血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷及修復(fù)的研究進(jìn)展

1、血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷及修復(fù)的研究進(jìn)展     【關(guān)鍵詞】  血管內(nèi)皮細(xì)胞；損傷；修復(fù)【關(guān)鍵詞】 血管內(nèi)皮細(xì)胞；損傷；修復(fù)血管內(nèi)皮細(xì)胞為覆蓋于血管內(nèi)膜表面的單層扁平或多角形的細(xì)胞。它既是感應(yīng)細(xì)胞又是效應(yīng)細(xì)胞，不僅能感知血液中的炎性信號、激素水平、切應(yīng)力、壓力等信息，而且能通過分泌多種血管活性物質(zhì)對這些信息作出反應(yīng)。研究表明13，內(nèi)皮細(xì)胞的損傷及功能紊亂與多種疾病的發(fā)生密切相關(guān)，包括高血壓、冠心病、糖尿病、慢性腎功能衰竭等。因此，深入探討血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷的機(jī)制，研究如何評估、保護(hù)和修復(fù)內(nèi)皮細(xì)胞功能，對改善血管疾病的預(yù)后有積極的意義。 1 血管內(nèi)皮細(xì)胞的

2、一般生物學(xué)特征血管內(nèi)皮細(xì)胞絕大多數(shù)襯覆于血管內(nèi)膜表面，極少部分存在于循環(huán)血液中，其總數(shù)約為1.2×1018，總面積約400m2。電鏡下觀察，內(nèi)皮細(xì)胞腔面有稀疏、大小不一的胞質(zhì)突起，相臨細(xì)胞間緊密連接，核淡染，核仁大而明顯，胞質(zhì)內(nèi)有發(fā)達(dá)的高爾基復(fù)合體、粗面和滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。成熟的內(nèi)皮細(xì)胞都表達(dá)一些相同的表面標(biāo)志，包括CD34、CD31、KDR和VE鈣黏著蛋白等。2 血管內(nèi)皮細(xì)胞的主要生理功能2.1 屏障功能  血管內(nèi)皮是由不同類型的黏附結(jié)構(gòu)或細(xì)胞細(xì)胞連接形成的連續(xù)的細(xì)胞單層，可維持血管內(nèi)膜光滑，防止血小板和白細(xì)胞等黏附及有害物質(zhì)侵入血管壁，完整的內(nèi)皮結(jié)構(gòu)還有抗脂質(zhì)沉積作用。內(nèi)皮內(nèi)

3、表面為血液和組織間物質(zhì)交換提供了很大的表面積，黏附連接則參與循環(huán)細(xì)胞血管壁通透性的調(diào)節(jié)。血管內(nèi)皮屏障功能減退或喪失，將導(dǎo)致細(xì)胞外水腫的發(fā)生。2.2 調(diào)節(jié)血管張力  內(nèi)皮細(xì)胞通過釋放一氧化氮(NO)、前列腺素(PG)等舒血管物質(zhì)以及血栓素A2、內(nèi)皮素（ET）等縮血管物質(zhì)來調(diào)節(jié)血管的舒張和收縮。其中，NO和ET為內(nèi)皮細(xì)胞分泌的兩種重要的活性物質(zhì)，在生理狀態(tài)下二者之間保持著相對動態(tài)平衡，一旦內(nèi)皮細(xì)胞受到損傷或內(nèi)皮功能障礙使之失衡，則會導(dǎo)致某些疾病的發(fā)生。2.3 抗凝促纖溶作用  內(nèi)皮細(xì)胞合成和釋放的NO和PGI2，具有舒血管、抑制血小板聚集作用。此外內(nèi)皮細(xì)胞還可攝取與破壞促血小板

4、聚集的活性物質(zhì)，如5羥色胺等，因而有較強(qiáng)的抗血栓作用。內(nèi)皮細(xì)胞表面結(jié)合有大量的硫酸乙酰肝素，并分泌抗凝血酶(AT)，AT可使Xa和凝血酶滅活，同時內(nèi)皮細(xì)胞是組織因子途徑抑制物合成的主要場所，從而有凝血作用。內(nèi)皮細(xì)胞亦可通過釋放促使纖溶酶原轉(zhuǎn)變?yōu)槔w溶酶的組織型纖溶酶原激活物和尿激酶參與纖溶。在應(yīng)激，尤其是受到炎癥細(xì)胞和/或炎癥介質(zhì)刺激時，內(nèi)皮細(xì)胞可釋放內(nèi)皮素、血管性血友病因子等物質(zhì)促血栓形成。2.4 參與炎癥反應(yīng)  內(nèi)皮細(xì)胞主導(dǎo)炎癥細(xì)胞向組織損傷和感染部位聚集，并釋放借以于與白細(xì)胞交流信號的細(xì)胞因子和生長因子。在內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)的多種粘附分子介導(dǎo)下，白細(xì)胞從血管內(nèi)遷移至炎癥損傷部位，經(jīng)過一

5、系列胞漿蛋白酪氨酸磷酸化過程而導(dǎo)致活化，發(fā)揮致炎效應(yīng)。2.5 協(xié)同血管平滑肌參與血管重構(gòu)  內(nèi)皮細(xì)胞損傷時平滑肌會向內(nèi)膜移動，使內(nèi)皮細(xì)胞直接受到血流的作用。血管平滑肌和內(nèi)皮細(xì)胞上有大量的受體，可探測周圍環(huán)境的變化，通過一定的信號傳導(dǎo)機(jī)制，將刺激信號傳導(dǎo)到細(xì)胞內(nèi)，改變細(xì)胞的表型。平滑肌通過自身的增殖/肥大或分泌大量的細(xì)胞外基質(zhì)，而內(nèi)皮細(xì)胞則把探測到的信號通過平滑肌內(nèi)皮連接傳遞給平滑肌或者分泌生理因子，與平滑肌協(xié)同產(chǎn)生作用，進(jìn)行血管的重建。Shyy等4研究表明，血液流動作用于內(nèi)皮細(xì)胞表面G蛋白，可引發(fā)內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)的各種磷酸化過程，導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞沿血流方向發(fā)生重排，同時調(diào)控核因子kB介導(dǎo)的

6、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，進(jìn)而調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞多種基因表達(dá)，導(dǎo)致血管的結(jié)構(gòu)和功能改變。3 血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷的主要機(jī)制及其常見因素血管內(nèi)皮細(xì)胞始終受到血管中流動的血液的流體力學(xué)作用，同時亦是首先受血液中病理生理變化影響的細(xì)胞之一，多種因素會導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞損傷。內(nèi)皮細(xì)胞的損傷是心血管性疾病的關(guān)鍵環(huán)節(jié)5。3.1 氧化應(yīng)激與血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷  氧化應(yīng)激是指機(jī)體或細(xì)胞內(nèi)以氧自由基為代表的氧化性物質(zhì)的產(chǎn)生與消除失衡，或外源性氧化物質(zhì)的過量攝入，導(dǎo)致氧化性物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)蓄積而易于引發(fā)氧化反應(yīng)狀態(tài)。氧化應(yīng)激誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞損傷的機(jī)制非常復(fù)雜，主要表現(xiàn)為氧自由基的過氧化反應(yīng)。由于自由基的反應(yīng)引起細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化、蛋白質(zhì)和核酸

7、變性，導(dǎo)致不可逆損傷。脂質(zhì)過氧化可改變細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)功能和酶的功能。酶活性的變化（如活化caspase3）可誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，刺激內(nèi)皮細(xì)胞合成血小板活化因子，引起血小板和中性粒細(xì)胞聚集，促進(jìn)炎癥反應(yīng)等。此外，活性氧還參與以內(nèi)皮細(xì)胞脫落為特征的“失巢凋亡”。失巢凋亡是由于細(xì)胞基質(zhì)間相互作用喪失而誘導(dǎo)發(fā)生的，魚油具有抗動脈粥樣硬化功能，魚油中的不飽和脂肪酸可防止內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生“失巢凋亡”。導(dǎo)致氧自由基大量產(chǎn)生的病理條件很多，如炎癥反應(yīng)、缺血再灌注、高血壓、糖尿病等6。高糖血癥時，重要的抗氧化蛋白由于糖基化可使抗氧化蛋白失活，使抗氧化防御屏障減弱。同時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

8、增多，引起內(nèi)皮細(xì)胞損傷。3.2 同型半胱氨酸血癥與血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷  同型半胱氨酸為含硫氨基酸蛋氨酸的中間代謝產(chǎn)物，由于體內(nèi)存在同型半胱氨酸排出系統(tǒng)，所以正常體內(nèi)有細(xì)胞毒性的同型半胱氨酸維持在極低濃度。同型半胱氨酸對內(nèi)皮細(xì)胞的損傷被認(rèn)為與氧化應(yīng)激有關(guān), 同型半胱氨酸含有巰基(SH)，在自動氧化過程中產(chǎn)生活性氧(H2O2、O-2、OH)，O2和OH啟動內(nèi)皮及脂質(zhì)過氧化，H2O2則可直接損傷內(nèi)皮細(xì)胞。過氧化物水平升高的直接作用是使NO舒血管作用喪失，導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙。研究表明7，慢性腎衰患者常有同型半胱氨酸水平的升高，并且半胱氨酸水平還可以預(yù)測心血管并發(fā)癥的預(yù)后。在血壓正常的高同型半胱氨

9、酸血癥患者中，亦存在內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙。3.3 血管緊張素(angiotensin,Ang)與血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷  Ang不僅是一種血管活性物質(zhì)，可引起機(jī)體血流動力學(xué)改變，導(dǎo)致高血壓的發(fā)生，而且還是一種重要的致炎因子，能夠調(diào)節(jié)免疫和炎癥細(xì)胞的許多反應(yīng)，包括化學(xué)趨化、增殖及單核細(xì)胞的分化。Ang本身是一種強(qiáng)烈的縮血管因子，同時也刺激血管細(xì)胞內(nèi)皮素前體的轉(zhuǎn)錄和促進(jìn)內(nèi)皮素的釋放，從而對血管收縮產(chǎn)生正反饋作用。在生理情況下，低濃度的Ang能維持血管的構(gòu)造和張力；在病理情況下Ang的濃度升高，可導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞損傷，其機(jī)制為：Ang可增加血管內(nèi)皮細(xì)胞或內(nèi)膜的通透性，有助于脂質(zhì)的沉積和有害物質(zhì)的侵入；激

10、活NFkB，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)MCP1、ICAM、IL6等因子，加重炎癥反應(yīng)；激活細(xì)胞膜表面的NADH/NADPH氧化酶，導(dǎo)致氧化應(yīng)激，改變內(nèi)皮細(xì)胞的氧化/還原狀態(tài)；影響血管內(nèi)皮細(xì)胞衍生的血管活性物質(zhì)的表達(dá)；通過其受體激活蛋白激酶C途徑，促進(jìn)動脈內(nèi)皮細(xì)胞凋亡等。糖尿病患者體內(nèi)的高糖環(huán)境可促進(jìn)血管緊張素轉(zhuǎn)換酶基因表達(dá)，從而增加血液中Ang含量，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞損傷。  3.4  血流動力和血管應(yīng)力與血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷  血流動力和血管應(yīng)力不僅在維持血管穩(wěn)態(tài)中起重要作用，也是心血管疾病的病理啟動因子。這些力影響內(nèi)皮細(xì)胞的形態(tài)、排列、遷移、增殖和凋亡，引起內(nèi)皮細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)和細(xì)胞

11、間連接發(fā)生變化，調(diào)節(jié)血管活性物質(zhì)、生長因子、粘附分子等的合成、分泌及表達(dá)。研究表明，內(nèi)皮細(xì)胞受損程度與高血壓的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。高血壓時，血管壓力可調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞合成和分泌內(nèi)皮素1、前列環(huán)素等，隨血壓增高， ET/NO失衡加劇，擴(kuò)血管物質(zhì)相對減少，縮血管物質(zhì)增加，致外周阻力增加，血壓進(jìn)一步增高。血壓增高又增加了對血管壁的切應(yīng)力，促進(jìn)ET的合成和釋放，加重了內(nèi)皮細(xì)胞的損傷，形成惡性循環(huán)，加重了高血壓的發(fā)展。在炎癥反應(yīng)時，活化的中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞等釋放出細(xì)胞因子TNF、IL1等激活凝血系統(tǒng)，使血液處于高凝狀態(tài)，血流對血管壁的壓應(yīng)力和切應(yīng)力也隨之發(fā)生顯著變化機(jī)械應(yīng)力變化可刺激誘生型一氧化氮合酶(iN

12、OS)產(chǎn)生NO，NO又生成毒性更強(qiáng)的過氧亞硝基陰離子(ONOO)，高濃度的ONOO參與線粒體的損傷并通過引發(fā)DNA鏈的斷裂，激活多聚ADP核糖合成酶，進(jìn)一步造成包括血管內(nèi)皮細(xì)胞在內(nèi)的多種細(xì)胞損傷。 3.5  煙草、毒素等細(xì)胞毒性物質(zhì)及免疫因素與血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷  研究表明，吸煙20 min即可損傷冠狀動脈內(nèi)皮細(xì)胞。煙草中含多環(huán)芳烴，尤其是7，12二甲基苯蒽、苯并芘可與高密度脂蛋白及低密度脂蛋白結(jié)合，優(yōu)先到達(dá)心臟、主動脈、肺等，促進(jìn)這些細(xì)胞毒性物質(zhì)進(jìn)入內(nèi)皮細(xì)胞，損傷內(nèi)皮細(xì)胞DNA，加速動脈粥樣硬化的發(fā)展。一些外源性毒素和內(nèi)源性毒素如：甲乙二醛、丙烯醛、內(nèi)毒素等，均可造成血管內(nèi)

13、皮細(xì)胞損傷。由于內(nèi)皮細(xì)胞在休眠狀態(tài)下均表達(dá)主要組織相容性抗原I和II，因此成為免疫反應(yīng)的主要靶點(diǎn)。體液免疫和細(xì)胞免疫都可能會導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞損傷。在多種血管炎癥中可以檢測出內(nèi)皮細(xì)胞抗體，包括肉芽腫、微型多動脈炎、動脈炎等。有研究表明，抗內(nèi)皮細(xì)胞抗體可以誘發(fā)補(bǔ)體活化及抗體依賴的細(xì)胞毒作用。Vanhoutte等在膜結(jié)合補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白CD59+保護(hù)腎損傷的研究中發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)體C3及膜攻擊復(fù)合物沉積于腎間質(zhì)小血管內(nèi)皮細(xì)胞，造成微血管損傷及腎小管間質(zhì)損傷。在移植性腎病，移植腎和宿主腎都可見明顯的腎小管周圍毛細(xì)血管基底膜分層化，可能為反復(fù)的內(nèi)皮細(xì)胞損傷所致。4 血管內(nèi)皮細(xì)胞受損的評估4.1 循環(huán)內(nèi)皮細(xì)胞的檢測

14、60; 正常情況下，一定數(shù)量的循環(huán)內(nèi)皮細(xì)胞是血管內(nèi)皮細(xì)胞新陳代謝的結(jié)果，循環(huán)內(nèi)皮細(xì)胞數(shù)目增多是活體血管內(nèi)皮受損的重要標(biāo)志，且與病情嚴(yán)重程度相平行。如急性心肌梗塞及不穩(wěn)定型心絞痛患者循環(huán)內(nèi)皮細(xì)胞數(shù)目增加，而穩(wěn)定型心絞痛患者的循環(huán)內(nèi)皮細(xì)胞數(shù)目正常。新近研究表明，在糖尿病性腎病中，循環(huán)內(nèi)皮細(xì)胞數(shù)目增多可作為其內(nèi)皮受損的早期標(biāo)志物8。4.2 冠狀動脈內(nèi)皮功能的檢測  目前臨床上主要通過測定血管對理學(xué)或機(jī)械性刺激所引起的“血管內(nèi)皮細(xì)胞依賴性舒張反應(yīng)”來研究和評價血管內(nèi)皮功能。內(nèi)皮功能正常的動脈在血流增加時因NO的釋放而擴(kuò)張，而內(nèi)皮功能異常的動脈在血流增加時，這種反應(yīng)下降或消失。評價冠狀動脈內(nèi)皮功能，可采用直接檢測法和間接檢測法。直接檢測法：最經(jīng)典的是冠狀動脈內(nèi)乙酰膽堿輸入法。冠狀動脈造影、冠狀動脈內(nèi)血管超聲或冠狀竇熱稀釋法可直接觀察冠狀動脈在