血管内皮祖细胞在治疗动脉粥样硬化中的作用

张美华 张伟 盖凌 张艳萍 贾颐舫

1997年，Asahara等［1］首次发现人体外周血中存在能分化为血管内皮细胞的前体细胞，将其命名为血管内皮祖细胞(endothelial progenitor cells，EPCs)。随后，人们对 EPCs进行了大量的研究。内皮祖细胞不仅参与胚胎期的血管发生，而且在成体的血管生长发育中发挥重要作用，对于创伤修复、缺血性疾病的治疗以及肿瘤的靶向治疗具有重有意义。动脉粥样硬化是一种渐进的、复杂的、动脉壁慢性炎症反应过程，是心脑血管系统常见疾病。正常情况下，血管内皮产生和分泌血管活性物质调节血管舒缩，保护血管壁免受炎症细胞浸润，抑制血栓形成和血管平滑肌增殖。诸多因素引起的内皮细胞损伤和功能异常是动脉粥样硬化发生的始动环节，受损内皮细胞的修复对于动脉粥样硬化病变的发生和发展至关重要。内皮祖细胞因参与受损内皮的修复和血管新生，可能在动脉粥样硬化病变发展过程中起着重要作用。我们对内皮祖细胞与动脉粥样硬化相关性的研究进展作一综述，初步探讨内皮祖细胞在治疗动脉粥样硬化中的可能机制和潜在危险。

1 EPCs的来源和生物学特征

研究表明，EPCs和造血干细胞来自共同的中胚层前体细胞─成血管细胞(hemangioblast)。出生后的机体，EPCs主要定居于骨髓，在某些生理、病理状态下，可从骨髓释放出来进入外周血循环。目前，人们已经从胎肝、脐带血、脂肪组织、心肌组织、血管内膜、骨骼肌、脾脏、小肠等分离出EPCs［2-3］，为EPCs的研究和应用提供了广泛的细胞来源。然而，关于EPCs的表面标志尚存在争议。2000年Gehling等［4］将同时具有 CD34、AC133、VEGFR2这 3种表面标志的细胞称为早期的功能性血管EPCs。2003年Fujiyama等［5］提出EPCs来源于单个核细胞或者CD14+的单核细胞。还有学者从CD34+/CD45-的细胞群中分离出 EPCs［6］。Fadini等［7］最近的研究提出，CD34+/VEGFR-2+细胞群可以包括不同阶段的EPCs。此外，研究表明，存在两种类型的EPCs，即早期EPCs和晚期EPCs。早期EPCs主要通过分泌血管生成因子发挥促血管新生的作用;晚期EPCs具有高增殖分化潜能，可以通过分化为成熟内皮细胞的方式参与血管的新生［8］。同时移植两种类型的EPCs可产生协同作用，更好地发挥促进缺血区血管新生的作用。

2 EPCs在动脉粥样硬化治疗中的应用

2.1 EPCs与受损内皮修复

高血压、高血脂、吸烟、肥胖等危险因素引起的血管内皮细胞损伤和功能障碍在动脉粥样硬化发生、发展过程中扮演了重要角色。受损内皮单层的修复和重建是预防动脉粥样硬化斑块形成的必要条件。EPCs在损伤部位分化为成熟的血管内皮细胞，对于内皮重建意义重大。研究发现，动脉粥样硬化患者血循环和骨髓EPCs的数量和质量都明显降低。传统的危险因素如高血压、高血脂、糖尿病、吸烟等都可不同程度影响EPCs数量和质量，而多种治疗药物如他汀类药物、罗格列酮等均能增加EPCs的数量和质量［9］。因此，我们有理由认为，各种危险因素在造成内皮损伤的同时也损害EPCs的修复能力。研究表明，从骨髓中动员出的EPCs归巢到经球囊拉伤的小鼠颈动脉损伤处，促进了剥脱内皮的修复［10］。Wassmann 等［11］通过颈静脉注射 EPCs和单核细胞治疗内皮功能障碍的大鼠，1周后发现内皮依赖性血管舒张功能明显改善，一氧化氮合酶(eNOS)的活性明显升高。一氧化氮释放增多可以反过来促进EPCs的增殖和分化，45 d后受损内皮功能明显改善。此外，受损的内皮细胞还可通过分泌基质衍生因子-1(stromal cell derived factor-1，SDF-1)等细胞因子，促进自体骨髓EPCs的动员。同时，内皮细胞凋亡小体也有促进EPCs增殖的作用。另一方面，归巢到受损部位的EPCs可以通过旁分泌的方式释放血管内皮生长因子(vascularendothelial growth factor，VEGF)、成纤维细胞生长因子、肝细胞生长因子、表皮生长因子等细胞因子，刺激损伤周围的内皮细胞增殖，进一步修复受损的血管内膜［12］。综上所述，循环EPCs构成了内皮细胞的储备池，一旦内皮细胞受损，循环EPCs便可分化、增殖，替代损伤凋亡的内皮细胞，保持内皮系统结构和功能的完整。由此看来，改善循环EPCs的功能状况可作为动脉粥样硬化治疗的新方向。

2.2 EPCs与动脉粥样硬化斑块发展

内皮损害后，血管内膜通透性增高，大量的炎性因子和单核细胞以及平滑肌细胞在内皮下吞噬脂质形成泡沫细胞，进而粥样斑块形成。血管平滑肌细胞的大量增殖并进入血管内膜是动脉粥样硬化的重要病理过程。研究发现，通过颈内静脉给予骨髓来源的EPCs延缓了apoE-/-小鼠动脉粥样硬化进程，并减少了动脉粥样斑块的面积［10］。然而Gorge等［13］通过研究提出，在apoE-/-小鼠模型中脾脏细胞来源的EPCs加速了动脉粥样硬化的形成，并且减少了斑块稳定性相关的基质金属蛋白酶等标记物，导致斑块不稳定性增加。动脉粥样硬化斑块的不稳定可增加心血管疾病的风险，而抑制斑块内的血管新生有利于斑块的稳定。EPCs强大的修复血管内皮的作用可减缓动脉粥样硬化的进程，而其促血管新生的作用却不利于动脉粥样硬化斑块的稳定。因此，在动脉粥样硬化的早期应用EPCs治疗可能避免其负面影响，取得更满意的疗效。

目前主要通过增加循环中EPCs的数量，增强其增殖、迁移、分化的能力使EPCs更好地发挥治疗作用。首先，积极控制高血压、高血脂、糖尿病、吸烟等引起动脉粥样硬化的危险因素。这些危险因素除了可以引起血管内皮的损伤，加速炎症反应，而且可以降低循环EPCs的数量，损害EPCs的功能，从而进一步加速内皮的损伤。其次通过自体EPCs移植治疗动脉粥样硬化。Ott等［14］发现，将体外扩增的人EPCs移植入冠脉结扎的实验鼠体内，可明显改善心肌功能。临床上通过EPCs移植治疗冠状动脉粥样硬化已经获得成功。同时，应用EPCs动员剂(如他汀类药物)可通过PI3K/AKt途径增加外周血中EPCs的数量和减缓EPCs的衰老，对保持血管内皮的完整性、改善心肌梗死后的血液供应、减小梗死面积具有积极作用。此外，将EPCs在体外经基因修饰后重输回体内，使其到达病变组织后能表达特定的治疗药物分子并分泌细胞因子等生物活性物质，可以在重建内皮的同时对损伤后的血管病理生理反应进行调节，达到更好的治疗效果。易成刚等［15］从脐血中分离 EPCs，利用脂质体介导VEGF165基因体外转染EPCs，发现其增殖能力增强;移植入裸鼠体内可以促进缺血皮瓣的血管新生，提高存活率。

3 EPCs在动脉粥样硬化治疗中存在的问题

尽管EPCs修复血管内皮、参与血管新生的作用可以延缓动脉粥样硬化病变的进程，利用EPCs来治疗动脉粥样硬化有许多问题尚待解决。最近的研究发现，对通过高脂饮食诱发动脉粥样硬化的apoE-/-小鼠给予粒细胞集落刺激因子(granulocyte colony-stimulating factor，G-CSF)和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF)治疗，加速了粥样硬化的进程［16］。EPCs可分为早期和晚期两种类型:早期EPCs主要存在于骨髓中，可能来源于CD14+细胞，同时表达CD133、CD34、CD45，其增殖能力有限，在体外不能形成血管网络，但可在新生血管的形成过程中发挥重要的旁分泌作用。晚期EPCs为早期EPCs迁移至外周血后分化而来，CD45、CD14、CD133等干细胞标志逐渐消失，表达CD34、VEGFR-2等内皮细胞的标志物，具有较强的增殖活力，可形成血管网络，与病理情况下内皮细胞缺陷和血管发生关系更为密切。研究发现，早期EPCs可通过旁分泌作用释放G-CSF、GM-CSF、成纤维细胞生长因子、表皮生长因子、IL-8等，这些细胞因子不仅可以动员EPCs，还可以动员单核细胞、肥大细胞以及嗜碱性粒细胞等炎症细胞。此外，早期EPCs分泌的成血管因子还可以促进平滑肌细胞的增殖。然而，血管平滑肌细胞的增殖和表型转化在心血管疾病的发生发展中起重要作用，是形成高血压、动脉粥样硬化、经皮冠状动脉介入术后血管再狭窄等心血管疾病的共同细胞病理基础之一［17］。大量炎症细胞的聚集和平滑肌细胞的增殖可加速动脉粥样硬化的病变。基于以上原因移植晚期EPCs治疗动脉粥样硬化应该是更好的选择。EPCs加速动脉粥样硬化进程的另一原因，可能与血小板有关［18］。内皮的进行性损伤可吸附大量血小板聚集。研究发现，血小板可以诱导EPCs分化为泡沫细胞，同时抑制EPCs向成熟内皮细胞的分化。由于EPCs在不同的诱导因子作用下可以向不同的方向分化，部分EPCs可能分化为平滑肌细胞［19］。泡沫细胞和平滑肌细胞的增殖促使粥样斑块形成。因此，消除血小板对EPCs的作用并减少EPCs向平滑肌细胞的分化对于应用EPCs治疗动脉粥样硬化具有积极作用。

4 前景与展望

EPCs能够保持血管内皮的完整性，具有取材方便，自体来源无免疫排斥，可以在体外扩增并进行基因修饰等优点，能减少动脉粥样硬化患者的死亡率、改善其预后，对动脉粥样硬化的治疗具有积极作用，因而具有广泛的研究前景。对于EPCs对粥样斑块稳定性的影响尚需进一步探讨，此外，关于应用EPCs治疗主动脉粥样硬化的安全性还需要更深入的研究。

［1］Asahara T，Murohara T，Sullivan A，et al.Isolation of putative progenitor endothelial cells for angiogenesis.Science，1997，275:964-967.

［2］Beltrami AP，Barlucchi L，Torella D，et al.Adult cardiac stem cells are multipotent and support myocardial regeneration.Cell，2003，114:763-776.

［3］Planat-Benard V，Silvestre JS，Cousin B，et al.Plasticity of human adipose lineage cells toward endothelial cells:physiological and therapeutic perspectives.Circulation，2004，109:656-663.

［4］Gehling UM，Ergün S， SchumacherU， etal. In vitro differentiation of endothelial cells from AC133-positive progenitor cells.Blood，2000，95:3106-3112.

［5］Fujiyama S，Amano K，Uehira K，et al.Bone marrow monocyte lineage cells adhere on injured endothelium in a monocyte chemoattractantprotein-1-dependentmanner and accelerate reendothelialization as endothelial progenitor cells.Circ Res，2003，93:980-989.

［6］Timmermans F，Van Hauwermeiren F，De Smedt M，et al.Endothelial outgrowth cells are not derived from CD133+cells or CD45+hematopoietic precursors.Arterioscler Thromb Vasc Biol，2007，27:1572-1579.

［7］Fadini GP，Baesso I，Albiero M，et al.Technical notes on endothelial progenitor cells:ways to escape from the knowledge plateau.Atherosclerosis，2008，197:496-503.

［8］Hur J，Yoon CH，Kim HS，et al.Characterization of two types of endothelial progenitor cells and their different contributions to neovasculogenesis.Arterioscler Thromb Vasc Biol，2004，24:288-293.

［9］Deschaseaux F，Selmani Z，Falcoz PE，et al.Two types of circulating endothelial progenitor cells in patients receiving long term therapy by HMG-CoA reductase inhibitors.Eur J Pharmacol，2007，562:111-118.

［10］Rauscher FM，Goldschmidt-Clermont PJ， Davis BH， et al.Aging， progenitor cell exhaustion， and atherosclerosis.Circulation，2003，108:457-463.

［11］Wassmann S，Werner N， Czech T， et al. Improvement of endothelial function by systemic transfusion of vascular progenitor cells.Circ Res，2006，99:e74-e83.

［12］Liew A，Barry F，O'Brien T，et al.Endothelial progenitor cells:diagnostic and therapeutic considerations.Bioessays，2006，28:261-270.

［13］George J，Afek A，Abashidze A，et al.Transfer of endothelial progenitor and bone marrow cells influences atherosclerotic plaque size and composition in apolipoprotein E knockoutmice.Arterioscler Thromb Vasc Biol，2005，25:2636-2641.

［14］Ott I，Keller U，Knoedler M，et al. Endothelial-like cells expanded from CD34+ blood cells improve left ventricular function after experimental myocardial infarction. FASEB J，2005，19:992-994.

［15］Yi CG，Guo SZ，Zhang LX，et al.Promotion of the survival of ischemic skin flap by transplanted endothelial progenitor cells transfered with VEGF165 gene:an experimental study with mice.Natl Med J China，2005，85:473-478.(in Chinese)易成刚，郭树忠，张琳西，等.血管内皮细胞生长因子基因转染血管内皮祖细胞移植促进缺血皮瓣存活的实验研究.中华医学杂志，2005，85:473-478.

［16］Haghighat A，Weiss D，Whalin MK，et al.Granulocyte colonystimulating factor and granulocyte macrophage colony-stimulating factor exacerbate atherosclerosis in apolipoprotein E-deficient mice.Circulation，2007，115:2049-2054.

［17］Zargham R.Preventing restenosis after angioplasty:a multistage approach.Clin Sci，2008，114:257-264.

［18］Stellos K，Langer H，Daub K，et al.Platelet-derived stromal cell-derived factor-1 regulates adhesion and promotes differentiation of human CD34+cells to endothelial progenitor cells.Circulation，2008，117:206-215.

［19］Liu P，Zhou B，Gu D，et al.Endothelial progenitor cell therapy in atherosclerosis:a double-edged sword?Ageing Res Rev，2009，8:83-93.