内皮祖细胞在慢性阻塞性肺疾病中的研究进展*

俞金燕， 卞 涛， 吴 艳△

（1南京医科大学附属无锡临床医学院，江苏 无锡 214000；2南京医科大学附属无锡人民医院呼吸与危重症医学科，江苏 无锡 214023）

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）以不完全可逆的气流受限为特征，通常与显著暴露于有害颗粒或气体而发生的异常炎症反应有关［1］，其发病率及死亡率均很高，是重要的全球性公共卫生问题之一［2-3］。在COPD 发病过程中，由香烟烟雾或炎症介质引起的血管内皮细胞损伤和功能障碍［4］，可进一步引发肺动脉高压、右心衰竭甚至死亡［5］。内皮祖细胞（endothelial progenitor cells，EPCs）是具有修复损伤内皮能力的骨髓来源细胞。越来越多的证据表明，COPD 患者循环EPCs的数量减少并伴有功能障碍，无法修复受损的血管内皮细胞，被认为参与了COPD 的发生发展［6-7］。本文就COPD患者循环EPCs数量减少和功能障碍及其可能的机制予以综述。

1 COPD患者的肺血管内皮细胞损伤

有害颗粒、炎症、缺氧、氧化应激等因素可引起肺血管内皮细胞损伤、凋亡及衰老增加，进而导致内皮功能紊乱，被认为是COPD 的重要发病机制之一［8-9］。其中吸烟作为COPD 重要的危险因素，香烟烟雾（cigarette smoking，CS）中的多种成分如尼古丁、一氧化碳、芳基烃、丙烯醛等，可对肺血管内皮细胞产生直接毒性损伤，诱导内皮细胞凋亡［10］；另一方面，长期接触CS 可在COPD 患者血管内皮损伤的基础上进一步诱导血管炎症，引起血管收缩与舒张因子表达不平衡，促进肺血管重塑，最终导致肺动脉压升高，同时也增加了心血管并发症的风险［8，11-12］。

2 EPCs的内皮修复功能

当肺血管内皮细胞发生损伤后，机体会释放出多种调节因子启动血管内皮修复和再生的生理过程［13］。来源于骨髓的EPCs 具有增殖分化为成熟内皮细胞的功能，被认为是血管内皮细胞的前体［14］。随着对EPCs 研究的不断深入，根据细胞分离培养时间的长短将EPCs 分为两种不同表型的细胞群：早期EPCs 和晚期 EPCs［15］。早期 EPCs 是具有造血功能的细胞亚型，细胞形态呈纺锤形，可通过旁分泌的方式释放血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）等促血管生成因子促进血管生成，但不能分化为成熟的内皮细胞；而晚期EPCs 形态呈鹅卵石样，是具有增殖分化为成熟内皮细胞和促进体内外血管形成能力的细胞亚型［16-17］。不同研究中定义EPCs 所使用的标志物各有不同，通常检测经典的内皮细胞标志物 CD31、CD34、CD133 和 VEGF 受体 2（VEGF receptor 2，VEGFR2）来鉴定分离培养的EPCs［15-16］，早期 EPCs 还可表达白细胞标志物 CD45并根据起源细胞表达CD14［18］。血管发生损伤后，趋化因子基质细胞衍生因子1（stromal cell-derived factor-1，SDF-1）表达上调［19］，骨髓中表达 CXC 趋化因子 受体 4（CXC chemokine receptor 4，CXCR4）的EPCs 会在交感神经和细胞因子等多因素的调节作用下被动员到外周循环并归巢至血管内皮损伤部位［20］，增殖分化为成熟内皮细胞，发挥其修复受损内皮的作用，从而维持血管内膜的完整性［21］。这一过程无论对于生理性的血管内皮自我修复还是病理性的内皮损伤后再生都至关重要［14］。

3 COPD患者循环EPCs的数量减少及功能障碍

越来越多的研究数据表明，与非COPD 患者相比，COPD患者中循环EPCs的数量明显减少［22-23］。分别对COPD 稳定期及急性加重期的患者进行评估，结果表明不同时期的COPD患者中循环EPCs均有数量减少及功能障碍，表现为内源性血管舒张因子一氧化氮（nitric oxide，NO）分泌减少、细胞增殖速度减慢、迁移及黏附能力明显减弱，且不能形成完整的血管网［24-25］。在COPD 并发肺动脉高压的患者中也有循环EPCs 增殖减少，迁移、黏附、血管形成能力及NO 分泌下降的报道，且这类患者发生循环EPCs 数量减少及功能障碍的程度与肺动脉压力呈负相关［26-27］。由此我们推断 COPD 患者循环 EPCs 数量减少，导致无法修复在多种因素刺激下发生的肺血管内皮损伤，并引起内皮功能障碍，从而进一步促进肺血管重构，其中具体机制需要进一步探究。

4 COPD 患者循环EPCs数量减少及功能障碍的可能机制

COPD 患者发生的血管内皮损伤和EPCs 内皮修复功能障碍，充分体现出该疾病内皮损伤与修复之间失衡的病理生理特点［28］。对于目前观察到的COPD 患者循环EPCs 数量减少及功能障碍的现象，可从以下3个方面进行解释。

4.1 COPD 患者EPCs 在肺动脉处聚集增多 COPD患者发生肺血管损伤后，疾病早期即出现肺和全身动脉的内皮功能障碍，Tura-Ceide 等［22］观察到 COPD患者聚集到肺动脉内膜上的CD45+CD133+细胞明显增多，且与循环中CD45+CD133+细胞数量呈负相关，为COPD患者循环中EPCs募集至肺动脉处进行内皮修复的解释提供了依据。Daijo等［29］认为这是由于在COPD 发展过程中，缺氧或香烟烟雾暴露会导致缺氧诱导因子1（hypoxia-inducible factor-1，HIF-1）表达增加，从而导致靶基因VEGF在肺组织及血管中的表达上调［30］，增加了受损肺动脉处 EPCs 的募集，同时也促进了血管壁内皮细胞的增殖和血管重构，增加了肺动脉高压等并发症的风险［31］。这些证据表明，由于COPD患者循环中的EPCs被动员并募集到血管损伤部位进行修复，使得其在外周血液中停留的时间变短，表现为循环中量化数值的下降，可能是COPD患者中循环EPCs数量的减少的原因之一。

4.2 神经体液调节异常导致EPCs 迁移减少及功能障碍 有研究表明，来源于骨髓的EPCs 需要多个信息传导因子相互协调作用［32］，在交感神经和趋化因子等的共同调节下才会迁移至外周血中，最终募集至血管损伤部位分化为成熟的内皮细胞进行内皮修复。因此，神经体液调节异常导致的循环EPCs 数量减少及功能障碍也可能是COPD 发病的原因之一［33］。由于COPD 患者香烟烟雾的长期暴露，SDF-1/CXCR4 轴的异常或β2-肾上腺素能受体的异常，骨髓来源的EPCs 迁移至外周血中的数量减少，导致血管内皮自我修复能力的下降，参与了COPD的发病。

4.2.1 SDF-1/CXCR4 轴的异常导致EPCs 迁移及黏附功能障碍 SDF-1 与 EPCs 表达的 CXCR4组成SDF-1/CXCR4 轴，可被缺氧或氧化应激诱导升高的HIF-1 上调［31］。通过 SDF-1 与 CXCR4 的结合，EPCs可被“锚定”到损伤部位进行内皮修复［34］。Karagiannis等［35］的实验结果显示，COPD 患者 EPCs 表达 CXCR4显著降低，造成SDF-1 趋化的细胞数量减少，直接影响到迁移至外周血中的EPCs 数量，且SDF-1/CXCR4轴的失调与疾病严重程度呈正相关。Liu 等［36］检测到COPD 患者的晚期EPCs 表达黏附因子PECAM-1有所降低，表现出黏附功能的下降，且不能形成完整小管及血管网，引起内皮修复功能障碍，证实了SDF-1/CXCR4 轴的失调通过引起早期EPCs 增殖和迁移能力的下调，使晚期EPCs 的血管形成能力也发生了改变。由此可推测，SDF-1/CXCR4 轴失调在COPD发病中起着重要作用，可作为COPD 潜在的治疗靶点，值得进一步研究。

4.2.2 β2-肾上腺素受体的异常导致EPCs 迁移减少 交感神经可通过β2-肾上腺素受体、α-肾上腺素受体以及Akt/eNOS 信号通路调节EPCs 迁移及内皮修复的功能［37-38］。有关 COPD 患者 β2-肾上腺素受体异常导致EPCs 迁移障碍的机制尚有争议，胡萍等［39］报道了COPD 患者早期EPCs 上的β2-肾上腺素受体数量是高表达的，下调β2-肾上腺素受体表达后，早期EPCs 的迁移能力增加，这与SDF-1/CXCR4 轴的上调有直接联系［40］。而 Ke 等［41］观察到位于 EPCs 上的β2-肾上腺素受体可提高EPCs 迁移，黏附，增殖和分泌NO 的能力，上调β2-肾上腺素受体基因表达可作为COPD 患者内皮修复的治疗靶点，这与之前的研究相反。β2-肾上腺素受体作为一种潜在的治疗靶点，其作用于EPCs 迁移和增殖功能的具体机制仍需要进一步探索。

4.3 COPD患者循环EPCs凋亡和衰老增多

4.3.1 CS 暴露使COPD 患者循环EPCs 衰老增多目前已知的影响循环EPCs 数量及功能的因素有很多，如年龄、高血压、糖尿病、吸烟、肥胖等［42］。而慢性阻塞性肺疾病的病理生理特征与有害颗粒或气体的显著暴露有着密切联系，吸烟作为COPD 发生的首要危险因素，可引起机体强烈的氧化应激反应，一方面CS 直接损害肺血管内皮细胞［10］，另一方面对EPCs 的数量及其增殖、分化和迁移的能力也产生重要的影响，从而促进疾病进展［43］。

有研究显示，吸烟人群中循环EPCs 水平普遍降低，同时还存在EPCs 的增殖、迁移、黏附及NO 分泌功能下降的现象［44］。He等［45］针对CS损害EPCs的具体机制进行了探究，证实了CS 可通过上调p300/Sp1的表达介导EPCs中调控细胞衰老的基因p16表达增加，使得COPD 患者EPCs 衰老增加。随着对非编码RNA 研究的深入［46］，Paschalaki 等［47］的研究显示，在维持血管内皮稳态中起关键作用的miR-126-3p在吸烟者和COPD 患者的EPCs 中下调，并通过激活DNA损伤的关键酶ATM 激酶，促进DNA 损伤反应，导致COPD 患者 EPCs 衰老和功能障碍。Kato 等［48］和 Li等［49］则认为，长期烟雾暴露通过引起氧化应激，从而降低SIRT1基因的表达，使SIRT1基因抑制EPCs 衰老的作用减低，导致EPCs 衰老增加且功能发生障碍。此外，吸烟通过抑制SIRT1 蛋白的表达，导致EPCs 衰老和功能障碍的同时，还增加了肺血管动脉壁的厚度和面积［50］，表明CS 造成的细胞衰老增加在肺动脉高压等并发症中也发挥重要作用。

4.3.2 炎症及炎症介质使COPD 患者循环EPCs 凋亡和衰老增多 COPD 是以气道炎症为特征的一种疾病，炎症及炎症介质在调节EPCs 数量及功能中的潜在作用也不容忽视。COPD 患者中常有炎症指标超敏 C 反应蛋白（high-sensitivity C-reactive protein，hsCRP）浓度的升高，早前Liu 等［51］观察到COPD 患者循环EPCs 的计数与hsCRP 浓度呈负相关，推测hsCRP 与EPCs 的数量及功能之间可能有着密切的联系。Kim 等［52］通过体外实验证实了 hsCRP 可通过降低内皮一氧化氮合酶mRNA 的表达，减少扩血管物质 NO 的产生，抑制 EPCs 上 VEGF 的表达，从而促进EPCs 的凋亡，并影响其增殖、迁移、黏附及血管内皮修复的功能，而CRP 在COPD 患者体内如何影响循环 EPCs 的研究尚不完全。而 Fasing 等［53］的研究显示，健康成年人的CRP 升高并不会使EPCs 迁移、形成集落和释放血管生长因子的能力减弱，COPD 发生过程中CRP 升高是否会抑制循环EPCs 的数量和功能以及其中的具体机制，仍有待探究。此外，有研究表明，COPD 患者中TNF-α可通过慢性炎症的刺激显著增加细胞衰老调控基因p16的表达，并诱导EPCs 衰老及其修复内皮能力的丧失［54］，有关此通路的具体机制也值得进一步研究。

5 结论

结合上述研究发现，循环中具有内皮修复作用的EPCs数量减少及功能障碍在COPD的发病中起重要作用，可能是由于COPD 患者内皮损伤后EPCs 募集到血管内皮损伤处导致循环中数量减少，也可能是神经体液调控因子的作用异常，抑或是EPCs 凋亡、衰老增多，甚至多种机制相互结合的结果。由于定义EPCs 的表面标志物尚无统一的标准，给研究COPD 中循环EPCs 减少及功能障碍的机制带来了挑战，需要更多的证据阐明EPCs 在COPD 血管损伤中发挥的作用，为COPD 患者的治疗及心血管并发症的预防提供参考。