張清，王普之綜述 何國厚，張兆輝審校

綜 述

內皮祖細胞在缺血性腦血管病防治中的研究進展

張清，王普之綜述 何國厚，張兆輝審校

腦血管病，缺血性；內皮祖細胞；作用機制；治療

缺血性腦血管病以其高發(fā)病率、高病死率、高致殘率嚴重威脅著人類的生存和健康。雖然在神經元保護和抗炎性因子等基礎治療上取得了突破性的進展[1，2]，然而已經證明最有效的治療是通過藥物和手術機械性地讓血管再通[3]。靜脈溶栓可以有效地挽救缺血半暗帶，但4.5 h的時間窗讓只有1%～2%的卒中患者獲益[4];經皮腔內血管成形術為有創(chuàng)治療，風險大費用高且再次狹窄率高。新的證據證明，內皮祖細胞(endothelial progenitor cells，EPCs)的治療可以刺激血管新生和修復，促進神經再生，為缺血性腦血管病開辟一條新徑，本文將EPCs的生物學特性和其在缺血性腦卒中的形成、治療中的應用綜述如下。

1 EPCs的基本特征

自Asahara從外周血中分離出EPCs以來，對于其定義和功能特性的探究一直在進行，也取得了進展，但目前尚未能達成一致。通?？梢酝ㄟ^集落形成試驗、熒光檢測及流式細胞術來識別EPCs，然而由于某些抗體在內皮系和骨髓系均表達讓EPCs鑒定界定不清，CD34+、KDR+抗原組合因其在EPCs表面出現具有高度的特異性和靈敏度，經常被用于EPCs的識別[5]。EPCs是一類能循環(huán)、增殖并分化為血管內皮細胞, 但尚未形成血管的前體細胞, 在血管新生及修復中發(fā)揮著重要作用[5]。它可以選擇性募集到受損或缺血組織區(qū)，在以前不存在血管的地方形成血管，EPCs參與促進新生血管形成的過程包括二方面：一方面，EPCs從骨髓動員到循環(huán)血液中，隨后歸巢至受損部位促進內皮再生，這一過程受促血管生成因子如基質細胞衍生因子-1α(SDF-1α)和血管內皮生長因子(VEGF)的調節(jié)；另一方面，EPCs分泌促血管生成因子和細胞因子，促進局部血管內皮細胞的遷移和增殖。EPCs可分為2種類型：一種為早期EPCs，呈紡錘形，通過體外短期培養(yǎng)4～7 d獲得，其增殖與表達成熟內皮蛋白的能力較低；一種為成熟EPCs，呈鵝卵石形狀，通過培養(yǎng)2～4周獲得，其增殖能力較強，有研究認為晚期EPCs才是真正的功能細胞[6]。

2 EPCs與缺血性腦卒中的形成

2.1 EPCs與頸動脈粥樣硬化性腦卒中 內皮損傷啟動和加速了動脈粥樣硬化進程。正常情況下，內皮的損傷與修復處于動態(tài)平衡，以保持內皮完整性，過去把損傷內皮的再生歸因于鄰近成熟內皮細胞的遷移和增殖，但成熟內皮細胞是分化終末細胞，增殖能力低，替代受損的內皮功能有限。但通過動員、遷移和分化等過程參與新生血管生成，在成體新生血管中EPCs來源的內皮細胞可占到25%[7]。研究表明，頸動脈粥樣硬化與血循環(huán)中的EPCs數目減少、功能減退有關[8]。同時作為大腦的主要血管，頸動脈病變所形成的斑塊脫落在缺血性腦卒中的發(fā)病機制中起著重要作用[9]。大多數動脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定而沒有癥狀，往往被忽視，但是一旦斑塊破裂，常常危及生命。研究發(fā)現，在頸動脈粥樣硬化斑塊形成以后，動脈內皮損傷的修復并沒有停止，軟斑塊組中EPCs的增殖、遷移、黏附能力均較硬斑塊組增強，可能是機體自我修復的一種體現。頸動脈作為大腦的主要供血動脈，頸動脈狹窄明顯減少腦灌注，也是缺血性卒中的一個重要原因。He等[10]發(fā)現EPCs與頸動脈狹窄程度的發(fā)展密切相關，且對于血管狹窄嚴重程度，晚期EPCs較早期EPCs更具有預測價值[11]。腦梗死急性期循環(huán)血中的內皮祖細胞數目持續(xù)減少并于發(fā)病第7天達最低值，表明這段時間內皮祖細胞被嚴重消耗，遠遠超過了骨髓對其的動員，減少的內皮祖細胞可能在血管內皮生長因子等細胞因子的作用下轉化為內皮細胞，參與缺血區(qū)及周圍組織的微血管生成及側支循環(huán)的建立[12]。

2.2 EPCs與顱內動脈粥樣硬化性腦卒中 相對于顱外頸動脈狹窄，顱內動脈粥樣硬化是亞洲患者發(fā)生缺血性卒中的重要原因[13]，其臨床意義在于其是生存率和腦卒中再發(fā)的獨立預測因子[14]，目前藥物和外科手術治療效果不確定。原位動脈血栓形成是顱內動脈粥樣硬化導致卒中發(fā)生的機制之一，然而，不同于心源性栓塞患者，慢性動脈粥樣硬化患者的側支循環(huán)發(fā)育良好，原位動脈血栓很少會產生整個血流供應區(qū)域的腦梗死。機體對于缺血性損傷具有一定的代償機制，主要表現為側支循環(huán)的建立和血管新生，既往研究表明，EPCs以出生后血管再生的方式參與缺血局部的代償性血管重建過程，在人體生理及病理性血管新生過程中發(fā)揮重要作用。一項納入65例急性缺血性腦血管病的前瞻性隊列研究發(fā)現[15]，卒中后第1天外周血EPCs的數量較正常組明顯降低，追蹤顱內栓塞血管情況發(fā)現，大血管栓塞組中EPCs數量比小血管栓塞組明顯降低，且具有統(tǒng)計學差異，同時，外周血中EPCs數量對于患者卒中后6個月的轉歸具有獨立的預測意義。

3 EPCs在卒中治療中的作用機制

3.1 調節(jié)血管衰老 血管衰老的典型表現是老年人動脈硬度的增加。年齡是腦血管病的重要危險因素，年齡相關的動脈改變包括2個獨立的病理過程：(1)中膜的退化和硬化；(2)動脈粥樣硬化相關的內膜改變。這2個過程從生命的早期便開始出現，經歷了整個成年期及老年期，最終導致動脈彈性喪失和動脈硬化樣改變。血管衰老廣泛發(fā)生于老年人的全身血管，內皮功能障礙、內皮祖細胞功能受損與衰老是血管衰老的重要分子生物學機制。正常情況下，內皮的損傷與修復處于動態(tài)平衡以維持血管的完整性，但隨著年齡的增長，內皮的這種自我修復能力逐漸減弱，繼而發(fā)展為動脈粥樣硬化甚至引發(fā)血管性疾病。雖然具體的機制尚未清楚，但年齡在這種修復失衡體系中發(fā)揮著重要作用。而內皮的修復又依賴EPCs的動員、遷移、黏附、歸巢和整合成新生血管，也許EPCs的發(fā)現可以逆轉年齡因素所帶來的一系列疾病[16]。排除高血壓、糖尿病、高血脂、吸煙、飲酒史等動脈粥樣硬化高危因素，在老年人和年輕人中展開的一項研究發(fā)現[17]，EPCs數量在2組人群中并無明顯差異，而EPCs的遷移、增殖以及生存能力在老年組卻明顯減弱。也許EPCs功能失調可以在臨床上作為因年齡增長引起內皮損傷的監(jiān)測因子，對于將來不良事件的預見也有重要意義，這使得外周血內皮祖細胞成為血管衰老的生物學標志物。中風、神經退行性病變和心血管疾病隨著年齡的增長發(fā)生率大大增加，年齡作為一種無法干預的危險因素早已為人們所接受。然而隨著人們觀察到EPCs在卒中、高血壓、高血脂中都發(fā)生了變化，EPCs作為防治血管衰老性卒中的有效保護因子越來越受到人們的關注。如果EPCs衰老在卒中病理中發(fā)揮了“開”和“關”的作用，那么年輕群體有活力的EPCs細胞治療應該可以延遲卒中發(fā)生[18]。在高血壓、基因轉染高血脂的老鼠模型中注入剛分離提出的CD45-[CD34+/KDR+]EPCs，可以有效減緩卒中進展延緩卒中發(fā)生，通過RT-PCR他們觀察到CD45-[CD34+/KDR+]EPCs上與年齡有關的基因表達發(fā)生了改變，在卒中高發(fā)小鼠表達增加；導致血管內膜增生的促進血管生成的基因在卒中高發(fā)小鼠EPCs中表達也增加。然而這些研究僅僅停留在動物實驗階段，是否能真正通過細胞移植來達到預期的臨床效果還需要多向性的研究。

3.2 促進側支循環(huán)，挽救缺血半暗帶 病理學檢查發(fā)現，腦缺血病灶由中心梗死核心區(qū)和周圍的缺血半暗帶區(qū)組成，核心區(qū)由于腦血流量嚴重不足或完全缺血致神經元不可逆性損傷，而半暗帶區(qū)由于側支循環(huán)存在，仍可獲得部分血液，神經元功能受損但短期內尚可存活并恢復功能，是臨床治療的主要靶點，積極有效的治療可將損傷降至最低。Iskander等[19]人工結扎老鼠大腦中動脈制造梗死模型，24 h后由靜脈輸注人臍帶血來源磁性標記的AC133+細胞，在輸注的第1、7、14天后MR跟蹤發(fā)現，輸注的EPCs都集中在梗死半球區(qū)域，且與對照組相比，梗死區(qū)域明顯減小，表明EPCs可以高度選擇性地動員到梗死區(qū)域，控制梗死范圍的擴大，從而有效改善卒中預后。

3.3 缺血再灌注中的神經保護 缺血性中風在經溶栓治療及側支循環(huán)代償后均存在缺血再灌注損傷，及時使用腦保護劑可以減輕由于興奮性氨基酸毒性作用、自由基等所致的這種缺血再灌注損傷。EPCs依靠超氧化物歧化酶機制，具有強于內皮細胞的抗氧化特征[20]。在缺血再灌注時輸注EPCs可以通過降低細胞凋亡蛋白酶3和羥自由基等的活性，增加SOD和谷胱甘肽過氧化物酶，抑制凋亡、氧化應激，來達到強有力的神經保護作用[21]。

3.4 促神經修復和新生 局灶性腦缺血損傷引發(fā)的神經功能損傷對卒中患者后期影響深遠，探尋損傷后有效的治療藥物及措施，促進腦卒中后中樞神經系統(tǒng)功能的恢復，一直是生命科學研究的重點和熱點。隨著胚胎干細胞研究的進展，成神經細胞為損傷后神經細胞的修復與新生開辟了新的途徑。然而在缺血發(fā)作后幾周因卒中而新生的大部分神經卻逐漸凋亡[22]。腦血流降低可導致腦細胞能量耗竭，造成細胞內離子的自穩(wěn)失衡，使神經元離子梯度破壞。研究表明再生血管網與缺血損傷后的神經修復和神經發(fā)生密切相關[22]。Nih等[23]通過聯合移植胚胎成神經細胞和EPCs到缺血性卒中老鼠體內，發(fā)現治療組后期神經功能恢復明顯好轉，表明卒中后成神經細胞的存活有賴于成熟的血管網系統(tǒng)。EPCs不僅為受損區(qū)域的神經提供了富含血管的微環(huán)境，其分泌的細胞因子對于受損神經元的軸突重建也具有明顯的促進作用[24]。卒中后1 h輸注EPCs，4周后治療組的皮質萎縮較對照組明顯減小，同時橫木行走等行為能力也顯著提高[25]。

3.5 抗內皮過度增生 動脈粥樣硬化是缺血性卒中的主要原因，內皮損傷是動脈粥樣硬化發(fā)生、發(fā)展的關鍵。血管成形術是治療動脈粥樣硬化等血管狹窄性病變的主要治療方法，然而術后內膜增生、管腔再狹窄限制了更廣泛的應用[26]。多年來，藥物涂層支架、切割球囊成形術治療等方法的研究和應用試圖能減輕術后內膜增生和再狹窄的形成，然而效果并不十分理想[27]。再狹窄的主要病理特征為新內膜形成，其始動因素則為內皮細胞受損，促進損傷血管的再內皮化可能對再狹窄的形成有抑制作用[28]。由于EPCs參與損傷血管的再內皮化，研究發(fā)現自體移植EPCs可以通過提高再內皮化程度，有效預防球囊損傷后的再狹窄，借助超高場強MR成像系統(tǒng)，有研究者在活體水平上不同時間點觀察血管壁的增厚和管腔的面積，也反映出了EPCs對損傷后頸動脈的動態(tài)修復過程[29]。然而，通過納米磁粒子偶聯物標記移植EPCs，損傷血管局部行磁共振活體成像發(fā)現，頸動脈損傷時移植EPCs，細胞可在局部停留，并可達到治療作用；而同樣方法在動脈粥樣硬化形成后的第7周再進行細胞移植，移植后第1、7、14天磁共振掃描和組織切片染色均表明，在動脈粥樣硬化形成過程中移植EPCs不能使其在局部停留，考慮可能為EPCs在體外環(huán)境影響下活力下降[30]。前期移植EPCs確實可以對損傷血管起到修復作用，所以如何把握移植時間，以及如何更好地在體外保存EPCs是一個長期需要探索的方向。

4 展 望

EPCs作為一種新的治療靶點，通過自身參與血管生成和修復，還可旁分泌各種細胞因子和趨化因子，保護內皮完整，抑制損傷后內膜過度增殖，以及神經保護作用確定了其在治療缺血性腦血管疾病中非常重要的地位。隨著EPCs研究的深入，關于EPCs鑒定以及治療時間等問題的探討，相信其作為種子細胞在治療缺血性腦血管病有一定的價值。

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