从内皮祖细胞与心力衰竭的关系探索骨髓-心脏轴的重要性

郭辉辉 唐疾飞

充血性心力衰竭的病理生理学涉及许多层面的变化，从分子的信号转导通路水平到心肌细胞的直接损害方面，进而逐步导致心肌结构和功能方面的不利变化[1-2]。在充血性心力衰竭发生过程中骨髓源性的内皮祖细胞 (endothelial progenitor cell, EPC)的作用，已越来越受重视。对骨髓和外周循环的EPC的调节可能是心力衰竭治疗策略的交叉点，这种调节的作用在于保护或者恢复充血性心力衰竭发生过程中损伤的心肌层。本文就充血性心力衰竭发生发展及治疗方面骨髓-心脏轴的重要性作一综述。

一、内皮祖细胞的特性

EPC是指出生后机体中存在的、能特异性归巢于血管新生组织并分化成内皮细胞的一群干或祖细胞。目前比较公认的EPC是CD34+/CD133+/VEGFR-2细胞群[3]。因为CD34和VEGFR-2是成血管细胞和造血干细胞共同拥有的抗原，在细胞分化以后不表达于造血细胞而表达于内皮细胞，而CD133作为更原始的干细胞标志，也不表达于成熟内皮细胞,共表达VEGF-2和CD133的CD34+细胞组成了循环EPC的一个独特群体。这个群体表达内皮特异性标记VE-cadherin和E-选择素，表达趋化因子受体CXCR-4，并响应于SDF-1或VEGF而迁移。随着这些细胞的成熟，内皮细胞表面抗原呈现动态表达。主要定位于骨髓中的祖细胞表达CD133、CD34和VEGFR-2，但是缺乏外周循环内皮细胞的表型，如VE-cadherin和血管性假血友病因子[4]。当成年早期EPC成熟时，EPC晚期分化变为CD133-、VEGFR-2+及CD34+。内皮细胞系的多个典型循环标志物如血小板内皮细胞黏附分子1或CD31，VE-cadherin、血管性假血友病因子和内皮一氧化氮合酶也表达于晚期EPC的细胞表面[5]。然而像充血性心力衰竭这种慢性病理过程中EPC表面发生的变化，以及早期的内皮前提细胞何时或者如何变为完全分化成熟的EPC，有些证据是相互矛盾的。

二、EPC对心血管疾病的预测价值

骨髓源性的EPC是心血管疾病的一个生物标志物[6]。冠心病患者循环中EPC数量下降了50﹪，迁移能力受损[7]。一个针对循环EPC、血管功能和心血管危险因素的研究提示[8]，较之传统的心血管危险因素，循环EPC水平是血管功能的一个更好的预后指标,高心血管危险因素对象的EPC数目少且更易衰老。在缺少足够循环EPC情况下内皮损害影响心血管病的进展。一项肱动脉多普勒研究显示，骨髓源性EPC的绝对数量和内皮功能障碍程度有明显关联。一项关于519例冠状动脉疾病患者的随访研究中，循环中CD34+、KDR+的EPC可预测心血管不良事件的发生[9]。随着EPC水平渐进升高，累积无事件生存率增加。而最近的研究则强化了骨髓与充血性心力衰竭的联系，这种联系与骨髓源性前体细胞不同程度的动员有关：CD34+的细胞和CD34/CD133+的细胞与心功能分级呈负相关，而CD133+的细胞在充血性心力衰竭和健康个体间则相似[10]。以上这些研究说明，骨髓源性EPC是心血管疾病的生物标志物，可以识别主要心脏事件的高危患者。

患有充血性心力衰竭患者的骨髓源性循环EPC数量下降和再生能力受损可能有如下原因：（1）骨髓源性的前提细胞储存耗竭；（2）细胞动员能力下降；（3）凋亡增加[11],研究证明，与来源于健康人体的EPC相比，来源于缺血性心脏病的EPC迁移能力受损[12]。由于迁移和归巢能力下降，充血性心力衰竭患者骨源性EPC促进下肢缺血后新生血管形成能力出现下降[13]。最近Kissel等[12]报道在患有充血性心力衰竭的患者中，骨髓源性EPC的功能耗竭可引起左心室不利重构。这些研究说明，骨髓源性的前体细胞与充血性心力衰竭的发展演变密切相关。

三、内皮功能障碍与心力衰竭

内皮功能障碍为EPC与充血性心力衰竭之间提供了一个潜在的病理生理联系。内皮功能障碍本质是内皮损伤和修复之间动态平衡的破坏。多项研究显示[13-14]，循环中EPC数量及功能是新一代血管内皮功能及心血管危险因素的生物学标志，其数量及功能受损可导致血管内皮修复功能减弱，并加速心血管事件的进程。在充血性心力衰竭患者中长期暴露于经典危险因素导致骨髓源性EPC的质量和功能受损。常见危险因素如年龄、糖尿病、吸烟及高血压可降低骨髓池中EPC动员能力、细胞的整合能力及血管新生能力[6]。骨髓-心脏轴的迟钝反应会导致充血性心力衰竭的进展。Dimmeler等[11]证明，在动脉硬化和心衰进程中，EPC的自杀途径的早期激活可能是病变的起始步骤。在内皮损伤与动脉粥样硬化、充血性心力衰竭的早期事件之间存在紧密相关[15]。充血性心力衰竭的早期变化可以促进EPC转变为循环池中的细胞。当动脉内膜损伤时，这些循环池中的细胞可以更新损伤的内皮细胞。骨髓源性的EPC通过内皮的修复和血管止血功能的保存来防止血管疾病及心肌纤维化的发生[16]。

四、骨髓的动员机制

在骨髓这个微环境中，大部分EPC是静态的，这些细胞通过整合素与基质细胞黏附存在于骨髓中[17]。骨髓和循环中的干细胞是动态变化的。在EPC的动员中，多种介质参与到这一过程[18]。

趋化因子SDF-1是动员骨髓EPC的中心[19]，其可通过EPC上趋化因子受体CXCR4剂量依赖性地提高EPC向缺血组织的迁移能力。在小鼠后肢缺血模型中，SDF-1的表达在骨髓中下调，在外周血表达上调，这种变化有利于外周血的干细胞动员和细胞归巢于缺血组织中[20]。SDF-1血浆浓度和EPC的动员程度直接正相关[21]。SDF-1已经被证明是最强的EPC趋化因子。因此，在充血性心力衰竭发生过程中，这种分子在组织修复中起着至关重要的作用。组织缺血损伤是一个最强大的刺激骨髓干细胞释放的内源性因素。缺血缺氧、组织血管损伤和炎症反应释放血管生长因子可动员EPC从骨髓进入外周血。在急性心肌梗死、烧伤和冠状动脉旁路移植术病例观察到血VEGF水平的升高以及相同曲线的循环EPC数量增高。心肌梗死引起较强的组织对氧的消耗，促进EPC从骨髓动员到缺血性心脏[22]。研究表明，粒细胞集落刺激因子、白细胞介素-8（interleukin,IL）、干细胞因子、VEGF和促红细胞生成素等，与骨髓EPC动员有关[17，23-24]。在充血性心力衰竭的发生过程中，伴随SDF-1的变化，所有的晚期因子发生改变，这些改变通过控制骨髓源性干细胞的输出反过来调节心脏的修复。

五、临床意义

尽管骨髓和循环性的EPC之间的复杂交互作用尚有许多细节未能明晰，骨髓-心脏轴的发现仍然有其临床意义。Orlic等[25]是众多研究者中第一个提及晚期细胞和损伤心肌细胞、骨髓-心轴之间相互作用的。他们的研究显示，内源性骨髓细胞的动员可引起骨髓细胞转化为心肌并改善心脏功能。循环的骨髓源性EPC的识别也已经改变了学者对血管新生机制的认识。促进骨髓EPC的动员、增加循环EPC的数量并改善其功能正在成为心血管疾病治疗的一个新兴靶点。

动物与人体试验均证实他汀类药物是EPC强有力的的动员剂。Llevadot等[26]使用转基因小鼠骨髓移植试验证实辛伐他汀可动员骨髓EPC。Dimmeler等[27]研究则显示他汀通过PI3K/Akt途径特异性地扩增了骨髓的多潜能造血干细胞，并因此增加了外周血中分化的EPC。阿托伐他汀的人体试验显示其可动员骨髓造血干细胞，促进其向EPC分化[28]。他汀还可调节多种细胞周期蛋白的表达，抑制EPC的衰老，促进其增殖[29]；上调EPC整合素的表达，提高其黏附能力[26]。尽管有了这些依据，在充血性心力衰竭患者中使用他汀类药物仍然存在争议[30]。在CORONA研究中，5011例不同分期心衰患者随机分组，每天给予10 mg瑞舒伐他汀或者安慰剂，研究结果未能显示瑞舒伐他汀能提高生存率[31]。

充血性心力衰竭的其他关键的治疗方案已经被证明与EPC的功能相关。例如，Yao等[32]表明，氧化应激在充血性心力衰竭的发生和发展中起着核心作用。实验研究表明，血管紧张素Ⅱ受体阻滞剂通过抗氧化机制提高了EPC的功能。本课题组则把目光转向传统中药[33-34]，研究表明，丹参素、黄芪甲苷对氧化型低密度脂蛋白诱导的EPC损伤有保护作用，其机制与丹参素、黄芪甲苷抗炎抗氧化有关。其他保护性非药物治疗策略，如运动，也被证明可增加循环EPC的水平[35]。

六、结论

骨髓源性EPC不仅是心血管疾病的一个生物标志物，骨髓-心脏轴涉及充血性心力衰竭的发病机制及治疗等多个方面。EPC因其内皮修复及血管新生的作用已成为心血管疾病防治的重要靶点。骨髓和心脏之间存在复杂的交互作用，这中间还有诸多环节尚未研究清楚。随着研究的不断深入，各种骨髓-心脏轴交流机制的揭示将为充血性心力衰竭的临床治疗提供新策略。

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