内皮祖细胞修复冠心病内皮损伤的研究进展

刘　楠,褚现明(综述),安　毅(审校)

(青岛大学医学院附属心血管病医院心内科，山东 青岛 266100)



内皮祖细胞修复冠心病内皮损伤的研究进展

刘楠△,褚现明(综述),安毅※(审校)

(青岛大学医学院附属心血管病医院心内科，山东 青岛 266100)

摘要：随着人民生活水平的提高,我国冠状动脉粥样硬化性心脏病(冠心病)的发病率和病死率逐年升高。目前认为冠状动脉粥样硬化斑块形成的始动因素是血管内皮受损。近年来发现，内皮祖细胞(EPCs)对维持血管内皮稳态、修复损伤内皮有重要作用。随着对EPCs研究的深入，人们对冠心病内皮损伤及修复的认识逐步加深，为EPCs更有效地应用于冠心病的预防及治疗提供了新的思路。

关键词：冠心病；内皮祖细胞；内皮损伤；应用现状

冠状动脉粥样硬化性心脏病(冠心病)已成为危害人类生命健康的重大疾病。各种因素导致的冠状动脉内皮损伤是冠状动脉粥样硬化的关键始动因素。内皮损伤与修复之间动态平衡的破坏，引发血小板、平滑肌细胞的变化，不仅造成病变的发展及恶化，甚至与经皮冠状动脉介入(percutaneous coronary intervention，PCI)治疗后支架内再狭窄及支架内血栓形成有关。因此，促进损伤内皮修复成为改善冠心病及冠心病PCI术后预后的关键干预环节。近年来发现的内皮祖细胞(endothelial progenitor cells，EPCs)在血管损伤内皮的修复发挥重要作用，为冠心病的预防及治疗提供了新的思路。现就EPCs修复冠心病内皮损伤的研究进展予以综述。

1EPCs的定义、培养与鉴定

1.1EPCs的定义EPCs能定向增殖、分化为血管内皮细胞，是血管网状细胞至成熟内皮细胞各分化阶段细胞的总称。1997年，日本学者Asahara等[1]首次从人外周血单个核细胞分离出能够表达内皮细胞特异性抗原的单核细胞，命名为EPCs。EPCs存在于多种组织、器官，主要存在于骨髓中，脐血也是其主要来源。外周血EPCs主要来源于骨髓，在血管内皮损伤等情况下，骨髓中EPCs动员至外周血后，归巢于受损的血管内皮，增殖、分化为成熟的内皮细胞，促进损伤内皮修复及新生血管的生成[2]。

1.2EPCs的培养EPCs的培养通常选用EBM-2或M199等基础培养液，同时添加血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、碱性成纤维细胞因子、胰岛素样生长因子、表皮生长因子等不同种类的细胞生长因子。有报道，EPCs在有特殊铺层(如纤维连接蛋白)的添加细胞生长因子EBM-2的培养基上培养效果较好[3]。

1.3EPCs的鉴定目前EPCs的鉴定主要依据其细胞表面表达的标志抗原。存在于骨髓中的早期EPCs表达CD34、CD133和VEGF受体2三种表面标志抗原[4]。进入外周血液后，EPCs逐渐丢失了不成熟的造血前体标记CD133，而持续表达CD34和VEGF受体2；同时开始表达血小板内皮细胞黏附分子、CD146、血管内皮细胞钙黏着素、内皮型一氧化氮合酶和血管性假血友病因子等特征性分子标志[5-6]。但由于EPCs包含的细胞种类多，来源复杂，故识别EPCs的特异性表面标志并未明确，并且由于选择的鉴定标志不同，关于EPCs的报道结论也不尽相同。

2EPCs参与冠心病内皮损伤修复的过程及机制

EPCs从骨髓进入到外周血并参与PCI后内皮损伤修复的过程一般分为动员、归巢、增殖和分化等步骤。生理状态下，外周血中EPCs数量非常少，冠心病各个病理阶段、PCI术中球囊扩张、支架植入等造成的内皮损伤及治疗冠心病的药物等可动员EPCs进入外周血并增殖、分化为有功能的内皮细胞，趋化到损伤血管壁内膜中参与损伤血管的再内皮化[7-10]。这一过程是通过多条信号转导途径实现的，并受多方面因素的调节及影响。

2.1基质细胞衍生因子1(stromal cell derived factor-1，SDF-1)/趋化因子受体CXCR4轴调控

2.1.1磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,PKB/Akt)通路PI3K蛋白家族参与细胞增殖、分化、凋亡等多种细胞功能的调节，是细胞内重要的信号转导分子。激活的PI3K可特异性地磷酸化磷脂酰肌醇环的第3位碳原子，形成的产物作为第二信使活化细胞内含有PH结构域(pleckstrin homolgy domain)的信号蛋白Akt，进而磷酸化多种酶、激酶及转录因子等下游因子，参与细胞调控[11]。多种生长因子和信号转导复合物，如碱性成纤维细胞因子、VEGF、人生长因子、胰岛素、雌激素、促红细胞生成素[12]、他汀类药物[9]、替米沙坦[10]等因素均可参与PI3K的激活过程。此外，实验证实，微RNA126也可通过PI3K/Akt通路抑制EPCs向间充质细胞的转化，从而实现对EPCs的调控作用[13]。

2.1.2丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)/细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)通路ERK1/2是MAPK信号转导途径最早被发现的通路，最具特征性，主要与细胞的增殖、迁移和分化有关；实验表明，雌激素、去甲肾上腺素、糖基化终末产物等通过ERK通路促进EPCs的增殖和迁移，而特异性ERK抑制剂可减弱该作用[14-16]。此外，某些中成药物也可通过激活SDF-1/CXCR4轴参与EPCs的调控过程，促进内皮损伤的修复，改善冠心病患者的预后[17]。

2.2Notch信号转导系统Notch信号转导系统进化上高度保守，存在于多种组织，参与细胞的迁移、增殖和分化等多种生命过程。Notch受体1～4为单次跨膜蛋白，由胞外亚基、跨膜亚基和胞内亚基组成，其通过旁分泌的家族配体(Jagged-1、Jagged-2、Deltal-1、Deltal-3和Deltal-4)作用而激活；当Notch配体与受体作用后，Notch蛋白胞内段释放入胞质，与细胞核内转录因子CSL(一类DNA结合蛋白)结合,进而激活多种碱性-螺旋-环-螺旋转录抑制因子家族的靶基因，调控下游靶基因的表达，从而调节细胞的增殖、迁移及分化等生物学活性[18]。Kwon等[19]研究证实，Jagged-1基因剔除小鼠EPCs迁移、增殖及向内皮分化等能力减弱，同时EPCs参与缺血组织血管再生能力也降低。通过移植EPCs治疗脊髓损伤的研究表明，Jagged+/+EPCs较Jagged-/-EPCs显示更强的促血管再生能力，且促进正常血管的稳定性[20]。但近期研究表明，Notch信号转导通路对EPCs的调控作用与EPCs所处的分化阶段有关[21]。参与EPCs调控的各个信号转导通路并非绝对独立的，而是相互交叉、密切联系的。还有学者认为，EPCs还通过分泌细胞因子和生长因子促进损伤内皮的修复[22]。目前对EPCs修复冠心病内皮损伤的动员、归巢、增殖和分化过程及机制尚未明确，进一步的研究将更有利于EPCs应用于冠心病的预防及诊疗。

3EPCs在冠心病防治中的应用

3.1EPCs对于冠心病的预防及药物治疗自EPCs发现以来，因其促进血管内皮修复和参与血管新生的作用，很快应用于冠心病等缺血性疾病的治疗中。Vasa等[23]观察到，循环EPCs的迁移、增殖和分化能减少患者患冠状动脉疾病的风险，并且EPCs水平的下降可导致血管形成受损。Morancho等[24]利用裸鼠心肌梗死模型发现，静脉注射分离的人CD34+单核细胞后，心肌细胞凋亡减少、血流增加、心功能改善，同时左心室瘢痕形成减轻。肥胖影响外周血EPCs数量及功能[25]，而体育锻炼对于提高各类冠心病患者外周血中EPCs数量有积极作用[26]。实验证实，PCI术前给予患者大剂量阿托伐他汀可抑制炎症反应，增加外周血EPCs数量[27]；而PCI术前严格控制血糖，则可通过提高EPCs数量、增强EPCs分化能力，而减轻急性心肌梗死患者的心肌损害[28]。此外，其他治疗冠心病的药物(如血管紧张素受体拮抗剂、血管紧张素转换酶抑制剂)及胰岛素、促红细胞生成素、雌激素等均可参与EPCs的动员、增殖和分化等过程，提高其数量，增强其功能[9-10,12]。但冠心病患者EPCs并不能充分发挥其修复内皮损伤的功能，与外周血中EPCs数量相对不足且EPCs功能不全有关。因此，增加外周血EPCs数量，提高EPCs功能药物的应用结合患者生活方式的改变对冠心病患者内皮修复及预后转归有重要指导意义。

3.2EPCs移植近年来研究证实，EPCs移植对于缺血性疾病的治疗有较好的效果[29-30]，因此骨髓或外周血中EPCs可以考虑作为种子细胞用于干细胞移植。实验证实，无论是移植人EPCs的鼠心肌缺血模型还是移植自体来源的EPCs的猪慢性心肌缺血模型，4周后左心室射血分数及新生血管数量均比相应的对照组明显增加[31]。Cheng等[32]利用鼠心肌梗死模型证实，EPCs移植通过PI3K/Akt/一氧化氮合酶通路增加微血管生成，减轻心肌梗死部位纤维化程度，增加左心室射血分数，进而改善心肌梗死预后。TOPCARE-AMI(transplantation of progenitor cells and regeneration enhancement in acute myocardial infarction)试验发现，与对照组相比，接受自体EPCs移植1年后的急性心肌梗死患者的左心室射血分数提高,收缩末期容积减少，梗死心肌面积相对减少[33]。尽管EPCs移植在冠心病治疗方面体现出较好的前景，但依然存在许多亟待解决的问题。尤其是EPCs筛选及大规模体外扩增依然较为困难，这在一定程度上限制了其临床应用。Meng等[12]证实，与对照组相比，转染VEGF165基因的慢性血栓小鼠EPCs数量增加，血管重构速度加快；转导VEGF基因后，EPCs增殖、黏附能力明显提高，达到相同治疗效果所需的EPCs数量减少；同时，具有自我更新能力的人类胚胎干细胞，在一定条件下可以作为EPCs移植的替代来源。

3.3EPCs捕获支架EPCs发现不久，人们即利用CD34抗体或CD133抗体与EPCs表面抗原结合的原理制备出“EPCs捕获支架”。EPCs捕获支架研制成功后，先后进行了多项的临床实验。多项研究先后证实了表面包被CD34抗体的EPCs捕获支架的安全及可行性[34-36]。EPCs捕获支架是防治支架内再狭窄的新思路，然而其应用前景还需进一步开拓，一些问题还亟待解决。如：①冠心病患者EPCs数量减少，功能不全，不能充分动员至受损内皮，并完成进一步的增殖、分化过程；②表面包被CD34抗体的EPCs捕获支架的抗支架内再狭窄的能力低于预期，可能由于一定条件下CD34+的细胞也可分化为平滑肌细胞[37]。因此，①结合EPCs动员、增殖、分化的相关机制的研究，寻找可以特异性提高EPCs数量，增强EPCs功能的物质，联合EPCs捕获支架的共同应用；②EPCs移植与捕获支架的联合应用；③制备CD34联合CD133或KDR抗体的EPCs捕获支架，加强对外周血EPCs的特异性捕获；④EPCs捕获与抗平滑肌增殖药物涂层多功能支架的应用，如已应用的紫杉醇、雷帕霉素或藻蓝蛋白等新型抗平滑肌细胞过度增殖药物[38-39]；⑤覆盖捕获EPCs细胞因子的支架的应用(如VEGE)等[40]，均可能为EPCs应用于冠心病治疗提供新的思路。

4小结

自EPCs发现以来，关于它的各方面研究从未间断。EPCs通过PI3K/Akt、MAPK-ERK及Notch等信号转导通路实现PCI后损伤内皮的修复，同时还有MAPK-p38、MAPK-JNK(c-Jun氨基末端激酶)等信号通路参与EPCs凋亡等生理过程。目前，对于药物及生活方式对EPCs影响、EPCs移植及捕获支架的研究取得了一定成绩，但是EPCs鉴定及体外培养等问题仍亟待解决。相信随着对EPCs各方面认识的进一步加深，EPCs将更有效地应用在冠心病及更多其他疾病的诊疗中。

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The Progress of Endothelial Progenitor Cells to Repair Endothelial Damage of Coronary Heart DiseaseLIUNan,CHUXian-ming,ANYi.(DepartmentofCardiology,theAffiliatedCardiovascularDiseaseHospitalofQingdaoUniversityMedicalCollege,Qingdao266100，China)

Abstract:With the improvement of people′s living standards,the morbidity and mortality of coronary heart disease(CHD) increase year by year.It is currently considered that the initial factor of coronary atherosclerotic plaque formation is endothelial damage.Recently the discovery of endothelial progenitor cells(EPCs),is proved to play an important role in the maintenance of endothelial homeostasis and the repair of vascular endothelial injury.With the future study of EPCs,more is known about the repair of endothelial damage of EPCs,which provides a new way for EPCs application in the prevention and treatment of CHD.

Key words:Coronary heart disease; Endothelial progenitor cells; Endothelial injury; Application status

收稿日期：2014-10-14修回日期：2015-01-06编辑：郑雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.14.020

中图分类号：R541

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)14-2546-04