血管平滑肌細胞表型轉化及相關機制

崔源源 綜述 王欣 趙福海 審校

(中國中醫科學院西苑醫院心血管病中心，北京100091)

成熟的血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells，VSMC)具有較高的細胞特異性，主要表現為收縮血管、調節血壓和血流分布等功能。分化成熟的VSMC表現為極低的增殖率和合成性。由于VSMC具有強大的表型可塑性，受損的VSMC可進行表型轉換，進而在心血管疾病中扮演著重要角色，如動脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)、高血壓等[1-3]。AS涉及多種細胞參與，包括肥大細胞、淋巴細胞、內皮細胞和VSMC。VSMC在斑塊形成和發展過程中具有不同的作用。在斑塊形成中，70%的斑塊成分是由VSMC或其衍生物組成；在斑塊進展中，中膜層的VSMC向內膜層延伸，造成血管管腔狹窄。在斑塊惡化過程中，VSMC凋亡和/或與激活金屬蛋白酶、炎癥介質等相互作用，促進斑塊破裂，誘發晚期心血管事件。現就VSMC受刺激后轉化成不同的表型及相關機制做一簡要概述。

1 VSMC轉化為成骨型平滑肌細胞

血管鈣化簡要概括為骨質形成，在缺乏軟骨板的情況下，成骨細胞誘導膠原蛋白、細胞外基質鈣化的結果[4]。異常鈣化在心血管疾病中備受關注，很多血管斑塊表現有鈣物質沉淀。血管壁中的VSMC亞型，又叫“鈣化血管細胞”，能夠自發形成結節和鈣化。這些結節具有與骨質類似的特征：增加堿性磷酸酶活性、骨鈣蛋白、骨黏連蛋白和骨橋蛋白表達，部分研究認為血管壁成骨細胞的出現與VSMC表型改變緊密相關[5-8]。

骨形態蛋白(bone morphogenetic proteins，BMPs)是轉化生長因子-β(transfer growth factor beta，TGF-β)超家族的成員，被認為是血管鈣化的主要調節者。其中，BMP2和BMP4參與局部礦化和炎癥反應。BMP2多由功能間葉細胞祖細胞成骨和軟骨分化而來，BMP2通過上調關鍵的成骨轉錄因子(Msx2、Cbfa1和osterix)表達，參與血管鈣化形成。內皮細胞在缺氧、活性氧產生、血液湍流、高壓或炎癥等環境下刺激BMP2產生，或氧化低密度脂蛋白誘導的泡沫細胞產生BMP4，刺激VSMC分化為成骨型細胞。在去分化的VSMC中，BMP2表達顯著增高；BMP2抑制劑，如頭蛋白、腱蛋白、基質γ-羧基谷氨酸蛋白在去分化的VSMC中水平減少。敲除BMP2，血管內膜鈣化減緩；但對血清脂質濃度和AS斑塊大小無影響[9]。BMP7可抑制血管鈣化，其被證明能上調α-平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)表達(VSMC收縮蛋白之一)，且抑制和逆轉成骨表型，其機制與介導P21(Waf1)、SMAD家族成員6和SMAD家族成員7相關。

Cbfa1又稱Runt-相關轉錄因子2(Runx2)或 Pebp2αA，是成骨分化關鍵的參與者，調節VSMC鈣化的重要蛋白之一。為了探索VSMC向成骨型分化，研究者利用Runx2缺失小鼠模型發現，Runx2缺失不會影響基礎平滑肌細胞標記；但是可抑制氧化應激誘導的平滑肌細胞標記水平，抑制高脂飲食誘導的血管鈣化及成骨樣細胞形成[6]。增加的堿性磷酸酶、Runx2和osterix水平，提示VSMC成骨表型形成。電子顯微鏡提示凋亡或損傷的VSMC由基質小泡釋放羥基磷灰石納米結晶物，參與血管鈣化[5]。BMPs通過下調抗凋亡介質Bcl2，誘導VSMC凋亡。死亡的泡沫細胞和VSMC碎片聚集成鈣和磷，提供了一個適宜的成核環境；但是，并不是所有凋亡的細胞形成礦化。在生理條件下，VSMC形成的基質小泡不會形成鈣化；鈣化多發生在老齡化、VSMC表型改變或干細胞分化等環境下。

細胞分化和心血管疾病與線粒體改變相關。發動蛋白-相關蛋白1(dynamin-related protein 1，DRP1)是引起線粒體分裂的關鍵調節者之一。VSMC分化的成骨細胞DRP1表達上調；相反，抑制DRP1可降低礦化水平、骨架重排、線粒體功能失調、Ⅰ型膠原蛋白分泌和堿性磷酸酶活性[10]。

前體-核纖層蛋白A即未形成的核纖層蛋白A，可累積在鈣化的人VSMC中，其過表達可促進VSMC成骨分化和礦化。微列分析表明，平滑肌細胞表達的前體-核纖層蛋白A 與細胞DNA損傷修復機制失調相關。DNA損傷可誘導平滑肌細胞分泌促成骨因子。細胞因子陣列分析鑒別了運動失調性毛細血管擴張老化相關促分泌表型因子、前層蛋白相關細胞因子，包括BMP2、骨保護素和白介素-6[7]。

脂質代謝受損也參與VSMC向成骨細胞型轉化。利用乙酰化低密度脂蛋白(Ac-LDL)刺激VSMC，可改變骨相關蛋白基因表達和鈣化。Ac-LDL增加鈣化結節，而脂蛋白缺失血清顯著抑制該過程。VSMC向成骨樣轉化與Ac-LDL阻止凋亡小體吞噬相關[11]。

在某些特定環境下，平滑肌細胞更傾向于形成軟骨樣細胞。研究者發現在慢性腎功能衰竭小鼠中，VSMC轉化成軟骨樣或成骨樣平滑肌細胞取決于刺激的分子信號。給予嘌呤低蛋白飲食的尿毒癥小鼠，胸主動脈血管中膜鈣化形成，軟骨特異性標記水平增加，包括性別決定區Y-box9、Ⅱ型膠原蛋白、聚集蛋白聚糖、非顯著性增強的核心結合因子α1和Ⅰ型膠原蛋白，其機制與成骨標記蛋白(osterix)、脂蛋白受體相關蛋白6及Wingless-type MMTV整合位點家族(Wnt)/β-連環素通路受抑制相關[13]。

2 VSMC轉化為炎癥型平滑肌細胞

中膜層的VSMC用Cre/lox基因誘導檢測系統表明，成年小鼠VSMC表達SM22α基因位點。在內膜層的平滑肌細胞同時標記有抗巨噬細胞-2和CD68(通常用來標記巨噬細胞)，提示收縮型VSMC可分化成巨噬細胞樣平滑肌細胞。進一步提示，分化后的平滑肌細胞可含有氧化低密度脂蛋白，通過電子顯微鏡得到了一致的結果[14]。

內皮唾酸蛋白(endosialin,CD248)是一型細胞壁糖蛋白，被認為位于腫瘤內皮細胞表面受體；但是，研究發現CD248并非表達在內皮細胞，而是在外周血管壁上的細胞，如VSMC、肌成纖維細胞等，其在正常的細胞內表達較低。CD248參與VSMC從收縮型向合成型轉變。CD248缺失可增加VSMC收縮蛋白α-SMA和鈣調蛋白表達，相反，CD248增加，VSMC收縮蛋白減少，且增加合成VSMC標記蛋白，如Vim、Rbp1和Gla 蛋白。此外，CD248 還增加趨化因子受體(CCR2、CCR5和CX3CR1)表達，配體(CCL5、CX3CL1)表達[15]。趨化因子受體4(CXCR4)及其同源配體CXCL12在祖細胞向骨髓歸巢扮演了重要角色，可調節CD248表達。CXCR4不僅表達在祖細胞，而且表達在內皮細胞、VSMC和不同的白細胞子集內，參與了血管內膜增生和AS的發生發展。CXCL12/CXCR4信號軸有利于VSMC保持收縮型。CXCR4缺失的VSMC表示出增加的波形蛋白表達(PDGF-BB誘導的合成蛋白之一)和CD248水平。另外，在血管斑塊中，去分化的VSMC標記有波形蛋白、CD248、CD68和脂質；相反，CXCL12/CXCR4軸誘導Wnt活性，增加收縮蛋白標記表達，如Tagln蛋白、平滑肌細胞分化特異性抗原(smoothelin)、堿性調寧蛋白，減少合成標記表達(CD248)[16]。

3 VSMC轉化為成纖維母細胞型平滑肌細胞

組織損傷修復機制與促纖維調節緊密相關。成纖維母細胞(myofiroblast，MFs)在傷口愈合過程中發揮了重要作用，MFs由組織纖維細胞發展而來。α-SMA是MFs分化的一個重要決定因素，TGF-β1和凝血酶直接調節α-SMA基因[17]。部分研究認為，血管外膜纖維母細胞參與損傷血管重構[18]；但是，中膜層的VSMC也可向MFs轉化[19]。部分體內試驗發現，平滑肌細胞向MFs轉化，表現為特異性分化蛋白丟失，如SM-MHC、smoothelin等[20]。

VSMC受到各種刺激后，如系統性硬化病IgG，促進纖維化反應[21-22]。系統性硬化病IgG刺激的VSMC可誘導TGF-β1上調和TGF-β2下調。TGF-β1是纖維化疾病中促纖維化的一個重要調節蛋白，TGF-β2具有抗纖維化作用。下調的TGF-β2表達可增加膠原蛋白mRNA水平，因此，TGF-β2下調可引起促纖維化狀態[21]。在人腎臟血管中，修飾后的平滑肌細胞是非正常結締組織合成的來源之一，即平滑肌細胞可向MFs轉化[23]。在肝纖維化疾病中，研究者認為，部分肌纖維母細胞是由VSMC演變而來，因為肌纖維母細胞同時表達α-SMA和smoothelin[24]。內皮素-1是一種重要的血管活性物質，參與VSMC調節的血管緊張度。相關研究報道，內皮素-1參與VSMC向肌纖維母細胞轉型，內皮素-1誘導VSMC細胞骨架重排，增加F-肌動蛋白表達[25]。

雖然分化后的MFs和平滑肌細胞均表達α-SMA，但是二者又有區分：α-SMA啟動子包含TGF-β反應元件，是二者表達α-SMA所必須的；但是，α-SMA啟動子含有CArG反應元件。CArGA和B是平滑肌細胞表達轉基因結構從-2600到α-SMA第一個內含子所必須的。相反，在MFs中，CArGA和B并不重要。另外，Gan等[26]發現平滑肌細胞和MFs表達α-SMA的轉錄機制不同： MCAT元件(AGGAATG，位于心臟、平滑肌、骨骼肌等增強子區)突變選擇性地清除MFs中α-SMA轉錄水平，而對平滑肌細胞沒有影響。此外，分化的MFs可能表達平滑肌細胞的標記蛋白，如SM-MHC、caldesmon或desmin；但是不會表達smoothelin(smoothelin是血管和平滑肌細胞晚期分化的標志物)。因此，smoothelin是鑒別MFs和分化成熟的平滑肌細胞的主要標志物之一。

綜上所述，VSMC可轉化為多種表型，如成骨型、炎癥型或成纖維細胞型，參與了心血管疾病的發生發展。鑒別出不同表型的VSMC，給予對應治療，有可能更有利于改善臨床心血管疾病的轉歸。