炎症细胞参与侧支循环形成的研究进展

陈 帅，丁风华，代 杨，陆 林，沈 迎，沈卫峰

1.上海交通大学医学院心血管疾病研究所，上海200025；2.上海交通大学医学院附属瑞金医院心内科，上海 200025

冠状动脉各分支之间存在丰富的吻合支，当冠状动脉血供良好时，它们处于关闭状态，不参与冠状动脉的血液循环。当主要供血血管阻塞后，这些关闭的侧支血管就会迅速开放，逐渐形成直径40～350 μm的旁路以提供远端组织的血液供应，这一吻合支称为冠状动脉侧支循环[1]。冠状动脉侧支循环的形成是保护心肌的重要机制之一，可增加慢性缺血心肌的局部灌注，减少心肌梗死面积，降低不良心血管事件发生率，从而改善预后[2]。既往对冠状动脉侧支循环的研究主要侧重于血管内压及血流等物理因素。近年来，血管内皮细胞、平滑肌细胞和以单核/巨噬细胞为代表的炎症细胞等生物因素也引起关注。本文即探讨不同种类的炎症细胞对侧支形成的影响，并进一步分析糖尿病状态下，侧支形成不良的影响因素。

1 冠状动脉侧支循环形成形式

侧支循环的形成主要有2种形式：动脉生成以及血管新生。动脉生成为原先存在的小侧支血管的重塑过程，当血管闭塞时促使血流通过小的、之前存在的桥梁动脉绕过闭塞处流动。血液在桥梁动脉流动时产生剪切力，这种剪切力可被血管内皮细胞感受，触发一系列动脉生成事件[3]。另外，当剪切力增加时可诱导一系列炎症因子、细胞因子以及黏附因子在血管旁表达增多，进一步趋化特定的炎症细胞，从而诱导侧支血管平滑肌细胞从收缩表型分化为合成表型以及细胞外基质的重塑，细胞外基质的重塑又可进一步促进平滑肌细胞的增殖和迁移[3]。当血管直径和血管壁厚度增加到一定程度时，剪切力恢复正常水平，炎症标志物减少，抗炎标志物增多，血管生长停止。在这过程中，前向的血流剪切力和纵向的管壁垂直压力是侧支开放的始动因素，继发内皮细胞活化而激活的炎症反应在动脉生成中发挥重要的作用。血管新生是侧支循环形成的另一种形式，为已有的血管中产生新的毛细血管，形成新的毛细血管网络。当冠状动脉阻塞时，下游的组织缺血缺氧促使缺氧诱导因子-1（hypoxia-inducible factor-1，HIF-1）表达增多。HIF-1可以显著增加血管内皮生长因子A（vascular endothelial growth factor-A，VEGF-A） 的 表达，而VEGF-A可促进内皮细胞的增殖，同时转化生长因子 -β（transforming growth factor-β，TGF-β）、成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor，FGF）以及血小板衍生生长因子（platelet derived growth factor，PDGF）释放增多，这些因子共同促进VEGF表达，从而促进毛细管腔的形成[4]。这些管腔构成毛细血管网，但因其缺乏平滑肌细胞及其他细胞构成的稳定管壁结构，仅能部分恢复缺血组织的血供。

2 炎症细胞对侧支循环形成的影响

动脉生成和血管新生是一个高度协调的过程，涉及多种细胞的招募、增殖以及细胞外基质的重塑，多种炎症细胞在每一个环节中都发挥着重要的作用。

2.1 单核/巨噬细胞参与侧支循环形成

多种骨髓来源的细胞参与侧支循环的形成，在这些细胞中，单核/巨噬细胞是研究最广泛的炎症细胞，在侧支循环形成中起重要的作用[3]。Schaper等[5]在犬的冠状动脉完全闭塞后，使用扫描透射电子显微镜观察早期、中期及晚期侧支循环形成的过程，发现在冠状动脉闭塞后早期，血管表面内皮细胞数量明显增加，同时内皮细胞表面招募大量的单核细胞。随后研究[6]亦证实：在兔或鼠股动脉结扎后，新生的侧支动脉附近有大量的单核/巨噬细胞聚集；巨噬细胞在12 h内聚集在侧支动脉旁并在3 d时达到高峰，当侧支血管开始成熟后巨噬细胞逐渐减少。

单核/巨噬细胞招募到侧支循环形成区域是一个多种趋化因子和黏附分子参与的系统过程。内皮细胞在剪切力的作用下激活，上调趋化因子、细胞因子或黏附分子表达。单核细胞趋化蛋白-1（monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）是C-C趋化因子受体（CCR2）的特异性配体，招募特定的白细胞到炎症部位。Shireman等[7]在下肢缺血的动物模型中发现第3日骨骼肌组织中MCP-1水平最高，说明MCP-1参与动脉生成的早期修复事件。有研究[8]在MCP-1缺陷小鼠中发现，侧支动脉发育减慢或灌注恢复延迟，且巨噬细胞招募减少，进一步说明巨噬细胞和MCP-1在组织修复过程中发挥重要作用。CCR2作为MCP-1的受体，存在于单核/巨噬细胞、内皮细胞和平滑肌细胞的表面，在嗜碱性粒细胞、树突状细胞和自然杀伤细胞（NK细胞）以及活化的T淋巴细胞中也可表达[9]。在CCR2-/-小鼠中发现股动脉闭塞后，侧支动脉外膜和血管周围的单核/巨噬细胞急剧减少，导致足部运动减少、小腿肌肉萎缩、下肢远端血流量和血红蛋白氧饱和度恢复较慢。对CCR2-/-小鼠（BALB/c背景）行下肢股动脉结扎术，其血流恢复和侧支小动脉生长速度明显下降，说明巨噬细胞中的CCL2-CCR2信号通路可能是侧支动脉生长所必需的[10]。

CX3CL1-CX3CR1是另一对影响侧支形成的趋化因子和受体。Ryu等[11]在小鼠模型中行股动脉结扎术，术后将鼠特异性CX3CL1注射到侧支循环生长区域，发现CX3CL1呈剂量依赖性地增加股动脉闭塞后肢体灌注恢复。在炎症反应相关的动脉生成模型中，髓系细胞特定敲除CCR2后完全消除动脉重构但没有消除静脉重构；而髓系细胞特定敲除CX3CR1后静脉和动脉重构程度同时降低，但动脉重构程度降低不及CCR2敲除的髓系细胞。因此，通常将CCR2+和CX3CR1+的髓系细胞视作2个不同亚群，认为其通过分泌不同的生长因子对微血管重构发挥不同的调节作用[12]。

单核细胞招募至侧支循环形成区域后分化为巨噬细胞，会产生多种生长因子、金属蛋白酶、趋化因子、一氧化氮等血管活性物质，通过旁分泌作用促进动脉生成和组织修复。其分泌的生长因子VEGF，通过内皮细胞的增殖促进血管新生[13]；TGF-β和MCP-1，则通过平滑肌细胞增殖促进动脉生成；FGF-2和PDGF可以同时促进血管新生和动脉生成[14]。单核/巨噬细胞表达基质金属蛋白酶等蛋白酶，进而降解细胞外结构，有利于平滑肌细胞的增殖和迁移，同时也促进单核/巨噬细胞的招募。单核/巨噬细胞在侧支循环生长区域聚集时还会上调诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthesis，iNOS）表达，释放大量的一氧化氮，有利于维持正常氧化还原状态，促进动脉生成[15]。

2.2 中性粒细胞参与侧支循环形成

除了单核/巨噬细胞，其他炎症细胞也参与侧支循环形成的每个过程。中性粒细胞是在各种炎症情况下首先作出反应的白细胞，通常会在数小时内从血管中招募至炎症区域。当血管阻塞后，中性粒细胞沿着侧支血管积聚，在血管新生起始阶段广泛浸润血管周围的组织，随后迅速消失，说明中性粒细胞在侧支生成起始阶段起着重要作用。早期中性粒细胞浸润6 h后，单核细胞、肥大细胞、淋巴细胞也招募至侧支循环生成区域[16]。研究发现，在缺血区域注射粒细胞集落刺激因子（G-CSF）可以增加毛细血管密度，发现G-CSF通过中性粒细胞介导VEGF释放而促进血管新生[17]。当中性粒细胞招募至侧支血管旁分泌一些趋化因子、黏附因子以及基质蛋白酶，调节单核细胞和祖细胞亚群招募至侧支循环血管旁从而促进侧支血管的生长。此外，中性粒细胞在血管重构过程中也发挥重要作用，特别是通过释放和产生基质蛋白酶来改变血管周围的微环境。细胞外基质的变化可以进一步改变生长因子梯度，促进血管细胞增殖。

2.3 淋巴细胞与侧支循环形成

淋巴细胞是机体免疫应答功能的重要细胞成分。按其表面分子和功能的不同，可分为T淋巴细胞、B淋巴细胞和NK细胞。T淋巴细胞是免疫反应和炎症反应的组成成分，参与伤口愈合和宿主防御感染等正常过程，以及肿瘤生长和动脉粥样硬化斑块形成等病理过程。类似中性粒细胞，淋巴细胞也参与到动脉生成的过程中。在CD4敲除小鼠中行股动脉结扎术，术后侧支形成程度、巨噬细胞及血管内皮生长因子较野生型小鼠低，将脾源性纯化CD4+T细胞注射至CD4敲除小鼠后，侧支血流、巨噬细胞及血管内皮生长因子明显增加；而缺少CD4+T细胞导致炎症反应降低，单核/巨噬细胞在新生的侧支血管旁聚集减少[18]。CD8+T细胞对于侧支循环早期形成过程也具有重要的作用；在股动脉结扎后，CD8+T细胞招募至侧支血管生成区域并通过表达IL-16招募CD4+淋巴细胞及单核细胞[19]。这说明淋巴细胞主要促进单核/巨噬细胞招募至侧支循环形成区域，进而通过巨噬细胞分泌促血管生成因子参与侧支循环形成。

NK细胞是固有免疫的组成成分，介导细胞毒性反应并分泌细胞因子和炎症因子，如干扰素-γ和肿瘤坏死因子，在炎症反应的早期阶段发挥着重要的作用。van Weel等[20]在NK细胞活性降低的C57BL/6小鼠中以及NK细胞缺陷的转基因小鼠中发现动脉生成受损，说明NK细胞参与动脉生成的反应。NK细胞主要在动脉生成的早期阶段发挥作用；当NK细胞激活后可以分泌炎症因子，促进炎症细胞招募至侧支循环形成区域，进而促进动脉生成。B细胞来源于骨髓多能干细胞，在抗原刺激后可分化为浆细胞分泌抗体。B细胞也是抗原提呈细胞，可将抗原提呈给T细胞；此外，B细胞可以通过分泌促炎和抑炎因子来调节局部炎症反应[21]。B细胞在包括自身免疫性疾病在内的多种疾病的发病机制中发挥着多种作用，已成为这些疾病的主要治疗靶点，然而B细胞对侧支循环形成的影响少有报道。Goodchild等[22]发现将骨髓中分离出的B细胞注射入心肌缺血部位可改善心功能，可能由于注射到心肌的细胞可分化为心肌细胞样细胞以及内皮细胞和平滑肌细胞，有利于血管新生和受损室壁再生。

2.4 肥大细胞与侧支循环形成

肥大细胞广泛分布于皮肤及内脏黏膜下的微血管周围，在肿瘤生长、伤口愈合、组织修复和血管生成过程中具有重要的意义。肥大细胞主要存在侧支形成的起始和生长阶段，肥大细胞能够释放大量的蛋白水解酶、细胞因子和生长因子刺激内皮细胞增殖和迁移，随着侧支血管成熟而消失[23]。肥大细胞表达基质细胞衍生因子-1受体CXCR-4及干细胞因子受体c-kit，促进骨髓中的祖细胞参与侧支形成；此外，肥大细胞还可招募其他炎症细胞（如中性粒细胞、T细胞及巨噬细胞）至侧支循环生长区域[24]。因此，肥大细胞可能通过旁分泌方式分泌多种物质，招募多个炎症细胞群体促进血管细胞生长和分化，参与动脉形成[25]。

3 糖尿病情况下炎症反应对侧支循环形成的影响

糖尿病患者侧支循环形成不良[1,26]。尽管机制尚不清楚，但是单核/巨噬细胞招募受损已被证明是导致糖尿病患者侧支形成不良的原因之一[27]。血管内皮生长因子 受 体 -1（vascular endothelial growth factor receptors-1，VEGFR-1）下游的细胞内信号转导缺陷被认为是单核细胞招募受损的原因。持续高血糖可诱导活性氧（reactive oxygen species，ROS）的产生和晚期糖基化终产物（advanced glycation end products，AGEs）的过度生成，AGEs通过与其受体晚期糖基化终产物受体（receptor of advanced glycation end products，RAGE）结合可直接激活p38和ERK1/2信号通路[28]，诱导VEGF抵抗，钝化单核细胞对VEGF-1的反应，减少单核细胞向侧支循环形成区域募集[29]。而高ROS亦可通过抑制蛋白质酪氨酸磷酸酶（protein tyrosine phosphatases，PTPs），阻止蛋白去磷酸化，进而间接诱导MAPK激酶激活[30]，诱导VEGF抵抗。除了单核细胞招募减少导致糖尿病患者侧支循环形成不良外，其他因素也影响侧支循环的形成：①糖尿病患者内皮细胞功能受损[一氧化氮、前列环素和内皮超极化因子（endothelial hyperpolarizing factor，EDHF）等舒血管因子合成减少，内皮素-1 （endothelin-1，ET-1）等缩血管因子合成增加以及黏附分子表达增多][31]、血管通透性增加、内皮细胞对剪切应力的感受降低，导致侧支循环形成减少。②内皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）在血流恢复和侧支向外重构中起重要作用[32]。发生糖尿病时，eNOS表达下调导致一氧化氮生成减少，从而影响侧支循环的形成。③基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）及其抑制剂金属蛋白酶组织抑制物（tissue inhibitor of metalloproteinases，TIMPs）调节细胞外基质的重构，MMPs和TIMPs之间的平衡对于血管壁的维护和重构都是至关重要的，高血糖抑制平滑肌细胞中MMP-1、MMP-2和MMP-9的表达而影响血管外基质的重构。④发生糖尿病时，平滑肌细胞增殖和成纤维细胞的迁移受损[33]。

4 结语

当冠状动脉阻塞后，侧支循环的形成可减少心肌梗死面积，保护心肌功能，降低未来不良心血管事件发生率以及改善患者的生存率。炎症反应参与侧支循环形成的每个过程，多种炎症细胞分泌生长因子、细胞因子及蛋白酶等，参与侧支循环的形成，其中单核/巨噬细胞被招募至缺血损伤处是不可缺少的关键步骤；而在糖尿病患者中，单核/巨噬细胞招募受损使得侧支形成不良。更好地理解炎症细胞及其亚群在侧支循环形成中的作用，可为缺血性疾病新的治疗策略提供关键信息。