血管平滑肌細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化及相關(guān)機制

崔源源 綜述 王欣 趙福海 審校

(中國中醫(yī)科學(xué)院西苑醫(yī)院心血管病中心，北京100091)

成熟的血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cells，VSMC)具有較高的細(xì)胞特異性，主要表現(xiàn)為收縮血管、調(diào)節(jié)血壓和血流分布等功能。分化成熟的VSMC表現(xiàn)為極低的增殖率和合成性。由于VSMC具有強大的表型可塑性，受損的VSMC可進(jìn)行表型轉(zhuǎn)換，進(jìn)而在心血管疾病中扮演著重要角色，如動脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)、高血壓等[1-3]。AS涉及多種細(xì)胞參與，包括肥大細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和VSMC。VSMC在斑塊形成和發(fā)展過程中具有不同的作用。在斑塊形成中，70%的斑塊成分是由VSMC或其衍生物組成；在斑塊進(jìn)展中，中膜層的VSMC向內(nèi)膜層延伸，造成血管管腔狹窄。在斑塊惡化過程中，VSMC凋亡和/或與激活金屬蛋白酶、炎癥介質(zhì)等相互作用，促進(jìn)斑塊破裂，誘發(fā)晚期心血管事件?，F(xiàn)就VSMC受刺激后轉(zhuǎn)化成不同的表型及相關(guān)機制做一簡要概述。

1 VSMC轉(zhuǎn)化為成骨型平滑肌細(xì)胞

血管鈣化簡要概括為骨質(zhì)形成，在缺乏軟骨板的情況下，成骨細(xì)胞誘導(dǎo)膠原蛋白、細(xì)胞外基質(zhì)鈣化的結(jié)果[4]。異常鈣化在心血管疾病中備受關(guān)注，很多血管斑塊表現(xiàn)有鈣物質(zhì)沉淀。血管壁中的VSMC亞型，又叫“鈣化血管細(xì)胞”，能夠自發(fā)形成結(jié)節(jié)和鈣化。這些結(jié)節(jié)具有與骨質(zhì)類似的特征：增加堿性磷酸酶活性、骨鈣蛋白、骨黏連蛋白和骨橋蛋白表達(dá)，部分研究認(rèn)為血管壁成骨細(xì)胞的出現(xiàn)與VSMC表型改變緊密相關(guān)[5-8]。

骨形態(tài)蛋白(bone morphogenetic proteins，BMPs)是轉(zhuǎn)化生長因子-β(transfer growth factor beta，TGF-β)超家族的成員，被認(rèn)為是血管鈣化的主要調(diào)節(jié)者。其中，BMP2和BMP4參與局部礦化和炎癥反應(yīng)。BMP2多由功能間葉細(xì)胞祖細(xì)胞成骨和軟骨分化而來，BMP2通過上調(diào)關(guān)鍵的成骨轉(zhuǎn)錄因子(Msx2、Cbfa1和osterix)表達(dá)，參與血管鈣化形成。內(nèi)皮細(xì)胞在缺氧、活性氧產(chǎn)生、血液湍流、高壓或炎癥等環(huán)境下刺激BMP2產(chǎn)生，或氧化低密度脂蛋白誘導(dǎo)的泡沫細(xì)胞產(chǎn)生BMP4，刺激VSMC分化為成骨型細(xì)胞。在去分化的VSMC中，BMP2表達(dá)顯著增高；BMP2抑制劑，如頭蛋白、腱蛋白、基質(zhì)γ-羧基谷氨酸蛋白在去分化的VSMC中水平減少。敲除BMP2，血管內(nèi)膜鈣化減緩；但對血清脂質(zhì)濃度和AS斑塊大小無影響[9]。BMP7可抑制血管鈣化，其被證明能上調(diào)α-平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)表達(dá)(VSMC收縮蛋白之一)，且抑制和逆轉(zhuǎn)成骨表型，其機制與介導(dǎo)P21(Waf1)、SMAD家族成員6和SMAD家族成員7相關(guān)。

Cbfa1又稱Runt-相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2(Runx2)或 Pebp2αA，是成骨分化關(guān)鍵的參與者，調(diào)節(jié)VSMC鈣化的重要蛋白之一。為了探索VSMC向成骨型分化，研究者利用Runx2缺失小鼠模型發(fā)現(xiàn)，Runx2缺失不會影響基礎(chǔ)平滑肌細(xì)胞標(biāo)記；但是可抑制氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的平滑肌細(xì)胞標(biāo)記水平，抑制高脂飲食誘導(dǎo)的血管鈣化及成骨樣細(xì)胞形成[6]。增加的堿性磷酸酶、Runx2和osterix水平，提示VSMC成骨表型形成。電子顯微鏡提示凋亡或損傷的VSMC由基質(zhì)小泡釋放羥基磷灰石納米結(jié)晶物，參與血管鈣化[5]。BMPs通過下調(diào)抗凋亡介質(zhì)Bcl2，誘導(dǎo)VSMC凋亡。死亡的泡沫細(xì)胞和VSMC碎片聚集成鈣和磷，提供了一個適宜的成核環(huán)境；但是，并不是所有凋亡的細(xì)胞形成礦化。在生理條件下，VSMC形成的基質(zhì)小泡不會形成鈣化；鈣化多發(fā)生在老齡化、VSMC表型改變或干細(xì)胞分化等環(huán)境下。

細(xì)胞分化和心血管疾病與線粒體改變相關(guān)。發(fā)動蛋白-相關(guān)蛋白1(dynamin-related protein 1，DRP1)是引起線粒體分裂的關(guān)鍵調(diào)節(jié)者之一。VSMC分化的成骨細(xì)胞DRP1表達(dá)上調(diào)；相反，抑制DRP1可降低礦化水平、骨架重排、線粒體功能失調(diào)、Ⅰ型膠原蛋白分泌和堿性磷酸酶活性[10]。

前體-核纖層蛋白A即未形成的核纖層蛋白A，可累積在鈣化的人VSMC中，其過表達(dá)可促進(jìn)VSMC成骨分化和礦化。微列分析表明，平滑肌細(xì)胞表達(dá)的前體-核纖層蛋白A 與細(xì)胞DNA損傷修復(fù)機制失調(diào)相關(guān)。DNA損傷可誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞分泌促成骨因子。細(xì)胞因子陣列分析鑒別了運動失調(diào)性毛細(xì)血管擴張老化相關(guān)促分泌表型因子、前層蛋白相關(guān)細(xì)胞因子，包括BMP2、骨保護(hù)素和白介素-6[7]。

脂質(zhì)代謝受損也參與VSMC向成骨細(xì)胞型轉(zhuǎn)化。利用乙酰化低密度脂蛋白(Ac-LDL)刺激VSMC，可改變骨相關(guān)蛋白基因表達(dá)和鈣化。Ac-LDL增加鈣化結(jié)節(jié)，而脂蛋白缺失血清顯著抑制該過程。VSMC向成骨樣轉(zhuǎn)化與Ac-LDL阻止凋亡小體吞噬相關(guān)[11]。

在某些特定環(huán)境下，平滑肌細(xì)胞更傾向于形成軟骨樣細(xì)胞。研究者發(fā)現(xiàn)在慢性腎功能衰竭小鼠中，VSMC轉(zhuǎn)化成軟骨樣或成骨樣平滑肌細(xì)胞取決于刺激的分子信號。給予嘌呤低蛋白飲食的尿毒癥小鼠，胸主動脈血管中膜鈣化形成，軟骨特異性標(biāo)記水平增加，包括性別決定區(qū)Y-box9、Ⅱ型膠原蛋白、聚集蛋白聚糖、非顯著性增強的核心結(jié)合因子α1和Ⅰ型膠原蛋白，其機制與成骨標(biāo)記蛋白(osterix)、脂蛋白受體相關(guān)蛋白6及Wingless-type MMTV整合位點家族(Wnt)/β-連環(huán)素通路受抑制相關(guān)[13]。

2 VSMC轉(zhuǎn)化為炎癥型平滑肌細(xì)胞

中膜層的VSMC用Cre/lox基因誘導(dǎo)檢測系統(tǒng)表明，成年小鼠VSMC表達(dá)SM22α基因位點。在內(nèi)膜層的平滑肌細(xì)胞同時標(biāo)記有抗巨噬細(xì)胞-2和CD68(通常用來標(biāo)記巨噬細(xì)胞)，提示收縮型VSMC可分化成巨噬細(xì)胞樣平滑肌細(xì)胞。進(jìn)一步提示，分化后的平滑肌細(xì)胞可含有氧化低密度脂蛋白，通過電子顯微鏡得到了一致的結(jié)果[14]。

內(nèi)皮唾酸蛋白(endosialin,CD248)是一型細(xì)胞壁糖蛋白，被認(rèn)為位于腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞表面受體；但是，研究發(fā)現(xiàn)CD248并非表達(dá)在內(nèi)皮細(xì)胞，而是在外周血管壁上的細(xì)胞，如VSMC、肌成纖維細(xì)胞等，其在正常的細(xì)胞內(nèi)表達(dá)較低。CD248參與VSMC從收縮型向合成型轉(zhuǎn)變。CD248缺失可增加VSMC收縮蛋白α-SMA和鈣調(diào)蛋白表達(dá)，相反，CD248增加，VSMC收縮蛋白減少，且增加合成VSMC標(biāo)記蛋白，如Vim、Rbp1和Gla 蛋白。此外，CD248 還增加趨化因子受體(CCR2、CCR5和CX3CR1)表達(dá)，配體(CCL5、CX3CL1)表達(dá)[15]。趨化因子受體4(CXCR4)及其同源配體CXCL12在祖細(xì)胞向骨髓歸巢扮演了重要角色，可調(diào)節(jié)CD248表達(dá)。CXCR4不僅表達(dá)在祖細(xì)胞，而且表達(dá)在內(nèi)皮細(xì)胞、VSMC和不同的白細(xì)胞子集內(nèi)，參與了血管內(nèi)膜增生和AS的發(fā)生發(fā)展。CXCL12/CXCR4信號軸有利于VSMC保持收縮型。CXCR4缺失的VSMC表示出增加的波形蛋白表達(dá)(PDGF-BB誘導(dǎo)的合成蛋白之一)和CD248水平。另外，在血管斑塊中，去分化的VSMC標(biāo)記有波形蛋白、CD248、CD68和脂質(zhì)；相反，CXCL12/CXCR4軸誘導(dǎo)Wnt活性，增加收縮蛋白標(biāo)記表達(dá)，如Tagln蛋白、平滑肌細(xì)胞分化特異性抗原(smoothelin)、堿性調(diào)寧蛋白，減少合成標(biāo)記表達(dá)(CD248)[16]。

3 VSMC轉(zhuǎn)化為成纖維母細(xì)胞型平滑肌細(xì)胞

組織損傷修復(fù)機制與促纖維調(diào)節(jié)緊密相關(guān)。成纖維母細(xì)胞(myofiroblast，MFs)在傷口愈合過程中發(fā)揮了重要作用，MFs由組織纖維細(xì)胞發(fā)展而來。α-SMA是MFs分化的一個重要決定因素，TGF-β1和凝血酶直接調(diào)節(jié)α-SMA基因[17]。部分研究認(rèn)為，血管外膜纖維母細(xì)胞參與損傷血管重構(gòu)[18]；但是，中膜層的VSMC也可向MFs轉(zhuǎn)化[19]。部分體內(nèi)試驗發(fā)現(xiàn)，平滑肌細(xì)胞向MFs轉(zhuǎn)化，表現(xiàn)為特異性分化蛋白丟失，如SM-MHC、smoothelin等[20]。

VSMC受到各種刺激后，如系統(tǒng)性硬化病IgG，促進(jìn)纖維化反應(yīng)[21-22]。系統(tǒng)性硬化病IgG刺激的VSMC可誘導(dǎo)TGF-β1上調(diào)和TGF-β2下調(diào)。TGF-β1是纖維化疾病中促纖維化的一個重要調(diào)節(jié)蛋白，TGF-β2具有抗纖維化作用。下調(diào)的TGF-β2表達(dá)可增加膠原蛋白mRNA水平，因此，TGF-β2下調(diào)可引起促纖維化狀態(tài)[21]。在人腎臟血管中，修飾后的平滑肌細(xì)胞是非正常結(jié)締組織合成的來源之一，即平滑肌細(xì)胞可向MFs轉(zhuǎn)化[23]。在肝纖維化疾病中，研究者認(rèn)為，部分肌纖維母細(xì)胞是由VSMC演變而來，因為肌纖維母細(xì)胞同時表達(dá)α-SMA和smoothelin[24]。內(nèi)皮素-1是一種重要的血管活性物質(zhì)，參與VSMC調(diào)節(jié)的血管緊張度。相關(guān)研究報道，內(nèi)皮素-1參與VSMC向肌纖維母細(xì)胞轉(zhuǎn)型，內(nèi)皮素-1誘導(dǎo)VSMC細(xì)胞骨架重排，增加F-肌動蛋白表達(dá)[25]。

雖然分化后的MFs和平滑肌細(xì)胞均表達(dá)α-SMA，但是二者又有區(qū)分：α-SMA啟動子包含TGF-β反應(yīng)元件，是二者表達(dá)α-SMA所必須的；但是，α-SMA啟動子含有CArG反應(yīng)元件。CArGA和B是平滑肌細(xì)胞表達(dá)轉(zhuǎn)基因結(jié)構(gòu)從-2600到α-SMA第一個內(nèi)含子所必須的。相反，在MFs中，CArGA和B并不重要。另外，Gan等[26]發(fā)現(xiàn)平滑肌細(xì)胞和MFs表達(dá)α-SMA的轉(zhuǎn)錄機制不同： MCAT元件(AGGAATG，位于心臟、平滑肌、骨骼肌等增強子區(qū))突變選擇性地清除MFs中α-SMA轉(zhuǎn)錄水平，而對平滑肌細(xì)胞沒有影響。此外，分化的MFs可能表達(dá)平滑肌細(xì)胞的標(biāo)記蛋白，如SM-MHC、caldesmon或desmin；但是不會表達(dá)smoothelin(smoothelin是血管和平滑肌細(xì)胞晚期分化的標(biāo)志物)。因此，smoothelin是鑒別MFs和分化成熟的平滑肌細(xì)胞的主要標(biāo)志物之一。

綜上所述，VSMC可轉(zhuǎn)化為多種表型，如成骨型、炎癥型或成纖維細(xì)胞型，參與了心血管疾病的發(fā)生發(fā)展。鑒別出不同表型的VSMC，給予對應(yīng)治療，有可能更有利于改善臨床心血管疾病的轉(zhuǎn)歸。