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血管重塑机制的相关研究成果综述

更新时间:2020-05-08 08:21点击:

    [摘要]血管重塑 是改善缺血性疾病治疗预后的瓶颈,包括血管壁细胞和细胞外基质结构和形态变化。血流动力学变化通过机械转导机制激活一系列血管生 物化学信号,内皮细胞分泌血管活性物质和细胞因子,平滑肌细胞分泌生长因子,可激活多种 信号转导途径,通过调控基因表达使血管发生增殖、调亡、迁移、炎性反应,以及细胞外基质分泌、沉积与降解等变化。本文综述了细胞因子和细胞周期调控蛋白参与血管重塑的研究现状,以及microRNA在调控细胞表型转换、调控炎性反应和调控细胞增殖等方面参与血管重塑。
 
 一项纳入全球 188个国家卫生统计数据的研究显示,以缺血性心脏病为代表的缺血性疾病仍是导致人类死亡的首要病因 .腔内治疗及血管旁路移植术[1]是治疗此类疾病的主要手段,这两种方法均能取得较好的近期疗效,远期疗效受血管重塑限制。研究报道,以自体静脉行冠状动脉旁路移植术,静脉桥10 年闭塞率高达 50%,而这一比例在腔内治疗中更高 .血管内皮细胞、平滑肌细胞表型转化,细胞周[2]期改变及其与炎细胞的交互对话是导致血管重塑的重要机制,本文旨在综述细胞因子、 microRNA对血管内皮细胞、平滑肌细胞及炎细胞的调控方式及其作用。
 
  1 细胞因子与血管重塑
 
  许多细胞因子和生长因子参与了血管重塑的形成,如PDGF、NO、TGFβ1等,它们是血管重塑和血管平滑肌细胞增殖、迁移的重要介质。PDGF是最强的有丝分裂源,主要有三种途径促进细胞增殖。
 
  (1)通过Ras-Raf-MEK使ERK2/1信号转导途径激[3]活,调控基因表达和细胞增殖与分泌 ;(2)PDGF激[4]活NF-κB,引起c-fos和c-jun的表达 ;(3)PDGF还可通过磷酸肌-3-激酶/Akt途径上调过氧化物酶增殖激活受体(peroxisome proliferator-activated receptor,PPAR)在损伤血管平滑肌细胞的表达 ,PPAR 可以促[5] [6]使细胞增殖 .Kenagy等 发现,正常对照血管内皮细胞少有PDGF表达,而在移植后大大增加,说明了内皮细胞分泌的PDGF主要是由受损的和正在修复的内皮细胞所分泌。并且PDGF的变化在时间上与血管平滑肌细胞增殖活性的变化是相对平行的,这一结果说明PDGF在血管平滑肌细胞增殖和迁移中起到举足轻重的作用,可能参与并维持血管平滑肌细胞增殖和迁移。NO在血管重塑的发生中也具有重要作用,它通过舒缩血管调节血压及器官血流量,抑制血液成分与内皮细胞黏附。己有实验证明,NO通过特异性激活p42/44有丝分裂原活化蛋白酶,上调p21表达,抑[7]制血管平滑肌细胞增殖 .NO还可以抑制成纤维细胞生长因子,胰岛素生长因子等多种生长因子的作用,这些生长因子在血管重塑的形成中有非常重要[8] [8]的作用 .Agouni等 用微粒子携带shh蛋白注射入小鼠体内,发现shh蛋白可以加速损伤血管内皮的修复,研究其机制发现shh的这种功能是通过上调血管内皮细胞释放NO实现的。加入patched受体的抑制剂siRNA或者cyclopamine(shh的特异抑制剂),这种作用明显减弱。另外,NO在细胞外基质的形成中也有重要的作用,NO可以明显抑制移植静脉壁中透明质酸酶一1(HAS-1)的表达,减轻了血管的收缩性[9]重塑,并通过此作用来抑制血管重塑的形成 .
 
  TGFβ1是促进血管重塑形成的又一重要因子,主要通过激活依赖或不依赖smad的途径进行信号转导,调节细胞的增殖、分化。TGF-β1是最重要的细胞外基质调节因子,TGF-β1通过作用于基因的近端启动子而上调Ⅰ型胶原的表达,影响损伤血管的重塑过程。新近研究表明,TGF-β通路介导血管内皮细胞上皮-间质转化是导致移植静脉重塑[10]的重要机制 .
 
  2 细胞周期调控蛋白与血管重塑
 
  细胞增殖的开始依赖于细胞周期的开始,而细胞增殖周期的开始受细胞周期蛋白(cyclin),细胞周期蛋白激酶(CDK)细胞周期蛋白激酶抑制剂(CDKI)等的调节,需要这些蛋白在时间和空间上相互协调作用来启动细胞周期。其中影响G1期的相关基因有c-jun、c-myc、Rb等,影响DNA合成S期的有细胞增殖核抗原等,影响M期的有细胞骨架蛋白等。其中G1/S是关键界定点之一。转录因子E2F对G1/S起正调控作用,而Rb、p53、p21、p27及p21上游的p53起负调控作用。
 
  腔内血管成形或静脉移植术后,血管平滑肌细胞 迁移到血管的内层,由静止状态进入细胞增殖周期,由G1期进入 S 期要求 Cyclin-CDK复合物的激活,在这个过程中 Cyclin D1-CDK4 和Cyclin E-CDK2 起着重要作用,而 p21在Cyclin-CDK复合物组装中起着基本的作用。p21 的转录激活可以使G1期生长停止,不能进入S期。静脉移植术后损伤了血管内膜,使得内皮素和AngⅡ生成增多,两者都可以使p21生成减少,导致血管平滑肌细胞由G1期进入S期不受控制,细胞增殖失控,促进血管重塑的发生。
 
  Rb蛋白是调节血管平滑肌细胞增殖周期的另一重要因子。Rb蛋白通过与E2F转录因子家族结合形成复和物,导致S期必须的E2F反式激活受抑制,抑制血管平滑肌细胞增殖,促进血管平滑肌细胞的凋亡,而磷酸化的Rb则失去这种抑制作用。静脉移植术后使血管平滑肌细胞中磷酸化Rb增多,导致许多促细[11]胞增殖蛋白激活,促进血管平滑肌细胞增殖 .
 
  Rb蛋白受Cyclin D1-CDK4 和Cyclin E-CDK2的调节,二者都能使其发生磷酸化而失活。Rb蛋白受CyclinD1-CDK4 和Cyclin E-CDK2的调节,二者都能使其发生磷酸化而失活。我们用一种不能被cyclinD或者cyclinE调节的RBF-280(有4个细胞周期素依赖激酶磷RBF)来研究Rb对细胞增殖周期的作用。他们发现在果蝇视神经细胞的第二次有丝分裂波中,RBF并没有阻滞G1-S的进程,而是阻滞S期DNA合成[12]的完成,从而影响细胞周期 .近年来,雷帕霉素涂层支架在血管阻塞性疾病中广泛应用,获得了很好的临床应用效果,研究其机制发现雷帕霉素通过直接抑制Rb的磷酸化,进而影响细胞增殖周期,抑制血管平滑肌细胞的增殖。
 
  3 microRNAs与血管重塑
 
  3.1 microRNAs的来源及其作用原理
 
  microRNAs是一类长度为20-24 nt(少数小于20nt)的非编码单链RNA,在人类基因组中,目前已发[13]现有千余种microRNAs参与细胞功能调节 .绝大多数microRNAs基因以单拷贝、多拷贝或基因簇等形式存在于基因间隔区,少数存在于编码蛋白基因的内含子区,处于此区域的基因可被同时转录出mRNA和microRNAs. 成 熟 microRNAs需 要 通 过 分 别 通 过Drosha酶和Dicer酶的剪切,首先在RNA聚合酶II的作用下,microRNAs编码基因在细胞核内转录出上千个核苷酸长度的初始microRNAs(primary microRNAs,pri-miR),转录产物在Drosha酶的作用下被剪切为约 70个 核 苷 酸 长 度 的 前 体 microRNAs(precursormiR, pre-miR),后者在Ran-GTP依赖的核质/细胞质转运蛋白Exportin 5的作用下转移至细胞质,再在Dicer酶的作用下剪切为21-25个核苷酸长度的双链microRNAs,其中一条为引导链,一条为乘客链;引导链与RNA诱导的基因沉默复合物(RNA-inducedsilencing complex,RISC)结合,避免microRNAs降解,而绝大多数乘客链解螺旋后降解。成熟的microRNAs的5' 端与靶mRNA的3' -UTR特异性结合,通过阻断帽依赖性翻译,从而阻滞了核糖体的[14,15]招募和延伸,即阻断mRNA翻译过程 ;也可通过[14]促进脱腺苷酸化进行脱帽,导致靶mRNA降解 .
 
  3.2 microRNAs调控细胞表型转换参与血管重塑
 
  血管平滑肌可根据周遭环境不同,进行收缩型与合成型的表型相互转换,其中由收缩型向合成型[16]转换是血管重塑的重要标志 .miR-143和miR-145由一个双顺反子基因簇编码,miR-143/145簇可以作用于SMα-actin上游启动子区CArG调控元件而启动SMα-actin基因的转录,也可激活平滑肌特异[17]性转录因子Myocd,促进细胞向合成型转换 ;同时,miR-143/145簇可通过Jag-1/Notch通路促进血清[18]反应因子的表达 ,转染miR-145可诱导胚胎干细胞[19]向血管平滑肌分化 ;尽管miR-145作用靶点甚多,但miR-145能够被miR-143抑制。有趣的是miR-143/145作用于血管平滑肌细胞却不来源于此,[20]Hergenreider等 发现其是在剪切力作用下在血管内皮产生,然后通过囊泡的方式传递到血管平滑肌细胞,这在一定程度解释了在如移植静脉等血管内皮完好的血管仍会发生血管重塑的原因。
 
  3.3 microRNAs调控炎性反应参与血管重塑
 
  miR-155由 B细 胞 整 合 簇 ( B-cell IntegrationCluster, BIC)编码,在血管内皮细胞、平滑肌细胞、巨噬细胞等均有表达,主要参与免疫及炎症反应。在血管平滑肌细胞及血管内皮细胞中,miR-[21]155表达随剪切力增高而上调 .巨噬细胞、树突状细胞等炎细胞向受损血管壁浸润是血管重塑的特征之一,Toll样受体配体通过骨髓分化初反应蛋白88(myeloid differentiation primary response gene,[22]MyD88)或IFN-β通路上调miR-155 ;运用脂多糖[23]刺激,亦观察到miR-155上调 .通过与SMAD2结合,miR-155也通过TGF-β通路调节巨噬细胞参与炎症反应,miR-155高表达可减少磷酸化SMAD2,从而释放了TGF-β/SMAD2通路的下游因子,如IL-[24]1β等,从而促进了炎性反应 .运用miR-155缺陷的Apoe-/-小鼠建立颈动脉结扎血管重塑模型发现,敲减miR-155后血管损伤减轻,且在损伤部位发现未[25]成熟的巨噬细胞,同时也抑制了NF-κB的作用 .
 
  3.4 microRNAs调控细胞增殖参与血管重塑
 
  miR-17-92前体基因一共编码了6种microRNA,即:miR-17、miR-18a、miR-19a、miR-20a、miR-19b、miR-92a,按照种子区特征可将其分为3个家族 . 即 : miR-17家 族 ( miR-17、 miR-18、 miR-20),miR-19家 族 ( miR-19a、 miR-19b)和 miR-[26]92家族 .miR-17-92簇可调节E2F3,miR-17可调节E2F1,当涡流形成时,miR-17、miR-20a、miR-92a下调,此时E2F释放,前文已述E2F对G1/S起正调[27,28] [29]控作用,故cyclinD1表达,细胞增殖 .而Chen等 发现,在血流为平流时,miR-101在血管内皮细胞中上调,将mTOR靶向沉默,mTOR的主要功能使加速G1/S期转导,加速细胞增殖,当miR-101上调时,这一作用被取消。
 
  结语
  
  血管重塑是改善缺血性疾病治疗预后的瓶颈,其病理生理过程复杂,即有分子生物学改变,亦有血流动力学作用,难以通过调控某个单一因子取得良好疗效,增加干预靶点又可能诱发显着副反应 . microRNAs是 内 源 性 的 非 编 码 RNA,一 个microRNAs通常可与多个靶基因结合,因此通过调控microRNAs可实现多靶点控制,尤其是基因簇,其通常能形成网络调控模式。因此,强化此类研究不仅能解开疾病的奥秘,也有可能成为一种更加优化的治疗手段。
 
  【参考文献】
 
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