简述VSMC表型转化的概念、特点和调控因素,人体生理学论文

简述VSMC表型转化的概念、特点和调控因素,人体生理学论文平滑肌细胞(vascularsmoothmusclecell，VSMC)是血管壁的主要组成细胞，具有维持血管张力、正常血压和血流分配等功能，其不断接受来自血液的生化组分和血液流动的机械力刺激，介入了血管壁中发生的所有生理和病理变化。成熟分化的VSMC具有高度的可塑性，保存了在外界环境因素如细胞因子、炎症因子、细胞外基质、机械力、血管活性因子以及活性氧等因素诱导下去分化进而获得迁移、增殖、分泌的能力。VSMC表型的转化是很多血管增生性疾病，如动脉粥样硬化、血管成形术后再狭窄等和移植性血管病变同的细胞病理基础［1-2］。当前通过对VSMC表型转化进而讨论血管增生性疾病发病机制的研究越来越遭到关注。1VSMC表型转化的概念及特点VSMC通常来源于胚胎的中胚层，像动脉导管、主动脉弓和颈动脉尾部则很大部分是由神经嵴细胞分化而来［3］。1913年，Champy［4］初次报道了体外培养VSMC的方式方法，20世纪60年代末，关于VSMC的研究集中于在动脉粥样硬化损伤模型中的病理变化。在这段时期内无论在体还是体外培养都观察到了2种功能明显不同的VSMC:一种为成熟分化，功能表现为收缩型，在体外培养中生长呈峰谷样，增殖和合成能力弱，分化完全，含有较多的肌丝，几乎没有粗面内质网和合成细胞器，细胞分裂和合成细胞外基质的能力较低，对生长因子几乎无反响;另一种在胚胎发育中期和疾病病理血管中，功能表现为合成型，体外培养中细胞生长呈单层，具有很强的增殖迁移和合成能力，分化差，含肌丝极少，可见大量的高尔基复合体、粗面内质网和线粒体，具有合成和分泌包括胶原蛋白、弹力蛋白、钙粘素等基质蛋白的功能。Chamley-Campbell［5-7］等提出这样的观点:两种不同的表型是VSMC分化状态的两个极端表现，即分化型和去分化型，除除此之外体内还存在分化程度介于两者之间的细胞;初次提出表型转化的概念，即VSMC在机体发育的不同阶段或不同疾病状态下所发生的形态、构造和功能的改变。综上，VSMC并不是终末端分化型的细胞，在血管发育经过中VSMC从去分化型逐步发展为分化型，在病理条件下又能够从分化型转化回去分化型。2细胞表型的标记物机体内的VSMC具有功能多样性且处于不同成熟分化状态，可同时显示多种标志性分子，迄今尚未发现仅用单个标志基因能完全用于鉴定VSMC的表型状态。因而，综合应用几个关键的标志指标进行表型鉴定可能会更客观。在评估VSMC的分化状态时，需要检测大量的标志性基因表示出产物，且这些基因表示出产物在细胞分化/成熟和表型转化中有一样的增减变化［8］。2．1收缩表型标记物成熟的VSMC高度分化，表示出出一系列独特的收缩蛋白、骨架蛋白、离子通道和信号分子，能够与包括骨骼肌和心肌细胞在内的肌细胞和其他类细胞明显区别开［1，9］。大量具有VSMC选择性和特异性的基因被确定用于标记分化成熟的VSMC，这类常用的标志物有:能够构建细胞骨架支持VSMC收缩功能的平滑肌-肌动蛋白(smoothmuscle-actin，SM-actin)［10-11］和平滑肌肌球蛋白重链(smoothmusclemyosinheavychain，SM-MHC)［12-13］;作为肌动蛋白细胞骨架蛋白结合蛋白的钙调理蛋白［14-15］和SM22［16］;以及仅在完全分化的SMC中能够观察到的smooth-elin［17］等。这些标志物不仅仅仅是在已分化的细胞中表示出，在发育、组织修复和疾病状态下也处于动态变化的表示出。2．2合成型标记物至今尚未发现能特异性代表合成型细胞的基因，而是通过综合收缩型特征蛋白的表示出以及与合成表型功能相关蛋白的增减情况来断定。现发现比拟重要的指示合成型蛋白有:特异性高表示出于合成型细胞的黏附性糖蛋白骨桥蛋白(os-teopontin，OPN)［18］;表皮生长因子(epidermal-growthfactor，EGF)家族中最后被发现的成员上皮调节蛋白(epiregulin)，研究证明epi-regulin是VSMCs去分化的主要自分泌和旁分泌因子［19］;除此之外，介入血管疾病发生发展的一些细胞因子、生长因子、粘附因子以及炎症因子可以用于指示合成表型的出现，详见3所述。3影响VSMC表型转化的环境因素作为血管壁的主要组成细胞，VSMC处在相对动态的环境，牵涉多种细胞内外生物化学分子以及机械力的变化:包括生长因子、炎症因子、细胞外基质、血管活性因子、血流机械力以及活性氧等因素。在生理条件和病理状态下，这些环境因素对细胞的功能和表型具有不同的调节作用。3．1生长因子由血小板细胞、单核细胞、内皮细胞和VSMC分泌的一些细胞因子介入了VSMC表型转化的调节，包括:血小板衍生生长因子(platelet-derivedgrowthfactor，PDGF)、成纤维细胞生长因子(fi-broblastgrowthfactor，FGF)、EGF、类胰岛素样生长因子(insulin-likegrowthfactors，IGF-1)、转化生长因子-(transforminggrowthfactor-，TGF-)等。这些生长因子对表型的转换具有不同方向的调节作用:如PDGF是一类强而有效的VSMC有丝分裂原，由各种血管细胞以及单核细胞、淋巴细胞等炎症细胞分泌［20］。PDGF与中膜VSMC上的PDGF受体结合能激活细胞内相关信号通路，有效降低VSMC相关基因的表示出，最终VSMC迁移、增殖、构成新生内膜致血管狭窄。与之功能相反，TGF-能上调VSMC分化型基因的表示出，如SM-actin和SM-MHC［21］。实验证明TGF-能对PDGF刺激上调的基质金属蛋白(matrixmetallo-proteinase，MMP-2)基因的表示出有抑制作用，进而维护SMC的收缩表型［22］。3．2炎性因子血管壁的炎症变化在动脉粥样硬化和血管狭窄的发生、发展经过中发挥了关键性的作用［23］。如血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)可刺激免疫细胞和肿瘤坏死因子(tumornecrosisfactor，TNF-)、PDGF和单核细胞趋化蛋白(monocytechemoat-tractantprotein-1，MCP-1)，这些因子可刺激收缩型VSMC转化为合成表型，进而增殖、迁移、合成大量细胞外基质(extracellularmatrix，ECM)和血管粘附分子(vascularcelladhesionmolecule，VCAM-1;intercellularcelladhesionmolecule-1，ICAM-1等)，同时VSMC本身在刺激下也能释放出IL-1，IL-6，TNF-，PDGF等因子进一步加速血管的损伤［24］。3．3血管活性因子一些对血管收缩和舒张具有调控作用的血管活性因子也介入了对血管表型的调控。通过交感神经切除术发现了交感神经递质在正常及动脉粥样硬化等病理条件下对VSMC细胞骨架蛋白重构的干涉作用［25］;具有血管舒张作用的生物信号分子一氧化氮(nitricoxide，NO)在实验中证明能减弱PDGF诱导的细胞增殖并非启动凋亡的程序［26］，提示NO对诱导VSMC表型转化的因子有直接的抑制作用;胰岛素对血管生理和病理的调控作用也逐步被发现，生理条件下胰岛素刺激NO释放增加促使血管舒张增加血流量，实验证明预处理胰岛素能够有效抑制PDGF诱导引起的VSMC迁移［27］。3．4活性氧(reactiveoxygenspecies，ＲOS)人体细胞中能产生ＲOS的酶包括:NADPH氧化酶、一氧化氮合酶、环氧酶、脂氧化酶、细胞色素P450复原酶、和黄嘌呤氧化酶。机体内ＲOS的产生和去除被严密的调控，以确保这些第二信号分子作用迅速且只对邻近的靶点起作用。正常生理条件下多余的ＲOS可被体内的抗氧化物酶去除，进而使其激活的信号级联反响在一个可控的范围内发生;然而在疾病经过中，大量ＲOS产生远远超出内源性抗氧化剂的去除能力进而导致了氧化应激，引发异常反响。对于血管壁最重要的2种ＲOS为过氧化氢(H2O2)和超氧阴离子(O2－)，两者介导的信号通路在VSMCs的迁移、增殖、肥大、凋亡及表型调控等病理性反响中发挥了重要作用［28］，能激活G反响蛋白的亚基和激酶途径;同时激活Ca2+和K+离子通道改变细胞内阳离子浓度，调节转录因子的表示出和功能，通过上述通路和转录因子继而调控VSMC表型的转化。3．5细胞外基质血管壁中，VSMC间填充着各种细胞外基质，包括Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白、弹性蛋白和蛋白聚糖等。ECM通过特定的整合素受体与VSMC相粘连并构建组织，还能通过传送、调控生化信号因子和机械刺激对细胞的功能发挥重要调节作用［29］。实验证明，ECM如纤连蛋白和Ⅰ型胶原蛋白能使VSMC转向合成型;而层粘连蛋白不仅能维持细胞的收缩表型，在疾病如动脉粥样硬化和血管再狭窄的早期能使VSMC由合成型转化向收缩型;作为血管壁中层主要组成的弹性蛋白也能维持细胞的收缩表型.3．6失/超重引发的血流异常机体内心脏规律的收缩和舒张推动血液流动并对血管壁产生不同的机械作用，维持血管正常的构造功能。血管主要受力为血液对管壁垂直向外产生及随心脏泵血周期变化的张应力;对管壁切向作用的剪切力，该力与血液粘度、血流量、血管半径的三次方成正比，剪切力过高或过低都可能对管壁有损伤作用;还有对轴向产生的轴切力。航天飞行中的失/超重环境对心血管系统功能和构造都有重要影响:血液流向转移，不同部位动脉血管的跨壁压力和血流量均发生变化，促使血管重塑的发生，即血管功能和构造的改变，且不同部位动脉血管表现不同。在大鼠模拟失重实验中，尾部悬吊4周，可观察到后肢动脉血管的平滑肌层减少、SMC内肌丝减少、间质胶原增加，而头颈部VSMC却增殖、迁移、由收缩型向合成型转化［35］。超重对机体心血管系统的影响一直是重力生理研究的一个重要课题.超重时大量血液转向身体下部，加大血管壁的压力。综上，无论是失重还是超重环境下，血管壁内的SMC可受血压变化的刺激，发生去分化转化为合成型细胞，合成并分泌细胞外基质，使得管壁不断增厚以抵抗向外扩张的血液压力，最终导致血管增厚、变硬、顺应性减弱、血流阻力增加。4小结.机体内成熟发育血管内的VSMC可表示出出显著的可塑性，作为已分化细胞这可能是高等生物在进化经过中获得的一种生存优势，使其能更灵敏地应对环境的变化。VSMC在体微环境因素复杂并不断变化，且能够调控表型发生逆转而在内膜损伤修复、疾病发生发展进程中发挥重要作用。当VSMC构造或功能异常引起的血管病变，如血管肥大、内膜增厚、斑块构成所致的管腔狭窄和斑块破裂所致的血管堵塞等改变是心脑血管疾病发生、发展的病理基础［37］。对具有调控表型转化的微环境因素进行充分认知不仅在心脑血管疾病的预防和治疗方面具有重要意义，对飞行员和航天员因飞行而承受的心血管疾病诱因得到认知，也对怎样采取预防性保卫措施具有指导作用。［以下为参考文献］［1］OwensGK，KumarMS，WamhoffBＲ．Molecularregulationofvascularsmoothmusclecelldifferentiationindevelopmentanddisease.［2］．PhysiolＲev，2004，84:767-801．［3］CAIX，FreedmanNJ．Newtherapeuticpossibilitiesforveingraftdiseaseinthepostedifoligideera［J］．FutureCardiol，2006，2(4):493-501．［4］KirbyML，WaldoKL．Neuralcrestandcardiovascularpat-terning［J］．CircＲes，1995，77:211-215．［5］Chamley-CampbellJH，CampbellGＲ．Thesmoothmusclecellinculture［J］．TheAmericanPhysiologicalSociety，1979，59(1):1-61．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