动脉粥样硬化中的血管平滑肌细胞及其分子影像学研究进展

李代欣(综述)，马占龙，李 澄(审校)

(扬州市第一人民医院影像科，江苏扬州225000)

动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)及其相关心脑血管疾病是西方发达国家患者死亡和致残的首位原因［1］。AS的发生机制十分复杂，目前认为多种细胞参与AS病变的形成，包括巨噬细胞、淋巴细胞、内皮细胞和平滑肌细胞(smooth muscle cells，SMCs)［2］。人类冠状动脉的组织学研究提示，在易于发生AS病变的区域含有较多血管SMCs，而不易于发生的部位血管SMCs较少［3］。通过动物实验发现，C57BL/6小鼠、apoE－/－小鼠斑块发生前在主动脉AS易发区和耐受区的SMCs转录谱不同［4］。目前认为，血管SMCs是AS斑块形成的主要启动子，血管SMCs迁移、增殖和凋亡在AS及粥样斑块破裂机制中起重要作用。因此，AS病变的早期检测尤其是对AS病变中的血管SMCs进行靶向检测具有重要意义。利用分子影像学技术，如核医学成像、近红外荧光成像及磁共振成像来检测AS进程中的分子事件，可对其进行早期诊断，甚至进行靶向治疗。

1 血管平滑肌细胞在AS中的作用

1.1 平滑肌细胞的表型转化 SMCs是血管壁的重要构成成分，主要位于血管中膜，血管内膜中仅存在少量SMCs，其主要作用是通过舒张和收缩改变血管直径，使血管保持适当的血流压力，此时的SMCs表现为收缩型表型，其增殖及合成活性很低，收缩型SMCs最具特异性的标志蛋白是平滑肌细胞肌球蛋白重链(SM-MHC)和平滑肌蛋白(smoothelin)［5］。在多种病理因素的作用下，SMCs的表型可由收缩型转化为合成型［6］，此过程称之为表型转化。合成型SMCs最具特异性的标志蛋白是CRBP-1和平滑肌细胞肌球蛋白重链亚型 Smemb［5］。研究表明，血管SMCs表型转化是高血压、AS和血管成形术后再狭窄的心血管疾病血管SMCs增殖和迁移的关键性始动因素，处于合成状态的SMCs能够合成和分泌大量细胞外基质，而细胞外基质又可影响血管SMCs的增殖、黏附和迁移过程［7］。

1.2 平滑肌细胞源性泡沫细胞的形成 泡沫细胞的形成是AS病变主要的细胞学改变，其病理变化为胆固醇脂在细胞内大量蓄积。研究表明合成型SMCs可表达多种胆固醇摄入性受体，包括低密度脂蛋白受体、极低密度脂蛋白受体、CD36、Ⅰ型和Ⅱ型清道夫受体及CXCL16/SR-PSOX［8］。CD36可介导细胞摄入氧化型低密度脂蛋白和卵磷脂［9］，若基因剔除CD36后，AS发生显著降低。实验证明在AS病变发展的早期阶段，Ⅰ型和Ⅱ型清道夫受体主要在血管SMCs表达［10］。炎性细胞分泌的干扰素γ和肿瘤坏死因子α可增加血管SMCs CXCL16 mRNA表达，促进血管SMCs释放大量的可溶性CXCL16［11］，后者可促进巨噬细胞、SMCs对氧化型低密度脂蛋白的摄取，提示血管SMCs内脂质的蓄积可能促进AS的发展。

1.3 平滑肌细胞的迁移、增殖 生理条件下，血管SMCs增殖和凋亡之间保持平衡，在许多病理状态下可使其增殖失控，从而引起血管壁的一系列变化。众多研究表明，血管SMCs增殖、迁移在AS病变的形成过程中以及在经皮冠状动脉介入术后血管再狭窄等心血管疾病的发病机制中起关键性的作用［12-14］。众多的生长因子、细胞因子均可影响细SMCs的增殖、迁移，如血小板源生长因子、成纤维细胞生长因子、上皮生长因子、胰岛素样生长因子、白细胞介素、内皮素和血管紧张素Ⅱ等。炎性反应可刺激血管SMCs发生迁移、增殖，并与炎性病变内的炎性成分形成混合物，使动脉壁增厚，单核细胞的蓄积、血管SMCs增殖和纤维组织形成导致病变进一步扩大并重组成为覆盖在脂质核心和坏死组织上的纤维帽，最终导致复合型病变的形成［12］。随着血管壁的变硬，可以进一步通过增强血小板源生长因子受体信号促使血管SMCs增殖和血管疾病的发生［15］。

1.4 平滑肌细胞凋亡 细胞凋亡是一种受基因调控的个别细胞发生的自主有序死亡。正常血管壁内的SMCs增殖与凋亡保持着平衡，在正常成人的动脉细胞凋亡比率非常低，但是众多的病理性因素可以改变其增殖与凋亡的平衡，并且细胞凋亡占主要地位，这些因素包括高血压、高血糖、修饰后的胆固醇等［16］。Clarke等［17］利用可诱导的血管平滑肌细胞特异性凋亡小鼠模型，在载脂蛋白E剔除小鼠AS形成阶段或斑块期，发现低水平血管平滑肌细胞凋亡加速斑块增长，伴随斑块的不稳定包括薄纤维帽和坏死核增大，并且认为血管平滑肌细胞凋亡能够加速AS，促进斑块钙化和中膜变性，阻止扩张性重构和促进狭窄。AS中诱导血管SMCs凋亡的因素有氧化型低密度脂蛋白、活性氧簇、一氧化氮、机械应力及细胞成分［18］。血管SMCs凋亡可导致白细胞介素1、白细胞介素8释放和单核细胞趋化蛋白1上调，引起过多的巨噬细胞趋化，而残余物质的清除未见增加，巨噬细胞产生的活性氧簇及分泌的巨噬细胞集落刺激因子和肿瘤坏死因子α又促进血管SMCs的凋亡，形成恶性循环。另外，血管SMCs凋亡与粥样斑块的炎症、钙化、血栓形成及动脉瘤形成相关［19］。

2 AS中平滑肌细胞的分子影像学研究

近年来，随着分子影像学设备及分子影像学技术的发展，心血管分子影像学在AS斑块成像等方面的研究中取得了进展，不同的靶向探针可用于不同的分子事件。使用超顺磁性纳米粒子靶向粥样斑块内的巨噬细胞，可以对斑块的进展以及治疗效果进行检测［20-21］。使用不同的成像方法靶向斑块内的氧化型低密度脂蛋白可有助于不稳定粥样斑块的早期检测［22-23］。通过磁共振活体成像来检测内皮母细胞在损伤血管局部的靶向归巢、黏附及修复受损血管内皮等生物学过程［24］。目前在实验中所用到的各种成像技术各有优缺点，如磁共振具有高空间分辨率和多序列成像的特点，但成像灵敏度较差;核医学技术，如单光子发射计算机体层显像(single photon emission computed tomography，SPECT)、正电子发射体层显像灵敏度高，但空间分辨率差;光学成像技术灵敏度高，但其穿透力有限。因此，应用多模态分子探针利用多种影像技术来检测分子事件，克服彼此的不足已成为分子影像学发展的趋势［25］。

SMCs增殖是AS疾病形成的重要环节之一，因此针对增殖的SMCs分子影像学的研究也必定会越来越受到重视。Z2D3是一个复杂的脂质抗原产生的只针对增殖的SMCs高度特异性的IgG1亚类的鼠嵌合型抗体［26-27］。早在1998年Carrio等［28］用111In标记抗人AS斑块中增殖的SMCs抗原的单克隆鼠/人嵌合型抗体Z2D3片段，注入11例经过血管造影术和彩色多普勒超声确诊的AS病变形成的患者体内，分别于4、24、48和72 h行SPECT显像，并将颈动脉内膜剥离术后的标本进行显像和免疫组织化学染色分析。结果显示，所有病例在注入标志物4 h后SPECT显像均能检测到颈动脉斑块内Z2D3的吸收，SPECT显像证实了AS斑块标志物的局部吸收，并且抗体显像部位与血管造影术证实的斑块位置是一致的，通过颈动脉内膜剥离标本的免疫组织化学染色分析，进一步验证了斑块内Z2D3的聚集区域含有SMCs。Johnson等［29］使用球囊扩张技术在14只小型猪的冠状动脉内放置了24个支架，并以111In-Z2D3为探针，用SPECT成像技术成功检测了冠状动脉支架植入后再狭窄形成过程中增殖的SMCs。Jimenez等［30］在进行小型猪冠状动脉移植实验的过程中以111In-Z2D3为探针，进行SPECT成像发现在全部的异体移植和大部分的自体移植血管中均可以探及示踪剂的聚集，经免疫组织化学等方法确定示踪剂的聚集区域内SMCs的增殖指数高。上述两篇文献都认为111In-Z2D3能够用于增殖SMCs的检测，并可作为移植血管病变的早期无创检测方法。Riviere等［31］用合成的纳米材料Fe3O4标记离体大鼠的血管SMCs，通过检测发现这种标记没有影响细胞的活力，将这种标记的细胞移植到心肌梗死的大鼠模型的心室，用1.5T MRI可示踪到这种铁标记细胞48 h后在离体心脏损伤心肌层中的聚集。Chung等［32］用微流控技术，离体成像动态观察了SMCs向支架的迁移以及抑制内皮细胞生长的现象，为在狭窄基质的研究提供了可靠置管的实验研究方法。

3 结语

AS已成为威胁人类健康的主要疾病之一，血管SMCs不仅与AS病变的发展相关，而且也与斑块破裂相联系，血管SMCs在AS中的作用机制非常复杂，不可能用某一种机制来概括。虽然多年来人们对其在AS的发生、发展过程中的作用产生了较多的新认识，但还有很多潜在的未知因素没有被完全认识。影像医学未来的前景在分子影像学的发展中，影像医学从宏观形态向微观分子转变，从而使影像医学和基础医学尤其是分子生物学更加紧密地联系起来。随着影像设备及各种新的分子探针被研发出来(虽然大部分还只是处于试验阶段)，相信在不远的将来会找到有效的方法对AS进行早期诊断及防治。

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