血管通透性增高發(fā)生機(jī)制研究進(jìn)展

孫改霞　劉圣君　趙自剛　牛春雨　(河北北方學(xué)院微循環(huán)研究所，河北　張家口　075000)

?

血管通透性增高發(fā)生機(jī)制研究進(jìn)展

孫改霞劉圣君趙自剛牛春雨(河北北方學(xué)院微循環(huán)研究所，河北張家口075000)

〔關(guān)鍵詞〕血管高通透性;血管內(nèi)皮細(xì)胞

第一作者:孫改霞( 1985－)，女，碩士，醫(yī)師，主要從事創(chuàng)傷休克研究。

正常的血管通透性是維持組織液生成與回流平衡的關(guān)鍵因素。燒傷、休克、膿毒癥等嚴(yán)重致病因素及慢性炎癥反應(yīng)、糖尿病、高血壓、代謝綜合征等慢性致病因素，均可引起血管內(nèi)皮細(xì)胞( VEC)的結(jié)構(gòu)與功能破壞，引起血管通透性增高，成為組織水腫、血液流變性異常、微循環(huán)障礙的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，嚴(yán)重影響著疾病的預(yù)后與轉(zhuǎn)歸〔1〕。本文對(duì)血管高通透性發(fā)生機(jī)制的最新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1血管通透性

血管內(nèi)皮屏障是維持血管通透性的重要因素。VEC間不同類型的黏附結(jié)構(gòu)與連接使細(xì)胞連續(xù)的單層結(jié)構(gòu)，加之VEC本身的結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了一個(gè)半滲透性屏障，即血管內(nèi)皮屏障〔2〕。血管內(nèi)皮屏障是維持跨內(nèi)皮細(xì)胞蛋白濃度梯度、維持組織液的生成與回流的重要結(jié)構(gòu)，對(duì)于組織細(xì)胞的氧供與代謝廢物的轉(zhuǎn)運(yùn)具有重要的作用。在這一復(fù)雜結(jié)構(gòu)中，VEC是血液和血管壁交界處血管的內(nèi)襯〔3〕，同時(shí)也為血液和組織間物質(zhì)交換提供了很大的表面;而內(nèi)皮細(xì)胞間的黏附連接( AJs)也參與循環(huán)細(xì)胞血管壁通透性調(diào)節(jié)〔4〕。

目前認(rèn)為，生理?xiàng)l件下，血管通透性的調(diào)節(jié)被至少兩個(gè)廣泛的機(jī)制介導(dǎo)，稱為跨細(xì)胞途徑和細(xì)胞旁途徑〔1〕?？缂?xì)胞途徑，即穿過內(nèi)皮細(xì)胞到達(dá)周圍組織〔5〕;一般情況下，蛋白質(zhì)及脂質(zhì)主要是通過該途徑來實(shí)現(xiàn)血管內(nèi)外的物質(zhì)交換與平衡〔6〕。細(xì)胞旁途徑是指一些物質(zhì)從內(nèi)皮細(xì)胞間隙穿過血管到達(dá)周圍組織?？缂?xì)胞途徑功能的實(shí)現(xiàn)與內(nèi)皮細(xì)胞的骨架蛋白形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的完整性有關(guān)，細(xì)胞旁路途徑功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠細(xì)胞間黏附或連接分子的表達(dá)有關(guān)〔7〕。參與細(xì)胞旁途徑的分子主要有:緊密連接( TJs)分子，由封閉蛋白、閉合蛋白與TJs黏附分子( JAM)構(gòu)成;另一類黏附分子以鈣黏蛋白、連環(huán)蛋白為主。此外，還存在一類在TJs與細(xì)胞骨架系統(tǒng)之間發(fā)揮紐帶作用的重要分子:閉鎖小帶( ZO)－1、－2。跨細(xì)胞途徑與細(xì)胞旁途徑對(duì)于維持內(nèi)皮滲透性具有重要作用。多種病理情況下，均可導(dǎo)致VEC損傷、TJs分子異常表達(dá)，從而引起血管內(nèi)皮屏障功能低下，導(dǎo)致血管通透性增高，成為組織水腫、器官功能障礙的重要發(fā)病學(xué)機(jī)制〔8〕。

2 VEC損傷在血管通透性增高中的作用

VEC的結(jié)構(gòu)完整、功能正常是維持微血管通透性正常的重要機(jī)制。任何引起VEC結(jié)構(gòu)與功能異常的因素，均可導(dǎo)致血管通透性異常。目前認(rèn)為〔9〕，血管通透性增加是引起重癥休克難治的一個(gè)重要病理生理表現(xiàn)，繼發(fā)于血管內(nèi)皮屏障的破壞。實(shí)驗(yàn)表明，失血性休克引起細(xì)胞凋亡介質(zhì)增加，從而啟動(dòng)的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡與血管通透性增加相關(guān)〔10〕;同時(shí)也有研究〔4〕證明細(xì)胞骨架蛋白與內(nèi)皮屏障結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

細(xì)胞凋亡可通過外在的“死亡配體”途徑或內(nèi)在的“線粒體”途徑引起〔11〕。內(nèi)在凋亡途徑是由細(xì)胞色素c、凋亡誘導(dǎo)因子( AIF)介導(dǎo)，所有這一切都是由促細(xì)胞凋亡(如Bak、Bax)基因和抗細(xì)胞凋亡基因( Bcl－2，Bcl－xL)平衡調(diào)節(jié)的，這些蛋白屬于Bcl－2家族蛋白〔12～14〕。內(nèi)在凋亡通路的啟動(dòng)開始于線粒體釋放細(xì)胞色素c。細(xì)胞色素c通過線粒體膜轉(zhuǎn)變孔向細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)，這是位于線粒體內(nèi)膜和高電導(dǎo)鈣敏感通道，允許非選擇性擴(kuò)散。線粒體膜完整性的破壞是由于細(xì)胞色素c到細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)質(zhì)和隨后內(nèi)在凋亡途徑的傳播。細(xì)胞色素c在細(xì)胞質(zhì)中，作為凋亡組件的釋放來自于凋亡蛋白酶激活因子( APAF)－1、三磷酸腺苷( ATP)和procaspase－9，通過激活caspase－3和caspase－7，從而導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)和功能異?！?4〕。

此外，細(xì)胞骨架的微絲結(jié)構(gòu)對(duì)于維持內(nèi)皮屏障至關(guān)重要，如用細(xì)胞松弛素D破壞肌動(dòng)蛋白骨架，則增加內(nèi)皮通透性，而用鬼筆環(huán)肽穩(wěn)定肌動(dòng)蛋白，則可維持內(nèi)皮屏障功能。F－肌動(dòng)蛋白，作為內(nèi)皮細(xì)胞骨架的主要成分，解聚和重排以增加張力，從而導(dǎo)致強(qiáng)烈的細(xì)胞收縮〔15〕。在失血性休克后，多種炎癥介質(zhì)大量釋放，引起F－肌動(dòng)蛋白結(jié)構(gòu)重新排列，引起內(nèi)皮細(xì)胞收縮，裂隙形成和增加滲透性〔16〕。此外，F(xiàn)－肌動(dòng)蛋白可能影響TJs和黏附結(jié)的功能，從而破壞了內(nèi)皮細(xì)胞的完整性，加大內(nèi)皮細(xì)胞間隙，增加通透性〔17，18〕。

3內(nèi)皮細(xì)胞間連接蛋白表達(dá)異常在血管通透性增高中的作用

內(nèi)皮細(xì)胞間連接作為內(nèi)皮細(xì)胞通透性的重要結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，通過TJs、AJs兩個(gè)特定的結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)血管通透性〔19〕。一般情況下，TJs通過細(xì)胞旁途徑調(diào)節(jié)離子和溶質(zhì)的通道，AJs啟動(dòng)細(xì)胞與細(xì)胞之間的聯(lián)系，促進(jìn)它們的成熟，維持血管內(nèi)皮屏障〔20〕。此外，TJs、AJs還通過與內(nèi)皮細(xì)胞肌動(dòng)蛋白相關(guān)的多個(gè)銜接分子參與血管內(nèi)皮屏障的維持與調(diào)節(jié)，如ZO－1、2、3，α、β、γ－連環(huán)蛋白〔21〕。在重癥休克發(fā)展的過程中，失控的炎癥反應(yīng)、酸中毒等多種因素均可導(dǎo)致這些連接蛋白的異常表達(dá)，從而引起血管高通透性。

3. 1 TJs TJs位于相鄰細(xì)胞間隙的頂側(cè)，由多種蛋白質(zhì)構(gòu)成，發(fā)揮著維持血管內(nèi)外液體、物質(zhì)交換的重要功能，對(duì)內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定起關(guān)鍵作用〔19〕。TJs的作用也可以看作膜的一種圍欄來限制頂部和細(xì)胞表面基底外側(cè)之間的脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的自由流動(dòng)。TJs是由超過40個(gè)蛋白質(zhì)包括跨膜蛋白閉合蛋白家族、封閉蛋白家族、JAMs家族和外圍膜相關(guān)的ZO家族的組合〔22〕。因此，改變閉合蛋白、封閉蛋白－5、ZO－1在炎性細(xì)胞因子的刺激可能有助于血管內(nèi)皮通透性的改變。

研究表明，封閉蛋白是TJs最近腔面的連接結(jié)構(gòu)，對(duì)旁細(xì)胞途徑是一選擇性的通透屏障，維持對(duì)較大分子物質(zhì)的屏障功能〔23〕;不同部位內(nèi)皮細(xì)胞的TJs不同，如血腦屏障的TJs非常豐富且結(jié)構(gòu)致密，在外周則以大動(dòng)脈較多，容量靜脈較少。JAM－A及其相關(guān)家族成員JAM－B、JAM－C、內(nèi)皮細(xì)胞選擇性黏附分子是內(nèi)皮細(xì)胞TJs的另一重要組成部分，在失血性休克后炎癥反應(yīng)引起血管通透性增高的這一過程中發(fā)揮作用〔24〕; JAM－C增加VEC通透性時(shí)，在內(nèi)皮細(xì)胞表面表達(dá)，提示它可能在促進(jìn)和(或)組織之間連接形成中發(fā)揮作用〔25〕。

3. 2 AJs AJs的功能是通過鈣黏素直接連接到p120、βcatenin和斑珠蛋白實(shí)現(xiàn)的。一大組肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白與AJs相關(guān)，如α－連環(huán)蛋白、黏著蛋白、α－肌動(dòng)蛋白、惡性腫瘤丟失蛋白等。另外，一些磷酸酶，如血管內(nèi)皮細(xì)胞酪胺酸磷化酸酶( VE－PTP)、蛋白酪氨酸磷酸酶2( SHP2)，和一些激酶也直接或間接與AJs相關(guān)聯(lián)。使用VE－鈣黏蛋白的抑制性抗體可引起內(nèi)皮細(xì)胞收縮和內(nèi)皮下基質(zhì)暴露部分分離，從而加大了肺和心臟的血管通透性〔5〕，表明VE－鈣黏蛋白在血管通透性和完整性的控制中發(fā)揮重要作用。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，組胺、腫瘤壞死因子、血小板活化因子和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子( VEGF)誘導(dǎo)的VE－鈣黏蛋白、β－鈣黏蛋白、p120的酪氨酸磷酸化，增加了培養(yǎng)系統(tǒng)中的細(xì)胞通透性〔5〕。也有研究指出，VE－鈣黏蛋白特別容易受到酶的蛋白水解作用;白細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞可以釋放大量的彈性蛋白酶、重組金屬蛋白酶10及其他有誘導(dǎo)消化作用因素的酶，促進(jìn)VE－鈣黏蛋白裂解，增加細(xì)胞外滲和血漿滲漏?？梢?，血管通透性的調(diào)控是通過上調(diào)或下調(diào)VE－鈣黏蛋白表達(dá)來實(shí)現(xiàn)的〔5〕。此外，高濃度組胺、凝血酶、生長(zhǎng)因子等刺激因素也可通過磷酸化肌球蛋白輕鏈和激活p21激活的蛋白激酶調(diào)節(jié)細(xì)胞收縮效應(yīng)，增加內(nèi)皮細(xì)胞通透性〔26〕。

4血管高通透性導(dǎo)致一些重要器官的變化

血管通透性增高引起組織液的生成超過回流，導(dǎo)致組織水腫，這成為實(shí)質(zhì)細(xì)胞、組織器官缺血、缺氧的重要機(jī)制，也是引起重要器官結(jié)構(gòu)損傷與功能障礙的重要發(fā)病基礎(chǔ)。

4. 1肺肺組織的氣血屏障結(jié)構(gòu)包括VEC及其基底膜、細(xì)胞間質(zhì)及肺泡上皮細(xì)胞(Ⅰ型和Ⅱ型)及其基底膜，將毛細(xì)血管和氣體隔開的氣血屏障的厚度僅為0．5 μm，它能夠允許氣體在肺泡中進(jìn)行有效的交換以提供足夠的通氣。當(dāng)肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷時(shí)，肺泡的屏障功能遭到破壞，引起肺的通透性增高，致使大量水腫液或炎癥細(xì)胞滲入肺泡腔，出現(xiàn)透明膜，成為加重肺呼吸功能障礙的重要因素，也成為后繼炎癥反應(yīng)的呼吸爆發(fā)的重要因素〔27〕。

4. 2腎臟大量研究表明，多種炎性介質(zhì)介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)參與了慢性腎病的發(fā)生與發(fā)展〔28～30〕。腎小球內(nèi)皮細(xì)胞是腎小球?yàn)V過屏障的重要組成部分，也是炎癥反應(yīng)的靶細(xì)胞，細(xì)胞骨架的功能變化是慢性腎病患者早期炎癥引起血管通透性增加的主要機(jī)制〔31〕。目前也有研究發(fā)現(xiàn)〔30〕，VEGF表達(dá)和分泌增多，可導(dǎo)致血管內(nèi)皮調(diào)控通透性功能的破壞，造成血管通透性增加，從而引發(fā)腎綜合征出血熱，與此同時(shí)，內(nèi)皮細(xì)胞間的多種連接蛋白在調(diào)節(jié)血管通透性方面同樣起著重要的作用。

4. 3皮膚Klein等〔32〕發(fā)現(xiàn)，重度燒傷患者后，炎癥細(xì)胞活化，黏附、聚集于VEC或扣押于組織，釋放大量的炎癥介質(zhì)和血管活性物質(zhì)，出現(xiàn)全身性炎癥反應(yīng)，從而導(dǎo)致毛細(xì)血管通透性增高，血管內(nèi)液外滲至組織間隙。

5參考文獻(xiàn)

1趙克森，黃巧冰．血管通透性增高的基本機(jī)制〔J〕．中國(guó)病理生理雜志，2003; 19( 4) : 549－53．

2 Yu H，Huang X，Ma Y，et al．Interleukin－8 regulates endothelial permeability by down－regulation of tight junction but not dependent on integrins induced focal adhesions〔J〕．Int J Biol Sci，2013; 9( 9) : 966－79．

3 Sasaki N，Toyoda M．Glycoconjugates and related molecules in human vascular endothelial cells〔J〕．Int J Vasc Med，2013; 2013: 963596．

4 Baldwin AL，Thurston G．Mechanics of endothelial cell architecture and vascular permeability〔J〕．Crit Rev Biomed Eng，2001; 29: 247－8．

5 Dejana E，Tournier－Lasserve E，Weinstein BM．The control of vascular integrity by endothelial cell junctions: molecular basis and pathological implications〔J〕．Dev Cell，2009; 16( 2) : 209－21．

6 Mehta D，Malik AB．Signaling mechanisms regulating endothelial permeability〔J〕．Physiol Rev，2006; 86: 279－367．

7 Wallez Y，Huber P．Endothelial adherens and tight junctions in vascular homeostasis，inflammation and angiogenesis〔J〕．Biochim Biophys Acta，2008; 1778: 794－809．

8 Dejana E，Orsenigo F，Lampugnani MG．The role of adherens junctions and VE－cadherin in the control of vascular permeability〔J〕．J Cell Sci，2008; 121( Pt 13) : 2115－22．

9 Tharakan B，Whaley JG，Hunter FA，et al．(－)－Deprenyl inhibits vascular hyperpermeability after hemorrhagic shock〔J〕．Shock，2010; 33 ( 1) : 56－63．

10 Tharakan B，Hunter RA，Smythe WR，et al．Alpha－lipoic acid attenuates hemorrhagic shock－induced apoptotic signaling and vascular hyperpermeability〔J〕．Shock，2008; 30( 5) : 571－7．

11 Honda HM，Korge P，Weiss JN．Mitochondria and ischemia/ reperfusion injury〔J〕．Ann N Y Acad Sci，2005; 1047: 248－58．

12 Childs EW，Tharakan B，Hunter FA，et al．Mitochondrial complexⅢis involved in proapoptotic BAK－induced microvascular endothelial cell hyperpermeability〔J〕．Shock，2008; 29( 5) : 636－41．

13 Gottlieb E，Vander Heiden MG，Thompson CB．Bcl－x( L) prevents the initial decrease in mitochondrial membrane potential and subsequent reactive oxygen species production during tumor necrosis factor alpha－induced apoptosis〔J〕．Mol Cell Biol，2002; 20( 15) : 5680－9．

14 Childs EW，Tharakan B，Hunter FA，et al．Apoptotic signaling induces hyperpermeability following hemorrhagic shock〔J〕．Am J Physiol Heart Circ Physiol，2007; 292: H3179－89．

15 You QH，Sun GY，Wang N，et al．Role of src－suppressed C kinase substrate in rat pulmonary microvascular endothelial hyperpermeability stimulated by inflammatory cytokines〔J〕．Inflamm Res，2010; 59( 11) : 949－58．

16 Fang J，Wang M，Zhang W，et al．Effects of dexamethasone on angiotensinll－induced changes of monolayer permeability and F－actin distributionin glomerular endothelial cells〔J〕．Exp Ther Med，2013; 6( 5) : 1131－6．

17 Miura S，Saku K，Karnik SS．Molecular analysis of the structure and function of the angiotensinⅡtype 1 receptor〔J〕．Hypertens Res，2003; 26: 937－43．

18 Davis B，Dei Cas A，Long DA，et al．Podocyte－specific expression of angiopoietin－2 causes proteinuria and apoptosis of glomerular endothelia 〔J〕．J Am Soc Nephrol，2007; 18( 8) : 2320－9．

19 Balda MS，Matter K．Tight junctions and the regulation of gene expression〔J〕．Biochim Biophys Acta，2009; 1788( 4) : 761－7．

20 Gonzalez－Mariscal L，Hernández S，Vega J．Inventions designed to enhance drug delivery across epithelial and endothelial cells through the para cellular pathway〔J〕．Recent Pat Drug Deliv Formul，2008; 2( 2) : 145－76．

21 Spindler V，Schlegel N，Waschke J．Role of GTPases in control of microvascular permeability〔J〕．Cardiovasc Res，2010; 87( 2) : 243－53．

22 Matter K，Balda MS．Signalling to and from tight junctions〔J〕．Nat Rev Mol Cell Biol，2003; 4: 225－36．

23 Furuse M，Tsukita S．Claudins in occluding junctions of humans and flies〔J〕．Trends Cell Biol，2006; 16( 4) : 181－8．

24 Weber C，F(xiàn)raemohs L，Dejana E．The role of junctional adhesion molecules in vascular inflammation〔J〕．Nat Rev Immunol，2007; 7( 6) : 467－77．

25 Orlova VV，Economopoulou M，Lupu F，et al．Junctional adhesion molecule－C regulates vascular endothelial permeability by modulating VE－cadherin－mediatedcell－cell contacts〔J〕．J Exp Med，2006; 203( 12) : 2703－14．

26 Stockton RA，Schaefer E，Schwartz MA．p21－activated kinase regulates endothelial permeability through modulation of contractility〔J〕．J Biol Chem，2004; 279( 45) : 46621－30．

27 Gavrilovskaya IN，Gorbunova EE，Mackow NA，et al．Hantaviruses direct endothelial cell permeability by sensitizing cells to the vascular permeability factor VEGF，while angiopoietin 1 and sphingosine 1－phosphate inhibit hantavirus－directed permeability〔J〕．J Virol，2008; 82 ( 12) : 5797－806．

28 Vianna HR，Soares CM，Tavares MS，et al．Inflammation in chronic kidney disease: the role of cytokines〔J〕．J Bras Nefrol，2011; 33: 351－64．

29 Cheung WW，Paik KH，Mak RH．Inflammation and cachexia in chronic kidney disease〔J〕．Pediatr Nephrol，2010; 25: 711－24．

30 Sun YB，Qu X，Zhang X，et al．Glomerular endothelial cell injury and damage precedes that of podocytes in adriamycin－induced nephropathy 〔J〕．PLoS One，2013; 8: e55027．

31 Birukova AA，Birukov KG，Adyshev D，et al．Involvement of microtubules and Rho pathway in TGF－beta1－induced lung vascular barrier dysfunction〔J〕．Cell Physiol，2005; 204: 934－47．

32 Klein MB，Edwards JA，Kramer CB，et al．The beneficial effects of plasma exchange after severe burn injury〔J〕．J Burn Care Res，2009; 30 ( 2) : 243－8．

〔2014－12－27修回〕

(編輯杜娟)

通訊作者:牛春雨( 1967－)，男，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事危重病的基礎(chǔ)與臨床研究。

基金項(xiàng)目:河北省高校百名創(chuàng)新人才支持計(jì)劃(Ⅱ，BR2－105)

〔中圖分類號(hào)〕R331. 4

〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A

〔文章編號(hào)〕1005-9202( 2016) 02-0487-03;

doi:10. 3969/j. issn. 1005-9202. 2016. 02. 112