血管平滑肌細胞表型轉換與動脈粥樣硬化關系的研究進展

李玉霞 商瑀家 宋佳新 李宏霞

動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)是一種慢性炎癥性疾病，也是全球人口死亡的主要原因。其發病機制涉及多個環節，尚未完全闡明。最近，遺傳譜系追蹤研究顯示，AS斑塊中存在的大部分細胞來源于血管中膜分化的血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)。

正常情況下，位于血管中膜的VSMCs通過收縮控制血管的管徑和張力。成熟的VSMCs幾乎不增殖并保持較低的合成活性。它們呈現收縮表型且穩定的表達平滑肌收縮標志蛋白，如平滑肌α肌動蛋白(smooth muscle alpha actin，SM α-actin)、平滑肌22α、平滑肌肌球蛋白重鏈等。與其他成熟的細胞不同，當血管損傷或局部環境發生變化時，VSMCs表現出極大的表型和功能可塑性，即由分化/收縮表型轉換為去分化表型。伴隨著VSMCs表型轉換，細胞收縮標志物表達降低而增殖、遷移和合成基質等能力增強。研究發現，VSMCs表型轉換是AS、高血壓及血管成形術后再狹窄等眾多血管疾病發生、發展的關鍵步驟。本文就VSMCs表型轉換在AS中的作用進行綜述。

一、VSMCs表型轉換

1.VSMCs表型轉換概念的提出與演變：VSMCs的表型轉換也被稱為表型轉化、表型調節。早在40年前，Chamley-Campbell等[1]觀察到體外培養的VSMCs經歷了兩種不同的形態變化，隨后用“表型調節”一詞來描述這一現象。近年來，隨著研究的深入，人們對VSMCs表型轉換的研究已不再局限于體外模型。VSMCs表型轉換的概念被進一步明確，即為適應環境的變化(機體發育的不同階段或不同疾病狀態)，VSMCs所經歷的形態、功能和結構的改變。

2.VSMCs表型轉換的調節：VSMCs表型轉換可以發生在生理或病理狀態。許多因素包括生長因子、炎性因子、轉錄因子、脂質、血管活性因子、血流切應力及活性氧等對細胞的功能和表型均具有調節作用[2, 3]。最近研究顯示，微小RNA(microRNA，miRNA)在VSMCs表型轉換過程中也發揮著重要作用。通過拮抗缺氧誘導因子-1介導的自噬，miRNA-4735-3p抑制VSMCs的增殖與遷移[4]。此外，miRNA-155-5p可通過調控cGMP依賴性激酶1參與腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor alpha，TNF-α)誘導的VSMCs表型轉換[5]。除了miRNA，長非編碼RNA及環狀RNA也都與VSMCs的表型調節有關[6]。

二、VSMCs表型轉換與AS

由于發生表型轉換的VSMCs表達收縮標志物減少或喪失，因此利用傳統的檢測手段人們很難將這些細胞識別出來。近年來，遺傳譜系追蹤研究顯示，VSMCs通過轉變為其他表型細胞，如巨噬細胞樣細胞、成骨樣細胞等參與AS脂質核心與鈣化灶的形成[7]。

1.VSMCs合成表型與AS：正常成人血管壁的VSMCs呈收縮表型。在致AS因素的作用下，當VSMCs由收縮表型轉變為合成表型，肌細胞形態也發生改變，即由長梭/紡錘形轉變為菱形/上皮樣。電鏡下，收縮表型的VSMCs胞質內可見豐富的肌纖維。而在合成表型的細胞，其胞質內肌纖維較少、粗面內質網增多。在表型轉化過程中，細胞出現的這些形態和結構的變化是VSMCs功能改變的基礎。與收縮表型比較，合成表型的VSMCs表現為增殖和遷移能力增強，并合成、分泌細胞外基質(如Ⅰ/Ⅲ型膠原、基質金屬蛋白酶2/9等)促進AS斑塊的形成。已有研究顯示，TNF-α可通過核因子κB介導的自噬促進VSMCs的增殖、遷移及白細胞介素-6(interleukin-6，IL-6)的分泌，提示TNF-α能夠促進VSMCs向合成表型轉換[8]。此外，由血管內皮細胞、血小板和炎性細胞釋放的血小板衍生生長因子、堿性成纖維細胞生長因子、IL-1及內皮素-1等多種介質也都具有誘導VSMCs發生表型轉換的作用。

研究結果顯示，VSMCs在AS的不同階段發揮的作用也不同。在AS早期，異常增殖的VSMCs促進斑塊的形成；在晚期，VSMCs可以防止纖維帽的破裂，起到穩定斑塊的作用。最近研究發現，通過激活AMP活化的蛋白激酶，降糖藥物利拉魯肽抑制血管緊張素Ⅱ誘導的大鼠VSMCs增殖、延緩AS的進展[9]。這一結果支持了抑制VSMCs增殖可以阻礙AS斑塊形成的觀點。另有研究發現，增殖的VSMCs能夠發揮穩定斑塊的作用。2019年，來自《Circulation》的一項研究顯示，與對照組小鼠比較，無論是全部抗體產生缺陷的Prdm1fl/flCd19cre/+Apoe-/-小鼠還是免疫球蛋白G(immunoglobulin G，IgG)抗體特異性缺失的Pax5fl/-Aicda-CreApoe-/-小鼠，主動脈粥樣硬化病變均表現為斑塊內VSMCs減少且增殖能力降低、斑塊不穩定性增加。進一步研究顯示，外源性IgG抗體可能通過促進VSMCs增殖而改善斑塊大小及穩定性[10]。此外，合成表型的VSMCs也可通過進一步合成膠原起到穩定AS斑塊的作用[11]。

2.VSMCs巨噬細胞表型與AS：與VSMCs不同，巨噬細胞具有促進AS進展、增加斑塊不穩定性的作用。在致AS因素作用下，VSMCs還會發生巨噬細胞表型轉換。巨噬細胞樣VSMCs表達MAC3、MAC2和CD68等巨噬細胞標志物并獲得巨噬細胞的特性。它們釋放促炎性細胞因子，如轉化生長因子-β、干擾素γ(interferon γ，IFN-γ)及單核細胞趨化蛋白-1等激活白細胞并損傷血管內皮細胞，加重炎性反應。此外，在TNF-α、IL-1β及IFN-γ等致AS因素的刺激下，通過表達細胞間黏附分子-1與血管細胞黏附分子-1，巨噬細胞樣VSMCs介導免疫細胞在AS損傷部位募集，促進AS的進展。研究發現，VSMCs向巨噬細胞表型的轉換可由斑塊內脂質的積累所啟動。膽固醇通過下調miRNA-143/145-MYOCD軸誘導VSMCs由收縮表型向巨噬細胞表型轉換。研究者對整合素β3敲除的Apoe-/-小鼠進行觀察發現，整合素β3的敲除使得Toll樣受體4及清道夫受體CD36在VSMCs表達上調、VSMCs對膽固醇的攝取增加且更易向巨噬細胞轉分化[12]。

最近的實驗數據顯示，AS斑塊內曾被人們認為來源于髓系的巨噬細胞，實際上是由VSMCs衍生而來。Allahverdian等[13]對人冠狀動脈粥樣硬化病變進行研究發現，斑塊內50%±7%的泡沫細胞表達VSMCs特異性標志物SM α-actin，即斑塊內一半左右的泡沫細胞來源于VSMCs。進一步研究發現，針對SM α-actin和巨噬細胞標志物CD68進行復合染色，結果顯示40%±6%的CD68陽性細胞表達SM α-actin，提示這40%左右的CD68陽性細胞也為VSMCs來源。研究發現，發生巨噬細胞表型轉換的VSMCs吞噬脂質能力增強。此外，促膽固醇流出的ATP結合盒轉運體A1在這些VSMCs表達下調，引發細胞內膽固醇流出減少。二者共同加劇巨噬細胞樣VSMCs的泡沫化進程。與巨噬細胞主要攝取氧化低密度脂蛋白(oxidation low density lipoprotein，ox-LDL)不同，巨噬細胞樣VSMCs還可以攝取其他形式的低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)，如未經修飾的LDL、乙酰化LDL及酶修飾的LDL。其中，酶修飾的LDL更能有效地誘導小鼠VSMCs源性泡沫細胞的形成[14]。研究顯示，巨噬細胞樣VSMCs也可表達與膽固醇攝取相關的受體(如LDL受體、極低密度脂蛋白受體以及Ⅰ/Ⅱ型清道夫受體等)并上調膽固醇酯化酶乙酰輔酶A：膽固醇酰基轉移酶1的表達，促進細胞對脂質的攝取與儲存。雖然發生表型轉換的VSMCs與巨噬細胞有相似的性質，但與活化的巨噬細胞比較，其吞噬能力仍然有限。由于巨噬細胞樣VSMCs對AS病變內脂質、死亡細胞和細胞碎片等清除能力不足，導致斑塊內壞死核心的形成并加劇AS的炎癥過程。

3.VSMCs成骨表型與AS：在AS病變內，通常可以在纖維帽處觀察到小而彌散的微鈣化。隨著病變進展，微鈣化可以形成大鈣化。有研究顯示，微鈣化可引起巨噬細胞的促炎反應，加劇斑塊炎癥，從而導致AS斑塊破裂；大鈣化則被認為起到穩定斑塊的作用[15]。研究發現，VSMCs可通過發生凋亡或向成骨樣細胞轉換的方式參與AS鈣化的形成。伴隨著肌細胞標志物表達的下調，發生成骨表型轉換的VSMCs表達堿性磷酸酶、骨橋蛋白及骨鈣素等成骨細胞標志物并獲得相應的功能。研究顯示，ox-LDL、炎性細胞因子等因素可以促進VSMCs向成骨樣細胞發生轉換[16]。研究發現，17β-雌二醇可以通過促進VSMCs向成骨樣細胞的分化來驅動晚期AS病變中的鈣化過程[17]。Hofmann等[18]通過建立S100A12/Apoe-/-小鼠AS模型，觀察了表達鈣結合蛋白S100A12的VSMCs在AS鈣化中的作用。結果顯示，與Apoe-/-小鼠比較，S100A12/Apoe-/-小鼠的主動脈根部具有更大的鈣化面積且VSMCs成骨分化相關基因RUNX-2、BMP-2及BGLAP等mRNA水平升高，提示S100A12可能通過促進VSMCs的成骨樣轉換參與AS鈣化。比較蛋白質組學結果發現，與成骨細胞來源的外泌體相同，VSMCs來源的外泌體也含有鈣離子結合蛋白和細胞外基質蛋白。最近研究顯示，VSMCs釋放的外泌體通過與Ⅰ型膠原相互作用形成鈣結晶的成核位點，促進微鈣化的發生。此外，通過抑制VSMCs的成骨樣轉化及外泌體與Ⅰ型膠原的結合，低聚半乳糖醛酸DP8可拮抗高磷誘導的血管鈣化[19]。

4.VSMCs其他表型與AS：新近研究發現，斑塊內VSMCs還可以轉換為淋巴組織構建細胞(lymphoid tissue organizer，LTo)樣細胞、成纖維細胞樣細胞等參與AS過程。三級淋巴器官(tertiary lymphoid organs，TLOs)，也稱異位淋巴組織，是淋巴組織之外存在的淋巴濾泡樣結構。目前發現在AS損害部位，TLOs存在于病變動脈周圍的結締組織中，與斑塊大小和病變不穩定性呈正相關[20]。在細胞及可溶性介質的作用下，VSMCs經歷獨特的表型轉換而成為LTo樣細胞。通過旁分泌作用，LTo樣VSMCs分泌淋巴器官形成趨化因子C-X-C基元配體13和C-C基元配體21吸引免疫細胞(如巨噬細胞/樹突狀細胞、T細胞和B細胞等)進入局部外膜環境形成TLOs。此外，VSMCs還可以表達成纖維細胞標志物肌動蛋白α2，轉換為成纖維細胞樣細胞定位到AS病變處。另有研究顯示，轉錄因子21通過促進VSMCs向成纖維細胞表型轉換發揮抗AS的作用[21]。

三、展 望

綜上所述，VSMCs表型轉換的多樣性決定了其功能的復雜性。近年來，隨著研究手段的不斷進步和完善，人們發現VSMCs在AS中的作用并不像以往認知的那么簡單。正確識別斑塊內VSMCs的不同表型，明確VSMCs表型轉換的調節因子、信號通路等因素，有助于進一步闡明VSMCs在AS中的作用。盡管研究顯示VSMCs向促炎表型轉化促進了AS的進展，然而針對這些細胞的靶向治療正處于起步階段，尚缺乏特定的藥物。體外實驗顯示，miRNA等非編碼RNA可能影響動脈粥樣硬化VSMCs的表型轉化過程，有望成為AS治療的新靶點。因此，阻止VSMCs異常表型轉換可能成為AS未來防治的關鍵策略之一。