内皮-间质转化与心血管疾病的研究进展

邱浚 周建庆

心血管疾病一直是全球重点关注的问题，严重危害着人类的健康。大量研究强调了内皮细胞功能障碍与一系列心血管疾病相关[1-4]。研究表明，若内皮细胞暴露于慢性剪切应力或炎性因子中，这些因素会激活一些特定的内皮细胞，这些细胞失去了它们的内皮标志物，如血小板-内皮细胞黏附分子（CD31）、血管内皮钙黏蛋白，获得间充质表型，表达纤维连接蛋白、N-钙黏素和内皮相关转录因子（Twist）[2，5-7]，伴随着细胞骨架及组织成分的改变，最终细胞形态发生变化（变长、纺锤形）[2]，这一过程称为内皮-间质转化（endothelial-to-mesenchymal transition,EndMT）。EndMT 作为内皮功能障碍的一种类型，可引起一系列心血管疾病。重要的是，EndMT可能逆转[6]。本文主要对EndMT与心血管疾病关系的研究进展作一综述，旨在探讨一些可行的治疗方案。

1 EndMT的病理生理及调节机制

研究表明，EndMT在胚胎心脏发育及胚胎血管方面起重要作用[6-8]。越来越多新的研究发现多种信号途径与EndMT密切相关，如转化生长因子-β（transforming growth factor-β,TGF-β）、Notch、骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein,BMP）、一氧化氮（nitric oxide,NO）和成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor,FGF）等。但目前对这些信号机制了解甚少[9-10]。EndMT主要通过TGF-β与构成活性的Ⅱ型受体（TβRII）结合，使TGF-βⅠ型受体（TβRI）磷酸化，进而激活其下游的Smad2/3，后者与Smad4结合成复合物并向核内转运，调节EndMT基因的表达[11]。多种因素及细胞分子影响这些信号通路，继而影响EndMT。Chen等[12]在培养的人内皮细胞研究中发现，炎症细胞因子和振荡剪切应力可通过降低内皮细胞成纤维细胞生长因子受体1（fibroblast growth factor receptor 1,FGFR1）的表达来激活TGF-β信号。Feng等[13]研究发现载脂蛋白A1（apolipoprotein A-1,ApoA-1）不仅可阻断TGF-1诱导的内皮功能障碍，还抑制TGF-β诱导的Smad2和Smad3的磷酸化,影响内皮细胞的形态。Ferreira等[14]探讨了TGF-β2在不同来源的大血管内皮细胞中诱导EndMT,发现原代主动脉内皮细胞对TGF-β2的反应最好。Notch家族由4个跨膜受体（Notch1-4）组成，他们被相应配体 Delta-like（DLL）1、3 和 4 以及 Jagged（Jag）1和2激活。受体被γ-分泌酶切割，释放 Notch胞内结构域并转移到细胞核，与转录因子RBPJK/CBF1/SU（H）结合，从而激活Hes和Hey等下游靶点的转录[10]。Notch通过介导相邻细胞间的信号转导，在细胞增殖、转分化和凋亡中起重要作用[15]。Notch信号与TGF-β和螺内酯相互作用，共同调节EndMT过程[16]。此外，Notch信号在肿瘤进展中可能参与EndMT。Lin等[17]发现Notch配体在肿瘤组织中高表达，这与肿瘤的侵袭性临床行为有关。Zhu等[18]研究发现脑和鸡肉类ARNT-样蛋白1（BMAL1）是一个时钟转录因子，可抑制活性氧的产生，在血管内皮中起保护作用，它的丢失会加重EndMT过程。由此，我们可以通过抑制与EndMT相关的信号通路及其受体和配体来减轻EndMT过程，并且为心血管疾病及其他疾病提供更多创新的治疗方案。

2 EndMT在动脉粥样硬化中的作用

动脉粥样硬化（atherosclerosis,AS）是一种进行性的疾病，受血流分布区血管疾病和许多全身因素（高血压、高血脂、吸烟、糖尿病等）的生物力学刺激，而炎症是许多疾病的常见发病机制，也是AS的重要组成部分。过去的研究已经证实，各种炎症细胞均与AS病变有关。越来越多的证据表明，EndMT是炎症应激和内皮功能障碍之间相互作用的关键环节[19]。在炎症因子（IFN-γ、TNF-α、IL-1β）刺激下，保护性内皮 FGFR1信号会明显降低，而EndMT间质标记物却增加，最终导致TGF-β信号传导和EndMT，并且驱动AS的进展[1]。此外，EndMT的间质标志物纤维连接蛋白，在AS区的沉积促进了NF-κB活性，从而维持了AS区域的炎症环境[20]，而且纤维连接蛋白在促进AS斑块的形成中也起一定作用。其他炎症相关的刺激，如剪切应力和氧化应激也影响着AS斑块的进展。Mahmoud等[22]的研究发现，在低剪切应力作用下，Snail是内皮间质转化的主要驱动因素，其可通过增强血管通透性促进早期AS的形成。Evrard等[6]在ApoE基因敲除小鼠主动脉斑块中发现了显著的氧化应激，并且与病变的严重程度呈正相关。

3 EndMT在静脉移植及血管重塑中作用

静脉是行经皮冠状动脉介入治疗（percutaneous coronary intervention,PCI）或冠状动脉旁路移植术（Coronary artery bypass grafting,CABG）的常用管道，但40%的静脉在移植1年后就失败了，其原因可能是静脉在移植后长期受动脉压力的影响，各细胞群之间相互作用，诱导血管重塑，随后这些细胞渐渐地失去内皮细胞表型，获得了平滑肌样间质表型[23]，这表明静脉移植重建过程中，也可发生EndMT。Evrard等[6]利用小鼠体内细胞系追踪模型发现，内皮源性细胞通过EndMT过程促进了新生内膜的形成，这依赖于Smad2/3-slug信号通路的早期激活。利用TGF-β中和抗体可导致EndMT的降低，进而使新生内膜形成减少，由此得出结论，EndMT干预静脉移植重建过程[2]。EndMT过程中各种刺激因素导致内皮细胞基底膜降解，细胞间连接丢失，促进细胞迁移到内膜，导致内膜增生[24]。有学者证实内皮源性NO可以调节血管收缩，并且在血液流量增加时介导的血管直径增加，有效防止了内皮功能障碍[25]。EndMT参与AS斑块形成[27]，肺动脉高压[26]和其他血管再狭窄[23]重塑过程。肺血管重塑是肺动脉高压的重要结构改变，这一过程涉及动脉全层的改变，并且多种炎症细胞参与其中，随后的血流动力学改变导致右心室功能衰竭及死亡[26]。此外，AS斑块中聚集的炎性单核细胞和巨噬细胞通过刺激内皮细胞和血管平滑肌细胞促进AS相关的血管壁改变[27]。

4 EndMT在心肌纤维化中的作用

在正常情况下，成纤维细胞在维持细胞外基质的稳态方面发挥着关键作用，并且在对病理刺激的反应中[28]，呈现出一种激活的肌成纤维细胞表型，这与过度的胶原沉积密切相关[29]。其中肌成纤维细胞是心肌纤维化的主要细胞成分[30]。心肌纤维化是动态过程，主要导致心室舒张功能受限，继而产生一系列血流动力学改变[31-32]。内皮功能障碍促进心肌纤维化的另一个机制可能是通过EndMT。在EndMT过程中，内皮细胞的表型发生改变，细胞失去极性和细胞连接，获得侵袭和迁移能力，促进成纤维细胞生长，增加细胞外胶原，降低心室顺应性，从而导致心肌纤维化[31]。Zeisberg等[33]表明EndMT在慢性压力超负荷过程中对病理性心肌纤维化有显著的促进作用。同时，Illigens等[31]发现血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）可通过抑制TGF-β和Smad 2的表达，降低成纤维细胞的数量，这不仅防止了胶原的沉积，而且抑制EndMT及心肌纤维化过程。此外，Cho等[32]研究证实，TGF-β1是肌成纤维细胞分化的主要调节因子，靶向性TGF-β信号通路在心脏成纤维细胞中可能具有减轻心肌纤维化的治疗潜力。然而EndMT在导致心肌纤维化方面仍然存在争议，Morris等[34]利用谱系追踪成人内皮细胞，并未发现心脏纤维化中任何EndMT的证据，这与EndMT导致心脏纤维化的研究相矛盾，事实上，成纤维细胞除了起源于EndMT细胞，另一种内皮源性成纤维细胞系，也会导致在压力超负荷情况下的心肌纤维化。对此，我们仍需要进一步的研究来探讨EndMT在成人心脏纤维化的作用及相应的分子机制。

5 Endmt在肺动脉高压（pulmonary arterial hypertension，PAH）中的作用

PAH是一种致命的进行性肺血管疾病，病理学表现为肺血管持续收缩、肺动脉重塑、远端动脉血栓形成导致肺动脉阻力和肺动脉压升高[35]。从确诊之日起5年生存率为68%[36]。近年来，EndMT被认为与PAH闭塞性血管病变的形成有关[35]。此外，越来越多的研究表明EndMT在PAH中的作用占重要地位。在PAH患者中，EndMT引起的心肌纤维化和胶原生成增加，最终导致右心室肥厚，但恢复右心室功能的机制尚不清楚。Ying等[38]采用野百合碱（MCT）建立发生PAH大鼠模型，发现心内膜层可能通过EndMT参与心室纤维化，导致右心室肥厚。在体外和体内，低氧可以诱导EndMT。其中的作用尚不清楚，这也是PAH发病过程中的一个重要环节。Zhang等[39]研究发现，缺氧诱导转录因子-1（Hypoxia inducible transcription factor-1α,HIF-1α）是细胞缺氧反应的关键调节因子，PAH时缺氧性肺微血管内皮细胞中HIF-1α活性显著升高。且HIF-1α和Twist1基因敲除能有效阻断缺氧诱导的内皮细胞。其可能通过与Twist1基因启动子结合并激活Twist1的转录和表达来调节EndMT。

为了更好地了解PAH发病及其进展的确切分子机制，还应考虑其他因素，包括炎症、缺氧等。在肺动脉中EndMT的发现和相关信号通路的阐明将为PAH的发病机制提供新的认识。

6 展望

EndMT参与了多种心血管疾病的病理生理过程，这些疾病是全球发病率和死亡率的主要原因。目前，医学界有许多关于EndMT分子机制的研究，但大多研究都局限在标志物的表达上，对其相关调控机制的研究仍较少，并且研究多集中在临床前实验，缺少可靠的人体临床病理资料。因此，EndMT相关分子机制仍需要进一步的探索。干预EndMT治疗心血管疾病有着较广阔的前景，可以使用阻断EndMT关键信号通路的药物，阻止EndMT的发生，并且联合对血压、血脂的控制来减轻、延缓心血管疾病的发展。