血管平滑肌亞群與動脈粥樣硬化

1、血管平滑肌細胞亞群與動脈粥樣硬化,報告人:王貴學(xué),Bioengineering College of ChongQing University,2005-8-15,血管平滑肌細胞（VSMC）亞群是構(gòu)成動脈粥樣硬化病灶的主要細胞成分之一。近年來的研究表明，動脈粥樣硬化病灶中的VSMC與正常動脈中膜中的VSMC不僅在表型上截然不同，而且起源也不相同；上皮形VSMC在動脈粥樣硬化和血管發(fā)生過程中也許起著更重要的作用。 傳統(tǒng)理論認為：在

2、功能異常的內(nèi)皮細胞和/或炎癥細胞所分泌的生長因子、蛋白降解產(chǎn)物和細胞外基質(zhì)的共同作用下，VSMC遷移（從中膜遷移至內(nèi)膜）和增殖；同時伴隨著VSMC的表型由收縮型向合成型轉(zhuǎn)變。然而近來越來越多的證據(jù)不支持這種假說，而傾向于認為：動脈粥樣硬化病灶中的VSMC與正常動脈中膜中的VSMC不僅在表型上截然不同，而且起源也不相同。因此有必要重新認識當前基于傳統(tǒng)理論所建立的以抑制動脈中膜VSMC增殖、遷移和表型轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕说目箘用}內(nèi)膜增生的治療策略與方

3、法。,,背 景,動 脈 的 構(gòu) 造,Mitchell, J. Clin. Invest. 2004.,,最早從形態(tài)學(xué)角度出發(fā)將VSMC分為多個亞群的描述來自對大鼠頸動脈損傷模型的研究，有兩種主要的VSMC：(1)一種是從正常動脈中膜獲得的紡錘形VSMC,按照典型的峰-谷模式生長；(2)另一種是從動脈內(nèi)皮損傷15天后的增生內(nèi)膜中獲得的上皮形VSMC,它們按單層方式生長,在融合后表現(xiàn)出卵石樣形狀。 無論是紡錘形VSMC還是上皮形VSM

4、C均能從不同年齡的大鼠的大動脈中獲得。尤其是紡錘形VSMC在大鼠胚胎發(fā)育的各階段,新生大鼠和成年大鼠中均占統(tǒng)治地位。而上皮形VSMC在老年大鼠中占主要地位。這表明：在大鼠正常大動脈中膜中,上皮形VSMC的數(shù)量隨年齡而增加。幾個研究發(fā)現(xiàn)老年大鼠動脈內(nèi)皮損傷引起的動脈內(nèi)膜增生程度要大于成年大鼠，暗示著上皮形VSMC在動脈內(nèi)膜增生中可能起著重要作用。,兩種 VSMC 亞群,,血管壁中VSMC亞群的分類(一),,,種 屬,大鼠,來 源,在血管中

5、的位置,生物學(xué)形態(tài),大動脈,大動脈,冠狀動脈,新生內(nèi)膜,損傷15天后的內(nèi)膜,上皮形,紡錘形,上皮形或紡錘形偶有鵝卵石狀,新生內(nèi)膜的內(nèi)腔,大動脈,新生內(nèi)膜的外腔,上皮形,紡錘形,大動脈,大動脈,損傷60天后的內(nèi)膜,上皮形或紡錘形,新生內(nèi)膜,冠狀動脈,損傷15天后,紡錘形,,血管壁中VSMC亞群的分類(二),,,種 屬,人,來 源,在血管中的位置,生物學(xué)形態(tài),大動脈和腎動脈,大動脈,大動脈,腹主動脈,大動脈和頸動脈,肺動脈,冠狀動脈,胸廓

6、內(nèi)動脈,中膜內(nèi)腔,未發(fā)生和已發(fā)生的動脈粥樣硬化內(nèi)膜,同上,未發(fā)生動脈粥樣硬化的血管,動脈粥樣硬化血管,未發(fā)生動脈粥樣硬化的血管,未發(fā)生動脈粥樣硬化的血管,未發(fā)生和已發(fā)生動脈粥樣硬化的血管,,,,,,,,單層或多層,拉長形或星狀,拉長形或星狀,不對稱的多邊形,平鋪或紡錘形,球形或紡錘形,多邊形或紡錘形,上皮形或紡錘形,上皮形或紡錘形,,不同形態(tài)的VSMC亞群ac 紡錘形b 上皮形 d 長斜方形,Hao, Arteri

7、oscler Thromb Vasc Biol. 2003,,VSMC亞群的特征,,,大鼠 人 表現(xiàn)型 紡錘形 上皮形 紡錘形 上皮形 自律生長 - + - + 遷移活性 低 高 低 高 ?-SM actin ++ +

8、 +++ ++ 肌間線蛋白 +/- - ND ND SMMHC + +/- +++ ++ smoothelin ND ND ND ND SM22? ++ ND ND ND,,Hao, A

9、rterioscler Thromb Vasc Biol. 2003,,不管來源于哪種種屬,與紡錘形SMC相比,上皮形SMC表型有以下特征：(1)對細胞因子或者炎癥因子的反應(yīng)性不同;(2)蛋白水解活性提高;(3)由收縮蛋白和細胞骨架蛋白的表達所定義的分化程度較低;(4) 對凋亡刺激更敏感;(5) 脂質(zhì)代謝和基因表達產(chǎn)物不同；（6）增殖能力和遷移能力更強；（7）能在無血清環(huán)境中生長；（8）對胰島素樣因子、堿性成纖維細胞因子

10、、PDGF-BB更高的增殖反應(yīng)性 。,,上皮形和紡錘形VSMC表型的標志物,采用二維聚丙烯凝膠電泳技術(shù),已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾個能夠區(qū)分上皮形VSMC和紡錘形VSMC的蛋白標志物。其中三種蛋白質(zhì)已被測序而作為體外上皮形VSMC的表型標志物:CRBP-1(細胞維甲酸結(jié)合蛋白，一種與維甲酸代謝有關(guān)的蛋白質(zhì))、cytokeratins 8 及cytokeratins 18(后兩者均為中間絲蛋白)。,,在體內(nèi),CRBP-1在老年和成年大鼠動脈中膜VSMC

11、中表達量非常少,而在新生大鼠的動脈中則不表達。當內(nèi)皮細胞損傷后,CRBP-1在動脈中膜靠近血管腔面處的VSMC中快速活化,在動脈增生的內(nèi)膜中高表達，然而在再內(nèi)皮化后它卻消失。增生動脈內(nèi)膜的重構(gòu)與VSMC的凋亡有關(guān)，CRBP-1在增生動脈內(nèi)膜最初階段的VSMC增生時期出現(xiàn),在增生的動脈內(nèi)膜中的凋亡細胞中也能檢測到。其它研究也表明,再內(nèi)皮化后的動脈增生內(nèi)膜中(在損傷60天之后)的VSMC主要是紡錘形,間接表明上皮形VSMC已經(jīng)消失。綜上表明

12、CRBP-1是體外上皮形VSMC和體內(nèi)內(nèi)皮損傷后活化的VSMC的標志物。,,中間絲蛋白cytokeratins 8和cytokeratins 18,以及兩種緊密連接蛋白zonulaoccluden-2和cingulin被認為主要在上皮或內(nèi)皮細胞中表達,它們因此被認為是上皮形VSMC的標志物,主要在實驗性動脈內(nèi)膜增生或人類動脈粥樣斑塊中表達。,,VSMC 的起源假說,在血管發(fā)生過程中,VSMC被證明依據(jù)不同的血管類型其起源亦不相同。這就導(dǎo)

13、致一個假說的產(chǎn)生:不同表型的VSMC源自不同的細胞系。對雞胚胎大動脈的研究證明能夠從動脈的的不同區(qū)域分離到紡錘形和上皮形SMC,它們在胚胎起源上不同,即分別起源于中胚層和神經(jīng)冠。其它的研究也發(fā)現(xiàn)TGF－β 和Calcineurin均可以誘導(dǎo)神經(jīng)冠干細胞分化成VSMC，進一步支持不同VSMC亞群起源于不同細胞系的假說。,,VSMC的形成過程中相關(guān)因子和細胞的共同作用,,Sartore, et al. Circ Res. 2001,,在受損

14、反應(yīng)中，細胞對新生內(nèi)膜形成的貢獻?；疑?移動，綠色-轉(zhuǎn)化,Sartore, et al. Circ Res. 2001,e,1, 外膜的纖維原細胞在外膜或者中膜中可以轉(zhuǎn)化成肌纖維原細胞2. 纖維原細胞／肌纖維原細胞向內(nèi)皮下空間的遷移能力非常強。3. 新生內(nèi)膜也可以由VSMCs 形成。作為專事修補的非成熟的VSMC細胞, NM-VSMCs?。?假定兩個主要的表現(xiàn)型途徑（纖維原細胞和NM-VSMCs／分化的VSMCs）會集于同一種或非

15、常相似的細胞表現(xiàn)型。i.e.l- 內(nèi)彈性層 e.e.l-外彈性層,,發(fā)生增生的動脈內(nèi)膜中上皮形VSMC的起源,近來許多研究表明：在由機械損傷、血管移植和動脈粥樣硬化等所致的動脈內(nèi)膜增生中，增生內(nèi)膜中的VSMC至少有部分是血管外起源的，這些血管外的VSMC前體細胞可能包括循環(huán)干細胞/骨髓細胞和血管外膜成纖維細胞。只是尚不確定這些細胞是轉(zhuǎn)分化成上皮形VSMC，還是與其它細胞融合而成上皮形VSMC?？傊?，除動脈中膜中的上皮形VSMC之外

16、，血管外的循環(huán)干細胞/骨髓細胞和血管外膜成纖維細胞也是增生的動脈內(nèi)膜中的上皮形VSMC的重要來源。因此在增生的動脈內(nèi)膜中，上皮形VSMC可能存在著多個不同的起源。,,血管損傷時，由纖維母細胞在相關(guān)因子作用下向 VSMC 細胞轉(zhuǎn)化，并向內(nèi)膜遷移。,Sartore, et al. Circ Res. 2001,n(w)-3 PUFA—聚不飽和脂肪酸 Estrogen——雌激素,,討 論,一、按照傳統(tǒng)理論, 動脈粥樣硬化中的上皮形VSMC主

17、要來自正常中膜中VSMC,這些VSMC在多種炎癥因子的作用下遷移至內(nèi)膜,然后轉(zhuǎn)分化成上皮形VSMC.然而這一理論受到了現(xiàn)有許多設(shè)計精妙的實驗的挑戰(zhàn)。這些實驗依據(jù)所采用的動物模型的不同，分別證明了在一定的環(huán)境下,循環(huán)干細胞/骨髓細胞和血管外膜成纖維細胞在動脈粥樣硬化中關(guān)鍵性作用。,討 論,二、人們確實發(fā)現(xiàn)即使是在正常的動脈中膜中,也存在著截然不同的兩種不同的VSMC,即上皮形VSMC和紡錘形VSMC. 因此，一個合理的解釋是，動脈粥

18、樣硬化中的上皮形VSMC也可能是多種起源的，即它們可能同時來源于循環(huán)干細胞/骨髓細胞、血管外膜成纖維細胞和動脈中膜中的上皮形VSMC等多種細胞，依據(jù)具體環(huán)境和種屬的不同，每一種細胞在其中所起的作用大小不一,討 論,三、增生的動脈內(nèi)膜中的上皮形SMC與正常動脈中膜中的紡錘形SMC在許多生物學(xué)特征上表現(xiàn)出了很大差異,因而對藥物的反應(yīng)性也可能并不相同.此外,由于上皮形SMC可能起源不同,因此這些不同起源的上皮形SMC盡管在某些方面，如表型上表