高压性内脏静脉和外周静脉血管重塑的研究现状

褚海波，边小维

目前的研究表明，人体有两种静脉血管壁改变的发生、发展均与静脉压力增高有密切关系，认为门静脉高压时脾静脉管腔的扩张、管壁的增厚和下肢大隐静脉曲张血管发生异常的改变均属静脉高压状态下一种适应性血管壁重塑反应[1]。大隐静脉曲张系指下肢大隐静脉处于伸长、蜿蜒而曲张的状态，是周围血管外科常见的疾病之一，其发病原因迄今尚不完全明确。静脉壁薄弱、静脉瓣膜缺陷以及腓肠肌泵功能不全所致的下肢静脉高压力被认为是静脉曲张发生、发展的重要因素。门静脉高压症则是内脏血管外科常见病之一，以门静脉系统血流动力学异常变化致内脏静脉压力增高为特征的一种症候群，其发病机制也未完全明确。依据血管重塑概念，本文从静脉血管壁内皮细胞、平滑肌细胞、细胞外基质、细胞凋亡方面作一概述，以探讨高压性内脏静脉（脾静脉）和外周静脉（大隐静脉）血管壁重塑组织形态学和细胞形态学的改变。

1 血管重塑的提出

原发性大隐静脉曲张一词最早在克氏外科学中提出[2]。20世纪50年代，Moore提出瓣膜学说：当静脉壁不能对抗进行性加重的静脉高压时，管壁即被动性扩张[3]。随着对静脉形态、功能和生化方面研究的不断深入，瓣膜学说受到一些学者的部分质疑。20世纪80年代，Kistner等[4]提出原发性下肢深静脉瓣膜功能不全的概念，认为继发性大隐静脉曲张主要是原发性深静脉瓣膜功能不全所致。对此，国内外许多学者进行了广泛而深入的系列研究，对下肢静脉曲张与原发性下肢静脉瓣膜功能不全之间的关系仍持有不同的看法，认为下肢静脉曲张病变的程度与深静脉返流程度的关系有待商榷。20世纪90年代，Gandhi等[5]研究发现曲张的大隐静脉与潜在曲张的大隐静脉血管壁胶原含量升高，弹力蛋白含量下降，并认为静脉壁的改变在瓣膜功能不全之前就已存在。因此，越来越多的研究者认为静脉曲张的主要病变存在于静脉壁，静脉壁的重新塑形与静脉曲张的关系由此受到重视。许多研究表明，静脉壁中存在着细胞外基质含量、分布的改变及相应酶的变化，但这些变化对静脉曲张的形成及其作用机制尚不清楚。Gibbons(1994)血管重塑概念的提出，引起众多学者的重视，即血管重塑是细胞增殖、死亡、迁移以及细胞外基质合成和降解所致的血管壁病理结构动态变化过程[6]。血管重塑概念对从组织形态学和细胞形态学研究曲张静脉发生、病理演变，完善其发病机制提供了理论基础。

门静脉高压时，门静脉阻力增加，内脏形成高动力循环状态，门静脉血流量的不断增加，导致脾脏、胃底食管等内脏血管广泛性代偿性扩张，即成为门静脉高压高动力循环的病理基础。White发现所有患者呈充血性脾肿大，脾肿大的程度和脾动脉的血流量成正比关系。大量研究表明，门静脉高压时门静脉系统血流量增加，以脾静脉血流量增加更为显著。在高压状态下，脾静脉及脾脏内的小血管会发生代偿性适应性结构改变[7]。Benoit等[8]研究证实，内脏高动力循环在维持门静脉高压中起着重要作用。20世纪90年代Rikkers等[9]提出了后向血流学说，即肝硬化导致门静脉回流阻力增加是门静脉高压发生的主要因素。Bosch等[10]指出，静脉阻力增加只是高压发生的始动因素，而内脏高动力循环，内脏血流量增加在门静脉高压的维持上起决定作用。Gibbons等[6]研究发现，渐进的门静脉高压形成血流的高压力本身可刺激血管平滑肌细胞的增生，提出了血管重塑的概念，为从细微结构研究门静脉高压的发生奠定了基础。国内学者研究也发现，门静脉高压患者胃壁微血管的相对管壁面积与门静脉压力呈正相关 ，认为跨壁压力在血管重构中起一定作用[11]。

2 血管壁成分超微结构改变与血管重塑

2.1 病理静脉内皮细胞与血管重塑

2.1.1 内皮细胞的作用 内皮细胞是血管壁组织和血液之间的屏障，大隐静脉和脾静脉的内皮细胞除参与物质交换、凝血、止血、抗凝和抗血栓等多种生理、病理过程外，还能合成和分泌血管扩张物质（一氧化氮、前列环素)，产生血管收缩物质（内皮素)。同时，还参与多种血管活性物质的代谢。血管舒张、收缩因子的相对平衡，对维持正常的血管壁张力至关重要。内脏静脉和外周静脉高压时形成的剪切力、血液淤滞可损伤内皮细胞，导致血管舒张、收缩因子的失衡。静脉管腔内的高流量作用也可破坏大隐静脉和脾静脉的内皮细胞，使血管屏障功能受损，引起血液中各种有害因子浸润至内皮层，刺激成纤维细胞和平滑肌细胞，导致其超微结构破坏并大量增殖，合成和分泌大量胶原纤维等细胞外基质，静脉壁内膜会发生类动脉粥样硬化样改变。

2.1.2 曲张大隐静脉内膜与血管重塑 20世纪90年代末，国内学者开始研究曲张大隐静脉内膜的超微结构病理变化，认为内膜损伤是静脉重塑的重要启动因子之一。丁锐等[12]观察曲张大隐静脉的组织病理发现，管壁结构不完整，内皮细胞部分消失，内膜不完整，内膜和中层胶原纤维增生，管腔狭窄、管壁水肿及部分见血栓形成，认为静脉内膜受损及平滑肌的变性、增生与静脉内压增高和回流障碍关系密切。王风安等[13]采用扫描电镜观察曲张大隐静脉，见内皮细胞表面饮液泡消失，微绒毛增多.失去液体交换，影响内皮细胞营养；内皮细胞大片脱落暴露下面的平滑肌细胞大小粗细不等，有时出现排列紊乱、静脉壁外膜弹力纤维减少，认为这些变化可影响静脉壁的弹性，且与静脉曲张的发病机制、病变轻重以及病期长短有关。

2.1.3 门静脉高压脾静脉内膜与血管重塑 对门静脉高压脾静脉内膜的研究，国内外报道较少。杨镇等[14]研究发现，门静脉高压症时由于门静脉压力增高和内脏血流量增多，门静脉系统的血管会发生构形改建，提出了“门静脉高压性血管病变”的概念。认为门静脉增高的压力和内脏高动力循环可直接机械性刺激损伤内皮细胞，继之而来的细胞因子、血管活性物质、生长因子以及蛋白酶类等激素性刺激，使内膜损伤，血管平滑肌变性、增生，是导致门静脉高压性血管重塑的主要原因。施宝民等[15]对门静脉高压脾静脉进行光镜观察发现，内皮细胞受损，基质增多，纤维化，呈现“慢性硬化性静脉内膜炎”样改变。认为脾脏的高血流动力状态，脾静脉血流量增加，对血管壁侧压升高，切应力增大。这些机械作用可损伤血管内皮细胞，破坏血管壁的完整性，诱发平滑肌细胞和基质增生，造成血管病变。Malmqvist[16]提出，当血管内皮细胞及基底膜受损时，血管对血管紧张素一Ⅱ的敏感性增加，可直接影响血管的收缩功能。有些学者研究发现，光镜下脾静脉内皮细胞不完整，尚可见结节样增生；电镜下脾静脉及脾内小血管内皮细胞呈不同程度变性，表现为胞浆水肿、空泡变，胞浆内含大量絮状沉淀物，内皮细胞内吞饮小泡增多，线粒体空泡变性等血管内皮基底膜连接松散。基底膜破坏，表现为断裂呈不连续状，厚薄不均，部分区域明显增厚血管腔内聚集大量血细胞，可见血小板大量聚集并靠紧内皮细胞并插入内皮细胞胞浆血管腔内聚集大量血细胞[17，18]。 正如McCarthy等[19]所指出，持久的门静脉高压力和高血流量的刺激可能是引起门静脉高压症患者血管内膜损伤的主要原因。由此可见，人们对门静脉高压脾脏及脾静脉的病理变化有了新的认识，即脾肿大非被动性淤血而为主动性充血。

2.2 病理静脉平滑肌细胞与血管重塑

2.2.1 平滑肌细胞的构型变化 平滑肌细胞是血管中膜的主要成分，平滑肌细胞有两种表型——收缩型和合成型。在一定时期或状态下平滑肌细胞常以某种功能为主，以合成及分泌功能为主的平滑肌细胞称为合成表型，以收缩功能为主的称为收缩表型。机体在不同生理和病理状态下，平滑肌细胞的功能常发生明显变化，其结构也相应改变。在收缩型超微结构显示平滑肌细胞胞质内含有大量肌束丝，合成细胞器如粗面内质网、高尔基体含量较少，其功能是维持血管壁张力。合成型平滑肌细胞正好相反，胞质内含有极少肌束丝，而合成细胞器含量丰富，能分泌基质蛋白。正常成熟的静脉壁平滑肌细胞表型呈收缩型，当环境改变如异常的细胞外基质累积，平滑肌细胞表型发生转变，收缩型变为合成型，分泌过多的不成熟的基质，导致静脉壁结构的重塑。

2.2.2 曲张大隐静脉平滑肌细胞与血管重塑 近年来，通过大量的形态学、机能学、生物化学等方面的研究，证实静脉曲张的原发病变主要是静脉壁平滑肌细胞的分离、变性[20，21]。平滑肌细胞表型由收缩型为特征转化为合成型或幼稚型特征，并且分泌过多不成熟的细胞外基质，引起细胞外基质的合成与代谢失衡，导致静脉壁的结构重塑[22，23]。但也有学者认为，大隐静脉曲张管壁胶原纤维的增多也是原因之一[24]。张媛媛等[25]通过HE染色和Weigert染色后光镜下观察发现，曲张大隐静脉内腔增大，管壁增厚，平滑肌细胞形态异常，排列不规则，弹性纤维断裂呈不连续分布，数量明显减少，胶原纤维增生，排列紊乱。电镜下发现，胞浆中存在大量粗面内质网、核糖体高尔基复合体及线粒体，而肌束丝很少。认为静脉压升高时，会导致静脉壁的结缔组织成分的异常及平滑肌细胞结构的破坏。因此，多数学者认为，血管壁平滑肌细胞的异常改变，合成异常的不成熟胶原蛋白或弹力蛋白，导致了原发性下肢静脉曲张的发生[26，27]。

2.2.3 门静脉高压脾静脉平滑肌细胞与血管重塑 20世纪80年代，国外学者提出肌原性假说，强调在各种因子刺激下，动脉中平滑肌细胞发生增殖反应是动脉粥样硬化发生的中心环节[28]。随后研究者们逐渐认识到血管壁内膜和中膜的再生主要依赖于平滑肌细胞。血管平滑肌细胞的功能除了具有收缩作用外，尚有合成细胞外纤维和基质的功能。平滑肌细胞结构异常，其合成分泌功能紊乱，从而可以导致弹性纤维数量的减少。同时，由于弹性纤维断裂，呈不连续分布，使管壁承受环形负荷的能力下降。即使曲张静脉壁的胶原纤维含量较正常静脉明显增加，但其大量无序的增生，破坏了静脉壁规则的骨架结构，使静脉环形、纵形扩张，从而导致静脉曲张的发生。研究发现，在光镜下病理脾静脉壁内膜的增生结节含大量增殖的平滑肌细胞和胶原纤维等细胞外基质。脾静脉壁增厚，平滑肌细胞肥大、增生，成纤维细胞增多，胶原纤维增多，部分内弹板断裂；在电镜下血管平滑肌细胞广泛变性，核周间隙扩大，部分平滑肌细胞向幼稚型”转变，胞浆内含丰富的高尔基体及粗面内质网，示分泌活动旺盛，整个管壁沉积有大量胶原纤维，并排列紊乱[17，15，29，30]。 上述均可表明，血管平滑肌细胞增殖、迁移和表型转变，导致脾静脉发生构形改建。

3 病理静脉细胞外基质与血管重塑

3.1 细胞外基质的构成及作用 细胞外基质的构成包括：胶原纤维、蛋白聚糖、糖胺多糖、弹力纤维和糖蛋白等五大成分。它们均属于蛋白类难溶的大分子，与细胞粘合在一起并交织成有序的网状，共同维持静脉壁正常的结构与功能，在维持血管壁完整性和调节细胞稳定方面有重要作用。细胞外基质参与曲张静脉壁重塑的观点已形成共识，但对细胞外基质的改变是否属于原发性这个敏感问题，学术界存在不同的观点。近年来，随着对静脉壁形态、功能及生化方面研究的深入，认为细胞外基质的代谢紊乱可能是静脉曲张的原发病因[5]。对细胞外基质作用的认识，将为临床治疗提供新的方向。

3.2 两种病理静脉细胞外基质与血管重塑的关系 目前，对曲张静脉壁结构成分的研究主要集中在胶原及弹力蛋白上，前者决定了静脉壁的抗张强度，后者则对维持静脉壁的弹性有决定性作用。20世纪80年代，Jurukova等[31]利用透射电镜技术观察曲张静脉内皮下层增生的平滑肌细胞形态，发现有三种超微结构表现形式：①富含细胞器或胞浆；②胞浆内有脂质，类似于早期粥样硬化病灶中的泡沫细胞；③胞质内含有胶原，此类胶原在形态、电子密度方面类似细胞外间质胶原，且细胞胞浆内有许多溶酶体，因此，推测平滑肌细胞有吞噬和降解自身产物胶原的能力。曲张静脉增生内膜中，此类平滑肌细胞的缺乏直接导致胶原的降解不足。电镜研究病理脾静脉发现胶原等细胞外基质增多，这可能与门静脉高压力刺激细胞和平滑肌细胞，导致其超微结构破坏并大最增殖，合成型和分泌型的平滑肌分泌大量胶原纤维等细胞外基质有关，从而脾静脉发生类动脉粥样硬化样改变[18]。血管平滑肌细胞具有多种功能，兼有成纤维细胞的性质。血管平滑肌细胞的表型转变后使细胞外基质在脾静脉的内膜和中膜异常聚积，导致管壁纤维化，并增厚变硬，失去弹性，运动性和反应性亦减弱[29]。在曲张静脉壁中，弹力蛋白的含量明显下降，而胶原含量的变化尚有争议。有学者认为这可能与研究取材的不同有关，在静脉曲张的早期阶段，适应机制启动，胶原合成增加或分解减少部分代偿弹力蛋白的丧失。随着病变的进展，胶原及弹力蛋白均为纤维组织替代，静脉壁失去正常的弹性及抗张强度[32]。

3.3 细胞外基质的代谢与血管重塑 细胞外基质的代谢与基质金属蛋白酶（MMPs）及其特异抑制剂金属蛋白酶组织抑制因子（TIMP）密切相关。MMPs及其TIMPs在细胞迁移、组织形态发生和生长等结缔组织重塑过程中起重要作用。MMPs是通过降解细胞外基质在血管重塑过程发挥作用的[33]。在正常情况下，细胞外基质的生成和降解处于一种动态平衡状态。在静脉高压等因素的作用下，血管平滑肌细胞可发生增殖、迁移和表型的改变，MMPs／TIMPs的失衡最终导致病理状态。在病变的脾静脉血管中MMPs／TIMPs出现较大的变化，减少胶原的降解，导致大量异常胶原的积聚。这种变化能造成门静脉高压静脉血管扩张、血管壁增厚、僵硬、弹性下降。一组研究资料表明，TIMPs在曲张大隐静脉壁中呈过度表达，而MMP-1或MMP-2的表达受抑，MMPs／TIMPs的失衡有利于某些细胞外基质如Ⅰ～Ⅳ型胶原的沉积[34]。此外，TIMPs还可诱导细胞的凋亡，抑制血管新内膜的形成，使受损的内膜下胶原组织显露，可能是形成门静脉高压症脾静脉腔内类动脉粥样斑块的原因。在动脉粥样硬化、门静脉高压脾静脉的病理改变、损伤后的血管修复、大隐静脉曲张中MMPs、TIMPs表达明显增高，提示MMPs、TIMPs参与血管重塑的过程。有学者认为TIMP-1、TIMP-3在门静脉高压病变脾血管中的高表达是促进门静脉高压症内脏血管病变的一个重要因素[22]。可见，大量研究表明静脉高压力与MMPs／TIMPs的失衡有密切关系。

4 细胞凋亡与血管重塑

研究发现，凋亡异常与原发性下肢静脉曲张和门静脉高压脾静脉病变的发生、发展存在相关性，这为研究下肢曲张静脉和病理脾静脉的重塑提供了新思路。细胞凋亡为一种生理性程序性细胞死亡途径，是一个非常复杂的紧密级联反应的过程,以清除已损伤或衰老的细胞为目的，维持组织细胞细胞增殖与细胞凋亡之间的平衡，在多细胞生物体的生命活动中发挥着极其重要的作用。在许多病理性刺激下也可诱导或抑制成熟细胞发生凋亡，造成细胞凋亡过多或不足而导致疾病的发生。在血管外科领域,细胞凋亡的研究最早始于动脉疾病方面。如细胞凋亡现象存在于外周动脉硬化闭塞疾病中,细胞凋亡参与了动脉粥样硬化斑块形成的过程,细胞凋亡在血管壁重塑及血管狭窄中起着重要作用，细胞凋亡与血管成形术后再狭窄和大隐静脉移植物狭窄闭塞等密切相关[35]。此外，腹主动脉瘤的瘤壁平滑肌及细胞外间质也存在细胞凋亡现象[36]。对细胞凋亡与病变静脉的研究，国内外报道不多。一组多中心研究资料提示，门静脉高压时脾静脉平滑肌细胞出现增殖性改变，平滑肌细胞过度凋亡使细胞外基质、胶原合成增加，引起血管重塑[29，30]；曲张大隐静脉比正常静脉血管壁平滑肌细胞凋亡数增加，胶原堆积，管壁弹性降低，影响管壁重塑。超微结构呈胞质浓缩，胞核染色质凝聚、边集等典型凋亡形态学特征，认为细胞过度凋亡和细胞构成减少导致静脉血管重塑[37，38]。研究者们认为，目前实验研究表明，曲张静脉中存在着细胞凋亡下调现象，却不能证实凋亡下调与原发性静脉曲张之间有因果关系；细胞凋亡参与血管重塑的发生、发展，但与静脉高压之间有无直接关系，仍需进一步探讨。

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