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编号:10232656
细胞生长因子在血管成形术后再狭窄中的作用
http://www.100md.com 《心脏杂志》 2000年第5期
     作者:王军 江一清 刘朝中

    单位:王军(空军总医院心血管内科,北京 100036);江一清(空军总医院心血管内科,北京 100036);刘朝中(空军总医院心血管内科,北京 100036)

    关键词:细胞生长因子;血管成形术;再狭窄;机制

    心脏杂志000524摘要:细胞生长因子能促进血管内皮细胞的增殖,促进血管内血栓形成,在血管成形术后血管再狭窄中起着重要作用。

    中图分类号:R543.3;Q26 文献标识码:A

    文章编号:1005-3271(2000)05-0407-03

    近年来,细胞生长因子的研究有长足进展。在血液疾病,肿瘤等方面的研究国内外有较多报道,但在血管成形术(PTCA)后再狭窄中的作用,国内外报道不多,现将国内外有关文献作一综述。
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    1 相关细胞生长因子的种类与特性

    1.1 粒-巨噬细胞集落刺激因子 粒-巨噬细胞集落刺激因子(gramulocyte macrophage colony stimulating factor,GM-CSF)是一种糖蛋白,根据组织来源不同,其碳水化合物组成是多样的,核心蛋白的分子量是14.7 KDa,糖基部分的分子量是18~30 KDa,染色体的基因位点是5q21-q31。许多组织都能产生GM-CSF,如胸腺,脾,骨骼肌,肺以及巨噬细胞,成纤维细胞,内皮细胞,淋巴细胞。GM-CSF是具有较广谱效应的造血生长因子。它不仅能刺激造血祖细胞的增殖、分化,而且对粒系成熟细胞的存活及功能起着调解作用,对于中性粒细胞的功能调节作用更强。Bruno发现重组GM-CSF不仅使人巨核细胞集落形成增加,也能使集落组成的细胞数增加。GM-CSF还作用嗜酸细胞系及单核吞噬细胞系的成熟细胞。

    1.2 血小板生成素 血小板生成素(thrombopoietin,TPO)是一种低分子量糖蛋白,分子量15~48 KDa。它由332个氨基酸组成,含有两个功能区域:153个氨基酸组成的N端和179个氨基酸组成的C端。N端具有高度保守性,而C端则显示高度种属多样性。TPO由一个含6个外显子的单基因编码,该基因位于染色体3q27-28[1]。肝脏是合成TPO的主要场所。在正常胎儿和成人肝脏组织中TPO mRNA呈高水平表达,在骨髓成纤维细胞和内皮细胞(endothelial cell,EC)中呈低水平表达,对保持人体血小板稳定极为重要。TPO是一种激素调节因子,它的分泌受外周血小板数量的影响,与血小板数量呈负相关关系。血小板增多,TPO代谢加快,血清中TPO水平下降;反之则增高,且对巨噬细胞及其前期细胞作用加强。TPO主要作用是促进巨核细胞的发育和成熟,增加其倍体数,加速胞浆成熟及量的增加并产生血小板,增加血小板数量和体积。
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    1.3 红细胞生成素 红细胞生成素(erythropoietin,EPO)是一种酸性糖蛋白,由160个氨基酸多肽组成,分子量约30~39 kDa。肾脏是合成EPO的主要器官。EPO含有三个N连接,一个N连接的糖基化部位,平均糖基化程度40%,糖基化在生物活性和维持蛋白的结构和稳定上起重要作用。EPO可使祖细胞向幼红细胞乃至成熟红细胞方向分化和成熟。EPO还有抗氧化,稳定红细胞膜的作用,改善红细胞膜脂质流动性和蛋白质构象,促进膜Na+-K+-ATP酶活力,维持膜内外正常渗透压。

    2 促进细胞的增殖作用

    PTCA后半年内,30%~50%的患者发生再狭窄[2]。再狭窄的形成是多因素作用的结果。其主要机制之一为:血管内皮细胞(vascular endothelial cell, VEC)的移行、增殖;中膜血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell,VSMC)向内膜迁移、增殖,并产生大量基质,使内膜明显增厚;以及粥样硬化阻塞的加速形成,从而使血管腔缩小,甚至完全闭塞。
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    2.1 EPO 术后血管内皮剥脱区临近的EC向该区域移行、增殖,以初步覆盖该区。当剥脱面积小时,EC迅速再生,没有内膜增殖,当大片剥脱时则产生严重的内膜增殖。Philippe等(1989)报道,PTCA后24 h EPO水平显著增高。Anagnostou等(1994)报道,重组人红细胞生成素(rHuEPO)与人脐静脉内皮细胞孵育,可显著增加内皮细胞增殖,促进EC有丝分裂作用,增加EC移行及其趋化性。EPO对VEC增殖移行有剂量依赖性。rHuEPO在5 u/mL为刺激EC增殖的最适浓度,剂量越大,增殖移行越明显。以上作用通过内皮细胞表面的EPO特异性受体起作用。

    动脉中膜的移行增殖为再狭窄形成与发展的重要病理改变。其组织学特点之一是内膜增殖,主要成分VSMC。EC损伤后产生分泌的内皮素-1(endothlin-1,ET-1)具有强烈缩血管效应,促使VSMC增生和血小板聚集作用。Carlini等(1993)报道,应用rHuEPO刺激牛肺动脉内皮细胞,EPO显著增加ET-1释放,增加平滑肌细胞增生和肥大。rHuEPO直接刺激ET-1释放与时间相关,在12 h达到高峰,24 h后增加VSMC移行超过正常的60%。已证实,血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ,ATⅡ)对VSMC的移行增生有强大的促进作用。Carlini等研究表明,EPO与ATⅡ受体经过4 h孵育,效果更加显著,而且对rHuEPO增加ET-1释放的能力远远超过ATⅡ和凝血酶。
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    EPO对VSMC移行增殖起作用是通过:①增加VSMC和血小板内Ca2+浓度[3]。很小的Ca2+浓度即可增加平滑肌细胞收缩;②诱导VSMC的DNA合成;③磷脂酶C在rHuEPO受体转导中的主动作用;④诱导或调节原癌基因C-fos mRNA和C-myc mRNA在VSMC中的表达[4]

    2.2 TPO 血小板衍化生长因子(platelet-derived growth factor,PDGF)是VSMC最强的促增殖物,由粘附血小板的颗粒释放并结合于被作用细胞表面的特异性受体,导致DNA合成和细胞增殖。PDGF还来源于损伤的EC,VSMC和巨噬细胞。Ozaki等[5]发现,巨核细胞前体与重组人血小板生成素(rHuTPO)共同孵育,PDGF在培养基上清液中升高,血小板和巨核细胞产生的PDGF水平升高时,TPO mRNA可高度表达。PTCA后立即死亡病例的尸解及PTCA后立即血管造影表明有血小板沉积和血栓形成,术后30 min可见血小板显著聚集。血小板聚集、活化和脱颗粒,释放各种促凝物质、血管收缩物质和促增殖物质,刺激PDGF合成和分泌,刺激VSMC增殖,促进再狭窄发生。Wakikawa等[6]发现,TPO通过PDGF介导可导致血小板生成增加,并发生聚集。推测TPO在VSMC增殖移行中起一定的作用。此外,TPO高度表达的鼠中,PDGF血浆水平显著升高,可减少NO产生和释放,从而使其舒血管作用减弱,并使内皮素缩血管作用加强,VSMC过度分裂增殖,并向内膜下移行,从而导致再狭窄的发生。
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    血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)是一种多效性多肽,由平滑肌细胞,粘液细胞,肾小球膜细胞等分泌,包括VEGF121,VEGF165,VEGF189,VEGF206四种类型蛋白,对内皮细胞有特殊反应,增加内皮细胞增殖。Mohle等[7]研究发现,TPO刺激VEGF的连续分泌,尤以VEGF165为著。TPO与巨核细胞共同孵育10 d,应用反转录PCR技术可探测到VEGF mRNA的高度表达,推测TPO是通过VEGF介导内皮细胞增殖导致再狭窄的发生。Bobik等[8]研究发现,TPO与CMK细胞共同孵育,引起VEGF分泌,释放增加有时间剂量依赖性。应用TPO(20 ng/ml)时,VEGF随时间延长而增加,尤以12 h增加显著,此后趋于缓慢。在10 ng/ml时,VEGF释放可增加9倍。实验表明,TPO是以C-Mpl为受体介导VEGF释放。TPO还可增强ADP诱导的血小板聚集反应,并使凝血酶激活,而凝血酶刺激30 min内可使VEGF快速释放,诱导内皮细胞增殖,导致再狭窄发生。
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    2.3 GM-CSF 在损伤等应激情况下,EC和成纤维细胞可表达GM-VSF[9]. Bussdino等(1989)发现,GM-CSF可诱发内皮细胞迁移和增殖,进而促进VSMC增生。循环单核细胞在血管壁聚集和巨噬细胞从血管壁游出,血浆脂质进入血管壁,摄取脂质后,增生的VSMC和单核巨噬细胞转变为泡沫细胞,并合成大量的胶原纤维和粘多糖,与内膜下的脂肪,泡沫细胞残骸等成分一起沉积于受损的内膜下,形成脂纹性纤维状动脉硬化斑块,从而促进再狭窄的发生发展。

    GM-CSF与人EC培养时,可显著增加其移行、增殖能力。GM-CSF与人内皮细胞共同培养8 h,GM-CSF能以浓度依赖方式促进内皮细胞由G0期进入到s期,并且在6 d后通过DNA合成增加2~3倍(Nirer等,1988)。Colotta等(1993)研究表明,EC表面有GM-CSF受体,EC对GM-CSF受体β链有高度亲合力,推测GM-CSF对内皮细胞移行增殖作用中受体β链起关键作用。GM-CSF刺激VEGF释放,进而强烈刺激内皮细胞的有丝分裂作用。
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    3 促进血栓形成

    正常血管内皮表面被覆盖一层肝素多糖类物质,有抗凝和防止血栓形成的作用。介入治疗时血管内皮损伤后,血小板粘附并形成一薄覆盖层直至血管再内皮化。损伤达中膜后,则引起纤维组织暴露于循环血中,血小板活化,导致大量血小板聚集。聚集后的血小板释放TXA2,EPO,TPO,GM-CSF等细胞因子,进一步加强血小板聚集,导致血栓形成,而血栓形成将导致介入治疗后急性与亚急性再闭塞,引起诸如急性心肌梗死、死亡等不良后果,并与晚期的再狭窄形成密切相关。

    Mcdonald等采用放射性砷代甲硫氨酸掺入血小板的方法,发现使用大剂量EPO(15 u/鼠)于小鼠,2 d后明显刺激血小板生成。血管内膜损伤后,EPO显著增加ET-1的释放,它可影响ADP所诱导的血小板的内源性ADP释放,增强ADP诱聚反应的次级聚集波。ET-1产生的强烈缩血管效应对血管的牵拉所产生的血管壁剪切应力,可使血小板内的cGMP水平升高,从而激活血小板。Halim等[16]应用人脐静脉内皮细胞培养技术及免疫组化方法发现,ET-1可促进血管内皮细胞VWF的表达,从而增强血小板的粘附反应,有促进血管内血栓形成的作用。将ET-1注入兔体内发现,主动脉、肝和肾微血管壁均可见VWF表达及纤维蛋白的沉积,提示内皮素可能参与高凝状态的形成和血管内血栓形成的过程。故推测EPO可通过ET-1引发血小板聚集,并导致血栓形成,从而进一步诱发再狭窄的发生。
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    TPO是调节血小板生成的重要因子,增加血小板体积及数量。血管内皮损伤后,TPO可通过ADP介导引起血小板聚集,进而激活凝血酶,凝血酶是血管内皮层表面及血浆中促进血液凝集的关键酶。血浆中的凝血酶将纤维蛋白原转变成纤维蛋白,启动血块的形成和血液凝固。这是因为血管壁内皮层被破坏,凝血酶所介导的抗凝血作用被破坏,故而凝血酶表现出促凝血作用。体内实验显示,直接抑制凝血酶活性或其产生均会抑制血管血小板丰富区血栓的形成。TPO通过血小板聚集和凝血酶作用导致血栓形成,从而在血管成形术后再狭窄发生中起重要作用。GM-CSF亦有TPO的相似作用。

    再狭窄的形成是多因素参与的复杂过程,EPO,TPO及GM-CSF对其影响也复杂多样,它们之间确切关系的阐明有待进一步研究。深入研究它们的生物学作用及其机制,可望为心血管疾病特别是PTCA后再狭窄的预防开辟新的途径。

    参考文献:

    [1] Gurrey A,Kuang WJ,Xie MH,et al. Genomic structure,chromosomal localization, and conserved alternative splice forms of thrombopoietin[J]. Blood,1995,85(4):981.
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    [2] Nicod P,Scherrer U. Explosive growth of coronary angioplasty:success story of a less than perfect procedure[J]. Circulation,1993,87:1749.

    [3] Neusser M,Tepel M,Zidek W,et al. Erythropoietin increase cytosolic free calcium concentration in vascular smooth muscle cells[J]. Cardiovasc Res,1993,27:1233.

    [4] Gogusev J,Zhu DL,Herembert T,et al. Effect of Erythropoietin on DNA synthesis, Proto-oncogene expression and phospholipase C activity in rat vascular smooth muscle cells[J]. Biochem Biophys Res Commun,1994,199:977.
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    [5] Ozaki SJ,Kosaka M,Ozaki KJ,et al. Thrombopoietin responsive essential thrombocythaemia with myelofibrosis[J]. Br J Haem,1997,97:449.

    [6] Wakikawa T,Shioi A,Hino M,et al. Thrombopoietin inhibits in vitro osteoclastogenesis from murine bone marrow cells[J]. Endocrinology,1997,138:4160.

    [7]Mohle R,Green D,Rossr P,et al. Constitutive production and thrombin induced release of vascular endothelial growth factor by human megakaryocytes and platelets[J]. Proc Natl Acad Sci USA,1997,94(2):663.
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    [8]Bobik R,Hong Y,Breier G,et al. Thrombopoietin stimulates VEGF release from C-Mpl-expressing cell lines and haematopoietic progenitors[J]. FEBS Lett,1998,423:10.

    [9]陈 兵,范乐明. 集落刺激因子与动脉粥样硬化[J]. 生理科学进展,1994,25:360.

    [10]Halim A,Kanayama N,Maradny EE,et al. Endothelin-1 increased immunorreactive von willebrand factor in endothelial cells and induced microthrombosis in rats[J]. Throm Res,1994,76(1):71.

    收稿 1999-07-12

    修回 1999-11-16, 百拇医药