動脈粥樣硬化斑塊內血管新生的研究進展

徐添添 周建慶

動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）是一種緩慢漸進的疾病過程，其特征在于中動脈和大動脈血管壁的多灶性結構改變，最終導致AS斑塊的形成。AS的發病機制包括：內皮功能障礙和活化；單核細胞及巨噬細胞黏附、活化和遷移；局部氧化應激；脂質沉積；細胞外基質合成；平滑肌細胞遷移；斑塊的增殖和新生血管形成。在AS區，局部特定條件（如相對缺氧、炎癥、氧化應激等）誘發經典和非經典血管生成因子，促進新生血管生成。新生血管形成了營養物質和氧氣的局部流動，從而促進斑塊的發展和重塑。然而大量研究證實，不同結構的AS斑塊具有不同的穩定性，穩定性低的斑塊可引起斑塊破裂出血和糜爛以及繼發血栓形成，是急性冠狀動脈綜合征（acute coronary syndrome，ACS）的主要發病機制。因此，如何穩定AS斑塊，防止斑塊破裂已成為當前冠心病防治研究的熱點。近期研究發現，AS斑塊內常出現病理性新生血管，這些新生血管可以促進AS斑塊的發展，誘發AS斑塊破裂，與斑塊的不穩定性密切相關[1]。有學者認為，抑制AS斑塊內血管新生有望從根本上防止不穩定斑塊破裂及其并發癥的發生[2]。目前，國內外已有學者針對這一環節展開研究并取得進展，尤其是他汀類藥物和國內的一些中藥制劑，如通心絡、丹參和紫杉醇等[3]，但抗血管生成藥物的臨床試驗尚未成功。本文就斑塊內新生血管的形成及其對AS斑塊穩定性的影響作一綜述。

1 AS斑塊內血管新生概述

血管新生是指基于原有的毛細血管，通過血管內皮細胞的增殖與遷移，從已存在的血管中以芽生或非芽生的形式生成新的毛細血管的過程。血管新生在創傷愈合、胚胎發育、子宮內膜周期性增殖等一些生理現象及腫瘤、增殖性視網膜病變等多種病理狀態中扮演重要角色。血管新生是血管生成因子和血管生成抑制因子之間微妙平衡調節的動態過程，但在一些刺激因素的影響下（如炎癥和低氧、傷口愈合、月經期間的子宮內膜生長、組織移植等），該平衡被打破，激活促血管新生的相關因子，如血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）及成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor，FGF），進而導致局部新生血管生成因子中激活成分占優勢，刺激血管內皮細胞增殖和遷移，其最終導致血管網絡的增加。

在AS斑塊中，主要的血管生成機制是從先前存在的滋養血管中萌發血管生成。血管生成的過程通過缺氧啟動，誘導血管生成因子（如VEGF）的表達和釋放，并且在恢復常氧時被下調。缺氧和炎癥狀態促進血管生成和炎癥因子的釋放，從血管滋養血管刺激發芽血管生成[4]。這種形成的新生血管可以提供營養，并促進巨噬細胞浸潤、血管壁增厚、脂質沉積、炎癥和AS病變進展[5]。隨著斑塊內炎癥反應增強和斑塊體積增大，斑塊內的新生血管數量逐漸增多[6]。這些新生的血管大多處于不成熟狀態，有著管腔壁薄且內皮細胞之間的連接不緊密的特點。一方面，這些不成熟的新生血管會引起血液中的脂質、炎癥細胞和紅細胞從管腔中漏出，為造成不穩定的斑塊內環境提供條件；另一方面，這些血管也容易破裂，造成斑塊內出血以及斑塊破裂，從而加重管腔狹窄[7-8]。AS斑塊內的血管新生會影響斑塊的發展，并導致一系列臨床并發癥，因此，研究其發生、發展的機制具有重要的意義。

2 影響AS斑塊內血管新生的因素

2.1 低氧環境與斑塊內血管新生 低氧與血管新生的關系首先在腫瘤血管新生中得到認證，以往的實驗研究已反復證實，低氧是引起斑塊內血管新生的基本原因。正常情況下，血液中的氧氣可以通過擴散的作用從管腔進入血管壁，而隨著AS斑塊的進展，在AS的核心區域血管壁增厚和斑塊內炎癥反應所致代謝應激水平增加等因素都會使斑塊內氧耗不斷增加，從而顯著減少了氧向內膜的擴散[9]。因此產生的不平衡供氧與需氧狀態，導致低氧誘導因子（hypoxia inducible factor，HIF）被激活表達且不斷積累[10]。

HIF-1是缺氧的關鍵調節因子，是一種普遍存在的轉錄因子，能夠控制缺氧時有核細胞的反應。它是由HIF-1β（其活性不受缺氧影響）和HIF-1α（活性亞基）組成的異二聚體蛋白。HIF-1α主要通過O2依賴性蛋白水解途徑在翻譯后水平調節，在正常的氧濃度下，HIF-1α亞基極易經泛素連接蛋白酶復合體途徑降解。斑塊的低氧環境中，HIF-1α主要通過血管內皮生長因子（VEGF）、一氧化氮（NO）和活性氧（ROS）3種途徑引起內皮細胞發生改變，VEGF、NO和自由基的產生，以及血小板衍生生長因子（PDGF）的上調促進了AS的發展[11-12]。通過誘導VEGF的表達，特異性地結合位于新生血管內皮上的VEGF受體，促進內皮細胞生長并形成新的血管管腔，提供代謝所需養分，以維持斑塊內的氧供需平衡。但如果氧氣供應恢復，HIF-1α會降解，從而減少VEGF的產生和隨后的血管生成信號傳導。HIF表達可促進缺血壞死性AS病變中不穩定的血管生成。這是斑塊破裂的主要增強因子之一，從而導致并發癥以及上述疾病的發展。

2.2 生長因子與斑塊內血管新生 血管新生受到許多生長因子的啟動和調節，VEGF和它的受體VEGFR因其在血管生成中起重要作用在近30年被廣泛研究。VEGF 家族包括 VEGF-A，VEGF-B，VEGF-C 以及VEGF-D與胎盤生長因子。VEGF-A在最早被發現時，被認為是一種改變血管通透性的相關因子，能夠激活內皮型一氧化氮合酶 (endothelial nitric oxide synthase，eNOS)生成NO，NO可導致血管的舒張以及血管壁通透性增加。不同的VEGF受體有完全不同的功能：VEGFR1參與了定向造血干細胞的募集以及單核細胞的遷移；而VEGFR2和VEGFR3則是內皮細胞在發揮血管新生功能時的必要條件。

在人類AS斑塊中存在大量的促血管生長因子，包括VEGF家族、FGF家族、PDGF家族、TGF-β，Ang-TIE等[13]。除了上述介紹的VEGF外，另一個重要因子就是FGF家族。FGF能夠促進內皮細胞和平滑肌細胞增殖，其由內皮細胞、單核巨噬細胞、心肌細胞和平滑肌細胞等分泌合成，FGF-2（bFGF）促進血管新生的作用體現在它通過血小板衍生因子間接地促進平滑肌細胞（smooth muscle cell，SMC）的增殖，促進毛細血管先被周細胞覆蓋，后被SMC覆蓋，bFGF還能使血管內皮細胞增殖與遷移，以此來確保血管的穩定和成熟。

2.3 炎癥與斑塊內血管新生 眾所周知，AS的形成本身就是慢性炎癥的過程，從斑塊內環境的角度上看，這就是巨噬細胞介導的被各種因子激活的炎癥信號通路[14]。除了分泌促血管新生因子外，單核巨噬細胞還分泌促血栓形成和組織分裂因子，使得斑塊的穩定性下降從而加劇了AS斑塊病變的形成[15]。炎癥與斑塊內血管新生有密切關系，在許多不同病因的慢性炎癥疾病中，包括類風濕性關節炎、糖尿病、克羅恩氏病及腫瘤等，都表現出血管新生與炎癥反應關系密切。病理學形態研究表明，斑塊內的新生血管多數會出現在斑塊的肩部，而通常肩部區域往往是炎癥細胞密度最大的地方，大量炎癥細胞可以通過高滲透性的新生血管進入斑塊內，分泌大量的促血管新生的因子，造成局部“血管新生微環境”，促進該部位的血管新生，炎癥和斑塊內血管新生兩者作用相互疊加，會使AS斑塊更有破裂傾向。Moulton等[24]在ApoE-/-小鼠的AS斑塊病變中觀察到，滋養血管的密度與斑塊內炎癥細胞的數量呈高度相關，而與斑塊的大小并無關系。Xiao等[16]在兔子疾病模型上檢測早期AS微血管密度，發現在AS早期階段，炎癥和氧化應激是促進斑塊內血管新生的主要因素，而不是低氧。血管平滑肌細胞和巨噬細胞都會分泌促血管新生因子，有研究表明，浸潤在斑塊中的巨噬細胞能夠產生大量的IL-8，其可以吸引內皮細胞、SMC和成纖維細胞，表現出促血管新生的作用，該作用強度與VEGF-A和FGF-2相當。

綜上所述，炎性細胞產生促進斑塊內新生血管形成的各種因素，新生血管反過來誘導炎癥細胞的聚集，增加了斑塊不穩定性，導致出血和破裂。2.4其他影響因素與斑塊內血管新生 Tan等[17-18]證實了高密度脂蛋白（HDL）可促進低氧誘導下的血管新生，其促血管新生作用或許是由于其可參與HIF-1α（PI3K/Siahs/PHDs）的翻譯后修飾，來增強 HIF-1α/VEGF通路，維持了HIF-1α的穩定性。盡管低氧在誘導新生血管形成方面的證據已經很充足，有趣的是在正常氧濃度狀態下，Hutter等[19]的研究證實氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)仍可在單核-巨噬細胞中增加HIF-1和VEGF的表達，而且也可以誘導內皮細胞增殖，顯著增加血管形成。Zhang等[20]研究表明，存在于內皮細胞中的鈣激活蛋白酶（Calpains）或可通過VEGF的誘導來激活PI3K/AMPK/Akt/eNOS途徑，從而導致AS斑塊內新生血管形成。毛洋等[21]在兔AS疾病模型中，通過HE染色及免疫組化染色發現血管細胞黏附分子1（VCAM-1）和細胞間黏附分子1（ICAM-1）與AS斑塊內血管新生密切相關，可促進AS斑塊的進展和不穩定。

3 AS斑塊內血管新生影響斑塊穩定性

從AS的發病到易損斑塊的形成，內膜增厚和炎癥反應貫穿了整個病理生理過程，前者使得氧供減少，后者使得氧耗增加，這都使斑塊內處于低氧環境，最終誘發新生血管形成。斑塊內新生血管的檢測率會隨著AS病變的進展而逐漸增加，AS病變的病理分型從Ⅰ型到Ⅵ型，內膜新生血管的發生率也逐漸從31%發展到100%，Ⅰ型和Ⅱ型為早期病變（內膜增厚和脂肪條紋），而Ⅱ型至Ⅵ型病變對應于晚期病變（纖維脂質，鈣化和復雜斑塊）[22]，斑塊內出血（intraplaque hemorrhage，IPH）是AS斑塊的常見并發癥，由于斑塊內新生血管未被或僅部分被壁細胞周細胞和SMC覆蓋，所以它們很脆弱并易于發生血液外滲[8]，通常由斑塊底部或邊緣新生微血管的破裂引起。相對來說，在斑塊內新生血管密度較大的區域發生IPH的風險也隨之增大。IPH會導致內皮下形成血腫，隨后使斑塊向管腔內膨出，并使病變的動脈進一步狹窄甚至發生閉塞。

已經確定，斑塊內血管新生和IPH是導致斑塊不穩定的關鍵因素，然而這些過程的病理生理學機制尚不清晰。我們知道斑塊內的新生血管僅由一層內皮細胞構成，具有管壁不完整、通透性強的特征，但這可為斑塊局部提供一些營養成分，這對于改善血管病變處缺血缺氧的狀況是有益的，尤其是在AS發生初期，有利于病變處血管內膜進行修復。而另一方面，隨著AS斑塊內新生血管數量的進一步增加，缺少了周細胞和基底膜的部分新生血管，管腔明顯擴張、脆性大，極容易發生破裂出血，進而引發血栓栓塞等急性心血管事件[23]。

4 展望

斑塊內血管新生在AS的病理生理學機制中起著非常重要的作用。在AS斑塊內，包括自由基和氧化脂質在內的許多因素可能在血管新生這個過程中發揮雙相作用。在AS的早期階段，低水平的炎癥氧化應激與相對缺氧的內膜增生相關，促進血管外膜新生毛細血管的形成。在晚期AS斑塊中，慢性炎癥、氧化的脂質和蛋白酶可能會進一步促進血管生成，但是這些新生毛細血管滲漏并且極易受斑塊內產生的細胞毒性劑（例如氧化的脂質、氧化應激）的損傷。這種新毛細血管損傷可能導致斑塊內出血，釋放血細胞、凝血因子和斑塊內的蛋白酶。這些事件引起膽固醇積累和膽固醇結晶的形成，纖維蛋白沉積，血紅蛋白釋放，促進局部氧化應激的血紅素和鐵離子，脂質過氧化和持續的炎性負擔。而且，各種蛋白酶的活化可能會降解纖維帽，從而誘發斑塊不穩定性并增加斑塊破裂的風險，這通常與AS血栓形成事件有關。

斑塊內血管生成是一種生理過程，但其中相關的促炎癥和AS作用對斑塊易感性是有害的，因此，抑制斑塊內血管生成被認為是與抑制腫瘤血管生成相當的潛在治療靶點。在實驗動物模型中，抗血管生成藥物已顯示出減緩AS病變形成進展的功效，能有效減少AS斑塊面積，Moulton等[24]首先顯示在用血管生成抑制劑內皮抑素或TNP-470治療后，載脂蛋白E缺陷小鼠中AS病變形成減少。然而在臨床試驗中，癌癥患者使用抗血管生成藥物治療表明，目前可用的抗血管生成藥物（主要是抗VEGF/VEGFR）會發生心血管不良反應，如高血壓、心肌缺血和心肌病等[25]，增加AS患者心血管事件的風險。他汀類藥物具有降脂、抗炎、抗血小板活化等多重作用，現其是臨床上治療冠心病的一線用藥，其抑制AS斑塊內血管新生的作用已被許多研究證實。Koutouzis等[26]通過觀察人的頸動脈內膜切除標本，發現他汀類藥物能夠抑制AS斑塊內血管新生，并使斑塊在形態上趨于穩定狀態。但目前探索應用于臨床上抑制AS斑塊內新生血管生成的藥物進展較慢，或許維持適當水平的成熟新生血管反而有利于斑塊的穩定甚至有利于脂質轉移，從而逆轉斑塊進展。因此，需要進一步研究以發現新的抗血管生成藥物，且其不應具有不可接受的副作用，還需評估其在預防AS斑塊不穩定性方面的潛在功效。研究AS斑塊內血管新生的發生、發展過程，尤其是病理性新生血管對易損斑塊影響的特點及機制，可為研究AS斑塊機制提供新的方向和思路，甚至有望為ACS的預防和治療提供新的靶點。