內(nèi)皮祖細(xì)胞與肢體缺血疾病的研究現(xiàn)狀

孫藝瑋，姜維良

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院普通外科，黑龍江哈爾濱150081)

血管內(nèi)皮祖細(xì)胞(endothelial progenitor cells，EPCs)是一類與造血前體細(xì)胞有著相似特征的單核細(xì)胞群，它們?cè)诔审w血管新生和受損內(nèi)膜的再內(nèi)皮化中發(fā)揮重要作用。近年來(lái)有關(guān)EPCs的基礎(chǔ)研究進(jìn)展迅速，其研究成果為缺血性疾病、腫瘤的治療和組織工程研究展現(xiàn)了新的視角，同時(shí)也顯示出良好的臨床應(yīng)用前景，本文就成體EPCs的來(lái)源、分布，生物學(xué)特征、作用及臨床應(yīng)用等方面的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。

1 EPCs概述

1.1 EPCs的來(lái)源及分布

EPCs主要來(lái)源于骨髓、外周血、臍血和胚胎等組織。1997年采用磁珠分選法首次從外周血中分離出EPCs，它們?cè)谘軆?nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的作用下分化為內(nèi)皮細(xì)胞，同時(shí)發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞參與動(dòng)物缺血肢體血管生成［1］。近年來(lái)也有研究者從外周血收集祖細(xì)胞，采用內(nèi)皮祖細(xì)胞局部肌間注射治療閉塞性動(dòng)脈硬化癥，結(jié)果顯示移植部位皮溫明顯升高、潰瘍面出現(xiàn)新生肉芽組織以致潰瘍縮小愈合［2］。

此外研究已經(jīng)證實(shí)，臍血也能分離出EPCs。采用免疫磁珠法分離出CD34+和CD133+細(xì)胞，并分析細(xì)胞表面的特征性分子，發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞可表達(dá)EPCs特有的轉(zhuǎn)錄基因，其編碼的蛋白質(zhì)與細(xì)胞的自我復(fù)制、信號(hào)傳導(dǎo)、細(xì)胞骨架重建、招募及黏附密切相關(guān)［3］。從胚胎中分離出EPCs，可表達(dá)血管性血友病因子(Von Willebrand Factor，vWF)等，這些細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)分化為內(nèi)皮細(xì)胞［4］。造血細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞來(lái)源于胚胎，兩者在胚胎時(shí)期比成年時(shí)期關(guān)系更密切［5］。

1.2 EPCs的表面標(biāo)記

2000年，發(fā)現(xiàn)了CD133(AC133)，認(rèn)為CD133+/CD34+/VEGFR-2+細(xì)胞是一種早期 EPCs［6］，分化成熟的過(guò)程中逐漸失去CD133，而在成熟的EC上則無(wú) CD133表達(dá)。但2001年，又提出了 CD34－EPCs的概念［7］。2002年，從成體骨髓中分離出一種 CD133+/VEGFR-2+/CD34－/VE-cadherin－的多潛能祖細(xì)胞［8］。這些細(xì)胞在體外經(jīng)VEGF誘導(dǎo)培養(yǎng)可增殖分化為CD34+/VEGFR-2+/VE-cadherin+EPCs;在體內(nèi)參與腫瘤的血管新生和創(chuàng)傷愈合，故也被認(rèn)為是EPCs的前體細(xì)胞。由此可見(jiàn)，EPCs的表面標(biāo)記并非單一的，且在不同的發(fā)育階段可能表達(dá)不同的標(biāo)記，或者不同來(lái)源的EPCs也可能具有不同的標(biāo)記?？傊?，迄今為止，還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)可以明確識(shí)別EPCs的特異性表面標(biāo)記，但是有關(guān)研究表明，同時(shí)表達(dá)CD133、VEGFR-2和CD34的細(xì)胞具有遷移并分化為成熟內(nèi)皮細(xì)胞的能力，能夠促進(jìn)出生后的血管形成。

1.3 EPCs的動(dòng)員、歸巢

動(dòng)員指EPCs從骨髓釋放到外周血的過(guò)程，成人內(nèi)皮祖細(xì)胞的動(dòng)員過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，其受許多細(xì)胞因子的影響，如VEGF、血小板源性生長(zhǎng)因子(platelet derived growth factor，PDGF)等在內(nèi)皮祖細(xì)胞的動(dòng)員中發(fā)揮重要的促進(jìn)作用。歸巢指外周血EPCs遷移到組織缺血或內(nèi)皮損傷部位，黏附、結(jié)合到受損血管的過(guò)程，EPCs的歸巢是一個(gè)復(fù)雜、精密的過(guò)程。將含有VEGF的填充物移植到缺血部位，可引起移植部位的EPCs聚集，促進(jìn)血管新生，提示VEGF有促進(jìn)EPCs歸巢的作用［9］。二者可受到多種共同因素的調(diào)控，又受到各自獨(dú)立的因素調(diào)控，如VEGF和基質(zhì)細(xì)胞源性因子-1(stromal cell derived factor-1，SDF-1)既可促進(jìn)EPCs動(dòng)員，又可促使其歸巢。而活化的基質(zhì)金屬蛋白酶-9(matrix metallo proteinase-9，MMP-9)可激活造血母細(xì)胞，使其分化為EPCs和造血干細(xì)胞;一氧化氮合酶在骨髓干/祖細(xì)胞動(dòng)員中也起著重要作用，它可以促使MMP-9 的激活［10］。

1.4 EPCs的分化

EPCs的分化與黏附分子、黏附后細(xì)胞之間的相互作用及微環(huán)境有密切關(guān)系。經(jīng)西伐他汀處理過(guò)的EPCs表現(xiàn)出較強(qiáng)的向血管內(nèi)皮細(xì)胞分化的能力，然而，這種增強(qiáng)的分化能力可以被黏附素受體阻斷劑所阻斷，這表明黏附分子在EPCs的分化中發(fā)揮重要作用［11］。

1.5 EPCs的作用

研究證實(shí)，EPCs在成體的生理性和病理性血管新生中發(fā)揮著重要作用。小鼠骨髓移植實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，誘發(fā)排卵后的黃體和子宮內(nèi)膜及下肢或心肌缺血組織中均能檢測(cè) EPCs［12］。將體外擴(kuò)增的人EPCs移植到后肢缺血的裸鼠中發(fā)現(xiàn)，EPCs促進(jìn)了缺血組織的血管新生，肢體壞死和截肢減少了近50%［13］。將新鮮分離的人EPCs移植到后肢缺血的糖尿病裸鼠中，其結(jié)果提示，在疾病狀態(tài)下它們也可以促進(jìn)血管新生［14］。研究顯示，EPCs參與受損血管內(nèi)膜的再內(nèi)皮化，在維持內(nèi)皮穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮重要作用。研究人員在犬的胸降主動(dòng)脈人工血管以及患者的左心室輔助裝置表面發(fā)現(xiàn)EPCs移生現(xiàn)象［15］。通過(guò)對(duì)犬頸動(dòng)脈內(nèi)皮剝脫實(shí)驗(yàn)研究，證實(shí)骨髓來(lái)源的EPCs參與了受損內(nèi)膜的再內(nèi)皮化［16］。

1.6 EPCs的影響因素

正常情況下，骨髓中EPCs處于休眠狀態(tài)，在很多刺激因素作用下動(dòng)員到體循環(huán)，導(dǎo)致外周循環(huán)血中EPCs的數(shù)量增加，并遷移到特定的位點(diǎn)分化增生，形成內(nèi)皮細(xì)胞并促進(jìn)血管發(fā)生。目前已證實(shí)對(duì)EPCs有動(dòng)員作用的因素包括生長(zhǎng)因子:VEGF、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)、胎 盤 生 長(zhǎng) 因 子 (placenta growth factor，P1-GF)、促紅細(xì)胞生成素(erythropoietin，EPO)等;致炎細(xì)胞因子:粒-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)、白細(xì)胞介素-1(interleukin-1，IL-1)、基質(zhì)細(xì)胞衍生因子(stroma cell derivation factor-1，SDF-1);藥物和激素:他汀類藥物、血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑、雌激素等;機(jī)體某些生理或病理狀態(tài):組織缺血、不穩(wěn)定型心絞痛、急性心肌梗死時(shí)外周血中EPCs迅速增加。在低氧5周的大鼠中發(fā)現(xiàn)他汀類藥物通過(guò)抑制SDF-la/CXCR4和ICAM-1/CDl8途徑減少骨髓來(lái)源的EPCs的動(dòng)員及歸巢［17］。不少研究己證實(shí)，EPCs在VEGF或缺血刺激下確可分化為成熟內(nèi)皮細(xì)胞，它在體內(nèi)具有明顯的內(nèi)皮修復(fù)和促血管新生作用［18］。研究也證實(shí)了EPO可誘導(dǎo)EPCsAkt/eNOS磷酸化和NO合成，增加EPCs的動(dòng)員而抑制損傷動(dòng)脈的內(nèi)膜增生［19］。

2 EPCs與肢體缺血性疾病的治療

血管新生療法用于治療缺血性疾病的臨床實(shí)驗(yàn)已有十余年的歷史，經(jīng)歷了從生長(zhǎng)因子(growth factor，GF)基因?qū)氲闹委熜匝苄律?therapeutic angiogenesis)到EPCs移植的治療性血管形成(therapeutic vasculogenesis)階段。

目前已有EPCs移植治療肢體缺血性疾病的臨床應(yīng)用報(bào)道。國(guó)外首先采用骨髓單個(gè)核細(xì)胞進(jìn)行缺血肢體的局部肌肉注射治療［20］。隨訪4周，結(jié)果顯示患者的踝肱指數(shù)、靜息痛及無(wú)痛行走時(shí)間均明顯改善，并無(wú)嚴(yán)重的并發(fā)癥;24周時(shí)，缺血肢體側(cè)支血管數(shù)目明顯增加，血流灌注恢復(fù)。這些可能與骨髓單個(gè)核細(xì)胞中含有EPCs及一些促血管生成因子有關(guān)。另外，2002年相關(guān)研究也證明了，EPCs移植治療肢體缺血性疾病安全、可行［21］。從國(guó)外應(yīng)用情況來(lái)看，取得了緩解癥狀、降低截肢平面，甚至避免截肢的效果。

繼國(guó)外相應(yīng)的臨床應(yīng)用研究報(bào)道之后，2003年國(guó)內(nèi)首先開(kāi)展了自體骨髓干細(xì)胞移植治療下肢缺血的臨床研究，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)患者達(dá)到了避免截肢或降低截肢平面的目的［22］。同年又進(jìn)行了第1例動(dòng)脈腔內(nèi)干細(xì)胞移植術(shù)，并對(duì)這2種不同自體骨髓干細(xì)胞移植的方法進(jìn)行了對(duì)比，肌肉局部注射組患者小腿疼痛的緩解率＞90%，而血管腔內(nèi)注射組的疼痛緩解改善率幾乎100%。之后又嘗試采用外周血干細(xì)胞移植治療下肢缺血，到目前為止全國(guó)大約有2 000余例患者已經(jīng)得到治療，大多數(shù)患者的臨床癥狀明顯改善，這使不少患者不僅保存了肢體，而且挽救了生命。

3 EPCs的展望

目前，干細(xì)胞研究是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。EPCs移植通過(guò)促進(jìn)血管新生治療缺血性疾病的新策略具有巨大的臨床應(yīng)用潛力，EPC在血管新生治療中的作用已在臨床前實(shí)驗(yàn)中取得了較為肯定的結(jié)果。雖然有許多問(wèn)題尚需解決，但該手段較傳統(tǒng)的治療方法有著無(wú)可比擬的優(yōu)越性。相信隨著基礎(chǔ)與臨床研究的不斷深入，在不久的將來(lái)，采用其他來(lái)源的干細(xì)胞移植如臍血干細(xì)胞移植、胎肝細(xì)胞移植、干細(xì)胞和(或)祖細(xì)胞的基因修飾、細(xì)胞因子的聯(lián)合運(yùn)用等多種治療手段，干細(xì)胞移植治療下肢缺血性疾病定會(huì)迎來(lái)更加廣闊的應(yīng)用前景。

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