血管平滑肌细胞迁移功能影响因素研究进展*

丁祎霖，陈欣怡，王惠颖，金荣豪，高铭唯，徐苏萱，郭亚楠，陈佳雯 综述，钱 晶，龚 卉 审校

(浙江省媒介生物学与病原控制重点实验室，浙江 湖州 313000)

动脉狭窄是造成缺血性血管疾病的重要因素之一，其典型病理特征为血管内膜增生。血管平滑肌细胞是血管壁中膜的主要组成细胞，具有高度可塑性，其在受到诸如血管内壁受损、血管张力增加等环境影响时细胞迁移能力显著增加是血管内膜增生的主要原因之一[1-2]，是促进动脉粥样硬化、血管术后再狭窄、肺动脉高压等疾病发生、发展的病理基础。研究影响血管平滑肌细胞迁移的因素对理解血管重构疾病及设计相关药物具有重要意义。本综述将重点阐述血管平滑肌细胞表型转化、细胞转分化和干细胞分化等对平滑肌细胞迁移能力影响的最新研究，以及潜在的分子机制研究进展。

1 表型转化对平滑肌细胞迁移能力的影响

1.1表型转化概述 血管平滑肌细胞是一种高度特化的细胞，正常情况下其主要功能为收缩。正常成熟的血管平滑肌细胞处于分化状态，称为收缩型平滑肌，呈细长纺锤形，内有肌动蛋白和肌球蛋白丝，附着在细胞膜上，纵横交错穿过整个细胞体，以维持血管正常收缩功能及人体血流和血压。不同于一旦分化则失去迁移能力的骨骼肌细胞和心肌细胞，分化状态下的血管平滑肌细胞保留有可塑性，能在一定条件下可发生类似逆分化过程[3]。公认的分化型血管平滑肌细胞表型标记物有平滑肌-α-肌动蛋白(SM-α-actin)、平滑肌细胞肌球蛋白重链(SM-MHC)、调宁蛋白(calponin)、钙调结合蛋白(caldesmon)等。在受到如血管内皮受损的刺激或者在体外培养时，分化型血管平滑肌细胞表型标记物表达减少，形态从纺锤状转化为上皮状，此状态下的血管平滑肌细胞被称为去分化状态或者合成型平滑肌，并重新获得迁移增殖的能力。这一逆分化的过程，称为表型转化(Phenotype Switch)[4]。

正常情况下，血管平滑肌细胞位于动脉血管壁中膜，当细胞凋亡，支架作用或机械力引起的内皮细胞丧失等原因，致其由分化状态转为去分化状态时，平滑肌细胞大量增殖并从中膜迁移至内膜，具体表现为血管壁增厚，管腔狭窄，从而产生病变，导致动脉粥样硬化、血管术后再狭窄、肺动脉高压等血管疾病[5]。

血管平滑肌细胞的迁移能力受其周围环境所调控，包括细胞外基质、生长因子、肌动蛋白等影响因素。

1.2细胞外基质 细胞外基质与血管平滑肌细胞的分化及迁移关系密切。BELO等[2]发现金属蛋白酶(MMP-2)能够重塑细胞外基质，显著降解血管平滑肌细胞基底膜的Ⅳ型胶原、层粘连蛋白和弹性蛋白，有助于将细胞从基质中分离出来，迁移至内膜并重新排列，并合成新的基底膜成分，产生整合素结合位点，使平滑肌细胞与整合素结合，触发细胞内信号传导，以诱导表型转换和持续迁移。可见细胞外基质的成分发生改变时，其对血管平滑肌细胞迁移的影响亦发生了改变。

1.3生长因子 生长因子也是促进血管平滑肌细胞发生表型转化及迁移的因素之一。SCHREIER等[6]发现血小板衍生生长因子-BB(PDGF-BB)的刺激可以使平滑肌细胞处于高度去分化状态，并抑制其表型标记物SM-α-actin、SM-MHC等的表达，去除PDGF-BB后，细胞又能恢复其原有的表型标记物表达。转化生长因子-β(TGF-β)与表皮生长因子(EGFR)也有类似的作用[6]。

1.4miRNA miRNA作为一系列分子信号传导途径和病理生理细胞效应的重要转录后调节因子，也在血管平滑肌细胞的表型转化和迁移的过程中扮演了重要角色。在对其的研究中，SUN等[7]发现miR-19a能通过介导MMP/α-SMA/SM22α信号通路及cyclinD1/CDC 25A信号通路促进血管平滑肌细胞的迁移、侵袭能力；ALSHANWANI等[8]发现miR-21的过度表达推动了血管平滑肌细胞向合成型的转化；ZHANG等[9]发现miR-145通过Krüppel样因子-5(KLF5)和促血管平滑肌细胞分化因子(myocardin)调节了血管平滑肌细胞的表型转化；WANG等[10]发现miR-193a-3p的过度表达和耗竭分别增强和抑制了VSMC的增殖和迁移，是主动脉夹层发病机制的关键因素。此外，MA等[11]发现了miR-29-3p通过直接靶向细胞分裂周期7相关蛋白(CDC7)抑制血管平滑肌细胞增殖和迁移。

1.5细胞骨架 细胞骨架是由微丝、微管和中间丝等聚集在一起的蛋白质组成的三维纤维骨架系统，不仅拥有收缩、运动、细胞分裂和生长，维持细胞形状和体内平衡，以及抵抗细胞外力等机械功能，也可作为分子支架为信号转导蛋白与miRNA的空间结构和将信息通过特定受体从细胞表面传递到细胞核提供支持，其网络架构的重组可以改变分子表达和细胞信号转导，最终调节基因表达和细胞表型在调控血管平滑肌细胞的分化、增殖、迁移中起到关键作用[12]。ZHENG等[13]的研究证实，在小鼠主动脉器官培养的最初几个小时内，张应力损失引起的肌动蛋白细胞骨架降解导致了早期表型调节过程中的血管平滑肌细胞去分化。此外，骨架蛋白及其结合蛋白诸如血管紧张素Ⅱ(Ang Ⅱ)、GATA结合蛋白-6(GATA-6)、Bcl2相关抗凋亡基因3(BAG3)及Migfilin等，被证实广泛参与细胞表型转化及后续平滑肌向内膜迁移的过程[14-17]。

2 转分化对平滑肌细胞迁移能力带来的影响

转分化(trans-differentiation)是指一种类型的细胞或组织在某些因素的影响下转变成另一种类型的分化细胞或组织的现象，特点是细胞失去了原有的特征和功能，获得了新的细胞特征和功能，以此来适应新的环境并发挥新的细胞功能[18]。

在现有的研究中，不仅是血管平滑肌细胞在受到刺激后发生表型转化从而获得迁移能力前往内膜，引起血管狭窄病变的增生内膜细胞也来源于血管的其他组成细胞，包括成纤维细胞、血管内皮细胞、巨噬细胞等。

2.1成纤维细胞 成纤维细胞对不同程度的细胞变性、坏死及损伤有着修复作用。在ZHANG等[19]的研究中，15-羟基二十碳四烯酸(15-HETE)、15-脂加氧酶的含氧代谢物能够刺激血管外膜中的成纤维细胞分化为平滑肌细胞，并获得迁移能力。具体表现为镜下暴露于15-HETE的细胞呈高度拉长的形态，且SM-α-actin表达量增高，沿着应力纤维排列，在细胞创面愈合试验中，15-HETE所刺激的细胞迁移率显著增加。这一现象可能是由于15-HETE促进信号传导与转录激活因子3(STAT3)和环磷腺苷效应元件结合蛋白(CREB)的磷酸化和活化，增强了MMP-2的表达。

2.2血管内皮细胞 类似的现象也被发现于血管内皮细胞中。ZHANG等[20]发现在肺动脉高压中，肺动脉压力的升高是由于持续的血管收缩和结构重构，与肺动脉血管平滑肌细胞的迁移与增强扩散有着紧密的联系。半乳糖凝集素-3(Gal-3)是β半乳糖苷结合凝集素中的一员，能够通过内皮间充质转化(EndMT)样过程诱导肺动脉内皮细胞(PAECs)向肺动脉血管平滑肌细胞(PASMCs)转化，表现为Gal-3刺激下的内皮细胞SM-α-actin、calponin表达量升高。同时，Gal-3在缺氧条件下的肺动脉高压动物模型的血管内膜中高表达，提示内皮细胞通过转化为间充质或平滑肌样表型细胞，然后迁移到其下层组织，从而促进血管重构。

2.3巨噬细胞 在体外实验中，单核细胞/巨噬细胞同样可以在一定条件下发生向平滑肌细胞的转分化。STEWART等[21]采集了人外周血单核细胞并放置于基质中培养，模拟了冠状动脉支架的不锈钢表面，去内皮化的血管壁及血栓。在这些环境因素的刺激下，附着在不锈钢基质的单核细胞具有了表达SM-α-actin标记物的能力，并释放了能够诱导平滑肌细胞迁移和增殖的细胞因子和生长因子，包括PDGF-BB和TGF-β1。

3 干细胞在血管平滑肌细胞中所扮演的角色

干细胞能够不断自我再生，并能分化成多种细胞，以修复受损的组织，并在生理情况下的血管形成和病理情况下的血管重塑中发挥重要作用[22]。目前，也有多项研究表明迁移至内膜的血管平滑肌细胞来源自干细胞。

3.1骨髓来源的干细胞 骨髓间充质干细胞(MSCs)具有强大的增殖与分化能力。LI等[23]测试了天然脱细胞血管的细胞外基质(ECM)、间接共培养成纤维细胞及生长因子“鸡尾酒”(TGF-β1、PDGF-BB和BMP4)定向分化人MSCs的方法。结果表明，天然ECM和成纤维细胞共培养均能通过上调血管平滑肌细胞特异性标记物(SM-α-actin、calponin、SM-22α、SM-MHC)的表达和增强收缩功能来刺激人MSCs向血管平滑肌细胞表型分化，且在三维共培养模型下表现出明显的迁移能力，并高于健康者的血管平滑肌细胞。

TANG等[24]在研究中从SD大鼠颈动脉中膜分离得到了一个混合细胞群，其中包括合成型血管平滑肌细胞和非血管平滑肌细胞。与血管平滑肌细胞相比，此类细胞较小，其应力纤维中没有成熟血管平滑肌细胞中所有的SM-MHC、calponin-1表达，或SM-α-actin表达较少，但具有较强的迁移和增殖能力，并被证明存在于人类的血管中。研究者将这种SM-MHC呈阴性的细胞定义为多功能血管干细胞(MVSCs)，表达的标记物有Sox17、Sox10、S100β。在含10%胎牛血清(FBS)的培养基中将其长期培养，并依靠细胞迁移的组织外植体培养方法，只分离出向外迁移和增殖的细胞。其在长时间的培养过程中表现出了显著的形态学变化，表现为细胞核的大小和细胞的扩散面积显著增大，应力纤维增加，SM-α-actin表达增加。用SM-MHC为标记的谱系追踪实验表明，这些高度可扩张和迁移的多功能血管干细胞与其新增殖或合成的血管平滑肌细胞并非来自合成型血管平滑肌细胞的表型转化。在血管损伤实验中，多功能血管干细胞能够通过多功能血管干细胞-间充质干细胞-血管平滑肌细胞分化通路(MVSC-MSC-SMC differentiation pathway)进行增殖分化，生成新的血管平滑肌细胞，积极参与了血管重构与新生内膜的生成[24]。

3.2血管壁来源的干细胞 除去骨髓来源的干细胞，血管壁的外膜中也存在着一类多功能干细胞，并对干细胞抗原-1(Sca-1)和造血祖细胞抗原-34(CD34)的表达呈阳性。XIE等[25]在研究中分离并培养了该类Sca-1+干细胞，并使用瘦素进行刺激。结果显示，瘦素增强了Sca-1+干细胞的迁移能力，并在小鼠股动脉导线损伤后中使Sca-1+干细胞从血管外膜迁移至内膜，参与了血管的重塑，且迁移的干细胞丢失了原有的Sca-1标记，并获得了平滑肌细胞标记，揭示了这些细胞在到达内膜之前很有可能发生向平滑肌细胞的转分化现象。

这些新的发现都为干细胞及其在受到因素刺激后所展现的迁移能力在血管疾病中所扮演的角色提供了新的思路，有助于人们把握并改造干细胞，使其在临床上发挥更加积极的作用。

4 小结与展望

血管平滑肌细胞的表型转化及其去分化型获得的迁移能力在血管重构的过程中起到了不可忽视的作用，并受到多种因素影响，血管重构过程见图1。

实线箭头表示其他细胞转化为去分化状态血管平滑肌细胞并迁移的过程。

血管内其他细胞转分化成为血管平滑肌细胞有利于血管的再生和重塑，但过度的转分化也促使新转化的平滑肌细胞迁移至内膜，产生病理反应，使动脉硬化，发生病变。影响因素和致病因素的长期存在使细胞组织不断持续转分化这一过程，反而导致了机体所采用的代偿性修复措施成为其受到损伤的因素之一。同时，随着干细胞能够被异常地激活、分化、增强迁移能力，并参与血管重构的现象被人们逐渐发现，干细胞在血管疾病中所起到的作用也变得不容忽视。向干细胞与血管平滑肌细胞之间的相关因素进行更为深度的研究将可能提出针对血管疾病新的治疗对策，并为以干细胞为靶点的治疗手段打下基础。介于目前技术手段仍无法确切界定具有高迁移能力的细胞具体来源，进一步从表型、转分化及干细胞研究血管平滑肌细胞迁移机制方面进行研究，对理解血管重构有着重要的意义。