心血管疾病細胞凋亡研究的現(xiàn)狀與意義

心血管疾病細胞凋亡研究的現(xiàn)狀與意義

近年，細胞凋亡的研究不斷各學(xué)科滲透，心血管領(lǐng)域也不例外。業(yè)已證實，人類血管內(nèi)皮、平滑肌和心肌細胞在各種刺激因子的誘導(dǎo)下同樣存在凋亡現(xiàn)象，這些凋亡細胞參與了致病的病理變化過程，是多種心血管病發(fā)生與演變的細胞學(xué)基礎(chǔ)。

1心血管細胞凋亡研究的概況

心血管細胞主要由血管內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞和心肌細胞組成。其結(jié)構(gòu)和功能狀態(tài)相當(dāng)程度上決定了心血管功能狀態(tài)。有證據(jù)充分表明，凋亡現(xiàn)象伴隨于心血管細胞增殖、分化、發(fā)育和成熟過程，內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞和心肌細胞普遍存在凋亡現(xiàn)象。

1．1血管內(nèi)皮細胞凋亡

有學(xué)者于70年代末，曾在冠心病模型中發(fā)現(xiàn)血循環(huán)的內(nèi)皮細胞呈固縮樣死亡，其后對高血壓的研究又證實了這一點。1990年，Araki等[1,2]用電鏡方法觀察到無血清培養(yǎng)的人臍帶靜脈內(nèi)皮細胞呈凋亡的典型形態(tài)學(xué)變化，即胞漿濃集和核固縮。1991年，Robaye等用瓊脂凝膠電泳方法也證明了培養(yǎng)的內(nèi)皮細胞產(chǎn)生凋亡時的特征性的DNA梯狀現(xiàn)象。隨后大量體外研究表明：腫瘤壞死因子、高濃度葡萄糖、射線的干預(yù)均可使培養(yǎng)的內(nèi)皮細胞出現(xiàn)凋亡現(xiàn)象，電鏡下呈現(xiàn)細胞體積縮小，細胞核沿核膜內(nèi)側(cè)邊緣開始固縮，電子密度升高，可見凋亡小體；DNA凝膠電泳或流式細胞儀法檢出DNA碎片[4-6]。同樣，在體的內(nèi)皮細胞也存在凋亡現(xiàn)象。Kockx等對一組用大隱靜脈移植物再狹窄的閏人進行研究，發(fā)現(xiàn)再狹窄的大隱靜脈內(nèi)皮細胞結(jié)構(gòu)明顯異常，體積縮小，細胞間連接變寬，胞核濃縮，提示凋亡改變。引入特異原位雜交技術(shù)—TdT介導(dǎo)的dUTP切口末端標記法(TUNEL)，進一步證明了這種形態(tài)改變系內(nèi)皮細胞發(fā)生凋亡。此后，對同種移植、冠心病和正常的冠狀動脈以及Goldblatt高血壓模型的研究均獲取了內(nèi)皮細胞凋亡的證據(jù)[8,9]。

1．2平滑肌細胞凋亡

1985年，Thorball[10]動態(tài)觀察了小鼠細小動脈生長期間的細胞演變和生理性死亡，電鏡下發(fā)現(xiàn)平滑肌細胞順序性地出現(xiàn)核小體解聚，細胞核和細胞漿固縮，最后形成碎片被巨噬細胞吞噬。這從形態(tài)特征上初步揭示了平滑肌細胞的凋亡現(xiàn)象。1994年，Bjorkerud[11]在模擬血管壁的橢圓體表面，證實了培養(yǎng)的貼壁聚集生長的人類平滑肌細胞呈現(xiàn)自發(fā)性凋亡特征，但培養(yǎng)的單層細胞發(fā)生的機率相對較少。此后，資料表明氧自由基、氧化的低密度脂蛋白和細胞因子等許多因素可誘導(dǎo)培養(yǎng)的平滑肌細胞凋亡[12～14]。平滑肌細胞凋亡見于多種血管疾病的病理過程，形態(tài)學(xué)和免疫組化標記法已經(jīng)揭示人類正常冠狀動脈的平滑肌細胞有凋亡存在，而冠脈搭橋的大隱靜脈植體、高血壓病、動脈粥樣硬化和再狹窄病灶的平滑肌細胞凋亡異常增加。最近還發(fā)現(xiàn)，球囊擴張損傷能迅速促發(fā)血管中層平滑肌細胞凋亡[7，15～17]。

1．3心肌細胞凋亡

心肌細胞凋亡的研究起步稍晚，其因有三：凋亡過程暫不易發(fā)現(xiàn)；方法學(xué)限制；低估凋亡在心臟病中的作用。1989年，Nepomniashchikh等[18]觀察饑餓性心肌萎縮超微結(jié)構(gòu)時發(fā)現(xiàn)，心肌細胞結(jié)構(gòu)蛋白合成降低，細胞數(shù)減少，但不伴細胞核相應(yīng)成比例地減少，由此初步提出饑餓性心肌萎縮是由細胞凋亡所致。1994年,Gottlieb和Kawano等[19,20]采用電鏡結(jié)合DNA凝膠電泳方法才取得了心肌細胞凋亡的直接證據(jù)。前者揭示再灌注損傷誘發(fā)兔心肌細胞凋亡，后者證實心肌炎患者伴發(fā)心肌細胞凋亡，后者證實心肌炎患者伴發(fā)心肌細胞凋亡。Tanaka等[21]培養(yǎng)的乳鼠心肌細胞中，也證明了凋亡的存在。由于方法學(xué)的進步和凋亡的研究深入，已在多種心臟病中發(fā)現(xiàn)心肌細胞凋亡的病理作用。資料顯示：自發(fā)性高血壓小鼠(SHR)心臟損害與凋亡有關(guān)；晚期由肥厚心臟轉(zhuǎn)向心力衰竭為心肌細胞凋亡所致；急性心梗除壞死外，梗塞早期和再灌注損傷也誘發(fā)凋亡；心肌細胞凋亡同樣見于移植的心臟和右室發(fā)育不良性心肌病[22,23]。

2心血管細胞凋亡的刺激因子

細胞凋亡不僅由特定基因控制，還受細胞周圍的刺激信號所誘導(dǎo)或抑制。外源性因子可經(jīng)過一定通路發(fā)揮刺激效應(yīng)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，心血管細胞凋亡的影響因子很多，可以是生理性的或病理性的，也可以是促發(fā)性的或抑制性的。目前按性質(zhì)可分為物理性：機械性-血流剪切應(yīng)力、心臟壓力或容量負荷過重、經(jīng)皮球囊導(dǎo)管擴張、血管堵塞；紫外線、放射線；細胞外基質(zhì)。化學(xué)性：缺血缺氧、化學(xué)物質(zhì)或代謝產(chǎn)物如芥子氣、膽固醇和雌激素氧化代謝物；藥物如自由基清除劑。生物性：生物毒素——細菌內(nèi)毒素、蛇毒；異常免疫反應(yīng)如異種血清心臟移植排斥反應(yīng)；生物活性物質(zhì)——自由基、熱休克蛋白、一氧化氮；細胞因子——TNF、胰島樣生長因子-1(ILGF-1)、白介素-1(IL-1)。

不同刺激因子對凋亡具有兩面效應(yīng)。近年的在體研究結(jié)果表明：對血管而言，TNF、一氧化氮、氧化型低密度脂蛋白、導(dǎo)管球囊擴張等是細胞凋亡的促發(fā)因素，而剪切應(yīng)力、熱休克蛋白、ILGF-1和某些藥物是凋亡抑制因素；對心臟而言，缺血、再灌注損傷、壓力或容量負荷、移植排斥是細胞凋亡的促發(fā)因素，而ILGF-1、cardiotrophin-1和缺血預(yù)適應(yīng)是凋亡的抑制因素。

無疑，刺激因子很多，且有其特殊性，但其共性是不直接引起細胞凋亡，而可能通過一定的信號傳遞方式激活生存或死亡相關(guān)基因，由此控制細胞的凋亡。目前已發(fā)現(xiàn)有三類凋亡相關(guān)基因，即在細胞凋亡過程中表達的基因、促進細胞凋亡的基因和抑制凋亡的基因。

3心血管細胞凋亡的研究意義

細胞凋亡根植于各組織細胞，對細胞的正常分化成熟和發(fā)育具有重要的平衡意義。個體的穩(wěn)態(tài)必須具備組織形態(tài)的穩(wěn)定，而凋亡是確保這一穩(wěn)定的不可缺少的細胞學(xué)基礎(chǔ)。在心血管系統(tǒng)，細胞凋亡同樣具有這一正面意義。第一，維持心血管正常的胚胎發(fā)育和正常成熟的組織結(jié)構(gòu)。當(dāng)細胞凋亡規(guī)律失常時，就可能發(fā)生先天性心血管疾病，有證據(jù)表明，致心律失常的右心室發(fā)育不良性心肌病與心肌細胞過度凋亡有關(guān)，原發(fā)性肺動脈高壓可能是肺血管中膜凋亡的結(jié)果。第二，在增生與退化、肥厚與萎縮之間獲得平衡，對心臟和血管起形態(tài)轉(zhuǎn)型和重塑作用，比如個體出生后，凋亡機制參與血管的重塑，參與竇房結(jié)組織由胎兒型向成人型轉(zhuǎn)變。高血壓靶器細胞的構(gòu)成變化即重塑過程也有凋亡的存在。第三，一定條件下對組織損傷的修復(fù)有促進作用。損傷時血管內(nèi)皮細胞凋亡相對下調(diào)，這意味著增生增加，有益于組織的修復(fù)[9,15,17,22,25]。

然而，細胞凋亡的異常又帶來嚴重危害。第一，凋亡異常增加：在急性心梗的早期和再灌注期，發(fā)現(xiàn)有大量的凋亡細胞，加重對心肌的破壞；擴張性心肌病、心律失常、主動脈瘤等疾病則證明凋亡現(xiàn)象明顯活躍，導(dǎo)致組織細胞構(gòu)成失常。第二，正常的凋亡受到抑制或相對抑制：動脈粥樣硬化、高血壓和再狹窄等血管平滑肌細胞增生程度超過凋亡的平衡，從而促成疾病的發(fā)生。

細胞凋亡致病的方式多種多樣。首先，對無再生能力成熟的心肌細胞而言，發(fā)病主要取決于凋亡破壞的方式與范圍。其次，對有再生能力的平滑肌和內(nèi)皮細胞而言，發(fā)病既取決于凋亡的破壞，又取決于與細胞增殖的平衡。最后，細胞凋亡后的繼發(fā)性致病作用。實驗表明，血管內(nèi)皮細胞凋亡具有促凝作用，能促發(fā)和加重動脈粥樣硬化病變；高血壓病則因凋亡血管重塑，使血管變得僵硬，壓力負荷增加，高血壓惡化的同時又促使心功能不全。

顯然，細胞凋亡現(xiàn)象為認識心血管疾病展示了新視野，有著重要的理論價值和臨床意義。

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