皮肤血管的发育及形成

王聪颖　殷 荣　李朝阳　高　琳

皮肤血管的发育及形成

王聪颖1，2殷 荣2李朝阳2高琳2

皮肤血管参与伤口愈合、炎症反应、免疫反应、肿瘤发生及某些皮肤疾病，如血管瘤、毛细血管扩张、银屑病、硬皮病等生理病理过程，深入了解皮肤血管的发育和形成机制对皮肤相关疾病的研究及治疗有着重要的意义。本文主要综述了胚胎期皮肤血管的起源和形成以及结构特征、皮肤血管形成以及动静脉分化过程中所涉及的调控机制及神经系统发育和皮肤血管形成之间相互调节相互影响的关系，以加深对皮肤血管发育及血管形成的认识。

皮肤血管； 动静脉分化； 神经发育

血管发育及形成是一个重要的生物学现象，开始于胚胎早期，对胚胎成熟至关重要，同时对皮肤结构及功能也起到重要作用。皮肤血管参与伤口愈合、炎症反应、免疫反应、肿瘤发生等生理病理过程，在皮肤疾病，如血管畸形、血管瘤、毛细血管扩张、银屑病、硬皮病等中也有重要作用。本文主要概述了皮肤血管的发育及形成特点。

1　胚胎期皮肤血管发育［1］

血管是胚胎期最早发育的器官，对胚胎的成熟至关重要。以往的观点认为8周以内的胚胎，皮肤中不存在血管。现在通过电脑重建技术与透射电子显微镜能够在胚胎35～45天时观察到以往没有发现的血管结构。电脑重建技术显示胚胎期皮肤血管是由一或两个与表皮平行的血管丛组成?在孕龄35～40天的样本中内皮细胞形成初步的单一血管平面，此时血管内皮细胞已经具有与成人基本相同的形态大小与功能结构，但欠缺连续性?在孕龄50～75天胚胎发育形成两个血管平面，它们相互交织形成初步的血管网，血管内皮细胞不断增殖和游走使较短的血管相互连接，血管壁不断加厚?到孕龄60～80天基本形成了4层相互平行且与表皮平行的微血管网，血管的连续性得到改善。

新生儿的真皮下缺乏乳头状血管丛，由无序相互交通的毛细血管网代偿性增加以完成其生理功能。出生后1周，相互交通的毛细血管丛开始退化并逐渐形成更有序的血管网。出生后2周，乳头状血管丛开始出现，但直到4～5周才能观察到清晰明显的结构?到14～17周左右几乎所有的新生儿都具有完整的乳头状血管丛结构。新生儿血管的形成与改变非常明显，在皮肤褶皱处更易观察。总体来说，皮肤的血管发育主要发生在胚胎的前3个月，发育后的血管与成人相比，明显缺乏或没有基膜。

2　皮肤血管的形成

血管形成包括：血管发生（vasculogenesis，VG）和血管新生（Angiogenesis，AG）。血管发生是指在胚胎发育过程中由原始间质细胞定向分化成内皮祖细胞（EPCs）或成血管细胞（angioblasts）分化成为内皮细胞，最终形成血管网的过程。其中血管内皮生成因子受体2（VEGFR2）对于VG的调节起关键作用。较早就有文献报道，基因敲除实验小鼠的VEGFR2可以造成胚胎早期血管岛的形成缺陷，最终导致胚胎死亡［2］。血管新生是指新的血管从已有的血管产生，血管外基质发生降解，血管内皮细胞增殖，迁移形成新的子代血管网络［3］。这两种血管新生的形式在胚胎发育过程中都存在，但是在成人体内，血管形成主要是通过血管新生的方式来实现的。血管新生是一个重要的生物学现象，参与伤口愈合、炎症反应、免疫反应、动脉硬化症、肿瘤发生等生理病理过程，尤其在许多皮肤疾病的发生发展中，如血管畸形、血管瘤、毛细血管扩张、银屑病、硬皮病等，具有重要作用。

血管新生是一个复杂的过程，受许多信号分子调控，如血管内皮生成因子（VEGF）、血管生成素、成纤维细胞生长因子、转化生长因子、血小板源性生长因子（PDGF）等通过直接或者间接作用促进血管生长，并参与血管稳定及形成［4］。血管新生主要在血管生长因子的诱导下，细胞间连接重塑，基底膜退化，部分血管内皮细胞极性发生改变形成顶端细胞。顶端细胞具有形成延伸性伪足的能力，并且介导血管芽的发生?其后相邻的茎细胞的增殖能力，促使血管芽延伸形成管腔，同时募集周细胞。顶端细胞与茎细胞的选择是一个动态的竞争过程，内皮细胞动态地竞争形成顶端细胞。其关键的因素是顶端细胞与茎细胞间Delta-like 4（Dll4）/Notch所形成的旁侧抑制信号通路［7-9］。功能性血管的最后形成，是顶端细胞生成的血管芽相互融合，进而吻合成血管腔的过程。顶端细胞伪足上表达的内皮鈣黏蛋白（VE-Cadherin）促进顶端细胞的接触。最终多个血管芽连接成血管网［2，10］新生成的血管进一步进行基底膜沉积和募集壁细胞，形成成熟的血管。其中血小板源性生长因子B（PDGFB）及转运生成因子1（TGF1）的上调起重要作用［6，11］。

血管腔的吻合现有两种假说：（1）血管内腔由内皮细胞相互接触，在胞外顶端的胞膜处形成连接。（2）血管内腔的形成首先通过内皮细胞膜分泌小体或中央液泡的相互融合，再进一步相邻细胞中央液泡的融合而形成。其中，CD34-唾液黏蛋白、VEGF-A、beta1-整合素、Rasip1和Par3所介导的信号通路在血管内腔的形成中起关键作用［2］。

3　皮肤动静脉分化

在完成血管生成和新生后随之而来的就是动静脉分化。真皮组织中的微动脉和微静脉来自于共同的血管起源，最开始认为影响动静脉分化的主要因素是血液动力学［12］，但是对早期胚胎发育进行研究后发现，EphrinB2能够在小鼠血液循环开始前特异的表达于动脉内皮细胞，而EphB4则在静脉中高度表达，证明在血管分化以前动静脉的区分已经明确并且可进行标记，同时动静脉分化是一个受多种因素影响的复杂过程［11］。

动静脉的分化发生于胚胎的早期。在动脉的分化过程中，转录因子E-twenty six（ETS）、GATA、Kruppel-like factor（Klf）、Homebox、FOX等起关键作用。特别是ETS家族，在所有已确定的内皮细胞相关的启动子和增强子都发现有ETS结合位点。有19种ETS转录因子在内皮细胞中表达［13-15］。同时De Val等［16］发现，内皮细胞中存在一个FOX：ETS的转录复合体，介导内皮细胞的特异性分化。在下一步的动脉结构形成中Shh作为第一个分子启动整个过程。Shh造成VEGF表达升高，从而导致Raf的升高，激活DII4依赖的Notch1/4的通路，表达Hey1，Hey2和Hes，形成动脉。其中，Wnt和Sox17可以调控DII4的表达，而且Foxc1和Foxc2也可以调控Notch1/4信号通路［17］。在静脉的发育过程中，转录因子核受体亚家族2（nuclear receptor subfamily 2，group F，member 2，NR2F2）起关键作用。NR2F2只在静脉中表达，在动脉中表达关闭［17］。基因敲除NR2F2使静脉分子标记表达降低，动脉分子标记表达升高［18］。NR2F2是许多静脉分子标记的调控因子，如EPHB4［18］。低水平的VEGF造成较低的Raf，从而抑制Notch信号通路，抑制内皮细胞向动脉分化，促进静脉的分化［17］。值得注意的是，ERK/MAPK促进内皮细胞向动脉分化，而PI3K/AKT则抑制内皮细胞向动脉分化而促进静脉分化［19-22］。

4　皮肤动静脉分化过程中的神经支配

血管与神经是机体的两个相互独立又互相调节和支配的网络系统，几乎同时平行存在于机体的每一个器官。那么他们的发育是相互独立的还是相互协调的呢?最近的研究表明，在中枢神经系统的血管发育过程中，神经管发育所分泌的信号调控血管网络的发生，形成与中枢神经网络结构相并行的血管网络，包括血脑屏障的形成。在肢体皮肤的血管网形成中，神经释放的信号调节动脉的分化和血管在外周组织中的分支，形成血管与神经的并行。而在心脏的发育过程中，血管网发育所释放的信号介导着交感神经末梢对动脉平滑肌层的接触和支配，并沿着循环系统形成平行的神经网络［23］。

神经网络形成于妊娠早期的终末段，与血管形成几乎同步，且动脉分支伴随着感觉神经分布。在小鼠胚胎肢体皮肤的发育研究中发现，缺乏外周感觉及运动神经的变异小鼠，血管结构及动脉分化异常，动脉标记表达减少?异常的周围神经分布则会引动脉血管标记表达增高，可见动脉分化依赖于神经的存在，这些神经为新生动脉血管网络提供基础［24］，这一过程中涉及到多种信号系统，其中起决定作用的是VEGF -A及Notch通路［25］。在体外实验中，另外一个有趣发现是血流对血管重构及血管网络形成起到重要作用，而神经诱导信号（nerve-derived signals）则通过放大VEGF-A的作用对外周血管神经并行结构的形成及动脉分化起到重要作用，这也许可以解释为什么神经常与动脉血管伴行?同时还发现神经诱导的CXCL12在外围迁移的雪旺氏细胞中高表达，其受体CXCR4在早期的毛细血管丛中表达，这两者的缺失均可以影响血管网及神经血管并行结构的形成，因此CXCL12/CXCR4信号是血管网络形成的重要的细胞机制，更多研究认为动态的细胞及分子机制在神经调节动脉血管网形成中有潜在的作用。

综上所述，皮肤血管的发育及血管形成是一个受多种因素影响，涉及多种信号通路的复杂的过程。深入了解其发育发生机制对皮肤相关疾病研究及治疗有重要意义。

［1］Johnson CL，Holbrook KA.Development of human embryonic and fetal dermal vasculature［J］.J Invest Dermatol，1989，93（2 Suppl）：S10-S17.

［2］Neufeld S，Planas-Paz L，Lammert E.Blood and lymphatic vascular tube formation inmouse［J］.Seminars in Cell＆Developmental Biology，2014，31：115-123.

［3］Davis GE，Stratman AN，Sacharidou A，et al.Molecular basis for endothelial lumen formation and tubulogenesis during vasculogenesis and angiogenic sprouting［J］.Int Rev Cell Mol Biol，2011，288：101-165.

［4］Marcelo KL，Goldie LC，Hirschi KK.Regulation of endothelial cell differentiation and specification［J］.Circulation Research，2013，112（9）：1272-1287.

［5］Hellstrom M，Phng LK，Hofmann JJ，et al.Dll4 signalling through notch1 regulates formation of tip cells during angiogenesis［J］.Nature，2007，445（7129）：776-780.

［6］Phng LK，Gerhardt H.Angiogenesis：a team effort coordinated by notch［J］.Dev Cell，2009，16（2）：196-208.

［7］Suchting S，Freitas C，le Noble F，et al.The notch ligand delta-like 4 negatively regulates endothelial tip cell formation and vessel branching［J］.Proc Natl Acad SciUSA，2007，104（9）：3225-3230.

［8］Roca C，Adams RH.Regulation of vascularmorphogenesis by Notch signaling［J］.Genes Dev，2007，21（20）：2511-2524.

［9］Lobov IB，Renard RA，Papadopoulos N，et al.Delta-like ligand 4（Dll4）is induced by VEGF as a negative regulator of angiogenic sprouting［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2007，104（9）：3219-3224.

［10］Eilken HM，Adams RH.Dynamics of endothelial cell behavior in sprouting angiogenesis［J］.Curr Opin Cell Biol，2010，22（5）：617-625.

［11］Herbert SP，Stainier DYR.Molecular control of endothelial cell behaviour during blood vessel morphogenesis［J］.Nature Reviews Molecular Cell Biology，2011，12（9）：551-564.

［12］Styp-Rekowska B，Hlushchuk R，Pries AR，et al.Intussusceptive angiogenesis：pillars against the blood flow［J］. Acta Physiologica，2011，202（3）：213-223.

［13］MoriniMF，Dejana E.Transcriptional regulation of arterial differentiation via wnt，sox and notch［J］.Curr Opin Hematol，2014，21（3）：229-234.

［14］De Val S.Key transcriptional regulators of early vascular development［J］.Arterioscler Thromb Vasc Biol，2011，31（7）：1469-1475.

［15］Dejana E，Taddei A，Randi AM.Foxs and ets in the transcriptional regulation of endothelial cell differentiation and angiogenesis［J］.Biochim Biophys Acta，2007，1775（2）：298-312.

［16］De Val S，ChiNC，Meadows SM，etal.Combinatorial regulation of endothelial gene expression by ets and forkhead transcription factors［J］.Cell，2008，135（6）：1053-1064.

［17］Corada M，Morini MF，Dejana E.Signaling pathways in the specification of arteries and veins［J］.Arterioscler Thromb Vasc Biol，2014，34（11）：2372-2377.

［18］You LR，Lin FJ，Lee CT，et al.Suppression of notch signalling by the COUP-TFII transcription factor regulates vein identity［J］.Nature，2005，435（7038）：98-104.

［19］Deng Y，Larrivee B，Zhuang ZW，etal.Endothelial RAF1/ ERK activation regulates arterialmorphogenesis［J］.Blood，2013，121（19）：3988-3996，S1-S9.

［20］Ren B，Deng Y，Mukhopadhyay A，et al.ERK1/2-Akt1 crosstalk regulates arteriogenesis in mice and zebrafish［J］. JClin Invest，2010，120（4）：1217-1228.

［21］Hong CC，Kume T，Peterson RT.Role of crosstalk between phosphatidylinositol 3-kinase and extracellular signal-regulated kinase/mitogen-activated protein kinase pathways in artery-vein specification［J］.Circ Res，2008，103（6）：573-579.

［22］Peterson RT，Shaw SY，Peterson TA，etal.Chemical suppression of a genetic mutation in a zebrafish model of aortic coarctation［J］.Nat Biotechnol，2004，22（5）：595-599.

［23］James JM，Mukouyama YS.Neuronal action on the developing blood vessel pattern［J］.Sem in Cell Dev Biol，2011，22（9）：1019-1027.

［24］LiW，Mukouyama Y.Tissue-specific venous expression of the EPH family receptor EphB1 in the skin vasculature［J］. Developmental Dynamics，2013，242（8）：976-988.

［25］Mukouyama YS，Gerber HP，Ferrara N，et al.Peripheral nerve-derived VEGF promotes arterial differentiation via neuropilin 1-mediated positive feedback［J］.Development，2005，132（5）：941-952.

（收稿：2016-02-05 修回：2016-03-1）

Characteristics of skin blood vessels'development and formation

WANG Congying1，2，YIN Rong2，LIZhaoyang2，GAO Lin2.
1 Company 12，Battalin 3，Cadet Brigade，the Forth Military Medical University Xi'an 710032，China? 2 Department of Dermatology，Xijing Hospital，Fourth Military Medical University，Xi'an，710032，China

GAO Lin，E-mail：gaolin@fmmu.edu.cn

［Abstract］The blood vessels involved in physiologically and pathologically processe of wound healing，inflammation，immune response，tumor and skin some disease，such as hemangioma and angiotelectasis，psoriasis and scleroderma.Therefore，understanding of the developmental and formation mechanisms of skin blood vessels is very critical for the researches and treatments of skin diseases.The characteristics of dermal vascular structures and distributions，the relationship between the origin and the structural characteristics of skin blood vessels in embryonic stage were reviewed in this paper in order to increase the knowledge of the development and formation of blood vessels.

skin blood vessels?vascular differentiation?neurogenesis

国家自然科学基金（编号：81301355）

1第四军医大学学员旅三营十二连，西安，710032 2第四军医大学西京皮肤医院，西安，710032

高琳，E-mail：gaolin@fmmu.edu.cn