周细胞在相关疾病中的研究进展

陈叶飞综述，吴旦斌，孙英新，姜希娟审校

作者单位：300193天津，天津中医药大学中西医结合学院[陈叶飞（医学博士研究生）、吴旦斌、孙英新、姜希娟]

0 引 言

19世纪，Rouget首次提出周细胞（pericyte）的概念，即包绕在小静脉及毛细血管基膜的一类壁细胞，因此，周细胞又称为Rouget细胞；随后Zimmermann根据周细胞位于血管周围的特性，将其命名为周细胞并沿用至今。周细胞最初被证明与血管收缩，调控局部微血管的管流量有关。近年研究发现周细胞与血管内皮细胞之间通过紧密连接，可影响血管生成、血脑屏障通透性、脉管系统稳定、免疫调节、细胞迁移及分化等过程［1-2］；可参与调节人体生理病理过程的各方面，与微血管屏障相关疾病密切相关。在不同组织中，周细胞作用不尽相同，本文主要就周细胞在脑神经病变、心血管疾病、糖尿病血管改变及肿瘤等微血管疾病中的作用作一综述。

1 周细胞的生物学特性

1.1 周细胞的起源 周细胞存在异质性，目前认为不同组织器官的周细胞可能具有不同的胚胎起源［3］。在胚胎发生过程中，周细胞来源于轴旁中胚层与侧中胚层，更确切的讲来源于胚脏壁与体节。Pouget等［4］通过体节异体移植实验证实了主动脉周细胞主要来源于体节。Cappellari等［5］总结了主动脉流出道、头部及胸腺的周细胞来源于神经嵴，而内脏血管的周细胞来源于间皮细胞，即覆盖在胸膜、腹膜及心包膜的单层扁平上皮。有研究者认为周细胞与血管平滑肌细胞同属于血管壁细胞，起源于间充质干细胞［6］。Yamanishi等［7］通过动物实验进一步证实了神经嵴细胞在周细胞的形成中扮演重要角色，提示周细胞的异质性与组织器官及细胞所依赖的微环境密切相关。但周细胞的起源目前尚无明确定论，有待进一步探索。

1.2 周细胞的生物标志物 周细胞在不同的组织中起源不同，且在同一组织中也存在异质性。周细胞可表达多种生物标志物，但大都缺少特异性。在脑组织中，可通过免疫染色的方法标记α-平滑肌肌动蛋白（alpha smooth muscle actin，α-SMA）、周细胞氨基肽酶N、血小板衍生生长因子β受体（plateletderived growth factor beta receptor，PDGFRβ）、硫酸软骨蛋白聚糖NG2以及G蛋白信号调节因子5等蛋白分子来鉴别周细胞［2］。Smyth等［8］利用脑组织切片染色及脑组织原代细胞培养等技术发现人类脑组织中周细胞与血管平滑肌细胞生物标志物的差异。因此，可根据壁细胞之间蛋白表达差异进行细胞分选。此外，研究中还发现人与啮齿动物脑组织中周细胞标志物的表达也存在一定差异。最新研究表明人心脏周细胞（human heart pericytes，hHPs）表达CD146、NG2、PDGFRβ、αSMA和平滑肌肌球蛋白重链，但不表达CD31、CD34、CD144和vWF，这使得hHPs与内皮细胞得以鉴别区分［9］；同时Chen等［10］在hHPs中未检测到CD117或Wt1的表达，而多能心脏前体细胞可表达CD117，心外膜祖细胞可表达Wt1，这也表明hHPs可通过上述标志物分别与心脏前体细胞及心外膜祖细胞进行区分。

目前为止，周细胞鉴别无单一生物标志物，而多采用联合方法：如形态学、原位解剖定位、两个或多个标记物共表达的抗原谱以及功能特性等。因此，周细胞的鉴别是周细胞研究的难点，也是研究其作用机制的最大阻碍和未来研究需要努力攻克的难题。

2 周细胞与脑神经疾病

周细胞是血脑屏障（blood-brain barrier，BBB）的重要组成成分，此处周细胞与内皮细胞的比例高达1∶1［1］。周细胞与内皮细胞、星形胶质细胞、小胶质细胞及神经元在位置与功能上存在密切联系。研究表明周细胞数量、覆盖率及功能等因素可直接影响BBB完整性、也可调控血管生成、控制脑灌流，并参与神经炎症和干细胞活动。周细胞还可通过收缩功能，调控微粒在血管中流动，可阻止一些分子尤其是大分子进入大脑中，以免对大脑造成损伤。因此，近年来，周细胞对脑神经疾病的作用意义成为研究者关注的热点。

2.1 周细胞与阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD） AD是老年人痴呆的主要类型，细胞外β-淀粉样蛋白（Aβ）沉积和细胞内Tau蛋白磷酸化聚集导致的神经原纤维缠结是其特征性改变。神经血管单元和BBB的破坏可导致淀粉样蛋白在脑内的沉积，在AD发病机制中起着重要作用。BBB完整性受多种因素的影响，近期研究发现，周细胞是构成BBB的重要细胞，其通过多环节维持BBB结构和功能的正常。Sagare等［11］利用PDGFRβ转基因周细胞缺失小鼠与Aβ前体蛋白（APPsw/0）转基因AD小鼠模型进行了一系列实验研究，结果表明周细胞缺失促进APPsw/0小鼠中Aβ40、Aβ42大量沉积，加速脑血管淀粉样变，诱发AD早期神经元缺失及Tau蛋白在神经元沉积；同时，证实在APPsw/0小鼠中周细胞可增强Aβ清除能力。Xu等［12］证实了AD模型小鼠存在周细胞缺失，而Aβ通过激活ERK1/2 MAPK信号通路抑制周细胞的增殖与成熟。因此，如何募集周细胞并促使其成熟，将对AD发病机制的研究及临床治疗提供新的研究思路。

2.2 周细胞与中风 近年来，研究发现周细胞参与中风的病理进程，在疾病进展及恢复中通过多环节发挥重要作用［13］。周细胞减少可损害脑血管完整性而诱导出血性中风；一旦发生出血性脑中风，周细胞可收缩毛细血管，减少病变区域的出血量［14］。在中风恢复阶段，一方面周细胞通过高表达血管内皮 生 长 因 子（vascular endothelial growth factor，VEGF）以增加毛细血管密度和周细胞覆盖率，改善脑能量状态和血流量，最终减少脑梗死面积［15］；另一方面，周细胞在PDGFB-PDGFRβ轴的作用下，被募集到新生血管并覆盖于内皮细胞，促使新生血管成熟，可减少血管渗漏并稳定血管结构。但也有研究认为血管生成与出血性中风存在正相关，而周细胞在出血性中风中的血管生成作用有待进一步研究。可见，周细胞可通过多环节参与中风发生发展及恢复等多个环节。

2.3 周细胞与其他脑神经疾病 Padel等［16］对亨廷顿舞蹈症（Huntington's disease，HD）小鼠模型及患HD患者死后的脑切片进行了研究，发现周细胞在HD疾病早期异常活化及数量增加，且周细胞活化先于神经元丢失。因此，周细胞的变化可能是HD血管改变的关键因素，为探索HD的治疗提供新的研究方向。周细胞也与帕金森病（Parkinson's disease，PD）有关，研究证明周细胞在PD模型小鼠的纹状体中被激活，但可被PDGF-BB逆转，脑周细胞的调节可能提升PDGF-BB诱导的神经修复作用［17］。最新研究发现周细胞与偏头痛相关，周细胞中钙离子的变化引起局部血流改变是引起偏头痛发生的关键因素，也是未来治疗偏头痛的研究方向［18］。

3 周细胞与心血管疾病

近年来，研究发现周细胞可参与心血管疾病的发生发展，主要与致动脉粥样硬化斑块内出血、心肌缺血再灌注后无复流，心肌纤维化等病理过程有关。

3.1 周细胞与动脉粥样硬化斑块内出血 动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）是缺血性心脑血管疾病的基本病理基础，AS斑块不稳定继发血栓形成，使受累血管管腔急剧减小，是“罪犯斑块”引发急性心脑血管事件的重要机制。周细胞与AS的关系主要体现在其数量和功能影响斑块稳定性，在AS不稳定斑块中，可观察到出血区域的新生血管周细胞覆盖率不足、缺乏基膜及周细胞覆盖，导致血管通透性增大，将血液渗漏到斑块内造成斑块内出血。Tanaka等［19］研究发现颈动脉狭窄患者斑块内出血面积较大者，其斑块内新生血管的周细胞数明显减少，也证实了周细胞与AS斑块内出血存在相关性。De等［20］通过动物实验发现阻断VEGFR2可增加斑块内新生血管的周细胞覆盖率，进而促进新生血管成熟而抑制斑块内出血，提示增加周细胞覆盖率是防治斑块内出血的潜在途经。

3.2 周细胞与心肌缺血再灌注后无复流 扩冠、溶栓、搭桥等是冠状动脉狭窄所致心肌缺血恢复血流的重要治疗手段，但即使上游动脉中恢复血流后，部分患者冠状动脉微血管灌注依然处于“无复流现象”，直接影响治疗效果。因此，改善微血管血流是治疗心肌缺血的重要方法。无复流的发病机制复杂，近年来研究发现周细胞参与心肌缺血后的无复流发生。O'farrell等［21］闭塞大鼠冠状动脉随后进行再灌注，发现毛细血管阻塞部位周细胞覆盖丰富，毛细血管直径减少37%；运用使周细胞松弛的腺苷后，毛细血管直径增加21%，毛细血管阻滞减轻了25%，灌流量增加了57%。因此，周细胞可加重心肌无复流现象，松弛周细胞可增加毛细血管灌流量。hHPs可能是改善再灌注心肌无复流的新型治疗靶标。Costa等［22］等对上述研究进行分析，认为尽管周细胞参与无复流现象，但涉及的分子及细胞机制仍有待深入研究。

3.3 周细胞与其他心血管疾病 周细胞可通过分泌炎症介质及成纤维细胞活化生长因子参与心肌纤维化；Katare等［23］将人腿静脉扩张的周细胞移植入小鼠心肌梗死周围区域的血管周围，发现其可释放抑制间质纤维化的因子。由此可见，心脏本身的周细胞与移植的周细胞在心肌纤维化中的作用截然不同，其具体原因及机制有待进一步研究。在肺动脉高压模型中，也观察到了周细胞在微血管的覆盖率增加；且周细胞的极性发生变化，使内皮细胞与周细胞之间的相互作用受损并导致小血管丢失［24］。

4 周细胞与糖尿病血管病变

糖尿病最常见的并发症是糖尿病血管病变，这亦是导致糖尿病患者死亡的主要因素。其中常见的有心脑血管等大血管病变及肾、视网膜等微血管病变。

4.1 周细胞与糖尿病视网膜病变（diabetic retinopathy,DR） DR是糖尿病严重并发症之一，发病率约占糖尿病患者的35%［25］。DR微血管主要表现为周细胞脱落、基膜增厚及视网膜毛细血管血流改变，这些变化将导致毛细血管渗漏、黄斑水肿及血管闭塞，此时处于DR非增殖期，又称为非增殖性糖尿病性视网膜病变（non-proliferative diabetic retinopathy，NPDR）；毛细血管闭塞进一步引起血管缺氧，局部VEGF-A等因子上调，失去周细胞调控的内皮细胞不断增生并诱导不成熟血管新生，由NPDR发展为增殖性糖尿病性视网膜病变（proliferative diabetic retinopathy，PDR）［26］。在PDR中，新生血管对视网膜产生危害，可引起纤维增生，甚至导致视网膜脱落，严重者视力下降甚至完全失明。因此，周细胞丢失不仅是DR早期特征，在晚期PDR中，周细胞的缺失会进一步加重视网膜病变。DR可导致糖尿病性黄斑水肿（diabetes mellitus，DME），视网膜黄斑区富含感受光和颜色的视锥细胞，该区域血管渗漏导致视锥细胞受损，前者是糖尿病患者丧失视力的主要原因［27］。DME的主要特征是血管视网膜屏障的改变，其特点为周细胞丢失及内皮细胞间紧密连接受损［28］。周细胞的丧失可能与早期糖尿病患者PDGF-B的改变有关。由于周细胞通过释放并激活转化生长因子-β抑制内皮细胞过度增殖，在DR中，周细胞丢失导致局灶性内皮细胞增殖，严重者可形成微动脉瘤。周细胞是视网膜及其微脉管系统的重要组成部分，维持内皮细胞与周细胞间相互作用平衡至关重要。

4.2 周细胞与糖尿病肾病（diabetic nephropathy，DN） DN是导致糖尿病患者终末期肾病的主要原因。DN病理特征主要表现为肾小球硬化、肾小球基膜增厚、足细胞丢失及肾小管基膜间质纤维化［29］。周细胞位于肾脏管状系统中，肾小球系膜细胞和足细胞均为特殊周细胞样细胞，对维持肾小球结构，稳定肾小球功能有重要作用［30］。基于肾小球系膜细胞对肾小球血流量及滤过率的调节，其被认为是由未成熟的周细胞分化而来［31］，足细胞来源于周细胞有丝分裂［30］。在一些模型中证实了肾小球系膜细胞功能障碍是DN发生发展的关键因素。Hu等［32］实验表明C1q肿瘤坏死因子相关蛋白-3可减少高糖诱导的系膜细胞增殖以及细胞外基质的堆积，可能成为DN的潜在治疗靶点。足细胞的脱落加重DN进展，而足细胞的损伤在疾病进展中是不可逆的。足细胞脱落的主要机制为高糖状态下诱导ROS生成，影响线粒体功能进而导致其凋亡或脱落［33］。在动物模型中发现，当足细胞损失超过20%将导致不可逆性肾小球损伤，主要表现为白蛋白尿，肾小球硬化及肾小管间质纤维化，最终进入终末期肾衰竭［34］。系膜细胞与周细胞失衡、系膜细胞增多及足细胞减少加重DN。因此，抑制周细胞分化为系膜细胞，同时促进周细胞有丝分裂产生更多足细胞是DN治疗的新思路。

5 周细胞与肿瘤

在传统研究中，肿瘤研究的防治点主要在肿瘤细胞的生物学效应上。而近年来研究发现，除肿瘤细胞外，肿瘤微环境也影响肿瘤的进展［35］。周细胞作为肿瘤微环境的主要成分之一，其在肿瘤发生发展中具有多种作用。

5.1 周细胞与肿瘤血管新生 肿瘤细胞为满足自身生长需求，可启动血管新生。血管生成是多种调节内皮细胞与周细胞的活动分子紧密协作的复杂过程。在肿瘤中，内皮细胞出芽诱导周细胞迁移形成新生血管，但基膜不连续或缺损，周细胞与内皮细胞之间连接松散，利于肿瘤的浸润转移［36］。因此，可根据肿瘤中周细胞标志物的差异表达预测肿瘤的转移复发。血管周细胞覆盖率取决于肿瘤组织类型：如在胰岛癌中周细胞密度更高，而在胶质母细胞瘤和肾细胞癌则显示出低于各自正常组织的 周 细 胞 密 度［36］。Wang 等［37］研 究 表 明 过 表 达PDGF-B可显著降低恶性肿瘤死亡风险，明显抑制体内肿瘤生长，这与PDGF-B增加周细胞募集促进血管生成及成熟有关；在过表达PDGF-B的胰腺癌及结直肠癌中，肿瘤体积小于对照组。但在最新研究显示，利用酪氨酸激酶抑制剂伊马替尼或阻断抗体通过阻断PDGF受体可减少周细胞募集抑制血管生成和肿瘤生长［38］；You等［39］在黑色素瘤中利用周细胞特异性消融术发现血管中周细胞减少，内皮连接不完整及血管基膜减少，导致肿瘤血管内皮通透性增加，导致血管渗漏，加重肿瘤组织内缺氧进而抑制肿瘤生长，但这将有利于肿瘤细胞侵入血管进行扩散转移。由此可见，周细胞覆盖率对肿瘤作用具有双向性。

5.2 靶向周细胞治疗肿瘤 靶向肿瘤中的新生血管形成来抑制肿瘤细胞生长是抗肿瘤血管生成疗法的关键［40］。基于周细胞在血管形成中的重要作用，目前一些靶向周细胞治疗肿瘤的研究及治疗正在不断发展。在周细胞密度增高的肿瘤细胞中，周细胞与内皮细胞形成的屏障作用，影响抗血管生成药物的作用效果，若同时消融周细胞则明显增加药物的抗肿瘤疗效。Guerra等［41］研究表明，抑制脑周细胞可增加血脑屏障通透性，增强穿透血脑屏障药物的有效性，提高胶质母细胞瘤的化疗效果。双重阻断PDGFRβ/VEGFR可消除局部肿瘤细胞的周细胞-内皮细胞保护屏障，使抗肿瘤药物有效达到其靶标，且双重阻断已在临床前和临床研究中显示出有效性［42］。在周细胞减少的肿瘤中，血管通透性增大将增加肿瘤转移。因此，募集周细胞使血管正常化是抑制肿瘤转移的关键。Goel等［43］总结了提高周细胞覆盖率促使血管正常化可抑制肿瘤转移，该结果在小鼠移植瘤及临床上均得到了证实。周细胞对肿瘤影响是双向的，因此周细胞在肿瘤的治疗中是把双刃剑，在不同的肿瘤发展中周细胞可能存在截然不同的作用，这也是未来周细胞在肿瘤研究中的难点及方向。

6 结语与展望

周细胞作为微血管的主要壁细胞，在调节管壁通透性和微血管灌流量等方面发挥重要作用。因此，与众多微血管改变相关的疾病，如心脑血管疾病、恶性肿瘤等密切相关。此外，周细胞亦可通过免疫调节、炎症等反应过程，参与多种微血管疾病的病理生理进程。有效调控周细胞成为多种疾病的研究热点，但周细胞的异质性和标记物的非特异性及在不同疾病中的作用的复杂性也成为周细胞研究的难点，需要结合具体疾患和具体的发病部位有待进一步系统、深入的研究，有望为以周细胞为靶向的微血管疾病治疗提供新方向。