內(nèi)皮祖細(xì)胞與Apelin在缺血損傷組織血管再生中的作用▲

張景昌 梁藝

南寧市第二人民醫(yī)院(廣西醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院)，廣西南寧市 530031

【提要】 內(nèi)皮祖細(xì)胞(EPCs)是特異性表達CD34/CD133表面抗原的干細(xì)胞，是血管內(nèi)皮細(xì)胞(ECs)的前體細(xì)胞，在一定條件下可誘導(dǎo)分化成為成熟的ECs，參與機體生理和病理狀態(tài)下血管再生的過程。APJ是一種G蛋白偶聯(lián)受體，其內(nèi)源性配體Apelin與APJ在體內(nèi)廣泛分布，共同參與調(diào)節(jié)機體的多個病理生理過程，對心血管系統(tǒng)在生理條件下的生長發(fā)育，以及病理條件下血管再生的調(diào)控具有重要意義。Apelin/APJ系統(tǒng)對組織缺血損傷后以EPCs為基礎(chǔ)的血管再生過程有著重要調(diào)控作用。本文就Apelin/APJ、EPCs以及二者在缺血損傷組織血管再生中的關(guān)系進行了綜述。

內(nèi)皮細(xì)胞(ECs)在機體中主要是對血管功能發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，而血管內(nèi)皮祖細(xì)胞(EPCs)被稱為ECs的前身，在特定環(huán)境下能夠轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂谐墒旃δ艿腅Cs而成為缺血損傷組織的血管再生的關(guān)鍵干細(xì)胞。Apelin/APJ在機體內(nèi)廣泛分布，參與調(diào)節(jié)機體的多個病理生理過程，在缺血損傷組織血管再生的調(diào)控中發(fā)揮重要作用。本文就Apelin/APJ、EPCs以及二者在缺血損傷組織血管再生中的關(guān)系綜述如下。

1 內(nèi)皮祖細(xì)胞與血管再生

1.1 EPCs簡述 1997年Asahara第一個在外周血標(biāo)本中分化出一類造血祖細(xì)胞，這類細(xì)胞表面表達CD34抗原，在特定條件下可分化為成熟的內(nèi)皮細(xì)胞，能促進血管再生，稱為EPCs[1]。1998年Shi等[2]證實了骨髓來源的EPCs的存在，通過不同的途徑可對其進行鑒定，為EPCs的鑒定等指引了方向。隨著EPCs分離技術(shù)的發(fā)展，EPCs先后從骨髓、脂肪和脾臟等組織中被分離出來[3-5]。EPCs雖然來源廣泛、在機體內(nèi)廣泛存在，但其在機體內(nèi)的數(shù)量極少，加之其與其他干細(xì)胞和成熟內(nèi)皮細(xì)胞的標(biāo)志極其相似，因此分離其過程較為復(fù)雜，鑒定方法也不統(tǒng)一。EPCs為一類內(nèi)皮前體細(xì)胞，生長于臍帶血、外周血及骨髓內(nèi)，能夠表達各種標(biāo)志物如VEGFR2、CD34等，后期能夠進一步分化成熟為ECs參與血管再生[6-8]。EPCs作為前體細(xì)胞，與成熟的ECs擁有相同的表面抗原，同時也保留有造血干細(xì)胞的部分表面抗原，能與相關(guān)配體結(jié)合[9]。目前，在實驗室內(nèi)，將同時能表達CD34和CD133表面抗原的細(xì)胞鑒定為EPCs；并且根據(jù)體外條件下培養(yǎng)的細(xì)胞特性、生長形式不同，將EPCs分成早期EPCs與晚期EPCs兩類。與早期EPCs比較，晚期EPCs和內(nèi)皮細(xì)胞的形態(tài)特征更接近，分化更成熟。

1.2 EPCs與血管再生 EPCs己被證實是機體血管再生必不可少的細(xì)胞成分，來源廣、體外增殖能力強，一直被作為血管再生的工具細(xì)胞，被廣泛應(yīng)用于各種缺血性疾病的基礎(chǔ)及臨床研究。缺血損傷組織血管再生所需的EPCs來源有兩種，一為周圍血管EPCs發(fā)生遷移、增殖至缺血處，產(chǎn)生新血管內(nèi)皮細(xì)胞；二為循環(huán)中的EPCs在受損組織的血管再生處定位，產(chǎn)生新血管內(nèi)皮細(xì)胞，這兩種方式在機體中同時存在。EPCs還可以和其他細(xì)胞、基質(zhì)等相互作用，共同參與血管再生過程[10]。缺血缺氧環(huán)境能動員骨髓內(nèi)的EPCs進入外周血，能誘導(dǎo)ECs合成并釋放巨噬細(xì)胞遷移抑制因子，趨化外周血中的EPCs進入缺氧損傷組織，增強EPCs的增殖分化能力，減少EPCs的壞死凋亡[11-16]。EPCs進入缺血缺氧組織后，能分化為內(nèi)皮細(xì)胞，參與損傷區(qū)域的血管修復(fù)和血管再生等過程。缺血再灌注損傷動物組織治療的在體研究證實，外源性EPCs植入有利于組織損傷區(qū)域的血管再生[17-19]。將EPCs移植到梗死心肌后，心肌內(nèi)的再生血管密度增加、心肌內(nèi)的血液供應(yīng)增加，能有效保護缺血心肌細(xì)胞和心臟功能[20-22]。

1.3 EPCs促血管再生的作用機制 缺血組織的缺氧環(huán)境，能動員機體骨髓內(nèi)的EPCs釋放入外周血，并趨化外周血中的EPCs進入缺氧損傷組織。研究表明，低氧對細(xì)胞的調(diào)控作用主要通過誘導(dǎo)表達低氧誘導(dǎo)因子1a(HIF-1a)實現(xiàn)，細(xì)胞在低氧狀態(tài)下會高表達HIF-1a，而HIF-1a作為低氧誘導(dǎo)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子有調(diào)控細(xì)胞增殖的作用；在低氧狀態(tài)下，HIF-1a同時還可作為調(diào)控EPCs增殖和分化的重要細(xì)胞信號，參與血管再生的調(diào)控[23-26]。抑制HIF-1a的表達，能抑制EPCs表達血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、抑制一氧化氮合成酶(eNOS)活性，減少一氧化氮(NO)相關(guān)產(chǎn)物，抑制EPCs進一步分化為ECs；而過表達HIF-1a能促進EPCs向ECs分化[27]。定向遷移到組織的EPCs可能通過以下三種機制參與血管再生的調(diào)節(jié)過程：(1)融合機制，外源性干細(xì)胞，能在缺血缺氧組織的再生血管壁中進一步分化為EPCs，和血管內(nèi)ECs一起成為再生血管的重要成分細(xì)胞，共同參與血管再生。(2)整合機制，體外移植的EPCs可定值在缺血缺氧組織再生血管的內(nèi)皮層中，進一步分化成ECs參與血管再生[28]。(3)旁分泌機制，移植到缺血損傷區(qū)域的EPCs能夠分泌VEGF、HGF及IGF-1，顯著提高再生血管水平，促進受損血管再內(nèi)皮化。

1.4 EPCs移植治療的局限性 EPCs和其他干細(xì)胞一樣，在被植入到缺血損傷組織區(qū)域后，都面臨著極低存活率的問題，嚴(yán)重制約EPCs的治療效果[29-30]。對于大多數(shù)體外培養(yǎng)的干細(xì)胞來說，培養(yǎng)環(huán)境相對機體生理環(huán)境是一個高氧環(huán)境，培養(yǎng)細(xì)胞一旦進入體內(nèi)，將面臨著一個氧濃度急劇下降的處境。在治療急性心肌梗死時，移植EPCs所面對的是一個整體缺血缺氧、嚴(yán)重酸中毒和處于氧化應(yīng)激病理狀態(tài)的機體，細(xì)胞的黏附、生存能力都會受到影響，易引發(fā)移植細(xì)胞的壞死和凋亡[31-33]；而局部心肌損傷壞死會造成強烈的炎癥反應(yīng)，產(chǎn)生大量氧自由基和炎癥細(xì)胞因子，引發(fā)移植細(xì)胞進一步壞死和凋亡[34]。在成年機體中，EPCs的數(shù)量極少，其提取、擴增的效率有待提高；體外擴增得到的EPCs的細(xì)胞表型在一定程度上會發(fā)生改變，存在嚴(yán)重的分化、衰老等缺陷，從而對EPCs的移植治療應(yīng)用產(chǎn)生影響。此外，細(xì)胞移植可能會有一定的促瘤風(fēng)險，這也是制約EPCs移植治療臨床應(yīng)用的一個重要問題。

2 Apelin與血管再生

2.1 Apelin概述 APJ受體(Apelin-angiotensin recepor-like)一種G蛋白偶聯(lián)受體，在1993年被首次發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時因找不到其特定內(nèi)源性配體，被稱為孤兒G蛋白偶聯(lián)受體[35]。測序發(fā)現(xiàn)，人APJ共包括 377個氨基酸，呈現(xiàn)為7個a螺旋狀跨膜片段，與血管緊張素II中的受體1型(AT1R)的同源性為31%；血管緊張素II不能與APJ結(jié)合，不能充當(dāng)APJ受體的內(nèi)源性配體。1998年，在牛的排泄物中分離并純化得到APJ 受體的內(nèi)源性配體，稱作Apelin[36]。種屬不同的Apelin前體肽原均有77個氨基酸殘基，具有高度的保守性、同源性[16]。Apelin前體肽原在機體中被ACE-2降解之后可生成有活性功能的多肽，其中Apelin-13及Apelin-36是兩個主要的具有生物活性的多肽類型[37]。Apelin/APJ在體內(nèi)的廣泛分布，參與調(diào)節(jié)機體的多個生理過程，包括維持心血管功能、維持血液動力學(xué)穩(wěn)定、調(diào)節(jié)胰島素分泌等，同時在缺血損傷組織的血管再生調(diào)控中發(fā)揮重要作用[38-39]。

2.2 Apelin與血管再生 Apelin/APJ在機體內(nèi)廣泛分布，參與調(diào)節(jié)機體組織病理生理狀態(tài)下的血管再生。無論是內(nèi)源性還是外源性的Apelin，都具有促進組織血管再生的作用；Apelin的促進血管再生作用對維持脂肪組織正常血管網(wǎng)絡(luò)的功能有重要作用[40]。Kasai等[41]報道，糖尿病增生性視網(wǎng)膜病變玻璃體內(nèi)的Apelin濃度要高于正常；Masri等[42]報道，在正常玻璃體中注射Apelin，能促進視網(wǎng)膜血管網(wǎng)絡(luò)內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生分化和出芽；Berta等[43]報道， Apelin基因高表達能促進非小細(xì)胞肺癌在體內(nèi)的生長，增加瘤體微血管的密度和周長。而Apelin基因敲除模型的血管再生作用減弱并延遲[44]；應(yīng)用Apelin/APJ拮抗劑能使門脈高壓模型的門脈側(cè)枝血管形成減少[45]。Apelin/APJ在心血管系統(tǒng)內(nèi)高度表達，對機體調(diào)控心血管系統(tǒng)在缺血缺氧損傷病理條件下干細(xì)胞參與的血管再生具有重要意義。Apelin能增強干細(xì)胞在缺血缺氧環(huán)境下的生存能力，減少凋亡，同時能減少缺血再灌注對心肌細(xì)胞的損傷[46-48]。在缺血損傷心肌組織中，Apelin是參與將EPCs動員和遷移至心肌缺血區(qū)的重要因素之一，同時能保護心肌組織，促進損傷心肌區(qū)的血管再生，保護心梗后的心肌組織[49-51]。

2.3 Apelin促血管再生的作用機制 Apelin對血管再生的作用主要是通過調(diào)控下游信號通路的激活和細(xì)胞因子的釋放，或自身作為被調(diào)控信號通路作用于靶器官來實現(xiàn)的。文獻[52-53]報道，Apelin可促進血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)從G0/G1期進入S期，促進細(xì)胞的增殖；Apelin能通過ERK1/2依賴的細(xì)胞內(nèi)信號級聯(lián)反應(yīng)途徑，激活相關(guān)蛋白激酶，增加蛋白質(zhì)的合成，促進脫氧胸腺嘧啶核苷整合進入DNA內(nèi)，使細(xì)胞發(fā)生有絲分裂，從而驅(qū)動細(xì)胞由G1期進入S期，促進細(xì)胞增殖。Apelin還可通過調(diào)控APJ-pERK1/2-cyclin D1等其他細(xì)胞內(nèi)信號通路，促進VSMC的增殖；通過促進SDF-1a/CXCR-4的表達和血管EPCs的趨化“歸巢”，促進心肌梗死后的血管再生、保護心臟；通過調(diào)節(jié)micRNA424和成纖維細(xì)胞生長因子(FGF)的表達和分泌，調(diào)控肺動脈血管的細(xì)胞增殖和血管再生[54-58]。

2.4 Apelin促血管再生治療應(yīng)用的局限性 Apelin/APJ在機體中廣泛表達，通過多個途徑調(diào)節(jié)機體各系統(tǒng)器官組織在生理和病理條件下的功能，有利于機體組織在缺血損傷狀態(tài)下的細(xì)胞增殖、血管再生，維持組織正常功能，但目前對其的作用機制仍知之甚少，并存在一定的爭議[59-60]。例如，在冠心病患者中，Apelin/APJ的表達水平可能會升高與降低；Apelin/APJ對血壓具有中樞升壓作用與外周降壓作用，相互矛盾。

3 EPCs與Apelin在血管再生中的關(guān)系

EPCs和Apelin都已被證實是機體調(diào)控血管再生的重要因素，但有關(guān)二者在血管再生過程中的關(guān)系研究甚少。最近的研究發(fā)現(xiàn)，Apelin是參與心肌缺血后EPCs動員和遷移的重要因素之一[49]；在低氧培養(yǎng)條件下，通過HIF-1a/Apelin/PI3K/Akt和HIF-1a/Apelin/MAPK途徑能夠提高EPCs細(xì)胞的增殖和成管能力、減少凋亡，調(diào)控EPCs細(xì)胞功能[61]。

4 結(jié) 語

EPCs和Apelin/APJ都是參與調(diào)控機體生理和病理狀態(tài)下血管再生的重要因素，但二者在血管再生中相互關(guān)系的研究甚少，了解二者在調(diào)控機體血管再生中的相互關(guān)系，有助于進一步明確血管再生的分子機制，為心血管疾病患者提供新的靶向治療手段。