内皮祖细胞在缺血性脑血管病防治中的研究进展

张清，王普之综述 何国厚，张兆辉审校

综 述

内皮祖细胞在缺血性脑血管病防治中的研究进展

张清，王普之综述 何国厚，张兆辉审校

脑血管病，缺血性；内皮祖细胞；作用机制；治疗

缺血性脑血管病以其高发病率、高病死率、高致残率严重威胁着人类的生存和健康。虽然在神经元保护和抗炎性因子等基础治疗上取得了突破性的进展[1，2]，然而已经证明最有效的治疗是通过药物和手术机械性地让血管再通[3]。静脉溶栓可以有效地挽救缺血半暗带，但4.5 h的时间窗让只有1%～2%的卒中患者获益[4];经皮腔内血管成形术为有创治疗，风险大费用高且再次狭窄率高。新的证据证明，内皮祖细胞(endothelial progenitor cells，EPCs)的治疗可以刺激血管新生和修复，促进神经再生，为缺血性脑血管病开辟一条新径，本文将EPCs的生物学特性和其在缺血性脑卒中的形成、治疗中的应用综述如下。

1 EPCs的基本特征

自Asahara从外周血中分离出EPCs以来，对于其定义和功能特性的探究一直在进行，也取得了进展，但目前尚未能达成一致。通常可以通过集落形成试验、荧光检测及流式细胞术来识别EPCs，然而由于某些抗体在内皮系和骨髓系均表达让EPCs鉴定界定不清，CD34+、KDR+抗原组合因其在EPCs表面出现具有高度的特异性和灵敏度，经常被用于EPCs的识别[5]。EPCs是一类能循环、增殖并分化为血管内皮细胞, 但尚未形成血管的前体细胞, 在血管新生及修复中发挥着重要作用[5]。它可以选择性募集到受损或缺血组织区，在以前不存在血管的地方形成血管，EPCs参与促进新生血管形成的过程包括二方面：一方面，EPCs从骨髓动员到循环血液中，随后归巢至受损部位促进内皮再生，这一过程受促血管生成因子如基质细胞衍生因子-1α(SDF-1α)和血管内皮生长因子(VEGF)的调节；另一方面，EPCs分泌促血管生成因子和细胞因子，促进局部血管内皮细胞的迁移和增殖。EPCs可分为2种类型：一种为早期EPCs，呈纺锤形，通过体外短期培养4～7 d获得，其增殖与表达成熟内皮蛋白的能力较低；一种为成熟EPCs，呈鹅卵石形状，通过培养2～4周获得，其增殖能力较强，有研究认为晚期EPCs才是真正的功能细胞[6]。

2 EPCs与缺血性脑卒中的形成

2.1 EPCs与颈动脉粥样硬化性脑卒中 内皮损伤启动和加速了动脉粥样硬化进程。正常情况下，内皮的损伤与修复处于动态平衡，以保持内皮完整性，过去把损伤内皮的再生归因于邻近成熟内皮细胞的迁移和增殖，但成熟内皮细胞是分化终末细胞，增殖能力低，替代受损的内皮功能有限。但通过动员、迁移和分化等过程参与新生血管生成，在成体新生血管中EPCs来源的内皮细胞可占到25%[7]。研究表明，颈动脉粥样硬化与血循环中的EPCs数目减少、功能减退有关[8]。同时作为大脑的主要血管，颈动脉病变所形成的斑块脱落在缺血性脑卒中的发病机制中起着重要作用[9]。大多数动脉粥样硬化斑块稳定而没有症状，往往被忽视，但是一旦斑块破裂，常常危及生命。研究发现，在颈动脉粥样硬化斑块形成以后，动脉内皮损伤的修复并没有停止，软斑块组中EPCs的增殖、迁移、黏附能力均较硬斑块组增强，可能是机体自我修复的一种体现。颈动脉作为大脑的主要供血动脉，颈动脉狭窄明显减少脑灌注，也是缺血性卒中的一个重要原因。He等[10]发现EPCs与颈动脉狭窄程度的发展密切相关，且对于血管狭窄严重程度，晚期EPCs较早期EPCs更具有预测价值[11]。脑梗死急性期循环血中的内皮祖细胞数目持续减少并于发病第7天达最低值，表明这段时间内皮祖细胞被严重消耗，远远超过了骨髓对其的动员，减少的内皮祖细胞可能在血管内皮生长因子等细胞因子的作用下转化为内皮细胞，参与缺血区及周围组织的微血管生成及侧支循环的建立[12]。

2.2 EPCs与颅内动脉粥样硬化性脑卒中 相对于颅外颈动脉狭窄，颅内动脉粥样硬化是亚洲患者发生缺血性卒中的重要原因[13]，其临床意义在于其是生存率和脑卒中再发的独立预测因子[14]，目前药物和外科手术治疗效果不确定。原位动脉血栓形成是颅内动脉粥样硬化导致卒中发生的机制之一，然而，不同于心源性栓塞患者，慢性动脉粥样硬化患者的侧支循环发育良好，原位动脉血栓很少会产生整个血流供应区域的脑梗死。机体对于缺血性损伤具有一定的代偿机制，主要表现为侧支循环的建立和血管新生，既往研究表明，EPCs以出生后血管再生的方式参与缺血局部的代偿性血管重建过程，在人体生理及病理性血管新生过程中发挥重要作用。一项纳入65例急性缺血性脑血管病的前瞻性队列研究发现[15]，卒中后第1天外周血EPCs的数量较正常组明显降低，追踪颅内栓塞血管情况发现，大血管栓塞组中EPCs数量比小血管栓塞组明显降低，且具有统计学差异，同时，外周血中EPCs数量对于患者卒中后6个月的转归具有独立的预测意义。

3 EPCs在卒中治疗中的作用机制

3.1 调节血管衰老 血管衰老的典型表现是老年人动脉硬度的增加。年龄是脑血管病的重要危险因素，年龄相关的动脉改变包括2个独立的病理过程：(1)中膜的退化和硬化；(2)动脉粥样硬化相关的内膜改变。这2个过程从生命的早期便开始出现，经历了整个成年期及老年期，最终导致动脉弹性丧失和动脉硬化样改变。血管衰老广泛发生于老年人的全身血管，内皮功能障碍、内皮祖细胞功能受损与衰老是血管衰老的重要分子生物学机制。正常情况下，内皮的损伤与修复处于动态平衡以维持血管的完整性，但随着年龄的增长，内皮的这种自我修复能力逐渐减弱，继而发展为动脉粥样硬化甚至引发血管性疾病。虽然具体的机制尚未清楚，但年龄在这种修复失衡体系中发挥着重要作用。而内皮的修复又依赖EPCs的动员、迁移、黏附、归巢和整合成新生血管，也许EPCs的发现可以逆转年龄因素所带来的一系列疾病[16]。排除高血压、糖尿病、高血脂、吸烟、饮酒史等动脉粥样硬化高危因素，在老年人和年轻人中展开的一项研究发现[17]，EPCs数量在2组人群中并无明显差异，而EPCs的迁移、增殖以及生存能力在老年组却明显减弱。也许EPCs功能失调可以在临床上作为因年龄增长引起内皮损伤的监测因子，对于将来不良事件的预见也有重要意义，这使得外周血内皮祖细胞成为血管衰老的生物学标志物。中风、神经退行性病变和心血管疾病随着年龄的增长发生率大大增加，年龄作为一种无法干预的危险因素早已为人们所接受。然而随着人们观察到EPCs在卒中、高血压、高血脂中都发生了变化，EPCs作为防治血管衰老性卒中的有效保护因子越来越受到人们的关注。如果EPCs衰老在卒中病理中发挥了“开”和“关”的作用，那么年轻群体有活力的EPCs细胞治疗应该可以延迟卒中发生[18]。在高血压、基因转染高血脂的老鼠模型中注入刚分离提出的CD45-[CD34+/KDR+]EPCs，可以有效减缓卒中进展延缓卒中发生，通过RT-PCR他们观察到CD45-[CD34+/KDR+]EPCs上与年龄有关的基因表达发生了改变，在卒中高发小鼠表达增加；导致血管内膜增生的促进血管生成的基因在卒中高发小鼠EPCs中表达也增加。然而这些研究仅仅停留在动物实验阶段，是否能真正通过细胞移植来达到预期的临床效果还需要多向性的研究。

3.2 促进侧支循环，挽救缺血半暗带 病理学检查发现，脑缺血病灶由中心梗死核心区和周围的缺血半暗带区组成，核心区由于脑血流量严重不足或完全缺血致神经元不可逆性损伤，而半暗带区由于侧支循环存在，仍可获得部分血液，神经元功能受损但短期内尚可存活并恢复功能，是临床治疗的主要靶点，积极有效的治疗可将损伤降至最低。Iskander等[19]人工结扎老鼠大脑中动脉制造梗死模型，24 h后由静脉输注人脐带血来源磁性标记的AC133+细胞，在输注的第1、7、14天后MR跟踪发现，输注的EPCs都集中在梗死半球区域，且与对照组相比，梗死区域明显减小，表明EPCs可以高度选择性地动员到梗死区域，控制梗死范围的扩大，从而有效改善卒中预后。

3.3 缺血再灌注中的神经保护 缺血性中风在经溶栓治疗及侧支循环代偿后均存在缺血再灌注损伤，及时使用脑保护剂可以减轻由于兴奋性氨基酸毒性作用、自由基等所致的这种缺血再灌注损伤。EPCs依靠超氧化物歧化酶机制，具有强于内皮细胞的抗氧化特征[20]。在缺血再灌注时输注EPCs可以通过降低细胞凋亡蛋白酶3和羟自由基等的活性，增加SOD和谷胱甘肽过氧化物酶，抑制凋亡、氧化应激，来达到强有力的神经保护作用[21]。

3.4 促神经修复和新生 局灶性脑缺血损伤引发的神经功能损伤对卒中患者后期影响深远，探寻损伤后有效的治疗药物及措施，促进脑卒中后中枢神经系统功能的恢复，一直是生命科学研究的重点和热点。随着胚胎干细胞研究的进展，成神经细胞为损伤后神经细胞的修复与新生开辟了新的途径。然而在缺血发作后几周因卒中而新生的大部分神经却逐渐凋亡[22]。脑血流降低可导致脑细胞能量耗竭，造成细胞内离子的自稳失衡，使神经元离子梯度破坏。研究表明再生血管网与缺血损伤后的神经修复和神经发生密切相关[22]。Nih等[23]通过联合移植胚胎成神经细胞和EPCs到缺血性卒中老鼠体内，发现治疗组后期神经功能恢复明显好转，表明卒中后成神经细胞的存活有赖于成熟的血管网系统。EPCs不仅为受损区域的神经提供了富含血管的微环境，其分泌的细胞因子对于受损神经元的轴突重建也具有明显的促进作用[24]。卒中后1 h输注EPCs，4周后治疗组的皮质萎缩较对照组明显减小，同时横木行走等行为能力也显著提高[25]。

3.5 抗内皮过度增生 动脉粥样硬化是缺血性卒中的主要原因，内皮损伤是动脉粥样硬化发生、发展的关键。血管成形术是治疗动脉粥样硬化等血管狭窄性病变的主要治疗方法，然而术后内膜增生、管腔再狭窄限制了更广泛的应用[26]。多年来，药物涂层支架、切割球囊成形术治疗等方法的研究和应用试图能减轻术后内膜增生和再狭窄的形成，然而效果并不十分理想[27]。再狭窄的主要病理特征为新内膜形成，其始动因素则为内皮细胞受损，促进损伤血管的再内皮化可能对再狭窄的形成有抑制作用[28]。由于EPCs参与损伤血管的再内皮化，研究发现自体移植EPCs可以通过提高再内皮化程度，有效预防球囊损伤后的再狭窄，借助超高场强MR成像系统，有研究者在活体水平上不同时间点观察血管壁的增厚和管腔的面积，也反映出了EPCs对损伤后颈动脉的动态修复过程[29]。然而，通过纳米磁粒子偶联物标记移植EPCs，损伤血管局部行磁共振活体成像发现，颈动脉损伤时移植EPCs，细胞可在局部停留，并可达到治疗作用；而同样方法在动脉粥样硬化形成后的第7周再进行细胞移植，移植后第1、7、14天磁共振扫描和组织切片染色均表明，在动脉粥样硬化形成过程中移植EPCs不能使其在局部停留，考虑可能为EPCs在体外环境影响下活力下降[30]。前期移植EPCs确实可以对损伤血管起到修复作用，所以如何把握移植时间，以及如何更好地在体外保存EPCs是一个长期需要探索的方向。

4 展 望

EPCs作为一种新的治疗靶点，通过自身参与血管生成和修复，还可旁分泌各种细胞因子和趋化因子，保护内皮完整，抑制损伤后内膜过度增殖，以及神经保护作用确定了其在治疗缺血性脑血管疾病中非常重要的地位。随着EPCs研究的深入，关于EPCs鉴定以及治疗时间等问题的探讨，相信其作为种子细胞在治疗缺血性脑血管病有一定的价值。

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