血管平滑肌細胞表型轉換的機制

1、血管平滑肌細胞表型轉換的機制基礎醫(yī)學院 07級臨床一班 陳依然 90701114摘要由血管平滑肌異常增殖導致的血管重構是PCI術后再狹窄的重要原因之一。血管平滑肌細胞增殖能力與其表型轉換密切相關。本文討論了血管平滑肌細胞表型轉換的特點、機制和相關信號傳導途徑。關鍵詞 血管平滑肌細胞 表型轉換 信號傳導途徑正文 自1977年冠心病介入治療技術問世以來，其術后再狹窄（RS）一直是一個影響其遠期療效的重要問題。雖然RS的具體機制尚不明確，但目前已經公認血管平滑肌細胞（Vascular Smooth Muscle Cell, VSMC）異常增殖、遷移及大量合成細胞外基質是其主要原因。而VSMC增殖的首

2、要條件就是表型轉換。 VSMC的表型可分為分化程度較高的收縮型（分化型）和分化程度較低的分泌型（未分化型或去分化型），我將就其特點和兩者之間相互轉換的相關信號傳導途徑進行探討。1. 表型轉換的特點VSMC來自胚胎發(fā)育時期的中胚層，逐漸分化為不同的細胞群并獲得具有成年特征的分化表型，即收縮型。但與骨骼肌、心肌細胞不同的是，VSMC在分化成熟后仍可在某些因素的刺激下去分化成為分化程度較低的分泌型。有報告稱，這兩種表型可能代表了共存于血管壁內一系列不同表現(xiàn)型的兩個極端類型，且表達不同的基因和蛋白。正常成人動脈血管的VSMC以收縮型為主，其主要功能是維持血管的彈性和收縮血管。收縮型VSMC增殖、遷移能

3、力差或無，胞體呈梭形或帶狀，含大量肌絲和結構蛋白含，合成細胞器如粗面內質網、高爾基復合體含量較少，合成基質的能力差或無，體積較小。分泌型VSMC主要存在于胚胎中期血管和病理血管中，其主要功能是增殖、遷移入內膜以及合成細胞外基質蛋白。形態(tài)上類似成纖維細胞，肌絲和結構蛋白含量較少，合成細胞器增多，合成和分泌基質蛋白的能力較強，體積較收縮型大。根據VSMC兩種表型表達蛋白的不同可以找到表型轉換時相應的標志物。其中平滑肌肌動蛋白（-smooth muscle actin, -SMA）在收縮型細胞中優(yōu)勢表達而在分泌型細胞中表達甚微，它是VSMC分化的早期特異性標志物，也是應用最多的收縮型標志蛋白。而骨橋

4、蛋白（osteopontin, OPN）則作為應用較多的合成型標志物。有實驗顯示OPN mRNA在正常的動脈中并不存在，而在動脈粥樣硬化中的表達程度則隨粥樣硬化程度的增加而增加。下表列VSMC表型轉換的主要標志物。收縮型VSMC分泌型VSMC平滑肌肌動蛋白（-SMA）骨橋蛋白（osteopontin）調寧蛋白（calponin）epiregulin（EGF家族成員）肌動蛋白相關蛋白SM22彈性蛋白原（tropoelastin）平滑肌肌球蛋白重鏈（SMMHC）血小板凝血酶敏感蛋白（thrombospondin）鈣調蛋白結合蛋白（caldesmon）基質Gla蛋白（MGP）波形蛋白（vimenti

5、n）結蛋白（desmin）紐蛋白（vincnlin）原肌球蛋白（tropomyosin）平滑肌細胞分化特異性抗原（smoothelin）機制金屬蛋白酶（MMP-1）osteoglycinL型鈣離子通道蛋白 表格引自參考文獻9。2. 表型轉換的相關信號傳導途徑和機制目前為止，VSMC表型轉換與信號傳導途徑的關系并未完全明確，但絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、PI-3-K、環(huán)一磷酸腺苷（cAMP）這三條途徑是研究最多的三個通路。其所涉及的影響、調節(jié)因素包括表皮生長因子（EGF）家族成員、血小板源性生長因子（PDGF）、他汀類藥物、血管內皮表型甚至SMA-分泌等諸多因素，下面將詳述這三條通路及其相關

6、的調節(jié)因素。2.1 MAKP級聯(lián)途徑MAPK級聯(lián)途徑具有促進VSMC增殖、DNA合成、分化和遷移的作用，是細胞增殖、分化的最主要通路。其途徑為：有絲分裂原（主要是一些生長因子）與酪氨酸激酶受體在細胞膜表面結合，引起受體二聚化反應和兩個受體分子內部雙重磷酸化激活，通過GTP交換蛋白RAS，依次激活蛋白激酶RAF（MAPKKK）、蛋白激酶MEK（MAPKK）、MAP激酶（MAPK），之后MAPK磷酸化下游底物分子包括MAPK活化的蛋白激酶（MAPKAPK）、核轉錄因子如Jun、Fos或Ets等、熱休克蛋白和細胞質磷脂酶A2（PLA2）等，使細胞由G0期向G1期轉變，最終誘導細胞增殖、分化、發(fā)育，炎

7、性反應和凋亡等反應。在哺乳動物細胞中，三個MAPK家族途徑已經被明確，他們是ERK通路，C-JUN N末端激酶（JNK/SPAK）途徑和p38MAPK途徑。圖片引自參考文獻10。上圖為家兔頸外動脈內膜損傷后VSMC的p38表達情況，S組為假損傷組（結扎實驗側頸外動脈），135為損傷后135天組。由圖可知血管內膜損傷后p38表達旺盛，由此可推測p38MAPK途徑的促VSMC增殖作用，進而推測損傷后的VSMC增殖是機體自身的保護與修復反應，但當異常增殖時則會導致血管狹窄。 EGF、heparin-binding EGF（HB-EGF）、TGF-、epiregulin（ER）和-cellulin（B

8、TC）四種因子結合其受體EGFR后，導致了VSMC分泌型的轉化，這種作用受到ERK和p38MAPK兩條通路的協(xié)調激活?；钚匝踝澹≧OS）活動的抑制減少了-SMA、calponin等蛋白的表達，p38MAPK活動增強；反之則-SMA等蛋白的表達增加，p38MAPK活動減弱。研究表明ROS通過p38MAPK途徑促進了VSMC分化。PDGF不僅能夠激活ERK通路而且能夠劑量依賴地激活p38磷酸化，可不經過ERK途徑，調節(jié)環(huán)氧化酶水平，存進細胞增殖和表型變化。有報道稱PDGF-BB甚至可誘導人骨髓間充質干細胞向血管平滑肌細胞表型分化，SMA-等標志物表達陽性。另有報道稱血液剪切力等因素也可通過激活MA

9、PK通路改變細胞行為與表型。圖示為MAPK級聯(lián)放大反應，引自參考文獻2。2.2 PI-3-K途徑PI-3-K途徑具有維持細胞靜止和分化成熟的作用，它由G蛋白偶聯(lián)的受體介導激活質膜上的磷脂酶C（phospholipase C, PLC），后者催化PIP2水解產生三磷酸肌醇（IP3）和甘油二酯（DAG）兩個胞內信使，分別激動兩個信號傳遞途徑即IP3/Ca2+和DAG/PKC途徑，實現(xiàn)對外界信號的應答。其中IP3作用于內質網或肌質網IP3受體（IP3R）導致肌質網鈣庫釋放使胞漿Ca2+濃度升高，進而使細胞和內Ca2+濃度升高，推動靜止期細胞進入分裂周期。且Ca2+與鈣調蛋白（CaM）結合催化細胞進一

10、步反應。而DAG則能在Ca2+和磷脂的參與下將PKC激活，進而催化下游反應。圖示為PI-3-K的大體通路。圖片引自參考文獻1。 腫瘤生長因子（Tumour Growth factor , TGF-）在神經脊源的VSMC增加了第二信使DAG在膜上的數量，也增加了PKC從可溶狀態(tài)向膜上的轉變。但對間充質動脈源的VSMC沒有影響。前者條件下TGF增強了PDGF的增長作用，后者卻是廢除作用。 胰島素具有維持細胞靜止但也能促進VSMC遷移的作用，但確切機制尚不明確。有報道稱胰島素的維持靜止和逆轉PDGF的去分化作用由PI-3-K介導，而由MAPK通路介導促進VSMC遷移。2.3 cAMP途徑cAMP途徑

11、能夠維持VSMC收縮型、促進分化。cAMP途徑由激活性配體如腎上腺素等結合G蛋白偶聯(lián)受體使其構象改變暴露腺苷酸環(huán)化酶（Adenylate Cyclase, AC）結合位點，從而激活同存在于膜上的AC，在Mg2+作用下使ATP轉化成第二信使cAMP并釋放一分子焦磷酸，依次激活依賴cAMP的蛋白激酶A（protein kinase A, PKA），該酶可催化ATP的磷酸基轉移到一些蛋白的精氨酸或蘇氨酸殘基上，使其磷酸化借以調節(jié)這些蛋白的活性。同時cAMP也能調節(jié)磷蛋白磷酸酶使磷蛋白脫磷酸，這樣就能從兩個方面調控蛋白的磷酸化，從而影響細胞代謝和行為，維持VSMC收縮型、組織生長。而生成的cAMP則在

12、磷酸二酯酶（phosphodiesterase, PDE）的作用下轉變?yōu)?-AMP，如此使細胞內的cAMP得以調節(jié)。參考文獻1Earl Brown Basic Concepts in Pathology（英文影印版） 北京大學醫(yī)學出版社 2002年10月第1版2李玉林主編 分子病理學 人民衛(wèi)生出版社 2002年8月第1版3陸信武等 血管壁重塑與血管平滑肌細胞表型改變及凋亡的研究 中華實驗外科雜志2003年6月第20卷第6期4宋今丹主編 醫(yī)學細胞分子生物學 人民衛(wèi)生出版社 2003年1月第1版5王娟等 辛伐他汀對血管平滑肌細胞增殖及表型的調控研究 中華兒科雜志2008年8月第46卷第8期6王軍等 鈣及鈣庫操控性通道與肺血管重塑 中華結核和呼吸雜志2007年10月第30卷第10期7吳瑩琛等 體外誘導人骨髓間充質干細胞向血管平滑肌細胞分化的實驗研究 中華整形外科雜志2007年7月第23卷第4期8武曉靜等 內皮細胞表型改變對平滑肌細胞表型轉換及遷移的作用 中華心血管病雜志2003年10月第31卷增刊9張健等 血管平滑