血管内皮细胞的功能与损伤机制的研究进展*

米宁 高允生

(泰山医学院药学院,山东 泰安 271016)

血管内皮细胞为覆盖于血管内膜表面的单层扁平或多角形的细胞，它既是感应细胞又是效应细胞，不仅能感知血液中的炎性信号、激素水平、切应力、压力等信息，而且能通过分泌多种血管活性物质对这些信息作出反应。研究[1-3]表明，内皮细胞的损伤及功能紊乱与多种疾病的发生密切相关，包括高血压、冠心病、糖尿病、慢性肾功能衰竭等。因此，深入探讨血管内皮细胞损伤的机制，对改善心血管疾病具有积极意义。

1 正常血管内皮细胞的形态学特征

血管内皮细胞是一层连续覆盖整个血管腔表面的扁平鳞状细胞，其总数约为1.2×1018，厚度约为O.1～l μm,总面积约400 m2，为血液和组织之间的物质交换提供了巨大的表面积[4]。电镜下观察，内皮细胞腔面有稀疏、大小不一的胞质突起，相临细胞间紧密连接，核淡染，核仁大而明显，胞质内有发达的高尔基复合体、粗面和滑面内质网。成熟的内皮细胞都表达一些相同的表面标志，包括CD34、CD31、KDR和VE钙黏着蛋白等。

2 血管内皮细胞的生理功能

2.1血管内皮细胞是血流与血管壁之间的屏障结构和物质转运通道

血管内皮是由不同类型的黏附结构或细胞-细胞连接形成的连续的单层细胞，这样血管内皮细胞就成为血管内与血液直接接触的一道天然屏障，可维持血管内膜光滑，防止血小板和白细胞等黏附及有害物质侵入血管壁，完整的内皮结构还有抗脂质沉积作用。当血管内皮屏障功能减退或丧失时，血液中的脂质渗入血管壁，导致细胞外水肿的发生。当血管内皮细胞剥脱、内皮下胶原组织暴露时，可引起血小板黏附、聚集，导致继发性血栓形成，促进炎性细胞浸润[5-6]。

2.2血管内皮细胞具有调节血管通透性和血管张力的功能

血管内皮细胞通过其表面结构如离子屏障、黏附连接结构及内皮细胞的收缩性来调节血管壁通透性。从而控制血液中的可溶性物质如电解质、小分子物质及各种血浆大分子和血细胞成分如白细胞、红细胞等进入内皮下组织，起着选择性通透屏障作用[7]。它通过它所产生的扩血管因子即内皮依赖性舒张因子和缩血管因子即内皮依赖性收缩因子实现对血管张力的调控。其中最主要的是内皮素及NO这对拮抗因子。生理情况下,血管内皮细胞释放的舒-缩血管因子相互作用，处于动态平衡，从而维持正常的血管张力[7]

2.3血管内皮细胞具有信息传递和内分泌功能

血管内皮是一个动力器官,可以通过膜受体感知血流动力学和血源性信号的变化,合成并分泌多种生物活性物质。

2.3.1血管舒张因子 ①一氧化氮:是由L-精氨酸在一氧化氮合酶作用下合成，具有舒张血管、抑制血小板黏附、抑制血管平滑肌细胞增生的作用[8]；②前列环素Ⅰ2:是血管内皮细胞膜上磷脂中的花生四烯酸的代谢产物,通过刺激腺苷酸环化酶升高环磷酸腺苷水平而产生作用；③超极化因子[9]:血管平滑肌细胞的内皮依赖性舒张作用与细胞膜的超极化作用有关,内皮超极化因子也参与内皮介导的平滑肌舒张。

2.3.2血管收缩因子 ①内皮素-1[10]:是血管内皮细胞分泌的一种强效的血管收缩物质,通过激活钙通道可增加钙离子内流,促进血管平滑肌细胞收缩,并有类似生长因子的作用,能促进平滑肌细胞增殖；②血栓素A2:血流或血管内皮中的花生四烯酸经环氧化酶代谢途径生成前列腺素H2,经血小板内代谢生成血栓素A2,具有血管收缩、促血小板聚集、促进平滑肌细胞增生作用。

2.3.3其他血管活性因子 ①白细胞介素；②集落刺激因子；③血管紧张素Ⅱ[10]；④组织型纤溶酶原激活剂；⑤纤溶酶原抑制剂；⑥超氧阴离子；⑦血管性假血友病因子；⑧硫酸乙酰肝素；⑨非对称性二甲基精氨酸,是L-精氨酸类似物,能竞争性抑制内源性一氧化氮合酶,使一氧化氮合成减少,活性降低,被称为内源性一氧化氮合酶抑制物,是内皮功能失调的危险因子,也是一种心血管疾病的危险因子,可以作为动脉粥样硬化的一种标识物[11]。

2.4维持凝血功能平衡和血液流动状态

正常情况下，血管内皮细胞表面光滑且带有负电荷，可以防止血细胞的聚集；其表层的硫酸肝素能有效抑制血小板聚集：它产生的一氧化氮(NO)和前列腺素的衍生物,特别是前列环素,不仅是强有力的扩血管物质，并且能有效抑制血小板的变形和聚集[12]；另外，血管内皮细胞还能产生促进凝血的因子如组织因子以及抗凝因子如NO、肝素等，这两类作用相反的因子保持动态平衡，使血液不致发生凝固而形成血栓[13]。这些作用共同维持了正常血管内血液的血流动力学，从而保证了血液的流动状态。

2.5血管内皮细胞参与炎症反应

血管内皮细胞具有强大的免疫功能,是抵御侵入人体的病原微生物的第一道防线,并通过表达多种免疫相关分子主动参与或影响免疫过程。当血管内皮细胞受多种因素激活后，内皮细胞主导炎症细胞向组织损伤和感染部位聚集，并释放借以于与白细胞交流信号的细胞因子和生长因子。在内皮细胞表达的多种粘附分子介导下，白细胞从血管内迁移至炎症损伤部位，经过一系列胞浆蛋白酪氨酸磷酸化过程而导致活化，发挥致炎效应。其免疫相关分子可以产生多种细胞因子,参与机体的炎症反应及免疫应答,所以，血管内皮细胞是重要的免疫调节细胞[14]。

2.6血管内皮细胞可协助血管平滑肌参与血管重构

血管内皮细胞损伤时平滑肌会向内膜移动，使内皮细胞直接受到血流的作用。血管平滑肌和内皮细胞上有大量的受体，可探测周围环境的变化，通过一定的信号传导机制，将刺激信号传导到细胞内，改变细胞的表型。平滑肌通过自身的增殖/肥大或分泌大量的细胞外基质，而内皮细胞则把探测到的信号通过平滑肌内皮连接传递给平滑肌或者分泌生理因子，与平滑肌协同产生作用，进行血管的重建。Shyy等[15]研究表明，血液流动作用于内皮细胞表面G蛋白，可引发内皮细胞内的各种磷酸化过程，导致血管内皮细胞沿血流方向发生重排，同时调控核因子kB介导的信号转导通路，进而调节内皮细胞多种基因表达，导致血管的结构和功能改变.

3 血管内皮细胞损伤的机制

3.1氧化应激 氧化应激(oxidative stress,OS)是指机体活性氧产生过多或/和机体抗氧化能力降低,氧化系统和抗氧化系统平衡紊乱,从而导致潜在性损伤的病理过程。氧化应激诱导内皮细胞损伤的机制非常复杂，主要表现为氧自由基的过氧化反应。由于自由基的反应引起细胞膜脂质过氧化、蛋白质和核酸变性，导致不可逆损伤。脂质过氧化可改变细胞的转运功能和酶的功能。酶活性的变化(如活化caspase-3)可诱导内皮细胞的凋亡，刺激内皮细胞合成血小板活化因子，引起血小板和中性粒细胞聚集，促进炎症反应等。此外，活性氧还参与以内皮细胞脱落为特征的“失巢凋亡”。导致氧自由基大量产生的病理条件很多，如炎症反应、缺血再灌注、高血压、糖尿病等[16]。高糖血症时，重要的抗氧化蛋白由于糖基化可使抗氧化蛋白失活，使抗氧化防御屏障减弱。同时由于葡萄糖可促使蛋白糖基化，使活性氧自由基增多，引起内皮细胞损伤。主要机制涉及到对氧化还原敏感的多个信号分子和第二信使如分裂激活蛋白激酶(MAPKs)、蛋白酪氨酸磷酸化酶、酪氨酸激酶、炎症基因、离子通道和Ca2+等多个方面[17]。

3.2同型半胱氨酸血症 高同型半胱氨酸血症(Hcy)作为心脑血管疾病的独立危险因素的研究已经达到分子水平。同型半胱氨酸为含硫氨基酸蛋氨酸的中间代谢产物，由于体内存在同型半胱氨酸排出系统，所以正常体内有细胞毒性的同型半胱氨酸维持在极低浓度。国内外大量的研究[18]已经证明Hcy可能通过多种机制引起血管内皮细胞功能损伤,最主要的通过氧化应激机制导致一氧化氮(NO)浓度降低及功能减退,同时通过内质网应激(ERS)机制诱导细胞凋亡(PCD)、未折叠蛋白反应(UPR)、影响脂质代谢、促进炎性介质释放等其它机制最终导致血管内皮细胞功能损伤。研究[19]表明，慢性肾衰患者常有同型半胱氨酸水平的升高，并且半胱氨酸水平还可以预测心血管并发症的预后。在血压正常的高同型半胱氨酸血症患者中，亦存在内皮细胞功能障碍。

3.3氧化型低密度脂蛋白 氧化型低密度脂蛋白(Ox-LDL)主要通过两种机制引起内皮细胞的损伤和功能障碍：①巨噬细胞通过清道夫受体摄入Ox-LDL,引起血管壁泡沫细胞的堆积和脂纹的形成；②Ox-LDL改变了内皮的多种功能，Ox-LDL诱导内皮细胞表达多种蛋白分子如粘附分子、单核细胞化学趋化蛋白-1、血管平滑肌生长因子以及集落刺激因子，Ox-LDL还通过降低一氧化氮(NO)的生成而减弱内皮依赖性舒张反应。Ox-LDL可通过增加细胞内活性氧的产生,进而激活NF-κB引发细胞凋亡。此外, Ox-LDL还可以通过LOX-1引起单核细胞趋化蛋白-1 (MCP-1)的上调和丝裂原激活的蛋白酶(MAPK)的活化,介导单核细胞对内皮细胞的黏附,导致内皮细胞的损伤[20-23]。

3.4炎症及免疫反应对内皮细胞的损伤

血管内皮细胞在炎症介质，如干扰素α、干扰素β，白介素1、白介素4作用下诱导血管内皮细胞结构和功能改变称为激活。血管内皮细胞激活后，细胞表面形成促凝血微分子复合物，组织因子合成增加，凝血因子、血小板激活因子(PAF，强效致炎剂)和血小板衍生生长因子(PDGF)在血管内皮细胞合成释放增加，同时凝血酶促进PAF释放，PDGF表达，抗血凝活化蛋白质和胞膜血栓调节蛋白功能明显降低，从而加速凝血过程，促发血栓性疾病发生，血管内皮细胞激活后，细胞表面迅速产生嗜中性白细胞受体(GMP-140)，继而又出现血管内皮细胞粘附分子-1，促进白细胞粘附和局部免疫反应发生，单核细胞粘附于血管内皮细胞上，对血管炎症及免疫性损伤起关键性作用。 综上所述, 血管内皮细胞是多种心血管疾病或危险因子作用的重要靶器官。血管内皮具有活跃的内分泌和代谢功能,其功能紊乱构成许多心血管疾病的共同病理基础。作为研究热点,新技术、新指标不断涌现，保护内皮功能已成为治疗心血管疾病的重要目标之一,对血管内皮功能的各种保护措施对心血管疾病的预防、治疗及预后都具有积极意义。

[1] Loomans CJ, De Koning EJ, Staal FJ, et al. Endothelial progenitor cell dysfunction in type 1 diabetes: another consequence of oxidative stress [J].Antioxid Redox Signal，2005,7(11～12)：1468．

[2] Reinhart K, Bayer O, Brunkhorst F, et al. Markers of endothelial damage in organ dysfunction and sepsis[J].Crit Care Med，2002,30(5)：302．

[3] Goon PK, Lip GY, Boos CJ, et al. Circulating endothelial cells, endothelial progenitor cells, and endothelial microparticles in cancer[J]. Neoplasia, 2006, 8(2)：79．

[4] 张庆斌，刘伏元．血管内皮细胞和原发性高血压[J]．心血管病学进展，2005，26(5)：481-484．

[5] De Staercke C, Phillips DJ, Hooper WC. Differential responses of human umbilical and coronary artery endothelial cells to apoptosis [J]. Endothelium, 2003; 10(2)：71-78．

[6] 邱雅慧. 血管内皮细胞的功能以及损伤修复与动脉粥样硬化[J].中国组织工程研究与临床康复, 2007,11(10)：1927-1933．

[7] 俞鹏，陈晓虎．血管内皮细胞功能及其与原发性高血压的关系[J] 中华实用中西医杂志，2006，19(19)：2272-2273．

[8] Arnal JF, Dinh-Xuan AT, Pueyo M, et al. Endothelium-derived nitric oxide and vascular physiology and pathology[J]. Cell Mol Life Sci, 1999, 55:1078-1087．

[9] 刘丽芳，卢海刚．钙拮抗剂与血管内皮功能障碍[J]．实用心脑肺血管病杂志，2005，13(5)：312-314．

[10] Schiffrin EL, Touyz RM. Multiple actions of angiotensinⅡin hypertension: Benefits of AT1 receptor blockade[J]. J Am Coll Cordial, 2003, 42:911-913．

[11] Cooke JP. Asymmetrical dimethylarginine: the Uber marker?[J]. Cirgulation, 2004, 109:1813-1818．

[12] 俞鹏，陈晓虎．血管内皮细胞功能及其与原发性高血压的关系[J]. 中华实用中西医杂志，2006，19(19)：2272-2273．

[13] 陈明，胡申江. 高血压病血管内皮功能障碍及治疗[J]．心血管病学进展,2005，26(3)：222-226．

[14] 蒋红梅.内皮细胞的免疫学功能[J].微生物学免疫学进展,2001, 29(3): 80-82．

[15] Shyy JY, Chien S. Role of integrins in endothelial mechanosensing of shear stress[J]. Circ Res, 2002, 91(9):769．

[16] Callaghan MJ, Ceradini DJ, Gurtner GC. Hyperglycemia induced reactive oxygen species and impaired endothelial progenitor cell function[J]. Antioxid Redox Signal,2005,7(11～12):1476．

[17] Puddu P, Puddu GM, Cravero E, et al the molecular sources of reactive oxygen species in hypertension[J].Blood Press, 2008, 17(2): 70-77．

[18] DpAngelo A，Selhub J Homocysteine and thrombotic disease [J].Blood,1997,90(1)：1-11．

[19] 华琦, 李梅,刘力松,等.高血压病患者脉压与内皮功能损害的相关性[J].中华内科杂志，2003，42(8)：574．

[20] Chen M, Masaki T, Sawamura T.LOX-1, the receptor for oxidized low-density lipoprotein identified from endothelial cells: implications in endothelial dysfunction and atherosclerosis[J].Pharm acol Ther, 2002, 95 (1): 89-100．

[21] Mehta JL Lid. Identification, regulation and function of a novel lectin-like oxidized low-density lipoprotein receptor [J].J Am Coll Cardio, 2002, 39 (9)：1429-1435．

[22] Takahashi H, Hara K.Cardiovascular diseases and oxidative stress[J]． Rinsho Byori,2003，51 (2)： 133-139．

[23] 肖华．钙通道阻滞剂抗动脉粥样硬化作用的研究进展[J]. 心血管病学进展，2008，29：(1) 144-147．