脑出血患者外周血内皮祖细胞研究进展

魏文亭,姜亚军

·综述与进展·

脑出血患者外周血内皮祖细胞研究进展

魏文亭1,姜亚军2

近十年来,随着高血压知识的普及和高血压的有效防治,脑出血的发生率已经有所下降,但脑出血后的死亡率和致残率无明显改观,尽管有卒中单元(或神经重症监护)治疗,但其预后仍不理想。最近几年很多研究表明内皮祖细胞(EPCs)在脑出血后血-脑屏障修复过程、血管新生和神经发生有着非常积极的作用,它为临床治疗打开了一个新领域。本研究就脑出血患者循环EPCs数量、功能变化以及研究意义做一综述。

脑出血;内皮祖细胞;血-脑屏障修复;血管新生

脑卒中是当前严重威胁人类健康的三大主要疾病之一。我国脑卒中的发病率正以每年近9%的速度上升。脑卒中包括缺血性脑卒中(脑梗死)和出血性脑卒中(脑出血)两种,其中脑出血占30%～50%,明显高于西方国家(10%～15%)。脑出血因发病原因不同又分为两类,第一类是高血压性脑出血,由于高血压导致动脉粥样硬化及淀粉样病变从而引起脑出血,这是脑出血的主要类型;第二类是由于动静脉畸形,动脉瘤及其他凝血功能紊乱造成的脑出血。文献报道脑出血死亡率第一个月高达44%～51%,2年内死亡率达56%～ 61%,6个月无障碍生存率仅有20%。因此,脑出血给个人、家庭和社会都带来了沉重的负担[1]。内皮祖细胞(EPCs)在脑出血后血-脑屏障修复过程、血管新生和神经发生有着非常积极的作用,内皮祖细胞是由Asahara等[2]在人的外周循环血中获取的一种内皮细胞的前体细胞,逐渐分化为成熟的内皮细胞而失去干细胞的特性,对内皮损伤的修复和血管新生的促进起到了非常积极的作用。目前,通过EPCs的进行治疗性血管再生及损伤血管修复已经成为心脑血管疾病治疗研究的重点之一。本研究综述脑出血患者循环血EPCs的研究进展。

1 EPCs功能

EPCs是血管内皮细胞的前体细胞,亦称为成血管细胞,在生理或病理因素刺激下,可从骨髓动员到外周血,是能够自我更新、增殖分化为内皮细胞的多能祖细胞。它不仅参与了胚胎血管的生成,还参与了出生后血管的再生和受损后内皮细胞的修复过程。血管的修复和再生包括血管新生和血管发生两种。血管新生是指在存在的血管基础上,由损伤边缘的内皮细胞增殖、迁移、血管发芽形成的新的血管。而血管发生是由循环的血管内皮祖细胞向损伤血管归巢,并定向分化成血管内皮细胞,再增殖分化形成血管。EPCs又分为早期EPCs和晚期EPCs,它们均参与血管修复和再生过程,早期EPCs通过分泌一系列的生长因子及细胞因子来参与血管新生,如血管内皮生长因子(VEGF),触发基质细胞来源因子-1(SDF-1),胰岛素样生长因子-1(IGF-1)以及粒细胞集落刺激因子(G-CSF)等,它们可以促进内皮细胞增殖和迁移,减少内皮细胞凋亡,并且募集内源性的EPCs[3],从而形成良性循环促进血管新生。晚期EPCs可以定向归巢于内皮损害部位,并直接分化为成熟内皮细胞替换受损内皮以促进血管发生,据统计EPCs大约占再生血管内皮细胞的26%左右[4]。

2 EPCs表型

外周血内皮祖细胞与成熟的内皮细胞表达相似的标记物,如VEGF R-2(KDR、Fl k-1)、Tie-1、VE-cadherin和CD34;内皮祖细胞和造血干细胞也分享很多相同的表面抗原标记物,如Flk-1、Tie-2、c-Kit、Sca-1、AC133和CD34等[5],它们可能在胚胎发育时期来源于相同的前祖细胞。现在通常采用CD133、CD34和VEGFR-2等几种表面抗原联合的方式对内皮祖细胞进行鉴定[6]。

3 EPCs动员及促进因素

EPCs主要存在于骨髓中,当EPCs受到外界影响则从骨髓达到外周血,逐渐迁移到缺血、损伤、肿瘤等组织中,称为EPCs的动员和归巢。目前,有关EPCs动员、迁移归巢的分子机制仍不十分明确。有研究表明,EPCs 的动员能被粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)或VEGF诱导,并且决定性依赖于内皮一氧化氮合酶(eNOS)的激活,eNOS表达于骨髓基质细胞[7]。动员的初始步骤涉及基质金属蛋白酶-9的激活,它可以催化膜结合配体转化为溶解性配体。目前证实对EPCs有动员作用的生长因子包括:血管内皮生长因子、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)、胎盘生长因子(P1-GF)、促红细胞生成素(EPO)等;致炎细胞因子:GM-CSF、白细胞介素-1(IL-1)、SDF-1。另外,他汀类药物通过激活Akt/NOS途径和上调MMP-2和MMP-9表达,可以促进EPCs迁移和增殖,并减少EPCs凋亡,增强EPCs功能[8];有研究发现雌激素可以促进健康人的EPCs分泌VEGF,通过增强端粒酶的活性来延缓EPCs的衰老,增强EPCs的功能,其作用和P13K/AKt信号途径有关,P13K/AKt途径在细胞生存和增殖中起关键性的作用。

4 脑出血患者急性期外周血EPCs数量变化

EPCs在特定细胞因子(VEGF、SDF-1、G-CSF、IL-6、EPO、Statins等)的趋化作用下迅速集中于血管损伤或内膜缺损部位,维持内皮细胞的完整性并参与血管的修复和再生。增加外周血中功能性EPCs的含量或动员内源性的EPCs,均可保护机体血管内皮系统的稳态,防止内皮损伤所造成的病变进一步加重[9]。在大鼠脑出血后,血管新生的相关因子表达量会上调。在脑出血后检测到VEGF、Flt-1和Flk-1等血管新生的相关因子表达量上调[10],认为脑出血可引起血管新生,而内皮祖细胞作为新生血管内皮细胞的前体细胞,必然参与血管新生和血管修复的过程。宋黄成等[11]研究3例脑出血急性期外周血内皮祖细胞的数量变化发现:50岁和60岁患者在出血的超急性期外周血中EPCs含量很高,几乎为急性期的最高峰,然后随时间延长其含量逐渐降低,第4天几乎达到最低值,术后第7天和第5天再次升高。而80岁患者在急性期第2天外周血中EPCs达到最高峰,然后随时间逐渐下降,到第6天再次达到高峰,认为脑出血患者在出血急性期骨髓中的EPCs被大量动员,并随时间推移EPCs被消耗,而出血后第7天EPCs再次在外周血中达到高峰。同时发现EPCs的动员与年龄有一定的相关性,年龄越大,动员能力越差,说明EPCs的动员能力可能随年龄增加而减弱。

5 脑出血患者急性期外周血EPCs功能变化

脑出血患者大多数为老年人,往往具有高血压等心脑血管疾病的危险因素,而高血压是EPCs数目和迁移功能受损的主要独立风险因子,高血压水平和EPCs减少的水平具有相关性[12],所以脑出血患者体内EPCs的数目和功能应该较正常人下降。研究发现,急性心肌梗死、血管损伤和手术急性期等可以诱导EPCs动员和功能增强,提示应激状态下机体EPCs数目和功能可暂时性升高。苗旺等[13]观察高血压脑出血组和高血压病患者外周血EPCs数量和功能发现,高血压脑出血组急性期EPCs细胞集落计数、细胞计数、黏附能力、增殖能力及迁移能力均较高血压组患者EPCs提高,差异具有统计学意义。表明脑出血后,高血压患者的EPCs数目增加,功能增强。同时也说明,在急性期机体为了应对血管损伤的严重事件,需要具有快速增强修复的能力来弥补。脑出血后急性期高血压患者EPCs数目增多,功能增强的机制目前还不清楚,可能和脑出血时脑组织损伤、组织缺氧,反应性的分泌释放一些细胞因子来动员EPCs并增加其功能,应对应急需要有关。

6 脑出血患者外周血内皮祖细胞与相关危险因素的关系

脑出血主要危险因素与高血糖、血脂异常、高血压、吸烟和脑卒中家族史等有关。研究表明,EPCs数量、功能下降与冠状动脉粥样硬化性心脏病危险因素密切相关[14]。而脑血管的危险因素与心血管危险因素有一定的相似性,为了探讨EPCs与脑出血危险因素的关系,赖贤良等[15]对75例原发性脑出血患者不同时期的循环EPCs水平分析发现,有高血压、高血糖、高血脂、吸烟危险因素的患者,其循环EPCs水平明显降低,血糖、血压、总胆固醇(TC)、三酰甘油(TG)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)与循环EPCs水平呈明显负相关,高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)与循环EPCs水平呈明显负相关。其中高血压和高血糖作为脑出血的主要发病危险因素对患者循环EPCs水平影响更大。这表明脑出血危险因素能够导致循环EPCs水平的下降,可能与上述危险因素持续损伤内皮引起EPCs消耗及通过氧化应激影响EPCs动员和促进EPCs凋亡有关[16]。高血压作为脑出血的独立危险因素,对其影响最强,在高血压动物模型中,EPCs表现出过早衰老及功能丧失,血压越高,循环EPCs水平越低[]。

7 EPCs对脑出血患者的意义

EPCs在各种趋化因子的诱导下能够从骨髓中动员,迁移并聚集到血管损伤部位,替换受损的内皮细胞并分化成成熟的内皮细胞,保持内膜完整,维持血管内皮系统的稳态,并可以作为评价血管内皮功能的一个有效标志物[18]。在脑血管破裂前,患者必定存在血管内皮细胞的损伤。脑血管病危险因素可以导致内皮细胞损伤,并触发前炎性细胞因子级联系统,导致单核细胞集聚和平滑肌细胞增生,最终导致动脉粥样化斑块形成。维持血管内皮细胞层的完整和功能,在干预动脉粥样硬化性疾病,如脑血管病的发展过程中起着重要的作用。因此增加和改善EPCs的数量和功能对脑出血的治疗具有非常重要的意义。由此也可以推测,在同龄同部位同出血量情况下,排除影响EPCs的诸多因素外,EPCs的动员与和患者的预后存在一定的相关性。EPCs参与血管新生,且含量越高,越能促进和加快血管新生,从组织发生学看,受损组织结构和功能重建和修复必须得到血液循环的有效支持,换言之,局部血循环的好坏决定了受损组织重建的效果。脑出血本身可引起血管新生,改善卒中区脑组织血供,改善患者预后。EPCs变化可能与脑卒中的预后有密切关系,有望作为出血性脑卒中预后观察的指标。

8 结论和展望

近年来,随着骨髓源性与外周血中EPCs的发现,血管生成生理、病理意义及EPC的高增殖潜能和定向归巢特性逐渐被阐明,这为治疗性血管重建治疗脑血管疾病提供了新思路。目前关于脑出血患者外周血EPCs的研究还不多,已有的研究样本量也不够大,这就需要研究者付出更多的努力来研究其意义。

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R743 R255

A

10.3969/j.issn.1672-1349.2015.05.014

1672-1349(2015)05-0600-03

2014-07-29)

(本文编辑 王雅洁)

江苏省中医药局基金项目(No .LZ11016)

1.南京中医药大学(南京210000);江苏省中医院

姜亚军:E-m ail:YAJUN1962@163.com