀動脈介入(percutaneous coronary intervention，PCI)治療后支架內再狹窄及支架內血栓形成有關。因此，促進損傷內皮修復成為改善冠心病及冠心病PCI術后預后的關鍵干預環節。近年來發現的內皮祖細胞(endothelial progenitor cells，EPCs)在血管損傷內皮的修復發揮重要作用，為冠心病的預防及治療提供了新的思路。現就EPCs修復冠心病內皮損傷的研究進展予以綜述。

1EPCs的定義、培養與鑒定

1.1EPCs的定義EPCs能定向增殖、分化為血管內皮細胞，是血管網狀細胞至成熟內皮細胞各分化階段細胞的總稱。1997年，日本學者Asahara等[1]首次從人外周血單個核細胞分離出能夠表達內皮細胞特異性抗原的單核細胞，命名為EPCs。EPCs存在于多種組織、器官，主要存在于骨髓中，臍血也是其主要來源。外周血EPCs主要來源于骨髓，在血管內皮損傷等情況下，骨髓中EPCs動員至外周血后，歸巢于受損的血管內皮，增殖、分化為成熟的內皮細胞，促進損傷內皮修復及新生血管的生成[2]。

1.2EPCs的培養EPCs的培養通常選用EBM-2或M199等基礎培養液，同時添加血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、堿性成纖維細胞因子、胰島素樣生長因子、表皮生長因子等不同種類的細胞生長因子。有報道，EPCs在有特殊鋪層(如纖維連接蛋白)的添加細胞生長因子EBM-2的培養基上培養效果較好[3]。

1.3EPCs的鑒定目前EPCs的鑒定主要依據其細胞表面表達的標志抗原。存在于骨髓中的早期EPCs表達CD34、CD133和VEGF受體2三種表面標志抗原[4]。進入外周血液后，EPCs逐漸丟失了不成熟的造血前體標記CD133，而持續表達CD34和VEGF受體2；同時開始表達血小板內皮細胞黏附分子、CD146、血管內皮細胞鈣黏著素、內皮型一氧化氮合酶和血管性假血友病因子等特征性分子標志[5-6]。但由于EPCs包含的細胞種類多，來源復雜，故識別EPCs的特異性表面標志并未明確，并且由于選擇的鑒定標志不同，關于EPCs的報道結論也不盡相同。

2EPCs參與冠心病內皮損傷修復的過程及機制

EPCs從骨髓進入到外周血并參與PCI后內皮損傷修復的過程一般分為動員、歸巢、增殖和分化等步驟。生理狀態下，外周血中EPCs數量非常少，冠心病各個病理階段、PCI術中球囊擴張、支架植入等造成的內皮損傷及治療冠心病的藥物等可動員EPCs進入外周血并增殖、分化為有功能的內皮細胞，趨化到損傷血管壁內膜中參與損傷血管的再內皮化[7-10]。這一過程是通過多條信號轉導途徑實現的，并受多方面因素的調節及影響。

2.1基質細胞衍生因子1(stromal cell derived factor-1，SDF-1)/趨化因子受體CXCR4軸調控

2.1.1磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,PKB/Akt)通路PI3K蛋白家族參與細胞增殖、分化、凋亡等多種細胞功能的調節，是細胞內重要的信號轉導分子。激活的PI3K可特異性地磷酸化磷脂酰肌醇環的第3位碳原子，形成的產物作為第二信使活化細胞內含有PH結構域(pleckstrin homolgy domain)的信號蛋白Akt，進而磷酸化多種酶、激酶及轉錄因子等下游因子，參與細胞調控[11]。多種生長因子和信號轉導復合物，如堿性成纖維細胞因子、VEGF、人生長因子、胰島素、雌激素、促紅細胞生成素[12]、他汀類藥物[9]、替米沙坦[10]等因素均可參與PI3K的激活過程。此外，實驗證實，微RNA126也可通過PI3K/Akt通路抑制EPCs向間充質細胞的轉化，從而實現對EPCs的調控作用[13]。

2.1.2絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)/細胞外調節蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)通路ERK1/2是MAPK信號轉導途徑最早被發現的通路，最具特征性，主要與細胞的增殖、遷移和分化有關；實驗表明，雌激素、去甲腎上腺素、糖基化終末產物等通過ERK通路促進EPCs的增殖和遷移，而特異性ERK抑制劑可減弱該作用[14-16]。此外，某些中成藥物也可通過激活SDF-1/CXCR4軸參與EPCs的調控過程，促進內皮損傷的修復，改善冠心病患者的預后[17]。

2.2Notch信號轉導系統Notch信號轉導系統進化上高度保守，存在于多種組織，參與細胞的遷移、增殖和分化等多種生命過程。Notch受體1～4為單次跨膜蛋白，由胞外亞基、跨膜亞基和胞內亞基組成，其通過旁分泌的家族配體(Jagged-1、Jagged-2、Deltal-1、Deltal-3和Deltal-4)作用而激活；當Notch配體與受體作用后，Notch蛋白胞內段釋放入胞質，與細胞核內轉錄因子CSL(一類DNA結合蛋白)結合,進而激活多種堿性-螺旋-環-螺旋轉錄抑制因子家族的靶基因，調控下游靶基因的表達，從而調節細胞的增殖、遷移及分化等生物學活性[18]。Kwon等[19]研究證實，Jagged-1基因剔除小鼠EPCs遷移、增殖及向內皮分化等能力減弱，同時EPCs參與缺血組織血管再生能力也降低。通過移植EPCs治療脊髓損傷的研究表明，Jagged+/+EPCs較Jagged-/-EPCs顯示更強的促血管再生能力，且促進正常血管的穩定性[20]。但近期研究表明，Notch信號轉導通路對EPCs的調控作用與EPCs所處的分化階段有關[21]。參與EPCs調控的各個信號轉導通路并非絕對獨立的，而是相互交叉、密切聯系的。還有學者認為，EPCs還通過分泌細胞因子和生長因子促進損傷內皮的修復[22]。目前對EPCs修復冠心病內皮損傷的動員、歸巢、增殖和分化過程及機制尚未明確，進一步的研究將更有利于EPCs應用于冠心病的預防及診療。

3EPCs在冠心病防治中的應用

3.1EPCs對于冠心病的預防及藥物治療自EPCs發現以來，因其促進血管內皮修復和參與血管新生的作用，很快應用于冠心病等缺血性疾病的治療中。Vasa等[23]觀察到，循環EPCs的遷移、增殖和分化能減少患者患冠狀動脈疾病的風險，并且EPCs水平的下降可導致血管形成受損。Morancho等[24]利用裸鼠心肌梗死模型發現，靜脈注射分離的人CD34+單核細胞后，心肌細胞凋亡減少、血流增加、心功能改善，同時左心室瘢痕形成減輕。肥胖影響外周血EPCs數量及功能[25]，而體育鍛煉對于提高各類冠心病患者外周血中EPCs數量有積極作用[26]。實驗證實，PCI術前給予患者大劑量阿托伐他汀可抑制炎癥反應，增加外周血EPCs數量[27]；而PCI術前嚴格控制血糖，則可通過提高EPCs數量、增強EPCs分化能力，而減輕急性心肌梗死患者的心肌損害[28]。此外，其他治療冠心病的藥物(如血管緊張素受體拮抗劑、血管緊張素轉換酶抑制劑)及胰島素、促紅細胞生成素、雌激素等均可參與EPCs的動員、增殖和分化等過程，提高其數量，增強其功能[9-10,12]。但冠心病患者EPCs并不能充分發揮其修復內皮損傷的功能，與外周血中EPCs數量相對不足且EPCs功能不全有關。因此，增加外周血EPCs數量，提高EPCs功能藥物的應用結合患者生活方式的改變對冠心病患者內皮修復及預后轉歸有重要指導意義。

3.2EPCs移植近年來研究證實，EPCs移植對于缺血性疾病的治療有較好的效果[29-30]，因此骨髓或外周血中EPCs可以考慮作為種子細胞用于干細胞移植。實驗證實，無論是移植人EPCs的鼠心肌缺血模型還是移植自體來源的EPCs的豬慢性心肌缺血模型，4周后左心室射血分數及新生血管數量均比相應的對照組明顯增加[31]。Cheng等[32]利用鼠心肌梗死模型證實，EPCs移植通過PI3K/Akt/一氧化氮合酶通路增加微血管生成，減輕心肌梗死部位纖維化程度，增加左心室射血分數，進而改善心肌梗死預后。TOPCARE-AMI(transplantation of progenitor cells and regeneration enhancement in acute myocardial infarction)試驗發現，與對照組相比，接受自體EPCs移植1年后的急性心肌梗死患者的左心室射血分數提高,收縮末期容積減少，梗死心肌面積相對減少[33]。盡管EPCs移植在冠心病治療方面體現出較好的前景，但依然存在許多亟待解決的問題。尤其是EPCs篩選及大規模體外擴增依然較為困難，這在一定程度上限制了其臨床應用。Meng等[12]證實，與對照組相比，轉染VEGF165基因的慢性血栓小鼠EPCs數量增加，血管重構速度加快；轉導VEGF基因后，EPCs增殖、黏附能力明顯提高，達到相同治療效果所需的EPCs數量減少；同時，具有自我更新能力的人類胚胎干細胞，在一定條件下可以作為EPCs移植的替代來源。

3.3EPCs捕獲支架EPCs發現不久，人們即利用CD34抗體或CD133抗體與EPCs表面抗原結合的原理制備出“EPCs捕獲支架”。EPCs捕獲支架研制成功后，先后進行了多項的臨床實驗。多項研究先后證實了表面包被CD34抗體的EPCs捕獲支架的安全及可行性[34-36]。EPCs捕獲支架是防治支架內再狹窄的新思路，然而其應用前景還需進一步開拓，一些問題還亟待解決。如：①冠心病患者EPCs數量減少，功能不全，不能充分動員至受損內皮，并完成進一步的增殖、分化過程；②表面包被CD34抗體的EPCs捕獲支架的抗支架內再狹窄的能力低于預期，可能由于一定條件下CD34+的細胞也可分化為平滑肌細胞[37]。因此，①結合EPCs動員、增殖、分化的相關機制的研究，尋找可以特異性提高EPCs數量，增強EPCs功能的物質，聯合EPCs捕獲支架的共同應用；②EPCs移植與捕獲支架的聯合應用；③制備CD34聯合CD133或KDR抗體的EPCs捕獲支架，加強對外周血EPCs的特異性捕獲；④EPCs捕獲與抗平滑肌增殖藥物涂層多功能支架的應用，如已應用的紫杉醇、雷帕霉素或藻藍蛋白等新型抗平滑肌細胞過度增殖藥物[38-39]；⑤覆蓋捕獲EPCs細胞因子的支架的應用(如VEGE)等[40]，均可能為EPCs應用于冠心病治療提供新的思路。

4小結

自EPCs發現以來，關于它的各方面研究從未間斷。EPCs通過PI3K/Akt、MAPK-ERK及Notch等信號轉導通路實現PCI后損傷內皮的修復，同時還有MAPK-p38、MAPK-JNK(c-Jun氨基末端激酶)等信號通路參與EPCs凋亡等生理過程。目前，對于藥物及生活方式對EPCs影響、EPCs移植及捕獲支架的研究取得了一定成績，但是EPCs鑒定及體外培養等問題仍亟待解決。相信隨著對EPCs各方面認識的進一步加深，EPCs將更有效地應用在冠心病及更多其他疾病的診療中。

參考文獻

[1]Asahara T,Murohara T,Sullivan A,etal.Isolation of putative progenitor endothelial cells for angiogenesis[J].Science,1997,275(5302):964-967.

[2]Dobert N,Britten M,Assmus B,etal.Transplantation of progenitor cells after reperfused acute myocardial infarction:evaluation of perfusion and myocardial viability with FDG-PET and thallium SPECT[J].Eur J Nucl Med Mol Imaging,2004,31(8):1146-1151.

[3]Ribatti D.The discovery of endothelial progenitor cells:an historical review[J].Leuk Res,2007,31(4):439-444.

[4]Pompilio G,Capogrossi MC,Pesce M,etal.Endothelial progenitor cells and cardiovascular homeostasis:clinical implications[J].Int J Cardiol,2009,131(2):156-167.

[5]Peichev M,Naiyer AJ,Pereira D,etal.Expression of VEGFR-2 and AC133 by circulating human CD34+cells identifies a population of functional endothelial precursors[J].Blood,2000,95(3):952-958.

[6]Richardson MR,Yoder MC.Endothelial progenitor cells:quo vadis?[J].J Mol Cell Cardiol,2011,50(2):266-272.

[7]Khan SS,Solomon MA,McCoy JP Jr.Detection of circulating endothelial cells and endothelial progenitor cells by flow cytometry[J].Cytometry B Clin Cytom，2005，64(1):1-8.

[8]Pober JS,Min W,Bradley JR.Mechanisms of endothelial dysfunction,injury,and death[J].Annu Rev Pathol,2009,4:71-95.

[9]Mackie AR,Krishnamurthy P,Verma SK,etal.Alcohol consumption negates estrogen-mediated myocardial repair in ovariectomized mice by inhibiting endothelial progenitor cell mobilization and function[J].J Biol Chem,2013,288(25):18022-18034.

[10]Cao Z,Yang Y,Hua X,etal.Telmisartan promotes proliferation and differentiation of endothelial progenitor cells via activation of Akt[J].Chin Med J(Engl),2014,127(1):109-113.

[11]Osaki M,Oshimura M,Ito H.PI3K-Akt pathway:its functions and alterations in human cancer[J].Apoptosis,2004,9(6):667-676.

[12]Meng Q,Li X,Yu X,etal.Transplantation of VEGF165-gene-transfected endothelial progenitor cells in the treatment of chronic venous thrombosis in rats[J].Chin Med J(Engl),2010,123(4):471.

[13]Zhang J,Zhang Z,Zhang DY,etal.microRNA 126 inhibits the transition of endothelial progenitor cells to mesenchymal cells via the PIK3R2-PI3K/Akt signalling pathway[J].PLoS One,2013,8(12):e83294.

[14]尹華曦.雌激素通過MAPK信號通路刺激內皮祖細胞的增殖和遷移[D].瀘州：瀘州醫學院,2012.

[15]姜其鈞,吳建祥,劉星,等.ERK1/2介導去甲腎上腺素對內皮祖細胞的功能調節[J].第二軍醫大學學報,2012,33(2):117-122.

[16]Sun C,Liang C,Ren Y,etal.Advanced glycation end products depress function of endothelial progenitor cells via p38 and ERK1/2 mitogen-activated protein kinase pathways[J].Basic Res Cardiol,2009,104(1):42-49.

[17]Wang YB,Liu YF,Lu XT,etal.Rehmannia glutinosa extract activates endothelial progenitor cells in a rat model of myocardial infarction through a SDF-1 α/CXCR4 cascade[J].PLoS One,2013,8(1):e54303.

[18]Kopan R,Schroeter EH,Weintraub H,etal.Signal transduction by activated mNotch:importance of proteolytic processing and its regulation by the extracellular domain[J].Proc Natl Acad Sci,1996,93(4):1683-1688.

[19]Kwon SM,Eguchi M,Wada M,etal.Specific Jagged-1 signal from bone marrow microenvironment is required for endothelial progenitor cell development for neovascularization[J].Circulation,2008,118(2):157-165.

[20]Kamei N,Kwon SM,Ishikawa M,etal.Endothelial progenitor cells promote astrogliosis following spinal cord injury through Jagged1-dependent Notch signaling[J].J Neurotrauma,2012,29(9):1758-1769.

[21]Chen JY,Feng L,Zhang HL,etal.Differential regulation of bone marrow-derived endothelial progenitor cells and endothelial outgrowth cells by the Notch signaling pathway[J].PLoS One,2012,7(10):e43643.

[22]Ishihara T,Mishima S,Kodama R,etal.Low-density lipoprotein as a biomarker for the mobilization of hematopoietic stem cells in peripheral blood[J].Transfus Apher Sci,2013,49(3):539-541.

[23]Vasa M,Fichtlscherer S,Aicher A,etal.Number and migratory activity of circulating endothelial progenitor cells inversely correlate with risk factors for coronary artery disease[J].Circ Res，2001，89(1):1-7.

[24]Morancho A,Hernández-Guillamon M,Boada C,etal.Cerebral ischaemia and matrix metalloproteinase-9 modulate the angiogenic function of early and late outgrowth endothelial progenitor cells[J].J Cell Mol Med,2013,17(12):1543-1553.

[25]Tsai TH,Chai HT,Sun CK,etal.Obesity suppresses circulating level and function of endothelial progenitor cells and heart func-tion[J].J Transl Med,2012,10:137.

[26]De Biase C,De Rosa R,Luciano R,etal.Effects of physical activity on endothelial progenitor cells (EPCs)[J].Front Physiol,2013,4:414.

[27]Ye H,He F,Fei X,etal.High-dose atorvastatin reloading before percutaneous coronary intervention increased circulating endothelial progenitor cells and reduced inflammatory cytokine expression during the perioperative period[J].J Cardiovasc Pharmacol Ther,2014,19(3):290-295.

[28]Marfella R,Rizzo MR,Siniscalchi M,etal.Peri-procedural tight glycemic control during early percutaneous coronary intervention up-regulates endothelial progenitor cell level and differentiation during acute ST-elevation myocardial infarction:effects on myocardial salvage[J].Int J Cardiol,2013,168(4):3954-3962.

[29]Shen WC,Liang CJ,Wu VC,etal.Endothelial progenitor cells derived from Wharton′s jelly of the umbilical cord reduces ischemia-induced hind limb injury in diabetic mice by inducing HIF-1α/IL-8 expression[J].Stem Cells Dev,2012,22(9):1408-1418.

[30]Tongers J,Roncalli JG,Losordo DW.Role of endothelial progenitor cells during ischemia-induced vasculogenesis and collateral formation[J].Microvasc Res,2010,79(3):200-206.

[31]Kawamoto A,Tkebuchava T,Yamaguchi JI,etal.Intramyocardial transplantation of autologous endothelial progenitor cells for therapeutic neovascularization of myocardial ischemia[J].Circulation,2003,107(3):461-468.

[32]Cheng Y,Jiang S,Hu R,etal.Potential mechanism for endothelial progenitor cell therapy in acute myocardial infarction:Activation of VEGF-PI3K/Akte-NOS pathway[J].Ann Clin Lab Sci,2013,43(4):395-401.

[33]Sch?chinger V,Assmus B,Britten MB,etal.Transplantation of progenitor cells and regeneration enhancement in acute myocardial infarctionfinal one-year results of the TOPCARE-AMI Trial[J].J Am Coll Cardiol,2004,44(8):1690-1699.

[34]Aoki J,Serruys PW,van Beusekom H,etal.Endothelial progenitor cell capture by stents coated with antibody against CD34the HEALING-FIM (Healthy Endothelial Accelerated Lining Inhibits Neointimal Growth-First In Man) registry[J].J Am Coll Cardiol,2005,45(10):1574-1579.

[35]Duckers HJ,Silber S,de Winter R,etal.Circulating endothelial progenitor cells predict angiographic and intravascular ultrasound outcome following percutaneous coronary interventions in the HEALING-II trial:evaluation of an endothelial progenitor cell capturing stent[J].Euro Intervention,2007,3(1):67-75.

[36]Silber S,Damman P,Klomp M,etal.Clinical results after coronary stenting with the GenousTMBio-Engineered R StentTM:12-month outcomes of the e-HEALING (Healthy Endothelial Accelerated Lining Inhibits Neointimal Growth) worldwide registry[J].Euro Intervention,2011,6(7):819-825.

[37]Yeh ET,Zhang S,Wu HD,etal.Transdifferentiation of human peripheral blood CD34+-enriched cell population into cardiomyocytes,endothelial cells,and smooth muscle cells in vivo[J].Circulation,2003,108(17):2070-2073.

[38]褚現明,冷敏,安毅,等.藻藍蛋白抑制血管平滑肌細胞過度增殖性管腔狹窄的機制研究[J].中國藥理學通報,2012,28(10):1383-1388.

[39]褚現明，王妮，孫雪霞，等.藻藍蛋白抑制ox-LDL誘導內皮細胞脂質過氧化損傷的機制研究[J].中國藥理學通報，2014,30(3)：5888-5889.

[40]Takabatake S,Hayashi K,Nakanishi C,etal.Vascular endothelial growth factor-bound stents:application of in situ capture technology of circulating endothelial progenitor cells in porcine coronary model[J].J Interv Cardiol,2014，27(1):63-72.

The Progress of Endothelial Progenitor Cells to Repair Endothelial Damage of Coronary Heart DiseaseLIUNan,CHUXian-ming,ANYi.(DepartmentofCardiology,theAffiliatedCardiovascularDiseaseHospitalofQingdaoUniversityMedicalCollege,Qingdao266100，China)

Abstract:With the improvement of people′s living standards,the morbidity and mortality of coronary heart disease(CHD) increase year by year.It is currently considered that the initial factor of coronary atherosclerotic plaque formation is endothelial damage.Recently the discovery of endothelial progenitor cells(EPCs),is proved to play an important role in the maintenance of endothelial homeostasis and the repair of vascular endothelial injury.With the future study of EPCs,more is known about the repair of endothelial damage of EPCs,which provides a new way for EPCs application in the prevention and treatment of CHD.

Key words:Coronary heart disease; Endothelial progenitor cells; Endothelial injury; Application status

收稿日期：2014-10-14修回日期：2015-01-06編輯：鄭雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.14.020

中圖分類號：R541

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)14-2546-04