动静脉内瘘血管内膜增生的细胞和分子病理机制

陈荣荣 俞 燕 综述 范亚平 审校

·血液净化·

动静脉内瘘血管内膜增生的细胞和分子病理机制

陈荣荣 俞 燕 综述 范亚平 审校

动静脉内瘘(AVF)是绝大多数维持性血液透析患者首选的血管通路，AVF失功是维持性血液透析患者住院的重要原因。本文就AVF失功的主要病理基础——血管内膜增生的细胞和分子病理机制研究进展做一综述。

血液透析 动静脉内瘘失功 血管内膜增生 细胞病理机制 分子病理机制

动静脉内瘘(AVF)作为血管通路引入血液透析领域已50余年，与其他血管通路相比，具有感染率低、使用时间长、并发症相对少等优点，目前临床已广泛应用，是绝大多数维持性血液透析患者血管通路的最佳首选；但临床大宗病例统计分析显示，仅60%患者AVF在1年后仍保持通畅且功能良好，AVF失功是维持性血液透析患者住院的重要原因[1]。临床观察表明AVF通畅率与诸多因素有关，如年龄、糖尿病史、体质量指数、吸烟与否、有无巨细胞病毒感染、血浆总胆固醇水平、蛋白质摄入量、平均动脉压、血管本身的特性、合并外周血管疾病、行AVF的外科技术等患者的异质性[2]，同时实验与临床研究也发现，AVF失功的主要病理基础为血管内膜增生(IH)在不同患者存在共同的分子机制和相似的病理途径，IH组织学特点是具收缩功能的平滑肌细胞、肌成纤维细胞、成纤维细胞及巨噬细胞大量积聚，进而导致血管管腔缩小、狭窄和血栓形成，其发生和进展与血管内的病理通路有关，后者包括炎症、尿毒症环境、缺氧、剪切应力等触发一系列细胞因子级联反应和血管重构变化，导致细胞增殖和迁移及促进凝血与血栓形成，最终发生血管狭窄，AVF失功[3]。

IH的组织学改变

AVF狭窄部位的组织病理学显示，进展性IH主要由平滑肌α肌动蛋白阳性、波形蛋白阳性、结蛋白阴性的肌成纤维细胞构成，后者迁移到损伤血管的内膜，研究显示增高的转化生长因子β(TGF-β)、内皮素1(ET-1)、胰岛素样生长因子1(IGF-1)、单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)、白细胞介素6(IL-6)和血小板衍生生长因子(PDGF)与氧化应激的生物标记物如非交联羧甲基赖氨酸、4-羟基-2-壬烯醛及蛋白结合氧化还原过渡态金属等共定位存在于血管内膜层[4]。TGF-β1是成纤维细胞转为肌成纤维细胞的主要激活因子，后者是AVF狭窄的重要细胞成分。在AVF血管愈合过程中，肌成纤维细胞迁移至血管内膜，产生细胞外基质蛋白和基质金属蛋白酶，参与细胞外基质沉积和降解；血管愈合后肌成纤维细胞的去向决定血管重塑的正向和反向调节。作为生理性组织修复的结束，大量肌成纤维细胞由于生长因子减少、一氧化氮生成和完整的细胞外基质等因素发生细胞凋亡；但TGF-β维持高表达及细胞外基质持续重塑则阻止肌成纤维细胞消亡，导致IH形成和进展[3]。此外，AVF外膜是血管纤维化和活性氧簇产生部位，后者可直接灭活一氧化氮，引起血管张力调节受损，表明AVF血管外膜层对血管壁重塑亦有重要影响，PDGF及其受体可能是重要的介导因子[5]。

IH的病理机制

炎症 炎症在AVF失功中的作用包括两方面，首先是由AVF手术创伤导致的局部炎症和缺氧，其次是尿毒症患者本身存在的全身性炎症反应状态。

局部炎症反应的特点是巨噬细胞(CD68+)和淋巴细胞(CD3+)浸润，在慢性肾脏病患者这种现象更显著，临床研究和动物模型均发现在AVF发生狭窄的血管壁内可见大量CD68+和CD3+阳性细胞，可能由巨噬细胞迁移抑制因子所介导，后者可作用于CD74受体和趋化因子受体2/4，通过细胞外信号调节通路(ERK)和p38有丝分裂原激活蛋白激酶(p38 MAPK)途径上调血管内皮生长因子(VEGF)、IL-8和MCP-1，进而驱动炎症细胞向血管内膜聚集，并促进血管中层和内膜细胞增殖致内膜增厚[6]。VEGF可作为白细胞趋化因子促进局部炎症， IL-8通过趋化因子受体1/2募集单核细胞和中性粒细胞，MCP-1亦可诱导单核细胞、记忆T淋巴细胞和自然杀伤细胞活化并迁移，其中浸润于AVF的单核细胞可上调TGF-β1和IGF-1，作用于血管平滑肌细胞促进血管粥样硬化、细胞外基质沉积及血栓形成，可能是导致AVF失败的元凶[7]。动物实验发现MCP-1基因敲除小鼠AVF模型或应用氯磷酸盐去除单核细胞和巨噬细胞后IH明显减轻[8]。

与炎症相关的另一重要细胞因子是肿瘤坏死因子α(TNF-α)，虽然传统上认为TNF-α是参与调节固有免疫应答的主要因子，但亦可被缺氧、活性氧簇及局部炎症等病理状态通过自分泌途径激活，静脉血管平滑肌细胞或内皮细胞自身可释放TNF-α，并可诱导IL-1β和前列腺素E2释放，TNF-α还可刺激成纤维细胞增殖。研究发现TNF-α基因多态性、尤其是308 G>A启动子多态性改变与AVF血栓风险增加相关，并在IH进程中与其他细胞因子(包括IGF等)协同促进细胞增殖和抑制凋亡[9]。积极干预AVF的全身和局部炎症状态及相关的炎症参与因子是提高AVF长期通畅率的可行途径[10]。

尿毒症状态 终末期肾病尿毒症本身多系统性病理改变及共存的全身性炎症反应状态也是AVF失功的重要因素，且血液透析使之更为复杂，包括氧化应激加重、吞噬细胞活化、氧自由基过度释放及脂质过氧化等，并致机体抗氧化保护作用耗损[11]。最近研究发现尿毒症患者体内与IH形成有关的细胞因子包括IL-6、TGF-β1和TNF-α等明显升高，氧化应激损伤和脂质过氧化相关的标志物如8-羟基-2′-脱氧鸟苷和4-羟基-2-壬烯醛亦增加[12]，已证明这些因素可提高有丝分裂原的水平，包括PDGF、ET-1和增殖刺激因子等增加，与局部炎症和缺氧等共同作用于AVF发生IH的病理进程[13]。

缺氧 缺氧是一种有效地诱导多种基因活化的因素，可促进新生血管形成及炎症和剪切应力介导的病理过程。一般认为在IH过程中，由于AVF血管外膜的滋养血管层损伤所致缺氧可上调促新生血管和炎症基因的表达，进而引起血管负性重构[3]。已证实缺氧可激活一系列缺氧诱导因子，其中缺氧诱导因子1α(HIF-1α)研究最多，在动物模型和人体AVF均发现明显增高；不过在无手术损伤滋养血管的静脉高压模型中也发现，HIF-1α及其下游信号调节蛋白增加，提示还有其他机制参与[14]。HIF-1α的表达调节是血管生成调节正反馈环路重要部分，并通过下游信号通路影响新生血管生成、炎症、细胞增殖和胶原沉积等，VEGF是最重要的下游调节分子，静脉血管的动脉化可能就是由其介导，其中VEGF-A过表达与负性重构和IH有关，下调VEGF-A基因表达可抑制IH[15]；最近报道VEGF-A基因多态性是影响AVF功能的重要因素，携带936C/C基因型患者发生AVF血栓形成和闭塞的风险增加5.54倍[16]。

VEGF受体家族包括VEGF-R1和VEGF-R2，VEGF-R1可通过激活酪氨酸激酶促进内皮细胞生长，并可活化巨噬细胞促进AVF炎症；VEGF-R2也是一种酪氨酸激酶受体，主要通过磷脂酶Cg/蛋白激酶C通路发挥作用，VEGF-R2高表达于血管系统，可促进血管内皮细胞的增殖和分化，并可通过ERK和Akt信号途径促进血管平滑肌增殖，已证明阻断Akt信号通路能部分抑制静脉血管平滑肌增殖[17]。VEGF-A可激活基质金属蛋白酶9(MMP-9)，促进基膜和细胞外基质的重塑；HIF-1α亦可激活MMP-2进而降解细胞外基质。另一种基质金属蛋白酶——血管性血友病因子裂解蛋白酶1(ADAMTS-1)在实验性AVF模型及临床AVF血管标本中表达也增加，推测与MMP-2或MMP-9作用类似；实验动物模型中采用慢病毒靶向shRNA技术降低ADAMTS-1表达可发生有利的血管重塑效应[14]。

除了VEGF-A外，另一个缺氧活化的主要活性肽是PDGF，后者可由磷酸化血小板衍生生长因子β受体通过Akt和ERK通路增加肌成纤维细胞，已有研究显示应用PDGF受体拮抗剂、采用特异性基因敲除及改变局部环境可有效减轻IH[5]。

血流动力学 AVF狭窄主要发生在吻合口的静脉端，此处内皮细胞经受非生理性高压力且血流梯度不稳定。随着AVF建立，局部血流动力学的变化造成血管发生短期和长期重塑，包括血管口径增加和静脉壁增厚(即静脉动脉化)，血流的壁面剪切应力和高血压所致血管壁内拉伸应变是血管壁重塑的血流动力学作用特征[3]。

造瘘后局部血流量和压力增加导致血管壁受到的剪切应力和拉伸应变显著增加，特别是AVF术后4～6周的成熟期，血管壁直径扩张，并重建应力平衡状态，引起动脉和静脉血管重塑。内皮细胞是机械应力作用下血管重塑的关键调控因素，大量研究表明生理或病理性机械应力对血管生物学的影响主要通过内皮细胞[18]。与生理状况的单向血流不同，在AVF局部血管壁可形成振荡血流，后者可激活一系列途径诱导IH[19]。振荡血流的机械应力可激活内皮细胞自分泌增殖途径，导致丝裂原活化蛋白激酶上调、核因子κB(NF-κB)核转位、Krüppel样因子-2表达下调，促增生性因子如IL-8和MCP-1增加，一氧化氮合酶表达减少，ET-1和血管紧张素Ⅱ增加，血管张力调节受损，并影响内皮细胞通透性，干扰细胞骨架重排而影响细胞间黏着连接稳定性，损害内皮细胞的结构和功能[20]。振荡血流机械应力产生另一个重要效应是改变内皮细胞表面的多糖-蛋白复合体，进而对内皮细胞的通透性和功能产生不利影响。体外实验中敲除内皮细胞两种主要糖萼成分——黏结蛋白聚糖1和磷脂酰肌醇蛋白聚糖1可分别取消机械应力诱导的细胞骨架重构和一氧化氮产生[21]。此外振荡血流机械应力还可导致TNF-α、干扰素γ等细胞因子增加，诱导MMP-2和MMP-9产生，细胞外基质沉积和降解失衡影响血管壁重塑[22]。

血红素加氧酶(HO) 近年发现机械应力诱导的血管重塑也与HO有关，HO包括诱导型(HO-1)和固有型(HO-2)两种类型，HO在体内分解血红素产生的一氧化碳具有舒张血管、抗氧化和抗炎作用，新近报道无论高或低的机械应力都可通过多种途径不同程度地诱导HO表达，高流量诱生的HO-1依赖于一氧化氮和线粒体产生的过氧化氢，而低流量诱导较低水平的HO-1需要血管壁巨噬细胞浸润和NADPH氧化酶介导的超氧化物[23]。最近一项研究在结扎颈动脉小鼠模型显示血管损伤诱导的HO-1可能通过激活NF-κB具有血管扩张和保护作用，而HO-2对AVF的充沛血流和功能是关键性的因素，HO-2缺乏与促进IH形成有关[24]。这些研究表明HO酶系对AVF血管重塑和预防IH都是必需的，但其确切机制仍待进一步明确。

其他因素 继发于AVF局部炎症、剪切应力和涡流等因素促发的血栓形成亦是导致AVF失功的重要因素。尿毒症患者体内促血小板活化的血管性血友病因子和P选择素及凝血酶-抗凝血酶-Ⅲ复合物、IL-6和可溶性IL-2受体、D二聚体等均升高，血小板释放的血栓烷和多种凝血因子也加重血栓形成状态，尿毒症血管内皮细胞损伤并可上调血栓形成抗体、血小板因子和内皮细胞受体[25]。我们的临床研究也发现人类血小板抗原糖蛋白Ⅱb3基因多态性、特别是3b等位基因与AVF血栓形成有关，是维持性血液透析患者AVF失功的危险因素[26]。

血脂异常尤其是低密度脂蛋白胆固醇增高可促进AVF血管粥样硬化，加重内皮损伤并抑制内皮型一氧化氮合酶表达，血管舒张功能失调，促使血栓形成，可诱发和加重AVF失功。研究显示血清低密度脂蛋白受体相关蛋白1基因rs1466535单核苷酸多态性与AVF失败显著相关[27]。终末期肾病患者由于尿毒症状态、血管内皮损伤及内皮素受体上调，体内常存在高水平的抗磷脂抗体，其中IgA型抗β-糖蛋白-I磷脂抗体与AVF血栓事件相关，并且是发生心血管疾病的独立危险因素[28]。

综上，AVF是维持性血液透析患者的“生命线”，也是脆弱的“阿喀琉斯之踵”。近年对AVF失功IH的细胞和分子病理机制有了较多的了解和进展，但仍存在很多未知，特别是临床上尚缺乏有效的防治手段，目前应用他汀类药物或抗氧化剂、干预炎症状态与特异性阻断病理性因子及其信号等处于尝试阶段；另一重要策略是采用计算机辅助外科手术优化AVF的几何结构以减少振荡血流和机械应力；新近报道采用人类脱细胞组织工程血管初步研究显示可安全用于终末期肾病患者血液透析，可能为临床上建立AVF困难的病例提供了新选择[29]。针对不同患者AVF的具体情况实施个体化特异性精准措施可能是今后促进AVF成熟并提高长期通畅率的有效途径，并有助不断提高维持性血液透析患者生存时间和生活质量。

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(本文编辑 书 实)

Cellular and molecular mechanisms of vascular intimal hyperplasia in arteriovenous fistula

CHENRongrong,YUYan,FANYaping

DepartmentofNephrology,AffiliatedHospitalofNantongUniversity,Nantong226001,China

Arteriovenous fistula is the best choice of vascular access for the majority of maintenance hemodialysis patients, however, arteriovenous fistula failure is an important reason of hospitalization. In this paper, the cellular and molecular pathogenesis of vascular intimal hyperplasia in hemodialysis patients with arteriovenous fistula will be reviewed.

hemodialysis arteriovenous fistula failure vascular intimal hyperplasia cellular pathogenesis molecular pathogenesis

10.3969/cndt.j.issn.1006-298X.2016.05.016

南通大学附属医院肾内科(南通，226001)

2016-06-23