動脈粥樣硬化中的內(nèi)皮細胞向間質轉分化及細胞反應的分子機制研究進展

陳航，鄭江華

(川北醫(yī)學院附屬醫(yī)院血管外科，四川 南充 637000)

0 引言

動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS) 是一種嚴重危害人類健康的常見病，是冠心病、腦血管病和血栓栓塞性疾病等心腦血管疾病發(fā)生的共同基礎，是引起心腦血管疾病死亡的重要因素。AS 是一種炎癥相關性疾病，它會導致動脈壁硬化和增厚，并形成由免疫細胞、平滑肌細胞、脂質、成纖維、間充質細胞、細胞外基質組成的斑塊。動脈粥樣斑塊中的間充質細胞的來源一直在研究，目前的研究表明內(nèi)皮細胞是斑塊內(nèi)間充質細胞的來源。內(nèi)皮細胞向間質轉分化(endothelial-to-mesenchymal transition，EndMT)被認為是上皮間質轉分化的一種亞型，是指內(nèi)皮細胞失去其自身特性而獲得間質細胞特性的表型轉變過程。本文綜述EndMT 在AS 的證據(jù)、危險因素、生化信號通路以及細胞反應的分子機制。

1 EndMT 在AS 的證據(jù)

EndMT 改變包括細胞形態(tài)變化、增殖和遷移能力增強、分泌膠原蛋白和纖維連接蛋白等細胞外基質及表達一些白細胞黏附分子，而發(fā)生間質轉分化的內(nèi)皮細胞可以從鋪路石樣形態(tài)轉變成分散的紡錘[1]。氧化應激、缺氧、振蕩剪切應力、炎癥等促動脈粥樣硬化因素都可以導致EndMT 的發(fā)生。在動脈粥樣硬化斑塊部位存在明顯的氧化應激，并且內(nèi)膜斑塊部位的氧化應激程度比外膜更為明顯。近年研究表明EndMT 也是動脈粥樣硬化的重要病理過程[2]。成纖維細胞可以調節(jié)炎癥、細胞外基質和膠原蛋白的產(chǎn)生以及斑塊的穩(wěn)定性，在動脈粥樣硬化病變過程中占有重要地位。研究發(fā)現(xiàn)，在動脈粥樣硬化斑塊中存在EndMT 來源的具有成纖維細胞特征的細胞。載脂蛋白E 基因被敲除的小鼠中，采用黃色熒光蛋白(Yellow fluorescent protein，YFP)標記內(nèi)皮細細胞，在胸主動脈斑塊進行檢測發(fā)現(xiàn) YFP 陽性的內(nèi)皮細胞同時表達大量的成纖維細胞活化蛋白(Fibroblast activation protein，F(xiàn)AP)[3]。而正常的內(nèi)皮細胞并不表達FAP，說明斑塊內(nèi)確實發(fā)生了EndMT。此外在靠近脂質核心的部位，EndMT 的程度更大，內(nèi)皮細胞來源的間質細胞表現(xiàn)出更為成熟的成纖維細胞表型；進一步研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)生粥樣硬化的動脈外膜也存在EndMT。更重要的是，人動脈硬化斑塊部位也存在同時表達內(nèi)皮細胞和間質細胞標志分子的“轉化”細胞，表明動脈粥樣硬化過程中確實發(fā)生了EndMT。EndMT也被認為與斑塊不穩(wěn)定性有關[4]。同時一系列信號通路也被認為參與了EndMT 的過程。

2 在AS 中促進EndMT 的危險因素

2.1 切應力對EndMT 的影響

切應力是血液流向與內(nèi)皮細胞相切時所施加的摩擦力，而內(nèi)皮細胞對切應力極為敏感。內(nèi)皮細胞通過將機械刺激轉化為生化信號的多種機械感覺復合體來感知切應力[5]。血流紊亂的特征是在分叉點和彎曲處的低而振蕩的切應力(Low and Oscillatory Shear Stress，LOSS) 的產(chǎn)生，進而誘導斑塊的形成。LOSS 通過產(chǎn)生活性氧來增強內(nèi)皮細胞的氧化應激[6]。內(nèi)皮細胞中高水平的活性氧導致形態(tài)學改變和EndMT 標志物的誘導，同時內(nèi)皮基因表達下調[1]，這些提示LOSS 來源的氧化應激誘導EndMT。此外，LOSS 還會促進血管炎癥、內(nèi)皮細胞增殖、凋亡和衰老，從而增加血管通透性，從而促進動脈粥樣硬化的發(fā)展[7]，說明LOSS 誘導的EndMT 可能參與了這些內(nèi)皮細胞功能的改變。此外，LOSS 使單核細胞重新聚集到內(nèi)皮細胞，促進M1 型泡沫細胞分化，然后分泌CCL4、白介素-1(Interleukin-1，IL-1)β 和腫瘤壞死因子(Tumor necrosis factor，TNF)α。CCL4 可 通 過 增 加 內(nèi) 皮細胞內(nèi)源性轉化生長因子(Transforming growth factor，TGF)β 的表達而誘導EndMT[8]，提示內(nèi)皮細胞與泡沫細胞之間的相互作用在誘導EndMT 中起重要作用。

2.2 循環(huán)應變對EndMT 的影響

循環(huán)應變(cyclic strain，CS)是血壓派生的力，由于血流的脈動導致動脈壁在垂直于內(nèi)皮細胞的圓周方向反復變形。生理水平的CS 通過PLK3 激酶介導的AKT 促進內(nèi)皮細胞的遷移和增殖[9]，而CS 水平的升高(＞15%)則會誘導內(nèi)皮細胞表達基質 金 屬 蛋 白 酶(matrix metalloproteinase，MMPs)，如MMP-9[10,11]。內(nèi)皮細胞通過Notch 信號通路激活EndMT 轉錄程序來表達MMP-9[12]，提示動脈粥樣硬化中CS 水平升高可能會加重EndMT。而病理性CS 會誘導線粒體活性氧釋放，隨后激活NF-κB 信號[13]。由此產(chǎn)生的氧化應激和炎癥狀態(tài)通過增加TGF-β 的表達并通過ALK5 激活其信號通路來促進EndMT[14]。

2.3 氧化低密度脂蛋白對EndMT 的誘導

動脈粥樣硬化的特征是血脂異常，如氧化型低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，ox-LDL)水平的升高。ox-LDL 被證明可以加速誘導EndMT[15]，且ox-LDL 的這種誘導作用嚴格依賴于其固有的膜受體LOX1[16]。后經(jīng)研究證明，一個觸發(fā)EndMT 的關鍵轉錄因子-snail，被ox-LDL 特異性地上調了轉錄，并且它的敲除完全減弱了ox-LDL 誘導的EndMT，這表明它在調節(jié)這一效應中發(fā)揮了重要作用[16]。

2.4 高血壓和高血糖對EndMT 的影響

高血壓和高血糖時，內(nèi)皮素(Endothelin，ET)-1、纖溶酶原激活物抑制物(Plasminogen activator inhibitor，PAI)-1 和血管緊張素(Angiotensinogen，Ang)-II 通過蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)誘導內(nèi)皮細胞TGF(transforminggrowthfactor，TGF)-β的表達[17,18]。高血壓時，內(nèi)皮細胞Smad2 活性增加，表明TGF-β 信號通過堿性磷酸酶激活[19]。進而表明EndMT 中，這種TGF-β 活性的增加與內(nèi)皮細胞表達間充質標志蛋白(如α、FSP1、SMA 和I 型膠原)有關[20,21]。

綜上所述，LOSS 誘導動脈粥樣硬化區(qū)域的EndMT 已經(jīng)變得很明顯，然而將切應力與EndMT激活聯(lián)系起來的確切機制還需要進一步闡明?，F(xiàn)在需要進一步的工作來確定，在何種程度上LOSS誘導的EndMT 會導致內(nèi)皮細胞功能障礙，從而導致局灶性動脈粥樣硬化，并確定其潛在的機制。對于CS 來說，內(nèi)皮細胞動態(tài)平衡高度依賴于CS，在生理水平上維持動態(tài)平衡，在病理水平上激活多個誘導EndMT 的信號反應。因此，內(nèi)皮細胞和CS 之間的相互作用很可能促進了動脈粥樣硬化的局灶性發(fā)展。對于可促進動脈粥樣硬化的危險因素來說，促進動脈粥樣硬化的危險因素可通過多個信號途徑促進EndMT，這些都涉及氧化應激誘導的表達和TGF-β 信號的激活。拮抗與動脈粥樣硬化危險因素相關的信號紊亂，可能會抑制EndMT 和動脈粥樣硬化的進展。

3 EndMT 中的生化信號及細胞反應機制

近年來研究表明，EndMT 為動脈粥樣硬化的發(fā)展影響甚深，然而，引起EndMT 的信號機制卻知之甚少。TGF-β、Notch、Wnt、FGF 等信號通路或細胞因子可直接或間接介導EndMT[3,21]。

3.1 EndMT 和TGF-β 信號通路

TGF-β 超家族包括TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3以及骨形態(tài)發(fā)生成蛋白等[22]，都參與調節(jié)EndMT標志物基因的表達。研究表明，雖然TGF-β1、TGF-β2 和TGF-β3 都能誘導間充質標志物的表達，但 是TGF-β2 比TGF-β1 和TGF-β3 更 能 誘導間充質標志物，從而促進EndMT[23,24]。而在內(nèi)皮細胞中，激活素受體樣激酶(Activin receptor like kinase，ALK)1 和ALK5 是主要的TGF-β1 受體[25]。TGF-β 與堿性磷酸酶結合后，激活Smad1和Smad5(即磷酸化)，促進血管內(nèi)皮細胞增殖和血管生成[26,27]。相反，TGF-β 與ALK5 結合可誘導 Smad2 和Smad3 的激活，從而抑制內(nèi)皮細胞增殖，促 進EndMT[27,28]。有 趣 的 是，TGF-β 激 活ALK1去拮抗ALK5 的活性[25,27]，這可能解釋內(nèi)皮細胞對TGF-β 刺激的多效性反應，并提示TGF-β 信號在血管內(nèi)穩(wěn)態(tài)信號轉導中的微妙平衡。Snail 和slug是重要的EndMT 誘導劑，它們通過調節(jié)幾種與EndMT 相關的蛋白[如血管內(nèi)皮鈣粘蛋白(Vascular endothelialcadherin，VE-cadherin) 和 鈣 粘 附 蛋白(cadherin)E]來獲得間充質表型，而VE-cadherin和E-cadherin 是內(nèi)皮細胞與細胞粘附所必需的[29]。有研究證實，TGF-β1 上調Snail 和Slug 的表達，會促使人體冠狀動脈內(nèi)皮細胞失去細胞間連接，這提示TGF-β1/Smads/Snail/Slug 通路參與了人體冠狀動脈內(nèi)皮細胞的EndMT 過程[30]。雖然Snail 或Slug 的內(nèi)皮缺陷可阻斷TGF-β 誘導的EndMT，但Snail 或Slug 單獨過表達不足以誘導EndMT，提示EndMT 誘導過程中各因子之間存在協(xié)同作用[31,32]。

3.2 EndMT 和Wnt/β-catenin 信號通路

在心臟瓣膜發(fā)育過程中，Wnt/β-catenin 信號對 于EndMT 是 必 不 可 少 的[33,34]。Wnt/β-catenin可以通過抑制GSK3β 來穩(wěn)定snail，使EndMT 升高，但Wnt/β-catenin 信號也可直接誘導EndMT[32,35]。事實上，Wnt3a 誘導的內(nèi)皮細胞中間充質蛋白的表達可以被Wnt 抑制劑DKK1 抑制[36,37]。相反，通過Wnt7a 發(fā)出的信號會抑制EndMT[38]。

3.3 EndMT 和Notch 信號通路

在發(fā)育過程中，Notch 信號通過激活間充質基因表達來促進心內(nèi)膜EndMT[39,40]。Noch 信號通路可以直接激活Twist1 的表達[41]，并在包括Slug 在內(nèi)的多種間充質基因的啟動子中促進Smad3 向SBE 的募集[42]。此外，Jagge-1 誘導的Notch 信號的激活導致間充質轉錄因子RUNX3 的核積聚，從而誘導幾個間充質基因的表達[43,44]。

3.4 EndMT 和FGF 信號通路

有研究表明，EndMT 的程度與動脈粥樣硬化的程度密切相關，與成纖維細胞生長因子受體(Fibroblast growth factor receptor，F(xiàn)GFR)1 的 表達呈負相關，有趣的是，與動脈粥樣硬化抵抗區(qū)相比，動脈粥樣硬化易發(fā)部位(DSS 區(qū))的FGFR1 染色水平較低，這表明DSS 下調了FGFR1 的表達[3]。此外，高切應力保護完全喪失，導致正常動脈粥樣硬化抵抗區(qū)域形成斑塊，從而進一步將高切和成纖維生長因子(FGF)信號的抗動脈粥樣硬化作用與EndMT 和動脈粥樣硬化聯(lián)系起來。同時，炎性細胞因子也調節(jié)FGFR1 的表達：體外培養(yǎng)的原代內(nèi)皮細胞暴露于IL-1β、TNF-α 和IL6 可降低FGFR1的表達。重要的是，雖然每個單獨的細胞因子都需要相對較高的劑量來抑制FGFR1 的表達，但兩種或兩種以上的組合在低得多的劑量下就能抑制FGFR1 的表達[3]。這些發(fā)現(xiàn)表明，抑制任何一種炎性細胞因子在治療動脈粥樣硬化方面都不太可能有效。

總之，EndMT 可以由各種信號機制誘導，但是這些機制是如何交叉溝通的，或者這些機制之間是否存在層級秩序，仍然難以捉摸。然而，導致EndMT 的大量途徑表明，EndMT 在正常生理中起著重要作用，在疾病過程中可能會變得異?；蚣又?。

4 總結

眾所周知，內(nèi)皮功能障礙在動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展中起著關鍵的啟動作用。最近的研究表明，內(nèi)皮細胞在動脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展中還有另一個作用，即EndMT。EndMT 是內(nèi)皮細胞失去其特征性標記蛋白的表達和細胞功能，而獲得間質標記蛋白的表達，并具有間質細胞的功能的過程。在這里，我們回顧了誘導、調節(jié)或抑制EndMT 的主要生化和生物力學信號，且生化信號和生物力學信號結合在一起形成了一個復雜的信號網(wǎng)絡。顯然，天然血管結構通過生物力學信號決定動脈粥樣硬化發(fā)展的風險區(qū)域[45]。在這些所謂的動脈粥樣硬化區(qū)域，來自全身動脈粥樣硬化危險因素(如炎癥、高血糖、血脂異常)的生化信號誘導內(nèi)皮功能障礙，如果持續(xù)，則開始誘導EndMT，從而促進動脈粥樣硬化的進展。盡管目前發(fā)現(xiàn)一些常用的動脈粥樣硬化常見防治藥物對上皮間質轉分化具有抑制作用，譬如他汀類藥物[46,47]。其他潛在的具有抑制內(nèi)皮間質轉分化的藥物包括了螺內(nèi)酯和雷柏霉素等[48,49]。但是，明確動脈粥樣硬化發(fā)生過程中EndMT 的發(fā)生機理，對疾病將有更多更有效的治療方法，也會對動脈粥樣硬化的機理提供新的思路和見解。