血管平滑肌细胞表型转换与动脉粥样硬化关系的研究进展

李玉霞 商瑀家 宋佳新 李宏霞

动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)是一种慢性炎症性疾病，也是全球人口死亡的主要原因。其发病机制涉及多个环节，尚未完全阐明。最近，遗传谱系追踪研究显示，AS斑块中存在的大部分细胞来源于血管中膜分化的血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)。

正常情况下，位于血管中膜的VSMCs通过收缩控制血管的管径和张力。成熟的VSMCs几乎不增殖并保持较低的合成活性。它们呈现收缩表型且稳定的表达平滑肌收缩标志蛋白，如平滑肌α肌动蛋白(smooth muscle alpha actin，SM α-actin)、平滑肌22α、平滑肌肌球蛋白重链等。与其他成熟的细胞不同，当血管损伤或局部环境发生变化时，VSMCs表现出极大的表型和功能可塑性，即由分化/收缩表型转换为去分化表型。伴随着VSMCs表型转换，细胞收缩标志物表达降低而增殖、迁移和合成基质等能力增强。研究发现，VSMCs表型转换是AS、高血压及血管成形术后再狭窄等众多血管疾病发生、发展的关键步骤。本文就VSMCs表型转换在AS中的作用进行综述。

一、VSMCs表型转换

1.VSMCs表型转换概念的提出与演变：VSMCs的表型转换也被称为表型转化、表型调节。早在40年前，Chamley-Campbell等[1]观察到体外培养的VSMCs经历了两种不同的形态变化，随后用“表型调节”一词来描述这一现象。近年来，随着研究的深入，人们对VSMCs表型转换的研究已不再局限于体外模型。VSMCs表型转换的概念被进一步明确，即为适应环境的变化(机体发育的不同阶段或不同疾病状态)，VSMCs所经历的形态、功能和结构的改变。

2.VSMCs表型转换的调节：VSMCs表型转换可以发生在生理或病理状态。许多因素包括生长因子、炎性因子、转录因子、脂质、血管活性因子、血流切应力及活性氧等对细胞的功能和表型均具有调节作用[2, 3]。最近研究显示，微小RNA(microRNA，miRNA)在VSMCs表型转换过程中也发挥着重要作用。通过拮抗缺氧诱导因子-1介导的自噬，miRNA-4735-3p抑制VSMCs的增殖与迁移[4]。此外，miRNA-155-5p可通过调控cGMP依赖性激酶1参与肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor alpha，TNF-α)诱导的VSMCs表型转换[5]。除了miRNA，长非编码RNA及环状RNA也都与VSMCs的表型调节有关[6]。

二、VSMCs表型转换与AS

由于发生表型转换的VSMCs表达收缩标志物减少或丧失，因此利用传统的检测手段人们很难将这些细胞识别出来。近年来，遗传谱系追踪研究显示，VSMCs通过转变为其他表型细胞，如巨噬细胞样细胞、成骨样细胞等参与AS脂质核心与钙化灶的形成[7]。

1.VSMCs合成表型与AS：正常成人血管壁的VSMCs呈收缩表型。在致AS因素的作用下，当VSMCs由收缩表型转变为合成表型，肌细胞形态也发生改变，即由长梭/纺锤形转变为菱形/上皮样。电镜下，收缩表型的VSMCs胞质内可见丰富的肌纤维。而在合成表型的细胞，其胞质内肌纤维较少、粗面内质网增多。在表型转化过程中，细胞出现的这些形态和结构的变化是VSMCs功能改变的基础。与收缩表型比较，合成表型的VSMCs表现为增殖和迁移能力增强，并合成、分泌细胞外基质(如Ⅰ/Ⅲ型胶原、基质金属蛋白酶2/9等)促进AS斑块的形成。已有研究显示，TNF-α可通过核因子κB介导的自噬促进VSMCs的增殖、迁移及白细胞介素-6(interleukin-6，IL-6)的分泌，提示TNF-α能够促进VSMCs向合成表型转换[8]。此外，由血管内皮细胞、血小板和炎性细胞释放的血小板衍生生长因子、碱性成纤维细胞生长因子、IL-1及内皮素-1等多种介质也都具有诱导VSMCs发生表型转换的作用。

研究结果显示，VSMCs在AS的不同阶段发挥的作用也不同。在AS早期，异常增殖的VSMCs促进斑块的形成；在晚期，VSMCs可以防止纤维帽的破裂，起到稳定斑块的作用。最近研究发现，通过激活AMP活化的蛋白激酶，降糖药物利拉鲁肽抑制血管紧张素Ⅱ诱导的大鼠VSMCs增殖、延缓AS的进展[9]。这一结果支持了抑制VSMCs增殖可以阻碍AS斑块形成的观点。另有研究发现，增殖的VSMCs能够发挥稳定斑块的作用。2019年，来自《Circulation》的一项研究显示，与对照组小鼠比较，无论是全部抗体产生缺陷的Prdm1fl/flCd19cre/+Apoe-/-小鼠还是免疫球蛋白G(immunoglobulin G，IgG)抗体特异性缺失的Pax5fl/-Aicda-CreApoe-/-小鼠，主动脉粥样硬化病变均表现为斑块内VSMCs减少且增殖能力降低、斑块不稳定性增加。进一步研究显示，外源性IgG抗体可能通过促进VSMCs增殖而改善斑块大小及稳定性[10]。此外，合成表型的VSMCs也可通过进一步合成胶原起到稳定AS斑块的作用[11]。

2.VSMCs巨噬细胞表型与AS：与VSMCs不同，巨噬细胞具有促进AS进展、增加斑块不稳定性的作用。在致AS因素作用下，VSMCs还会发生巨噬细胞表型转换。巨噬细胞样VSMCs表达MAC3、MAC2和CD68等巨噬细胞标志物并获得巨噬细胞的特性。它们释放促炎性细胞因子，如转化生长因子-β、干扰素γ(interferon γ，IFN-γ)及单核细胞趋化蛋白-1等激活白细胞并损伤血管内皮细胞，加重炎性反应。此外，在TNF-α、IL-1β及IFN-γ等致AS因素的刺激下，通过表达细胞间黏附分子-1与血管细胞黏附分子-1，巨噬细胞样VSMCs介导免疫细胞在AS损伤部位募集，促进AS的进展。研究发现，VSMCs向巨噬细胞表型的转换可由斑块内脂质的积累所启动。胆固醇通过下调miRNA-143/145-MYOCD轴诱导VSMCs由收缩表型向巨噬细胞表型转换。研究者对整合素β3敲除的Apoe-/-小鼠进行观察发现，整合素β3的敲除使得Toll样受体4及清道夫受体CD36在VSMCs表达上调、VSMCs对胆固醇的摄取增加且更易向巨噬细胞转分化[12]。

最近的实验数据显示，AS斑块内曾被人们认为来源于髓系的巨噬细胞，实际上是由VSMCs衍生而来。Allahverdian等[13]对人冠状动脉粥样硬化病变进行研究发现，斑块内50%±7%的泡沫细胞表达VSMCs特异性标志物SM α-actin，即斑块内一半左右的泡沫细胞来源于VSMCs。进一步研究发现，针对SM α-actin和巨噬细胞标志物CD68进行复合染色，结果显示40%±6%的CD68阳性细胞表达SM α-actin，提示这40%左右的CD68阳性细胞也为VSMCs来源。研究发现，发生巨噬细胞表型转换的VSMCs吞噬脂质能力增强。此外，促胆固醇流出的ATP结合盒转运体A1在这些VSMCs表达下调，引发细胞内胆固醇流出减少。二者共同加剧巨噬细胞样VSMCs的泡沫化进程。与巨噬细胞主要摄取氧化低密度脂蛋白(oxidation low density lipoprotein，ox-LDL)不同，巨噬细胞样VSMCs还可以摄取其他形式的低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)，如未经修饰的LDL、乙酰化LDL及酶修饰的LDL。其中，酶修饰的LDL更能有效地诱导小鼠VSMCs源性泡沫细胞的形成[14]。研究显示，巨噬细胞样VSMCs也可表达与胆固醇摄取相关的受体(如LDL受体、极低密度脂蛋白受体以及Ⅰ/Ⅱ型清道夫受体等)并上调胆固醇酯化酶乙酰辅酶A：胆固醇酰基转移酶1的表达，促进细胞对脂质的摄取与储存。虽然发生表型转换的VSMCs与巨噬细胞有相似的性质，但与活化的巨噬细胞比较，其吞噬能力仍然有限。由于巨噬细胞样VSMCs对AS病变内脂质、死亡细胞和细胞碎片等清除能力不足，导致斑块内坏死核心的形成并加剧AS的炎症过程。

3.VSMCs成骨表型与AS：在AS病变内，通常可以在纤维帽处观察到小而弥散的微钙化。随着病变进展，微钙化可以形成大钙化。有研究显示，微钙化可引起巨噬细胞的促炎反应，加剧斑块炎症，从而导致AS斑块破裂；大钙化则被认为起到稳定斑块的作用[15]。研究发现，VSMCs可通过发生凋亡或向成骨样细胞转换的方式参与AS钙化的形成。伴随着肌细胞标志物表达的下调，发生成骨表型转换的VSMCs表达碱性磷酸酶、骨桥蛋白及骨钙素等成骨细胞标志物并获得相应的功能。研究显示，ox-LDL、炎性细胞因子等因素可以促进VSMCs向成骨样细胞发生转换[16]。研究发现，17β-雌二醇可以通过促进VSMCs向成骨样细胞的分化来驱动晚期AS病变中的钙化过程[17]。Hofmann等[18]通过建立S100A12/Apoe-/-小鼠AS模型，观察了表达钙结合蛋白S100A12的VSMCs在AS钙化中的作用。结果显示，与Apoe-/-小鼠比较，S100A12/Apoe-/-小鼠的主动脉根部具有更大的钙化面积且VSMCs成骨分化相关基因RUNX-2、BMP-2及BGLAP等mRNA水平升高，提示S100A12可能通过促进VSMCs的成骨样转换参与AS钙化。比较蛋白质组学结果发现，与成骨细胞来源的外泌体相同，VSMCs来源的外泌体也含有钙离子结合蛋白和细胞外基质蛋白。最近研究显示，VSMCs释放的外泌体通过与Ⅰ型胶原相互作用形成钙结晶的成核位点，促进微钙化的发生。此外，通过抑制VSMCs的成骨样转化及外泌体与Ⅰ型胶原的结合，低聚半乳糖醛酸DP8可拮抗高磷诱导的血管钙化[19]。

4.VSMCs其他表型与AS：新近研究发现，斑块内VSMCs还可以转换为淋巴组织构建细胞(lymphoid tissue organizer，LTo)样细胞、成纤维细胞样细胞等参与AS过程。三级淋巴器官(tertiary lymphoid organs，TLOs)，也称异位淋巴组织，是淋巴组织之外存在的淋巴滤泡样结构。目前发现在AS损害部位，TLOs存在于病变动脉周围的结缔组织中，与斑块大小和病变不稳定性呈正相关[20]。在细胞及可溶性介质的作用下，VSMCs经历独特的表型转换而成为LTo样细胞。通过旁分泌作用，LTo样VSMCs分泌淋巴器官形成趋化因子C-X-C基元配体13和C-C基元配体21吸引免疫细胞(如巨噬细胞/树突状细胞、T细胞和B细胞等)进入局部外膜环境形成TLOs。此外，VSMCs还可以表达成纤维细胞标志物肌动蛋白α2，转换为成纤维细胞样细胞定位到AS病变处。另有研究显示，转录因子21通过促进VSMCs向成纤维细胞表型转换发挥抗AS的作用[21]。

三、展 望

综上所述，VSMCs表型转换的多样性决定了其功能的复杂性。近年来，随着研究手段的不断进步和完善，人们发现VSMCs在AS中的作用并不像以往认知的那么简单。正确识别斑块内VSMCs的不同表型，明确VSMCs表型转换的调节因子、信号通路等因素，有助于进一步阐明VSMCs在AS中的作用。尽管研究显示VSMCs向促炎表型转化促进了AS的进展，然而针对这些细胞的靶向治疗正处于起步阶段，尚缺乏特定的药物。体外实验显示，miRNA等非编码RNA可能影响动脉粥样硬化VSMCs的表型转化过程，有望成为AS治疗的新靶点。因此，阻止VSMCs异常表型转换可能成为AS未来防治的关键策略之一。