血管內(nèi)皮細(xì)胞與胰島移植

張玉新(綜述)，周 燕(審校)

(第二軍醫(yī)大學(xué)長(zhǎng)征醫(yī)院南京分院內(nèi)分泌科，南京225001)

天然胰島具有類似腎小球毛細(xì)血管網(wǎng)樣的豐富血供，為胰島細(xì)胞提供了充足的氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并使分泌的激素迅速進(jìn)入循環(huán)。而移植的胰島完全脫離了天然環(huán)境，其存活及功能依賴于新生血管的重構(gòu)，繼而從受體獲得血供。據(jù)估計(jì)，移植后只有不到30%的胰島能夠存活，多數(shù)胰島在移植早期即死亡，此與免疫無(wú)關(guān)，主要由于缺血缺氧所致。因此，迅速而充分的再血管化對(duì)于移植胰島的存活及功能至關(guān)重要。而血管內(nèi)皮細(xì)胞是再血管化的關(guān)鍵。

1 血管內(nèi)皮細(xì)胞與胰島再血管化

胰島中存在豐富的血管內(nèi)皮細(xì)胞，絕大多數(shù)胰島內(nèi)皮細(xì)胞在分離后早期仍然存活。以往認(rèn)為，胰島移植后的血管重建完全依賴于供體，而Song等［1］將新鮮分離的胰島立即移植，發(fā)現(xiàn)移植后的胰島中供體的胰島血管內(nèi)皮細(xì)胞仍然存活，接近40%的胰島新生血管來(lái)源于這些供體的內(nèi)皮細(xì)胞。因此，供體和受體的內(nèi)皮細(xì)胞共同參與了胰島移植后的血管重建。Cabric等［2］采用小鼠復(fù)制缺陷反轉(zhuǎn)錄病毒轉(zhuǎn)染胰島，成功地從胰島中克隆并建立了內(nèi)皮細(xì)胞系，證實(shí)了胰島中尚存在去分化的內(nèi)皮前體細(xì)胞，這些血管內(nèi)皮種子細(xì)胞也可能在胰島移植后的血管新生中發(fā)揮作用。

然而，移植胰島自身的血管新生能力較弱，并不足以形成類似天然胰島的充足血供。在胰島分離、純化及移植早期，由于正常血供的破壞，胰島一直處于缺氧狀態(tài)，低氧刺激胰島β細(xì)胞代償性地增加表達(dá)血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)，但VEGF表達(dá)的增加并不能阻止胰島內(nèi)皮細(xì)胞的死亡［3］。缺氧狀態(tài)使胰島內(nèi)皮細(xì)胞大量死亡，是導(dǎo)致移植物血管新生能力差，血供不足的重要原因。

目前認(rèn)為，胰島內(nèi)的血管新生開始于移植后3～5 d，至第14天基本完成［4］。因此，在移植后早期加快血管新生的進(jìn)程，就能夠改善胰島移植的效果。

2 VEGF對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞及胰島移植的影響

VEGF能通過激活絲裂素活化蛋白激酶/細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶并抑制應(yīng)激活化蛋白激酶信號(hào)通路維持內(nèi)皮細(xì)胞的存活［5］。胰島β細(xì)胞表達(dá)VEGF，正常胰腺中胰島的血管密度約為外分泌腺的5倍，而剔除胰島β細(xì)胞VEGF基因的小鼠胰島血管密度明顯降低，胰島的內(nèi)皮細(xì)胞密度與外分泌腺相當(dāng)。因此，高表達(dá)VEGF是胰島中血管內(nèi)皮細(xì)胞含量豐富的主要原因。

VEGF對(duì)胰島移植的保護(hù)作用主要是通過促進(jìn)血管新生而間接實(shí)現(xiàn)的。用腺病毒載體轉(zhuǎn)染小鼠胰島使其表達(dá)VEGF，移植轉(zhuǎn)染的胰島后發(fā)現(xiàn)移植物血管新生明顯增強(qiáng)，再血管化進(jìn)程明顯加快，一次移植成功所需的胰島數(shù)量亦明顯減少［6］。

Stagner等［4］改變策略，在大鼠腎包膜下移植胰島時(shí)添加VEGF緩釋顆粒(每日釋放20 ng VEGF，持續(xù)30 d)，發(fā)現(xiàn)移植效率亦明顯改善。由此可見，VEGF對(duì)胰島移植的保護(hù)作用主要是通過促進(jìn)再血管化而間接實(shí)現(xiàn)的。除此之外，VEGF還能直接抑制胰島表達(dá)組織相容性復(fù)合體Ⅱ，降低移植胰島的免疫原性，并阻止胰島的壞死和凋亡［4］。

一種新的超聲介導(dǎo)的基因操作技術(shù)亦被用于轉(zhuǎn)染胰島，Shimoda等［7］采用該方法轉(zhuǎn)染 VEGF后發(fā)現(xiàn)，該方法也能顯著改善移植的成功率，作為一種非病毒介導(dǎo)的更為安全的基因操作手段，該方法有望對(duì)改善移植效果起到重要作用。

此外，某些藥物對(duì)VEGF也會(huì)產(chǎn)生影響，deferoxamine能使β細(xì)胞產(chǎn)生 VEGF增多［8］，而 Rapamycin則會(huì)影響VEGF介導(dǎo)的再血管化［9］。

因此，在移植早期提高局部VEGF的濃度，并維持一段時(shí)間，能夠明顯加快再血管化進(jìn)程，改善移植預(yù)后。

3 內(nèi)皮細(xì)胞包被對(duì)胰島移植的影響

胰島表達(dá)組織因子，能結(jié)合活化的凝血因子Ⅶ，進(jìn)而激活外源性的凝血通路，是體內(nèi)凝血的主要啟動(dòng)因子。臨床胰島移植時(shí)，輸入門靜脈的胰島表達(dá)的組織因子會(huì)誘發(fā)凝集反應(yīng)，即血液介導(dǎo)的急性炎性反應(yīng)［10］，表現(xiàn)為凝血系統(tǒng)和補(bǔ)體系統(tǒng)的活化、血小板的快速結(jié)合活化以及白細(xì)胞浸潤(rùn)胰島，從而破壞胰島形態(tài)，影響胰島功能。而血管內(nèi)皮細(xì)胞是體內(nèi)唯一能夠耐受與血液直接接觸的細(xì)胞。

Johansson等［11］將人的胰島與原代培養(yǎng)的人主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞在體外共培養(yǎng)2～7 d，使胰島表面被內(nèi)皮細(xì)胞覆蓋形成一層天然的生物膜，而后暴露于同血型的血液，發(fā)現(xiàn)包被后的胰島引發(fā)的凝血及補(bǔ)體系統(tǒng)活化明顯減弱，炎性反應(yīng)、CD11b+細(xì)胞浸潤(rùn)亦明顯減少，對(duì)血液直接接觸的耐受性增加，血液介導(dǎo)的急性炎性反應(yīng)明顯緩解，并且這種保護(hù)作用與覆蓋程度密切相關(guān);將這種內(nèi)皮細(xì)胞包被的胰島移植到裸鼠腎包膜下，發(fā)現(xiàn)存活的內(nèi)皮細(xì)胞能顯著增強(qiáng)移植胰島的血管新生能力。因此，經(jīng)血液采集自體血管內(nèi)皮細(xì)胞并體外擴(kuò)增后包被供體胰島，也可能改善臨床胰島移植的效果。

4 內(nèi)皮前體細(xì)胞動(dòng)員對(duì)胰島移植的影響

在胚胎形成期，胚胎通過局部信號(hào)吸引血管母細(xì)胞遷移聚集到特定位置后不斷增殖，形成原始血管，這一過程稱為血管發(fā)生(vasculogenesis)，而出生后，血管的新生主要依賴現(xiàn)有的血管以出芽(sprouting)的方式形成。1997年，內(nèi)皮前體細(xì)胞(circulating endothelial precursors，EPC)首次從人的外周血中分離出來(lái)，并證實(shí)其體外可以分化為成熟的血管內(nèi)皮細(xì)胞，晚近研究發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞主要來(lái)源于骨髓，并能通過一種類似胚胎期血管發(fā)生的機(jī)制參與血管形成，稱為出生后的血管發(fā)生(postnatal vasculogenesis)［12］。將分離純化的EPC移植或直接動(dòng)員骨髓中的EPC都能明顯促進(jìn)缺血組織的血管新生，加快組織再生及功能恢復(fù)［13］。

Mathews等［14］用動(dòng)物模型證實(shí)，損傷的胰島能在局部募集外周血中骨髓來(lái)源的EPC，這些細(xì)胞在局部分化為成熟的血管內(nèi)皮細(xì)胞，從而促進(jìn)損傷胰島的血管新生。Contreras等［15］對(duì)胰島移植的小鼠行粒-巨噬細(xì)胞集落刺激因子注射動(dòng)員骨髓中的EPC，0.5 μg/d，持續(xù)7 d后，發(fā)現(xiàn)外周循環(huán)中的內(nèi)皮前體細(xì)胞數(shù)量明顯增加，并參與移植后胰島的血管重建，使其血管密度明顯增加，移植物功能改善。因此，在胰島移植的同時(shí)動(dòng)員骨髓中的EPC，將體外擴(kuò)增的自體EPC與胰島混合移植或經(jīng)靜脈回輸，都可能通過促進(jìn)胰島血管新生而改善移植的效果。

5 骨髓干細(xì)胞對(duì)再血管化的影響

研究表明，骨髓中的造血干細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)再血管化均有貢獻(xiàn)，在STZ造模的大鼠，將胰島和107數(shù)量級(jí)的間充質(zhì)干細(xì)胞共移植能顯著提高胰島移植的成功率，降低成功移植所需要的胰島用量，共移植后的胰島血管密度更高，血供更好，糖耐量表現(xiàn)亦更好［16］。另有研究將骨髓有核細(xì)胞分離后直接與胰島共移植給STZ造模的小鼠，與單純移植胰島組相比，共移植骨髓細(xì)胞的小鼠血糖水平更低，血胰島素水平更高，免疫組化證實(shí)，移植的胰島VEGF密度更高，提示再血管化改善［17］。

6 其他

血管內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)胰島的作用還體現(xiàn)在一些特殊的時(shí)期。在胚胎期，內(nèi)胚層前腸與胚胎背側(cè)主動(dòng)脈和腹側(cè)卵黃靜脈內(nèi)皮接觸的部位產(chǎn)生背胰芽，缺乏內(nèi)皮信號(hào)則不能產(chǎn)生正常的胰腺［18］。在妊娠期，胰島中增殖的血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子，刺激β細(xì)胞增殖，而β細(xì)胞產(chǎn)生的VEGF和胰島素又能作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞，促進(jìn)其表達(dá)肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子［19］。此外，血管內(nèi)皮細(xì)胞亦可作為基因治療的載體細(xì)胞，轉(zhuǎn)基因修飾的血管內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)胰島移植的保護(hù)作用尚有待研究。另外，有研究發(fā)現(xiàn)肝臟星形細(xì)胞與胰島共移植也能改善移植胰島的存活狀態(tài)，一個(gè)重要的機(jī)制是星形細(xì)胞發(fā)揮了營(yíng)養(yǎng)支持作用，促進(jìn)了血管內(nèi)皮細(xì)胞的存活和再血管化［20］。

7 小結(jié)

血管內(nèi)皮細(xì)胞與胰島移植后的再血管化關(guān)系密切。局部高表達(dá)VEGF促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖，直接補(bǔ)充內(nèi)皮細(xì)胞或內(nèi)皮前體細(xì)胞，動(dòng)員骨髓中的內(nèi)皮前體細(xì)胞，都能加快胰島移植后血管新生的進(jìn)程，改善移植效果，對(duì)臨床胰島移植具有重要意義。

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