血管平滑肌细胞与动脉粥样硬化斑块稳定性的研究进展

刘峰涛 于紫英

动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)是一种病灶发生在血管，累及身体重要器官的病理改变。典型AS病灶为粥样硬化斑块，由表面的纤维帽和内在的大量脂质和坏死细胞构成的脂质核组成。AS斑块糜烂及斑块破裂后造成的血栓形成，为临床心血管事件的主要发病机制之一。AS斑块是否破裂取决于斑块内在特性和外在因素的共同作用，而前者是斑块不稳定性的决定因素。不稳定斑块主要具有以下特点：大的脂质坏死核心、大量炎症细胞浸润及薄的纤维帽。研究表明，血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells，VSMC)可发生表型转化，转化为巨噬细胞样细胞、泡沫细胞(foam cells，FC)、间充质干细胞、成骨样细胞等多种类型，进而影响斑块稳定性。本文主要介绍VSMC表型转化及VSMC与AS斑块稳定性之间的联系，为稳定AS斑块提供新的策略。

1 VSMC表型转化

VSMC位于血管中膜，是构成血管壁组织结构和维持血管张力的主要细胞类型。生理状态下，VSMC表现出低增殖和合成能力，并通过表达一组独特的收缩蛋白来实现血管壁的收缩和舒张。VSMC收缩蛋白的合成依赖于多种编码收缩蛋白的特异性基因，包括α-肌动蛋白(alpha-smooth muscle actin，alpha-SMA or α-actin)/ACTA2，调宁蛋白1(calponin 1)/CNN1，肌动蛋白相关蛋白(smooth muscle 22α，SM22α)/TAGLN和肌球蛋白重链(myosin heavy chain，MHC)/MYH11。上述基因的表达依赖于血清转录因子(serum response factor，SRF)与启动子中的顺式调控元件CC(A/T-rich)6GG(CArG)的特异性结合来实现。而SRF能否调控相关基因的表达则依赖于VSMC中特异性表达的心肌素(myocardin，MYOCD)与SRF的结合[1]。

在胚胎发育过程中，VSMC伴随着血管成熟从合成型/胚胎型(未分化型)转变为收缩型/成熟型(分化型)，进而完成其维持血管张力的功能。值得注意的是，与骨骼肌和心肌细胞不同，高度分化的成熟型VSMC仍具有可塑性，可从收缩表型转变为合成表型。合成型VSMC可以重新获得收缩表型的许多特征，表明表型转换是可逆的。合成型VSMC的特征表现为，收缩相关蛋白的合成减少，而促炎细胞因子、基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)的表达上调，导致细胞迁移、增殖和分泌增加。近年大量研究表明，在疾病状态下VSMC受到某些因素刺激时，如糖基化终产物[2]、炎症、氧化应激、血流切应力等[3]，可发生表型转化，且其可转化为多种类型的细胞，如巨噬细胞样细胞、FC、间充质干细胞、成骨样细胞等[4](图1)。Krüppel样因子4(Krüppel-like factor 4，KLF4)在VSMC表型转变中发挥了关键作用。KLF4通过与SRF竞争性地结合CArG，抑制α-actin/ACTA2、calponin1/CNN1、SM22α/TAGLN和MHC/MYH11等编码收缩蛋白的特异性基因的表达。研究表明，在ApoE-/-小鼠模型中特异性敲除VSMC的KLF4，可使斑块面积减少，斑块纤维帽厚度增加[5]。此外，自噬、微小RNA、长链RNA等在调控VSMC表型转化过程中也发挥了重要作用。VSMC表型之间的相互转化对血管稳态的维持及血管对炎症和损伤的反应发挥一定的生理意义。然而，在疾病状态下，此种相互转化的平衡状态可能失调，进而导致临床病理形态的出现。因此，正确认识VSMC的表型转化，进而促使其向有利表型转化，将为预防和治疗血管增生和动脉粥样硬化性疾病提供新的策略。

糖基化终产物、炎症、氧化应激、血流切应力可促使血管平滑肌细胞向巨噬细胞样细胞、泡沫细胞、间充质干细胞、成骨样细胞转化

2 VSMC与FC的形成

FC的形成是AS形成的病理学基础，是AS发生发展的关键环节。FC的主要细胞来源为巨噬细胞源性FC和血管平滑肌源性FC。大量研究表明，巨噬细胞膜表面的多种受体可介导脂质的摄取，导致细胞内脂质的大量蓄积进而转化成FC。近年研究显示，VSMC亦可通过其细胞膜表面表达的脂蛋白受体摄取脂质，形成肌源性FC。以往观点认为，斑块中的FC主要来源于巨噬细胞。但最近的研究证实，在人冠状动脉处的AS中，超过50%的FC来源于VSMC而非巨噬细胞。谱系追踪实验证实，在晚期AS中，VSMC来源的FC占到了36%[6]。值得注意的是，与巨噬细胞源性FC不同，VSMC形成的FC不能脱离AS斑块。因此，血管平滑肌源性FC可能在斑块进展及破裂过程中发挥至关重要的作用。

FC的形成涉及胆固醇的摄取、胆固醇酯化及胆固醇逆转运三个过程。VSMC可以表达多种与胆固醇摄取相关的受体，包括凝集素样氧化型低密度脂蛋白受体1(lectin-like oxidized low density lipoprotein receptor-1，LOX-1)、CD36和清道夫受体A1(scavenger receptor A1，SR-A1)等。研究发现，LOX-1在AS小鼠模型病变处的VSMC中的表达水平显著升高；氧化型低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein，ox-LDL)与VSMC共孵育可上调LOX-1表达，而且，LOX-1表达上调使VSMC对ox-LDL的摄取增加[7]。体外培养VSMC，ox-LDL也可上调其CD36的表达，促进FC形成[8]。在AS斑块中表达的清道夫受体SR-A1也能摄取ox-LDL进入VSMC。酰基辅酶A∶胆固醇酰基转移酶1(acyl-coA∶cholesterol acyltransferase 1，ACAT1)可催化游离胆固醇酯化成为胆固醇酯，是形成FC的关键酶，且已被证实在巨噬细胞和血管平滑肌源性FC形成中发挥重要作用。研究表明，炎症因子可通过上调ACAT1的表达促进血管平滑肌源性FC的形成[9]。在AS斑块中，促进胆固醇流出的ATP结合盒转运体A1(ATP-binding cassette transporter A1，ABCA1)在VSMC中的表达显著减少，但在髓样细胞中ABCA1表达不发生变化。高葡萄糖通过损害胆固醇流入和外排平衡来促进VSMC内脂质的蓄积[10]。综上所述，VSMC可通过上调LOX-1、CD36和SR-A1的表达，促进胆固醇的内流；细胞内游离的胆固醇经ACAT1酯化成为胆固醇酯；胆固醇可通过ABCA1、ATP结合盒转运体G1(ABCG1)、清道夫受体B1(SR-B1)流出细胞外[11]，而AS斑块内的多种因素(如ox-LDL)可通过影响VSMC的上述过程，促进血管平滑肌源性FC的形成(图2)。FC的形成在AS发生发展过程中发挥了关键作用。而疾病状态下，AS斑块内大量VSMC亦可通过其细胞膜表面表达的脂蛋白受体摄取脂质，进而吞噬大量的脂质成分促进AS斑块脂质核心的增大，从而导致AS斑块稳定性下降[12]。

ox-LDL：氧化型低密度脂蛋白；LOX-1：凝集素样氧化型低密度脂蛋白受体1；CD36：清道夫受体B；SR-A1：清道夫受体A1；ACAT1：酰基辅酶A∶胆固醇酰基转移酶1；SR-B1：清道夫受体B1；ABCA1：ATP结合盒转运体A1；ABCG1：ATP结合盒转运体G1。ox-LDL等可通过促进胆固醇的摄取，增强游离胆固醇的酯化，抑制细胞内胆固醇的流出，促进血管平滑肌源性FC的形成

3 VSMC与血管炎症

AS是一种慢性炎症性疾病，炎症反应贯穿AS整个过程。血管炎症涉及管壁细胞与炎症细胞之间的相互作用。多种细胞类型，如T细胞、巨噬细胞、内皮细胞和平滑肌细胞参与上述过程。值得注意的是，VSMC可通过多种方式参与炎症反应。VSMC既可以产生促炎症细胞因子促进炎症细胞向血管壁募集，也可以被其他细胞分泌的炎症因子所调控。已有研究表明，血管炎症的关键细胞因子白细胞介素1β(interleukin-1β，IL-1β)，可诱导VSMC从收缩型转变为合成表型，通过激活核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)促进IL-6、CCL2的表达，这些炎症因子又可进一步促进炎症细胞的浸润和炎症因子的分泌，进而损伤斑块稳定性[13]。与对照组相比，选择性抑制炎症因子IL-1β可显著降低心血管事件的发生。NF-κB介导的VSMC的炎症表型转换在AS和新生内膜形成中起着核心作用。在人AS病变处的VSMC中已观察到转录因子NF-κB的表达升高。选择性抑制VSMC中的NF-κB可减轻血管损伤后新生内膜形成[14]。特异性抑制VSMC的NF-κB可能是潜在的治疗靶点。此外，VSMC亦可通过向巨噬细胞样细胞表型转变参与炎症反应。研究表明，随着AS的发生发展，斑块微环境的改变，如炎症因子的分泌、脂质的堆积等，可使VSMC呈现巨噬细胞样表现，包括巨噬细胞标志基因激活、VSMC标志基因受抑、促炎基因激活[15]。遗传谱系追踪研究表明，斑块内VSMC衍生的细胞可表达巨噬细胞标志物，如CD68、Mac2和Mac3等[16]。综上所述，VSMC可通过多种方式参与血管炎症的级联反应。而血管炎症的级联放大可损伤AS斑块的稳定性，促进AS斑块的破裂。其一，血管炎症可激活血管内皮细胞，促进粘附分子的表达及通透性增加，从而募集大量的炎症细胞及脂质成分致使AS斑块脂质核心增大；其二，血管炎症亦可抑制斑块纤维帽平滑肌细胞增殖及胶原纤维的合成；此外，血管炎症还可诱发血管痉挛，改变斑块处力学特性进而损伤AS斑块稳定性[17]。

4 VSMC与纤维帽的完整性

斑块纤维帽的形成及其完整性的维持主要依靠细胞外基质(extracellular matrix，ECM)。血管中的ECM主要由平滑肌细胞合成及分泌，包括胶原蛋白、非胶原蛋白及弹性蛋白等，其中胶原蛋白是ECM的主要成分。胶原降解主要由MMP家族及组织金属蛋白酶抑制剂(TIMP)家族共同调控。研究表明，促红细胞生成素可促进体外培养的VSMC产生胶原蛋白。进一步研究表明，促进VSMC胶原蛋白的产生可减少由斑块破裂所引起的心血管事件的发生。随着AS的进一步发展，斑块内的微环境变化，如脂质的堆积、炎症因子的释放等，可致VSMC发生凋亡、坏死和衰老，进而损伤斑块的稳定性。研究表明，高度氧化的LDL可以引起VSMC的坏死。斑块中高水平的活性氧也导致VSMC不可逆的氧化损害，致使DNA、脂质和蛋白质等细胞成分发生改变，进而导致VSMC的坏死，损伤斑块稳定性[18]。斑块内的多种因素亦可促进VSMC的衰老，而衰老的VSMC胶原蛋白的产生减少，MMP产生增加[19]。此外，炎症因子可诱导VSMC分泌MMP，进而降解ECM损害斑块稳定性。MMP选择性抑制剂可减缓ApoE-/-小鼠AS斑块的破裂。大量临床研究发现，易损斑块纤维帽较薄。AS斑块稳定性的维持主要依赖于VSMC产生的胶原蛋白。而疾病状态下，VSMC可发生凋亡、坏死和衰老等，进而导致其胶原蛋白合成能力降低，从而不利于AS斑块稳定性的维持。已有研究表明，与稳定性心绞痛患者相比，不稳定性患者AS斑块内平滑肌细胞凋亡率增高[20]。

5 血管平滑肌与血管钙化

血管钙化的病理改变表现为羟基磷灰石结晶在ECM和动脉壁细胞上的蓄积，是AS、糖尿病血管病变、高血压等的共同病理表现。VSMC可通过以下途径参与血管钙化过程：(1)通过向骨样细胞转变参与血管钙化；(2)通过释放基质囊泡及凋亡后产生的凋亡小体为钙化提供成核位点。

生理状态呈收缩表型的VSMC在受到损伤或诱导时可向成骨样细胞表型转化。在AS病变钙化过程中，VSMC表达多种成骨转录因子，如Cbfa1(也称为Runx2)、Msx2、Sox9、Osterix。而上述转录因子可进一步促进成骨和软骨生成蛋白的表达，如骨钙素、Ⅰ型胶原、骨形态发生蛋白2、碱性磷酸酶[21]。随着斑块的进一步发展，斑块微环境改变，如活性氧、炎症因子等的产生增加。而这些因素可进一步促进VSMC向成骨样细胞表型转化。研究表明，氧化应激和内质网应激可促进VSMC的分化。NADPH氧化酶的活性增加和过氧化氢水平升高可通过上调Runx2表达促进VSMC的分化[22]。此外，促炎受体可通过提高NADPH氧化酶活性和VSMC氧化应激进而增加Runx2和碱性磷酸酶的表达促进VSMC转变为成骨样细胞。而抑制这一过程可减少氧化应激进而降低Runx2的表达抑制VSMC的成骨样分化。多种因素可通过影响成骨转录因子的转录和骨生成相关蛋白的表达，而对VSMC骨化过程进行调节。微小RNAs已成为VSMC骨化的关键调控因子。研究表明，在VSMC中特异性下调微小RNA-204可促进Runx2的表达，进而促进VSMC的成骨样分化。

VSMC还可通过释放基质囊泡以及凋亡后产生的凋亡小体为钙化提供成核位点。在高磷状态下，VSMC可通过磷酸盐转运蛋白PIT-1吸收磷酸盐，导致成骨细胞转录因子Runx2表达增高，进而分化为成骨样细胞。而这些成骨样细胞可产生大量的基质小泡，此小泡可为钙化提供成核位点。此外，这些基质小泡内包含许多蛋白，如与钙和磷酸盐摄取相关的蛋白、与细胞外矿化相关的蛋白以及细胞骨架和其他细胞内相关蛋白。凋亡也与VSMC钙化存在相关性[21]。研究表明，VSMC可释放类似于基质囊泡的凋亡小体，此类凋亡小体富集钙，进而导致血管钙化。病理状态下，VSMC可通过多种途径促进血管钙化，尤其是AS斑块的钙化。大量临床病理结果证实，AS斑块钙化数量与斑块稳定性密切相关，多发钙化可损伤AS斑块的稳定性。AS斑块内部多发钙化可成倍增加局部斑块组织应力，进而更容易导致纤维帽断裂或斑块内出血，增加AS斑块破裂风险。

6 展望

VSMC的主要生理功能为维持血管的收缩和舒张。近年来的研究表明，高度分化的成熟型VSMC仍具有可塑性，可从收缩表型转变为合成表型(如巨噬细胞样细胞、FC、间充质干细胞、成骨样细胞)。上述血管平滑肌的各种表型与AS斑块稳定性密切相关，如参与斑块脂质核心的形成、炎症因子的分泌及纤维帽的完整性及血管钙化等。因此，如何正确认识血管平滑肌在AS 斑块稳定性中的作用，寻找促使VSMC向有利表型转化的关键作用靶点，进而为增加AS斑块稳定性提供新的预防和治疗策略，将成为下一步研究血管平滑肌的重要方向。

利益冲突：无