血管内皮细胞损伤及修复的研究进展.doc

血管内皮细胞损伤及修复的研究进展【关键词】 血管内皮细胞；损伤；修复【关键词】 血管内皮细胞；损伤；修复血管内皮细胞为覆盖于血管内膜表面的单层扁平或多角形的细胞。它既是感应细胞又是效应细胞，不仅能感知血液中的炎性信号、激素水平、切应力、压力等信息，而且能通过分泌多种血管活性物质对这些信息作出反应。研究表明13，内皮细胞的损伤及功能紊乱与多种疾病的发生密切相关，包括高血压、冠心病、糖尿病、慢性肾功能衰竭等。因此，深入探讨血管内皮细胞损伤的机制，研究如何评估、保护和修复内皮细胞功能，对改善血管疾病的预后有积极的意义。 1 血管内皮细胞的一般生物学特征血管内皮细胞绝大多数衬覆于血管内膜表面，极少部分存在于循环血液中，其总数约为1.21018，总面积约400m2。电镜下观察，内皮细胞腔面有稀疏、大小不一的胞质突起，相临细胞间紧密连接，核淡染，核仁大而明显，胞质内有发达的高尔基复合体、粗面和滑面内质网。成熟的内皮细胞都表达一些相同的表面标志，包括CD34、CD31、KDR和VE钙黏着蛋白等。2 血管内皮细胞的主要生理功能2.1 屏障功能 血管内皮是由不同类型的黏附结构或细胞细胞连接形成的连续的细胞单层，可维持血管内膜光滑，防止血小板和白细胞等黏附及有害物质侵入血管壁，完整的内皮结构还有抗脂质沉积作用。内皮内表面为血液和组织间物质交换提供了很大的表面积，黏附连接则参与循环细胞血管壁通透性的调节。血管内皮屏障功能减退或丧失，将导致细胞外水肿的发生。2.2 调节血管张力 内皮细胞通过释放一氧化氮(NO)、前列腺素(PG)等舒血管物质以及血栓素A2、内皮素（ET）等缩血管物质来调节血管的舒张和收缩。其中，NO和ET为内皮细胞分泌的两种重要的活性物质，在生理状态下二者之间保持着相对动态平衡，一旦内皮细胞受到损伤或内皮功能障碍使之失衡，则会导致某些疾病的发生。2.3 抗凝促纤溶作用 内皮细胞合成和释放的NO和PGI2，具有舒血管、抑制血小板聚集作用。此外内皮细胞还可摄取与破坏促血小板聚集的活性物质，如5羟色胺等，因而有较强的抗血栓作用。内皮细胞表面结合有大量的硫酸乙酰肝素，并分泌抗凝血酶(AT)，AT可使Xa和凝血酶灭活，同时内皮细胞是组织因子途径抑制物合成的主要场所，从而有凝血作用。内皮细胞亦可通过释放促使纤溶酶原转变为纤溶酶的组织型纤溶酶原激活物和尿激酶参与纤溶。在应激，尤其是受到炎症细胞和/或炎症介质刺激时，内皮细胞可释放内皮素、血管性血友病因子等物质促血栓形成。2.4 参与炎症反应 内皮细胞主导炎症细胞向组织损伤和感染部位聚集，并释放借以于与白细胞交流信号的细胞因子和生长因子。在内皮细胞表达的多种粘附分子介导下，白细胞从血管内迁移至炎症损伤部位，经过一系列胞浆蛋白酪氨酸磷酸化过程而导致活化，发挥致炎效应。2.5 协同血管平滑肌参与血管重构 内皮细胞损伤时平滑肌会向内膜移动，使内皮细胞直接受到血流的作用。血管平滑肌和内皮细胞上有大量的受体，可探测周围环境的变化，通过一定的信号传导机制，将刺激信号传导到细胞内，改变细胞的表型。平滑肌通过自身的增殖/肥大或分泌大量的细胞外基质，而内皮细胞则把探测到的信号通过平滑肌内皮连接传递给平滑肌或者分泌生理因子，与平滑肌协同产生作用，进行血管的重建。Shyy等4研究表明，血液流动作用于内皮细胞表面G蛋白，可引发内皮细胞内的各种磷酸化过程，导致血管内皮细胞沿血流方向发生重排，同时调控核因子kB介导的信号转导通路，进而调节内皮细胞多种基因表达，导致血管的结构和功能改变。3 血管内皮细胞损伤的主要机制及其常见因素血管内皮细胞始终受到血管中流动的血液的流体力学作用，同时亦是首先受血液中病理生理变化影响的细胞之一，多种因素会导致内皮细胞损伤。内皮细胞的损伤是心血管性疾病的关键环节5。3.1 氧化应激与血管内皮细胞损伤 氧化应激是指机体或细胞内以氧自由基为代表的氧化性物质的产生与消除失衡，或外源性氧化物质的过量摄入，导致氧化性物质在细胞内蓄积而易于引发氧化反应状态。氧化应激诱导内皮细胞损伤的机制非常复杂，主要表现为氧自由基的过氧化反应。由于自由基的反应引起细胞膜脂质过氧化、蛋白质和核酸变性，导致不可逆损伤。脂质过氧化可改变细胞的转运功能和酶的功能。酶活性的变化（如活化caspase3）可诱导内皮细胞的凋亡，刺激内皮细胞合成血小板活化因子，引起血小板和中性粒细胞聚集，促进炎症反应等。此外，活性氧还参与以内皮细胞脱落为特征的“失巢凋亡”。失巢凋亡是由于细胞基质间相互作用丧失而诱导发生的，鱼油具有抗动脉粥样硬化功能，鱼油中的不饱和脂肪酸可防止内皮细胞发生“失巢凋亡”。导致氧自由基大量产生的病理条件很多，如炎症反应、缺血再灌注、高血压、糖尿病等6。高糖血症时，重要的抗氧化蛋白由于糖基化可使抗氧化蛋白失活，使抗氧化防御屏障减弱。同时由于葡萄糖自氧化非酶可促使蛋白糖基化，使活性氧自由基增多，引起内皮细胞损伤。3.2 同型半胱氨酸血症与血管内皮细胞损伤 同型半胱氨酸为含硫氨基酸蛋氨酸的中间代谢产物，由于体内存在同型半胱氨酸排出系统，所以正常体内有细胞毒性的同型半胱氨酸维持在极低浓度。同型半胱氨酸对内皮细胞的损伤被认为与氧化应激有关, 同型半胱氨酸含有巯基(SH)，在自动氧化过程中产生活性氧(H2O2、O-2、OH)，O2和OH启动内皮及脂质过氧化，H2O2则可直接损伤内皮细胞。过氧化物水平升高的直接作用是使NO舒血管作用丧失，导致内皮功能障碍。研究表明7，慢性肾衰患者常有同型半胱氨酸水平的升高，并且半胱氨酸水平还可以预测心血管并发症的预后。在血压正常的高同型半胱氨酸血症患者中，亦存在内皮细胞功能障碍。3.3 血管紧张素(angiotensin,Ang)与血管内皮细胞损伤 Ang不仅是一种血管活性物质，可引起机体血流动力学改变，导致高血压的发生，而且还是一种重要的致炎因子，能够调节免疫和炎症细胞的许多反应，包括化学趋化、增殖及单核细胞的分化。Ang本身是一种强烈的缩血管因子，同时也刺激血管细胞内皮素前体的转录和促进内皮素的释放，从而对血管收缩产生正反馈作用。在生理情况下，低浓度的Ang能维持血管的构造和张力；在病理情况下Ang的浓度升高，可导致内皮细胞损伤，其机制为：Ang可增加血管内皮细胞或内膜的通透性，有助于脂质的沉积和有害物质的侵入；激活NFkB，促进内皮细胞表达MCP1、ICAM、IL6等因子，加重炎症反应；激活细胞膜表面的NADH/NADPH氧化酶，导致氧化应激，改变内皮细胞的氧化/还原状态；影响血管内皮细胞衍生的血管活性物质的表达；通过其受体激活蛋白激酶C途径，促进动脉内皮细胞凋亡等。糖尿病患者体内的高糖环境可促进血管紧张素转换酶基因表达，从而增加血液中Ang含量，导致内皮细胞损伤。 3.4 血流动力和血管应力与血管内皮细胞损伤 血流动力和血管应力不仅在维持血管稳态中起重要作用，也是心血管疾病的病理启动因子。这些力影响内皮细胞的形态、排列、迁移、增殖和凋亡，引起内皮细胞骨架结构和细胞间连接发生变化，调节血管活性物质、生长因子、粘附分子等的合成、分泌及表达。研究表明，内皮细胞受损程度与高血压的严重程度呈正相关。高血压时，血管压力可调节内皮细胞合成和分泌内皮素1、前列环素等，随血压增高， ET/NO失衡加剧，扩血管物质相对减少，缩血管物质增加，致外周阻力增加，血压进一步增高。血压增高又增加了对血管壁的切应力，促进ET的合成和释放，加重了内皮细胞的损伤，形成恶性循环，加重了高血压的发展。在炎症反应时，活化的中性粒细胞、单核细胞等释放出细胞因子TNF、IL1等激活凝血系统，使血液处于高凝状态，血流对血管壁的压应力和切应力也随之发生显著变化。机械应力变化可刺激诱生型一氧化氮合酶(iNOS)产生NO，NO又生成毒性更强的过氧亚硝基阴离子(ONOO)，高浓度的ONOO参与线粒体的损伤并通过引发DNA链的断裂，激活多聚ADP核糖合成酶，进一步造成包括血管内皮细胞在内的多种细胞损伤。 3.5 烟草、毒素等细胞毒性物质及免疫因素与血管内皮细胞损伤 研究表明，吸烟20 min即可损伤冠状动脉内皮细胞。烟草中含多环芳烃，尤其是7，12二甲基苯蒽、苯并芘可与高密度脂蛋白及低密度脂蛋白结合，优先到达心脏、主动脉、肺等，促进这些细胞毒性物质进入内皮细胞，损伤内皮细胞DNA，加速动脉粥样硬化的发展。一些外源性毒素和内源性毒素如：甲乙二醛、丙烯醛、内毒素等，均可造成血管内皮细胞损伤。由于内皮细胞在休眠状态下均表达主要组织相容性抗原I和II，因此成为免疫反应的主要靶点。体液免疫和细胞免疫都可能会导致内皮细胞损伤。在多种血管炎症中可以检测出内皮细胞抗体，包括肉芽肿、微型多动脉炎、动脉炎等。有研究表明，抗内皮细胞抗体可以诱发补体活化及抗体依赖的细胞毒作用。Vanhoutte等在膜结合补体调节蛋白CD59+保护肾损伤的研究中发现，补体C3及膜攻击复合物沉积于肾间质小血管内皮细胞，造成微血管损伤及肾小管间质损伤。在移植性肾病，移植肾和宿主肾都可见明显的肾小管周围毛细血管基底膜分层化，可能为反复的内皮细胞损伤所致。4 血管内皮细胞受损的评估4.1 循环内皮细胞的检测 正常情况下，一定数量的循环内皮细胞是血管内皮细胞新陈代谢的结果，循环内皮细胞数目增多是活体血管内皮受损的重要标志，且与病情严重程度相平行。如急性心肌梗塞及不稳定型心绞痛患者循环内皮细胞数目增加，而稳定型心绞痛患者的循环内皮细胞数目正常。新近研究表明，在糖尿病性肾病中，循环内皮细胞数目增多可作为其内皮受损的早期标志物8。4.2 冠状动脉内皮功能的检测 目前临床上主要通过测定血管对药理学或机械性刺激所引起的“血管内皮细胞依赖性舒张反应”来研究和评价血管内皮功能。内皮功能正常的动脉在血流增加时因NO的释放而扩张，而内皮功能异常的动脉在血流增加时，这种反应下降或消失。评价冠状动脉内皮功能，可采用直接检测法和间接检测法。直接检测法：最经典的是冠状动脉内乙酰胆碱输入法。冠状动脉造影、冠状动脉内血管超声或冠状窦热稀释法可直接观察冠状动脉在乙酰胆碱刺激下的内径变化，而有内皮功能受损的冠脉则会出现反常的收缩。因乙酰胆碱输入法有创性，需在心电导管室中完成而受限。而应用无创性正电子发射断层描记术，可对冠脉内血流及内皮细胞的新陈代谢进行定量分析，但价格昂贵。间接检测法：通过测量外周动脉内径基础值及刺激后的血管内径和血流速度变化，间接了解内皮释放一氧化氮的功能，进而评估内皮功能。Anderson9报道肱动脉血流介导的血管扩张程度，可以反映冠状动脉的内皮功能。该方法简便易行，重复性好，且无创伤。4.3 内皮细胞分泌的活性物质的测定 内皮细胞可释放大量的活性物质，包括一氧化氮、内皮素、血管紧张素、前列腺环素、血栓素A2、组织纤溶酶原激活剂、血栓调节蛋白等。可通过直接测量或测量后计算其比值来了解内皮功能。如测定内皮素(endothelin,ET)的水平可作为评价内皮细胞功能的参考指标之一；而血浆可溶性血栓调节蛋白(soluble Thrombomodulin,sTM)的高低是血管内皮细胞受损的标志10，11。正常人血浆sTM水平很低,但糖尿病性肾病、血管炎、肾炎等疾病患者血浆sTM水平明显升高。5 内皮细胞损伤的干预策略 首先应积极治疗原发性疾病，其次是要结合内皮细胞损伤的主要发病机制进行干预。5.1 一般治疗 戒烟12和加强运动锻炼。研究表明，增加运动能显著改善内皮功能。慢性心力衰竭患者规律运动4 w后前臂血流量增加，内皮细胞功能得到改善。运动可促进血流动力学调节机制，促进NO释放及增加其生物利用度。5.2 应用抗氧化药物 由于氧化应激参与了内皮功能损伤的多个环节，所以抗氧化药物一直备受重视。实验证明，血管紧张素抑制剂、沙坦类药物、胰岛素增敏剂以及雌激素均可减轻因氧化应激引起的内皮细胞功能异常。叶酸具有直接的抗氧化作用，在保护血管内皮细胞功能方面发挥一定作用。冠心病伴高半胱胺酸血症的患者，补充叶酸可降低血高半胱氨酸浓度，改善内皮功能。5.3 应用血管紧张素转换酶抑制剂(ACEI) 动物研究显示，ACEI对内皮功能的改善可能与其减少了内皮细胞合成血管紧张素及内皮素1，并恢复及增强了NO的生物利用度有关。ACEI内皮功能研究证明13，喹那普利40 mgd-1 ，6 mo后冠脉内皮功能紊乱得到恢复，从而减少了心血管事件。在老年肾模型中发现，ACEI可通过保护血管内皮细胞，阻止毛细血管减少，以延缓肾间质纤维化。5.4 血管内皮生长因子 研究表明，血管内皮生长因子（VEGF）对整个血管系统的内皮细胞均有促进有丝分裂的作用，是已知最有选择性的血管内皮细胞促有丝分裂剂，可通过诱导Bcl2等抗凋亡分子的表达,抑制内皮细胞凋亡。VEGF尚可刺激内皮细胞产生NO，并使其浓度呈剂量依赖性增加，起到血管维持作用。多项研究证实，VEGF参与了肾微血管的调节及肾血管的重塑。Kang等14在肾切除模型中用VEGF干预，发现VEGF可以延缓肾间质纤维化，认为可能与其促进血管内皮细胞增生及延缓肾间质微血管减少有关。但过量的VEGF可以影响血管及肾小球基底膜通透性而增加尿蛋白的排泄，亦可使血清蛋白(含纤维蛋白原)渗出血管外，造成纤维蛋白原聚集于血管外基质，形成纤维蛋白，加重肾间质纤维化，显示出VEGF作用的两重性。因此，VEGF真正应用于临床以保持内皮细胞的完整性，其剂量大小、疗程长短等尚需进一步探讨。5.5 血管内皮祖细胞 血管内皮祖细胞（endothelial progenitor cell ,EPC）是成熟血管内皮细胞的前体细胞，属于干细胞群体。有学者从骨髓及外周血中分离到内皮祖细胞，体外诱导分化可表达内皮细胞特征性的抗原，提示内皮祖细胞不但存在于骨髓，也存在于外周血。有研究发现，将内皮祖细胞经静脉移植入颈动脉内皮损伤的小鼠体内，能促进损伤动脉再内皮化，并能减轻新生内膜增生。Kong等15将体外培养的内皮祖细胞注入兔颈动脉球囊损伤处，4 w后损伤血管局部出现内皮祖细胞，再内皮化的速度明显加快，内皮源性的舒张功能也较对照组有较大改善，而且移植的内皮祖细胞未对损伤血管段动脉平滑肌细胞的收缩功能产生影响。目前，内皮祖细胞介导的内皮损伤修复治疗多是体外内皮祖细胞培养扩增后体内移植，但是这种细胞治疗方式前期准备周期长，同时在体外扩增时模拟的体内微环境可能造成分离细胞表型的改变，可显著改变细胞的免疫源性，增加机体产生免疫排斥的可能。因此，内皮祖细胞体外扩增方法、移植途径等还需改进，但无论如何，内皮祖细胞移植作为治疗血管内皮损伤的新方法有着广阔的应用前景。参考文献1 Loomans CJ, De Koning EJ, Staal FJ,et al. 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