内皮细胞特异分子-1与微血管心绞痛的研究进展

刘秋梅 李博 综述 金凤表 侯瑞田 审校

(承德医学院附属医院心脏内科，河北 承德 067000)

目前，心血管疾病是人类死亡的主要原因，其中冠心病最常见[1]。因胸痛而就诊的患者在行冠状动脉造影后发现20%～30%结果正常，此类患者临床呈典型的劳力性心绞痛表现，心电图运动负荷试验阳性，同时排除如肥厚型心肌病、变异型心绞痛、肺炎、糖尿病等导致胸痛的其他疾病。1966年Likoff 等首次报道了相关病例，1973年由Kemp正式命名为心脏X综合征(cardiac syndromex X,CSX)，是指冠状动脉造影正常，而心电图运动负荷试验阳性，呈典型的劳力性心绞痛表现，同时又可排除因冠状动脉痉挛而导致胸痛的临床症候群。1998年Cannon等认为此症状的出现可能与冠状动脉微循环舒张反应受损有关，故改称为微血管性心绞痛(coronary microvascular angina，MVA)。MVA尤以绝经后女性多见[2]，过去人们认为其预后较好，最近相关研究表明其预后较差，在经过规范的临床治疗后，仍有相当一部分患者心绞痛症状无改善，导致反复进行包括冠状动脉造影在内的各项检查，大大增加患者的经济负担和精神压力，降低生活质量，甚至诱发心血管危险事件。内皮细胞特异分子-1(endothelial cell specific molecule-1,ESM-1)是一种可溶性蛋白聚糖，大量研究证明其与人类肿瘤、炎症等疾病过程密切相关，被认为是导致包括肺癌、肝癌、肾癌在内的几种恶性肿瘤预后不佳最重要的分子生物学指标之一[3-4]。最近有研究表明，ESM-1对预测MVA也有重要意义。

1 ESM-1的概述

1.1 ESM-1的组成

ESM-1是一种蛋白聚糖，1996年由法国科学家Lassalle从人脐静脉内皮细胞cDNA文库中分离出来，包括一条硫酸皮肤素链和一个含有165个氨基酸的核心蛋白，相对分子质量为50 000，其cDNA序列全长2 006个碱基对，包含1 398个核苷酸的3’端非翻译区和552个核苷酸的开放阅读框，3’端非翻译区编码的mRNA约含有66%的腺嘌呤尿嘧啶单核苷酸，其中包括数个与mRNA不稳定性相关的结构域。

1.2 ESM-1的表达及调控

ESM-1表达于人类内皮细胞，优先表达在肺肾内皮细胞，正常个体的血液中即含有ESM-1。正常人血清中ESM-1水平较低，在大动脉内皮和脾等沉默或静息组织细胞中未检测到，在积极增生或新生组织和细胞中ESM-1高表达[5]。许多人恶性肿瘤(如乳腺癌、甲状腺癌、卵巢癌、肺癌、肾癌、恶性淋巴瘤、肝癌等)、急性白血病、脓毒症、肥胖等疾病血中ESM-1都呈过表达[6-11]，且表达量与疾病的严重程度及肿瘤分期呈正相关，它可使肿瘤的恶性程度和转移潜能增加。其mRNA水平还是肺癌很有潜力的标志物和治疗靶点。不仅如此，ESM-1还参与了心血管疾病的病理过程，与其临床并发症密切相关[12]。

ESM-1的表达受一系列细胞因子和生长因子的调节，其中白介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)可以介导ESM-1在血管内皮细胞中的表达，而γ-干扰素(interferon-γ,IFN-γ)则可抑制ESM-1的表达。VEGF与受体结合后可引起细胞内酪氨酸基团受体，如Tyr951、Tyr1175和Tyr1214的二聚化和反磷酸化，使各相关激酶的活化和信号级联放大，包括胞外信号调节激酶1/2通路、蛋白激酶 B/磷脂酰肌醇3-激酶信号通路、p38丝裂原活化蛋白激酶信号通路、蛋白激酶C/核因子κB通路和黏着斑激酶通路。在这些通路中，蛋白激酶C/核因子κB通路可诱导ESM-1的mRNA的表达。Lassalle 等研究发现，在人类脐静脉内皮细胞的体外培养基中添加TNF-α和IL-1β可使ESM-1的mRNA表达上调，并且这种上调呈时间和剂量依赖性。ESM-1在加入TNF-α后2 h表达量开始增加，在48 h达高峰，增加3～4倍，但在加入开始有持续1.5 h的早期、暂时性的负调节。IL-4或IFN-γ单独作用对ESM-1的表达无明显影响，而TNF-α和IFN-γ联合作用时，TNF-α对ESM-1的正调控作用被IFN-γ明显抑制，说明ESM-1受细胞因子的调控比较复杂[13]。此外，能上调ESM-1的物质还有核因子κB、成纤维细胞生长因子-2(fibroblast growth factor 2，FGF-2)和肝细胞生长因子/散射因子、脂多糖、佛波酯、维甲酸等[14]。其中，经过血管内皮细胞生长因子C处理的淋巴管内皮细胞24 h后ESM-1表达增加4倍，而经过血管内皮细胞生长因子A处理的淋巴管内皮细胞24 h后ESM-1表达增加10倍。

1.3 ESM-1的生物学活性

ESM-l中的蛋白聚糖具有复杂、高度多样化的特点，根据其糖化蛋白质核上黏多糖类型(肝素、硫酸乙酰肝素、硫酸皮肤素、硫酸软骨素、硫酸角质素)归类核蛋白的性质，并且对其进行定位。蛋白聚糖依靠核蛋白分泌到细胞外基质或插入胞膜[15]，便于控制细胞周围及细胞表面许多反应的发生。例如参与细胞外基质矩阵网络的形成[16]；参与受体和整合素相互作用，从而控制黏附、迁移或信号转导；与细胞骨架发生相互作用等。蛋白聚糖链还可结合蛋白质，通过与蛋白质相互作用调控其稳定性和活性。

2 ESM-1的检测

随着人们对ESM-1的认识越来越深入，ESM-1的检测方法也越来越受到人们的关注，目前，ESM-1的检测方法主要有免疫印迹分析、免疫组化分析、ELISA分析，通过这几种方法可较准确地检测ESM-1的含量。

3 MVA

近年来，随着冠状动脉造影技术的发展，MVA越来越被人们所认识和重视，对其的研究也越来越多。2010年在《Circulation》上Lanza等[17]提出了CSX的概念，其诊断标准概括为：(1)主要或仅由劳力诱发的典型稳定型心绞痛症状；(2)具有心肌缺血或冠状动脉微循环功能障碍的诊断依据：需至少包含≥1个证据：①心肌负荷灌注显像出现可逆的灌注充盈缺损；②典型胸痛过程中出现有诊断意义的ST段改变；③通过辅助检查(如正电子发射计算机体层扫描术、心脏磁共振成像、多普勒超声等)发现冠状动脉血流灌注异常，与负荷相关；④通过心脏正电子发射计算机体层扫描术、磁共振或有创检查等发现短暂心肌缺血的代谢证据；(3)冠状动脉造影提示心外膜冠状动脉血管管腔不连续的轻度狭窄或血管壁不规则，狭窄程度<20%；(4)排除其他如心脏瓣膜病、心肌病、变异型心绞痛等特殊心脏病。

4 ESM-1与MVA

MVA的发病机制仍有待探究，目前公认的发病机制有内皮功能障碍、炎症反应、雌激素缺乏、精神因素等。其中内皮功能障碍和炎症反应被认为是MVA的重要机制。内皮功能障碍的重要原因是血管舒缩物质失衡导致的血管舒缩功能失调，内皮细胞调节冠状动脉血流量的作用是通过释放各种收缩和舒张因子进入冠状动脉微循环实现的，包括内皮素-1等收缩因子及一氧化氮(NO)等舒张因子，这些因子在一定条件下释放入血液循环，直接影响心脏血管的管腔容量，改变冠状动脉微循环血流量，收缩因子过多则引起冠状动脉微血管变窄，导致心肌供血不足，出现典型的心绞痛样胸痛及心电图变化。

有研究表明，高血压合并冠心病患者血清中ESM-1水平较单纯高血压患者高，并发现ESM-1与冠心病发病独立相关，表明ESM-1在微循环病变的发生发展中也发挥着重要作用，主要通过参与内皮功能障碍和炎症反应过程促进微循环功能障碍，促进动脉粥样硬化的发生发展，因此，ESM-1成为微循环病变的新型标志物。

4.1 ESM-1与内皮功能障碍

ESM-1主要表达于内皮细胞，可能参与内皮细胞依赖的病理生理过程。内皮细胞主要有7个生理作用：(1)维持血液流动状态；(2)参与代谢调节；(3)参与新生血管的形成；(4)调节血管张力；(5)调节物质交换；(6)抗血栓形成；(7)内分泌功能。内皮功能障碍会引发心血管疾病，也与肿瘤、炎症等密切相关。在人的病理生理过程中，ESM-1积极参与内皮细胞与白细胞之间的相互作用，发挥重要的生理功能。ESM-1可使包括细胞间黏附分子-1(intercellular adhesion molecule,ICAM-1)、血管细胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)和E选择素在内的黏附分子活化[18]。ICAM-1、VCAM-1以及E选择素可促进白细胞滚动、黏附、浸润和迁移以及血小板的活化和聚集，并使其穿透活化的血管内皮，导致血管内皮功能障碍。在血管内皮细胞培养基培养的血管内皮细胞，ESM-1与血管内皮细胞生长因子A/C呈正反馈且相互促进表达，同时血管内皮细胞更容易形成管状结构，增生更加明显。在加入抗血管内皮细胞生长因子抗体后，可观察到血管内皮细胞生长因子介导的ESM-1的表达水平呈剂量依赖性地被抑制。因此，ESM-1可能是一种潜在的血管内皮功能障碍标志物，与MVA的发病机制密切相关。

ESM-1通过多种信号传导途径参与体内的炎性反应、血管生成、肿瘤的发生和发展等过程，多项研究表明，其具有广泛的生物学活性，结合其主要在内皮细胞表达，推测ESM-1可能是内皮功能紊乱的一种新型生物标志物[19-20]，与内皮依赖的病理紊乱有关，因此是一种潜在的血管内皮功能紊乱的标志物，与MVA的发病机制密切相关。

4.2 ESM-1与炎症反应

炎症反应是导致MVA患者微循环功能障碍的另一重要因素。研究表明，局部内皮细胞活化在炎症反应中占有重要位置，内皮细胞是炎性反应的靶细胞和效应细胞，全身内皮细胞活化可使微血管通透性增加，白细胞的黏附和迁移活动增强，加速活性氧家族活化，从而使细胞因子产生增多，最终导致微血管狭窄、阻塞，甚至出现微循环出血和组织循环状态恶化。而如上所述，ESM-1与内皮细胞参与炎症反应的过程密切相关，可能是一种潜在的血管内皮功能障碍标志物，故ESM-1是炎症反应的重要因子。

ESM-1在人类肺和肾组织中也有表达，表明在器官特异性炎症反应的血管生成中也可能发挥重要作用，可能会反映肾移植后内皮细胞的损伤程度，并可能成为肾移植后急性排斥反应的高度敏感性和特异性的标志物[21]，但是它参与肾移植急性排斥反应的机理还不是很清楚。

4.3 ESM-1与血管生成

ESM-1表达于正常组织血管内皮细胞，如毛细血管、小动脉和小静脉。研究发现,ESM-1高水平表达与某些血管生成因子有关,如VEGF-A和FGF-2，并且与血管增殖呈正相关。Aitkenheadet等利用cDNA探针和Northern blot方法发现，在培养的内皮细胞中，由于VEGF和FGF-2的刺激，ESM-1基因表达水平增加了4倍，其机制可能是ESM-1的硫酸皮肤素链结合在FGF-2上，引发了FGF-2依赖的促进血管内皮细胞增殖作用,导致管状结构更易形成血管，从而促进血管的生成。

4.4 ESM-1在循环系统疾病的特异性

Yilmaz等[12]发现在合并心血管疾病的慢性肾脏疾病患者的血浆ESM-1水平显著升高，且与可溶性ICAM-1和可溶性VCAM-1的浓度呈正相关；Tadzic等[22]发现，在使用氨氯地平治疗8周后，高血压患者的血清ESM-1水平呈下降趋势，同时伴有ICAM-1和VCAM-1浓度的下降；Cox等[23]在内毒素诱导的炎症反应中发现，血浆ESM-1浓度的升高与乙酰胆碱引起的前臂血流量变化有关，ESM-1浓度越高，前臂血流量增加越少，提示ESM-1与炎症条件下的内皮功能障碍有关，与前述相符。

邱崇荣等[24]对ESM-1水平与冠状动脉疾病的关系进行相关试验研究。连续入选住院的初发ST段抬高型心肌梗死患者121例为实验组，同一时期内于体检中心体检的健康成人40例为对照组，所有研究对象清晨抽取外周血，采用酶联免疫法检测血清ESM-1表达水平，检测下限为0.2 ng/mL，灵敏度为0.02 ng/mL，同时对试验组进行冠状动脉造影检查，两组在年龄、性别、体质上的差异均无统计学意义，具有可比性。与对照组相比，试验组的ESM-1水平较高[(1.19±0.45)ng/mL vs(1.03±0.03)ng/mL,P<0.05]。这表明冠状动脉循环功能障碍可使血液中ESM-1产生增加。Menon等[25]在动物实验研究中发现，ESM-1在粥样斑块中高表达，推测ESM-1分泌增加可能与促进动脉血管平滑肌的增殖和迁移有关，从而参与动脉粥样硬化的发病过程。Gensini积分为冠状动脉狭窄程度评分乘以病变部位评分,每位患者的积分为所有病变积分的总和，通过冠状动脉造影结果对每位试验组成员进行Gensini积分，结果表明ESM-1与Gensini积分(r=0.18，P>0.05)及病变支数(r=0.03，P>0.05)均无明显相关性，表明ESM-1与冠状动脉狭窄程度及病情的严重程度可能均无明显相关。内皮功能紊乱和炎症反应是冠心病的发病基础，而ESM-1主要由内皮细胞分泌，在内皮细胞增殖中起重要作用，炎症反应也可促进ESM-1的产生。Kose等[26]通过检测确诊为急性冠脉综合征的53例患者血清ESM-1水平，发现较非急性冠脉综合征患者明显增高。Tadzic等[22]研究证实，ESM-1水平下降可降低内皮细胞活化，延缓动脉粥样硬化的发展。冠状动脉循环障碍患者的ESM-1水平明显高于非冠状动脉循环障碍者，结合本试验结果可推断，ESM-1与冠状动脉循环功能障碍密切相关。而MVA的发病机制主要为冠状动脉微循环障碍，故ESM-1有望成为冠状动脉微循环功能障碍的新型标志物，但国内尚无ESM-1血清水平变化与MVA相关性及特异性的研究，因此具有广阔的研究前景。

血清ESM-1在肿瘤、炎症及循环系统等疾病中均升高，但目前尚不能仅根据血液中升高的ESM-1水平来判断其特异性，需结合患者的临床表现、病史、既往史及临床医师对病情的仔细分析判断其是否为循环系统疾病所诱发，在除外炎症、肿瘤等原因后仍有不能解释的血清ESM-1水平升高，要格外注意循环系统疾病的发生，尤其是在心血管疾病的早期阶段，以便尽早干预，防止心血管疾病的进展。因此，ESM-1是微循环病变的新型标志物，具有广阔的研究前景。

5 结语

MVA是近年来的研究热点，大量研究结果显示，MVA给患者带来巨大的经济损失，同时使患者发生不良心脏事件的危险程度持续增加，从长期预后来看并没有以前想象的那么乐观，现行指南多是强调对MVA患者症状的控制。随着医学及科技的进步，发现其最主要的发病机制是内皮功能障碍和炎症反应，ESM-1成为MVA的新型标志物，因此积极检测ESM-1水平对于预测MVA及早期进行干预治疗具有重要意义。

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