血管平滑肌細胞與動脈粥樣硬化關系的研究進展

袁帥，廖思聰，王大新

血管平滑肌細胞（vascular smooth muscle cells，VSMCs）是構成血管壁組織結構和維持血管張力的主要細胞之一，其結構及功能改變是導致高血壓、動脈粥樣硬化（arteriosclerosis，AS）及血管成形術后再狹窄等多種心血管疾病的細胞病理學基礎。既往研究結果顯示，VSMCs的起源、表型轉化、凋亡及鈣化等均與AS發生發展密切相關，其中VSMCs表型轉化、凋亡、鈣化具有促炎作用［1］。因此，了解VSMCs在AS發生發展中的作用機制對AS治療可能具有重要意義。筆者通過復習相關文獻，綜述了VSMCs起源、VSMCs表型轉化、平滑肌源性泡沫細胞、VSMCs凋亡及VSMCs鈣化與AS的關系。

1 VSMCs起源與AS的關系

VSMCs譜系追蹤研究表明，血管平滑肌起源于胚胎時期的多能前體細胞，包括主動脈、主動脈弓、肺動脈干等，其中頭頸部血管平滑肌起源于神經嵴細胞，冠狀動脈血管平滑肌起源于心外膜，而降主動脈血管平滑肌主要起源于表達Pax3和FoxC2的體節上皮細胞［2］。譜系不同的血管平滑肌表型具有很大共性，但其調控因素（如Myocardin相關轉錄因子B）及成熟細胞對疾病發生發展相關介導因子（如轉化生長因子β）的應答存在差異［1-2］。耐受性可能與VSMCs胚胎起源有關，但具體機制尚未明確［2］。目前，研究血管平滑肌胚胎起源的挑戰是如何通過轉錄翻譯學和表觀遺傳學機制鑒定不同血管區域血管平滑肌的特征［3］。

動物實驗表明，敲除載脂蛋白E基因（ApoE-/-）小鼠AS進展期分為4個不同血管區域，包括冠狀動脈、主動脈分支、腹腔臟器動脈及腹主動脈終末端，4個不同血管區域發生AS的危險因素并不完全相同，其中AS易損斑塊內＞80%的VSMCs起源不明，＞30%的VSMCs起源細胞可表達多種巨噬細胞標志物，如LGALS3/Mac2、、F4/80及CD［4］。68

目前研究發現，人類冠狀動脈進展期約40%的泡沫細胞同時表達平滑肌細胞標志物肌動蛋白α2（ACTA2）和巨噬細胞標志物CD68，但尚不能明確泡沫細胞主要表達ACTA2還是CD68，抑或兩者均不是［4］。既往研究表明，與血管壁起源的VSMCs相比，骨髓起源的VSMCs可能具有促AS形成作用［5］。

2 VSMCs表型轉化與AS的關系

VSMCs在生理或病理條件下均會發生表型轉化，主要是向巨噬細胞分化，且經表型轉化的VSMCs具有巨噬細胞標志物及特性。有學者認為，VSMCs表型轉化對AS形成具有重要意義，其中抑制VSMCs表型轉化對動脈具有保護作用［6］。盡管目前有關VSMCs表型轉化的研究報道較多，但VSMCs表型轉化具體機制尚有待進一步研究［7］。

正常情況下，動脈中層的VSMCs可表達平滑肌細胞標志物，如MYH11、平滑肌22α（SM22α）、ACTA2及平滑肌細胞分化特異性抗原（SMTN），但伴有粥樣硬化的動脈中層VSMCs表達上述標志物的能力下降［8］。心肌素/血清反應因子調控模式是VSMCs表型轉化的重要組成部分，其能有效整合對VSMCs收縮基因具有激活和/或抑制作用的信號和輔助因子［9］；另外，Kruppel樣因子4（Kruppel-like factor 4，KLF4）能沉默平滑肌細胞標志物基因，進而抑制Myocardin依賴的基因激活［1］。既往研究表明，血管平滑肌中KLF4缺失與VSMCs損傷后表型轉化短暫延遲有關，但敲除KLF4基因后VSMCs數量并未發生改變，僅表現為平滑肌源性巨噬細胞樣細胞和間充質干細胞樣細胞減少，提示KLF4可能參與VSMCs向巨噬細胞的表型轉化過程［6］。

ALLAHVERDIAN等［7］研究表明，在膽固醇培養基中培養的血管平滑肌通過KLF4激活多種促炎因子，抑制VSMCs標志物表達，激活巨噬細胞標志物并誘導吞噬發生，提示AS斑塊內脂質累積可能導致VSMCs向巨噬細胞樣細胞表型轉化。與單核細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞相比，平滑肌源性巨噬細胞樣細胞吞噬能力明顯減弱，而吞噬能力（如對凋亡細胞的吞噬能力）在AS進展期明顯減弱，故VSMCs表型轉化可能參與AS進展［8］。

SHE等［10］研究表明，細胞外基質能抑制VSMCs表型轉化，而巨噬細胞或VSMCs釋放的基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMPs）可導致細胞外基質、膠原或彈力纖維解離，進而促使VSMCs表型轉化并加速細胞增殖及遷移。ROHWEDDER等［11］研究表明，粘連蛋白沉積可促進AS形成，但其也能促進纖維帽形成，從而加強AS斑塊穩定性。

3 平滑肌源性泡沫細胞與AS的關系

泡沫細胞主要來源于巨噬細胞和VSMCs，其中來源于VSMCs的泡沫細胞稱為平滑肌源性泡沫細胞。人體AS早期和進展期斑塊中普遍存在平滑肌源性泡沫細胞，故平滑肌源性泡沫細胞是AS形成的重要標志之一。但動物模型與人體存在差異，如伴有高膽固醇血癥的動物AS斑塊中平滑肌源性泡沫細胞較少，但AS進展期平滑肌源性泡沫細胞較多［12］。因此，明確AS發生時平滑肌源性泡沫細胞形成機制具有重要意義。

既往研究表明，動脈內膜VSMCs中三磷腺苷結合盒轉運體 A1（ATP-binding cassette transporter A1，ABCA1）和載脂蛋白AⅠ（apolipoprotein AⅠ，ApoAⅠ）表達較高，ABCA1和ApoAⅠ可通過介導膽固醇從胞內流出形成高密度脂蛋白（HDL）而在膽固醇逆轉運過程中發揮重要作用［13］，故AS形成早期由于脂質攝取與流出失衡而導致VSMCs發生泡沫化。再者，糖尿病患者AS發生風險增加與血糖升高有關，分析其原因可能與血糖異常導致血脂異常有關［10］。BROWN等［13］研究表明，平滑肌源性泡沫細胞一旦形成將產生一系列反應，如膽固醇不斷聚集會誘導VSMCs凋亡，促進鄰近VSMCs向內膜遷移，而VSMCs凋亡或死亡亦會加劇炎性反應，同時趨化因子C-C基元配體19（CCL19）可直接調控VSMCs表型轉化、生長及釋放MMPs，上述病理生理過程均能促使內膜增厚及 AS 形成［2］。

4 VSMCs凋亡與AS的關系

細胞凋亡是一種程序性細胞死亡。AS早期細胞凋亡率較低，隨著病情發展AS壞死核心及纖維帽形成，導致細胞凋亡率逐漸升高，其中巨噬細胞和VSMCs是凋亡率最高的細胞。斑塊破裂主要發生于斑塊肩部，該區域具有VSMCs減少和巨噬細胞增多等特征，分析其原因可能是巨噬細胞通過死亡受體與死亡配體作用而誘導VSMCs凋亡，而該過程對斑塊破裂及心血管事件發生具有重要作用。此外，與穩定型斑塊相比，不穩定型斑塊中VSMCs凋亡率更高［14］。

既往研究表明，AS患者VSMCs凋亡與炎癥有關，但血管衰老、基質降解及血管重塑時炎性反應明顯減弱，分析其原因可能與凋亡細胞清除過程中釋放細胞因子有關。細胞死亡時會釋放白介素1（IL-1），細胞凋亡和壞死時分別釋放白介素1β（IL-1β）、白介素1α（IL-1α），而繼細胞凋亡后發生壞死則同時釋放IL-1β和IL-1α。凋亡細胞一般在48 h內會被清除，但發生高脂血癥時會延遲吞噬過程，因此VSMCs表型轉化后炎性反應與細胞吞噬能力減弱有關。此外，與心血管疾病高度相關的基因組——人類9號染色體長臂2區1帶（9p21）與細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑2B和鈣網質蛋白表達減少密切相關，而后者是激活吞噬細胞上吞噬受體所必需的配體［15］。細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑2B缺陷的凋亡小體具有抗吞噬能力，不能被鄰近巨噬細胞有效吞噬。既往研究表明，細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑2B缺失引發的胞葬能力受損會增加脂質負荷的壞死核心面積及復雜性，從而加劇 AS［16-19］。

此外，VSMCs凋亡誘導的炎性反應還與細胞來源有關，如血管壁來源的VSMCs凋亡具有促炎作用，而骨髓來源的VSMCs具有抗炎作用［20-22］。

5 VSMCs鈣化與AS的關系

AS形成過程通常存在血管鈣化，而血管鈣化可降低血管彈性及改變血流動力學；此外，磷酸鈣沉積導致血管壁彈性降低還可引發收縮期高血壓，進而導致左心室肥厚、氧化應激反應增加、心臟舒張功能異常及瓣膜關閉不全等病理學改變［23］。AS血管中的VSMCs可表達大量生物礦化標志物，如骨橋蛋白、骨形態發生蛋白2（bone morphogenetic protein-2，BMP-2）、骨連接蛋白、Ⅰ型膠原、骨鈣蛋白和S100A9，故認為AS發生機制與骨質生物礦化相似；另外，衰老的VSMCs在血管鈣化形成過程中具有重要作用［24-25］。

斑塊鈣化可分為微小型鈣化（斑點）和巨大型鈣化（密集）兩種形式，其中微小型鈣化不穩定、易破裂，故認為其是AS的“犯罪”斑塊，分析其原因可能與內膜病理學增厚有關；此外，VSMCs凋亡還能促進AS斑塊鈣化［26］。

6 小結

VSMCs對AS具有多種效應，一方面，VSMCs可通過穩固纖維帽而使AS斑塊穩定；另一方面，VSMCs增殖或表型轉化又會促進AS惡化［27-28］。目前，有關AS細胞學機制還需深入研究，以尋找AS新的治療靶點。

［1］SINHA S，IYER D，GRANATA A.Embryonic origins of human vascular smooth muscle cells：implications for in vitro modeling and clinical application［J］.Cell Mol Life Sci，2014，71（12）：2271-2288.DOI：10.1007/s00018-013-1554-3.

［2］PFALTZGRAFF E R，BADER D M.Heterogeneity in vascular smooth muscle cell embryonic origin in relation to adult structure，physiology，and disease［J］.Dev Dyn，2015，244（3）：410-416.DOI：10.1002/dvdy.24247.

［3］CHEUNG C，BERNARDO A S，TROTTER M W，et al.Generation of human vascular smooth muscle subtypes provides insight into embryological origin-dependent disease susceptibility［J］.Nat Biotechnol，2012，30（2）：165-173.DOI：10.1038/nbt.2107.

［4］YEUNG K K，BOGUNOVIC N，KEEKSTRA N，et al.Transdifferentiation of Human Dermal Fibroblasts to Smooth Muscle-Like Cells to Study the Effect of MYH11 and ACTA2 Mutations in Aortic Aneurysms［J］.Hum Mutat，2017，38（4）：439-450.DOI：10.1002/humu.23174.

［5］YU H，STONEMAN V，CLARKE M，et al.Bone marrow-derived smooth muscle-like cells are infrequent in advanced primary atherosclerotic plaques but promote atherosclerosis［J］.Arterioscler Thromb Vasc Biol，2011，31（6）：1291-1299.DOI：10.1161/ATVBAHA.110.218578.

［6］SHANKMAN L S，GOMEZ D，CHEREPANOVA O A，et al.KLF4-dependent phenotypic modulation of smooth muscle cells has a key role in atherosclerotic plaque pathogenesis［J］.Nat Med，2015，21（6）：628-637.DOI：10.1038/nm.3866.

［7］ALLAHVERDIAN S，CHEHROUDI A C，MCMANUS B M，et al.Contribution of intimal smooth muscle cells to cholesterol accumulation and macrophage-like cells in human atherosclerosis［J］.Circulation，2014，129（15）：1551-1559.DOI：10.1161/CIRCULATIONAHA.113.005015.

［8］BENNETT M R，SINHA S，OWENS G K.Vascular Smooth Muscle Cells in Atherosclerosis［J］.Circ Res，2016，118（4）：692-702.

［9］ALEXANDER M R，OWENS G K.Epigenetic control of smooth muscle cell differentiation and phenotypic switching in vascular development and disease［J］.Annu Rev Physiol，2012，74：13-40.DOI：10.1146/annurev-physiol-012110-142315.

［10］SHE Z G，CHANG Y，PANG H B，et al.NG2 Proteoglycan Ablation Reduces Foam Cell Formation and Atherogenesis via Decreased Low-Density Lipoprotein Retention by Synthetic Smooth Muscle Cells［J］.Arterioscler Thromb Vasc Biol，2016，36（1）：49-59.DOI：10.1161/ATVBAHA.115.306074.

［11］ROHWEDDER I，MONTANEZ E，BECKMANN K，et al.Plasma fibronectin deficiency impedes atherosclerosis progression and fibrous cap formation［J］.EMBO Mol Med，2012，4（7）：564-576.DOI：10.1002/emmm.201200237.

［12］ZAMANIAN-DARYOUSH M，LINDNER D J，DIDONATO J A，et al.Myeloid-specific genetic ablation of ATP-binding cassette transporter ABCA1 is protective against cancer［J］.Oncotarget，2017，8（42）：71965-71980.

［13］BROWN B A，WILLIAMS H，GEORGE S J.Evidence for the Involvement of Matrix-Degrading Metalloproteinases （MMPs） in Atherosclerosis［J］.Prog Mol Biol Transl Sci，2017，147：197-237.DOI：10.1016/bs.pmbts.2017.01.004.

［14］GONZALEZ L，TRIGATTI B L.Macrophage Apoptosis and Necrotic Core Development in Atherosclerosis：A Rapidly Advancing Field with Clinical Relevance to Imaging and Therapy［J］.Can J Cardiol，2017，33（3）：303-312.DOI：10.1016/j.cjca.2016.12.010.

［15］KOJIMA Y，DOWNING K，KUNDU R，et al.Cyclin-dependent kinase inhibitor 2B regulates efferocytosis and atherosclerosis［J］.J Clin Invest，2014，124（3）：1083-1097.DOI：10.1172/JCI70391.

［16］ABU-AMERO K K，KONDKAR A A，MOUSA A，et al.Analysis of Cyclin-Dependent Kinase Inhibitor-2B rs1063192 Polymorphism in Saudi Patients with Primary Open-Angle Glaucoma［J］.Genet Test Mol Biomarkers，2016，20（10）：637-641.

［17］GAO P，SI J，YANG B，et al.Upregulation of MicroRNA-15a Contributes to Pathogenesis of Abdominal Aortic Aneurysm （AAA）by Modulating the Expression of Cyclin-Dependent Kinase Inhibitor 2B （CDKN2B）［J］.Med Sci Monit，2017，23：881-888.DOI：10.12659/MSM.898233.

［18］YU J H，ZHU B M，WICKRE M，et al.The transcription factors signal transducer and activator of transcription 5A（STAT5A）and STAT5B negatively regulate cell proliferation through the activation of cyclin-dependent kinase inhibitor 2b（Cdkn2b）and Cdkn1a expression［J］.Hepatology，2010，52（5）：1808-1818.DOI：10.1002/hep.23882.

［19］KOJIMA Y，DOWNING K，KUNDU R，et al.Cyclin-dependent kinase inhibitor 2B regulates efferocytosis and atherosclerosis［J］.J Clin Invest，2014，124（3）：1083-1097.DOI：10.1172/JCI70391.

［20］WANG J，URYGA A K，REINHOLD J，et al.Vascular Smooth Muscle Cell Senescence Promotes Atherosclerosis and Features of Plaque Vulnerability［J］.Circulation，2015，132（20）：1909-1919.DOI： 10.1161/CIRCULATIONAHA.115.016457.

［21］NAKANO-KURIMOTO R，IKEDA K，URAOKA M，et al.Replicative senescence of vascular smooth muscle cells enhances the calcification through initiating the osteoblastic transition［J］.Am J Physiol Heart Circ Physiol，2009，297（5）：H1673-1684.DOI：10.1152/ajpheart.00455.2009.

［22］BOBRYSHEV Y V，OREKHOV A N，SOBENIN I，et al.Role of bone-type tissue-nonspecific alkaline phosphatase and PHOSPO1 in vascular calcification［J］.Curr Pharm Des，2014，20（37）：5821-5828.

［23］SUN Y，BYON C H，YUAN K，et al.Smooth muscle cellspecific runx2 deficiency inhibits vascular calcification［J］.Circ Res，2012，111（5）：543-552.DOI：10.1161/CIRCRESAHA.112.267237.

［24］WOLDT E，TERRAND J，MLIH M，et al.The nuclear hormone receptor PPARgamma counteracts vascular calcification by inhibiting Wnt5a signalling in vascular smooth muscle cells［J］.Nat Commun，2012，3：1077.DOI：10.1038/ncomms2087.

［25］SASAKI T，NAKAMURA K，SASADA K，et al.Matrix metalloproteinase-2 deficiency impairs aortic atherosclerotic calcification in ApoE-deficient mice［J］.Atherosclerosis，2013，227（1）：43-50.DOI：10.1016/j.atherosclerosis.2012.12.008.

［26］LIBBY P，BORNFELDT K E，TALL A R.Atherosclerosis：Successes，Surprises，and Future Challenges［J］.Circ Res，2016，118（4）：531-534.DOI：10.1161/CIRCRESAHA.116.308334.

［27］PFALTZGRAFF E R，BADER D M.Heterogeneity in vascular smooth muscle cell embryonic origin in relation to adult structure，physiology，and disease［J］.Dev Dyn，2015，244（3）：410-416.DOI：10.1002/dvdy.24247.

［28］PFALTZGRAFF E R，SHELTON E L，GALINDO C L，et al.Embryonic domains of the aorta derived from diverse origins exhibit distinct properties that converge into a common phenotype in the adult［J］.J Mol Cell Cardiol，2014，69：88-96.DOI：10.1016/j.yjmcc.2014.01.016.