腦血管側支循環重塑機制

榮艷紅,趙琨（天津醫科大學寶坻臨床學院,天津 301899）

腦血管側支循環是一種特殊的血管網[1]，決定缺血性腦血管病的發展和預后，良好的腦血管側支循環可以降低溶栓和血管內治療出血性轉化率[2]。先天發育的腦血管側支循環是正常血管的動脈到動脈或動脈到動脈吻合，并且它們會為了代償血管阻塞疾病的血流量減少進行重塑，成人腦血管側支循環的重塑可能和慢性病理生理學，如低灌注相關。側支循環動脈生成可能是由流體剪切力（fluid shear force，FSS）觸發，突然閉塞或慢性進展的狹窄的動脈導致內皮細胞激活[3]、單核細胞浸潤、激活炎癥反應[4]、生長因子和細胞因子分泌[5]，然后是基質消化，最終平滑肌細胞參與側支血管向外的重塑和側支血流的增加[6]。下文將討論這個復雜過程所涉及的分子機制。

1 動脈生成可能是由流體剪切力觸發而不是缺氧觸發

流體剪切力指的是由血液等黏性流體的流動在容器壁上產生的摩擦力的切向分力。由于動脈閉塞降低了遠端血管的壓力，壓力梯度增加，動脈血流通過已有的側支循環，當血液流經血管內皮細胞時，其表面活性劑會激活內皮細胞并刺激級聯信號事件[7]，導致側支血管信號的傳導，隨著側支血管直徑的增大，流體剪切力下降，側支血流減少，提供了一種自調節機制。側支循環發展到閉塞血管近端不需要任何血管內皮生長因子和缺氧誘導因子1的表達[8]，這是側支血管生成顯著區別于其他類型的血管生長的特點。通過人工動靜脈最大化分流FSS，側支血管生長可超出生理范圍和克服解剖的局限，FSS可誘導外周動脈和腦血管的動脈生成，Schierling等人在結扎雙側頸動脈后，在結扎頸動脈遠端和臨近頸靜脈之間建立了一個動靜脈瘺，且已經觀察到結扎分流模型在FSS刺激下出現相當多的動脈生成和血管生長[9]。

2 內皮細胞和一氧化氮的活化

血管管腔內的內皮細胞能直接感受到血流剪切力的變化，并將信號傳遞到血管中的平滑肌細胞和外膜中的成纖維細胞，這些細胞通常只暴露于跨壁間質血流。微陣列數據證實剪切力敏感基因的瞬時受體電位陽離子通道亞家族成員的4V（transient receptor potential cation channel subfamily V member 4，TRPV4）的潛在作用，TRPV4是內皮細胞的一種Ca2+通道，轉換FSS誘導的刺激。TRPV4的藥理學活性增加腦動脈和側支血流[10]，而TRPV通道阻滯劑減少側支血流。此外，缺乏TRPV4的小鼠動脈生成也會受損[11]。更多的證據表明，肌動蛋白結合Rho激活蛋白也可能參與FSS誘導動脈生成[11]。雖然確切的TRPV4下游信號尚未確定，Ca2+依賴的機制包括內皮源性超極化因子、環氧合酶的激活，以及一氧化氮合成酶都是潛在的候選者[10]。其中，最有可能的FSS誘發的分子傳遞信號是一氧化氮。它可以通過隔開內皮細胞和平滑肌細胞基底膜擴散，也可以越過環前列腺素。eNOS基因的靶向性缺失導致動脈血管舒張受損，而誘導型一氧化氮合成酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）缺失導致部分而不是全部動脈生成受損。只有eNOS和iNOS都缺失會導致動脈閉塞過程中完全喪失側支血管重塑[12]。除了上面提到的關鍵物質，FSS也會上調內皮細胞微小RNA-2，抑制其靶基因磷酸酶和張力蛋白同源物，有助于增加eNOS的磷酸化和一氧化氮產生[12]。

3 免疫系統的作用

最新的研究已經確定了各種先天和適應性免疫細胞亞群的調節動脈生成的作用，包括單核/巨噬細胞、T輔助細胞、調節性T淋巴細胞、自然殺傷細胞[7]。一些直接或間接的證據支持單核細胞和具有動脈生成信號的單核細胞具有關鍵作用，單核細胞的減少損害后肢缺血的兔和小鼠模型的動脈生成。在缺陷MCP-1/CCL2小鼠體內缺乏改善再灌注后野生型單核細胞，提示炎性單核細胞到缺血部位的聚集是側支血管生長的關鍵一步[13]。

作為單核細胞關鍵作用的間接證據，由于白細胞浸潤依賴纖溶酶原激活物，缺乏纖溶酶原激活物的小鼠比野生型小鼠缺血后側支循環少，除了單核細胞的存在外，側支血流也受浸潤單核細胞的調節。M1型巨噬細胞表達iNOS和炎性細胞因子如IL-1、IL-12，而M2型表達精氨酸酶1、抗炎細胞因子IL-10、VEGF[14]。Troidl等確定了巨噬細胞亞群在大鼠慢性FSS模型動脈生成過程中的時間分布和空間分布[15]。在該模型中，M2巨噬細胞在再灌注后早期出現，并維持28天，尤其集中在側支循環生長區。M1巨噬細胞也存在，但程度較輕。根據實驗研究的數據，單核細胞的趨化性減弱可能導致糖尿病患者側支循環受損。

在某些方面，動脈生成和炎癥反應類似。例如，越來越多的側支循環在管腔和血管間隙出現浸潤的單核/巨噬細胞。然而，目前還不清楚這種特定類型的炎癥反應是動脈缺血后動脈生成所致，還是缺血誘發所致。炎癥反應相關基因在小鼠后肢缺血模型側支循環發展過程中有重要的作用，包括CXCL5、MCP-1、CXCL9和CXCL10，此外，炎性基因與抗炎基因同時出現，表明炎癥有助于側支循環發展的開始[16]。載脂蛋白E-/-小鼠后肢缺血后浸潤性T淋巴細胞減少，側支血流減少。

最后，通常與炎癥反應相關的浸潤性巨噬細胞也產生許多血管生成生長因子，包括MCP-1、VEGF、FGF、GM-CSF、HGF、TNF-α、TGF-β和PDGF[9]，這些因子對于側支血管的發展和成熟至關重要。在股動脈閉塞兔模型中輸入大劑量的最有效的血管生成因子，僅獲得高FSS最大信號傳導率的一部分，這表明單獨這些因素不能完全解釋動脈生成作用。盡管如此，這些發現顯示出使用這些細胞因子或生長因子促進動脈生成的潛力。

干細胞和祖細胞是血管生長和修復所需的細胞因子和生長因子的豐富來源，基于這兩種細胞的療法已經在治療缺血性疾病方面得到了普遍的接受。衍生自外周血或骨髓的內皮祖細胞可以對剪切力作出反應，并且在移植到肢體或心臟缺血的動物中時有助于側支血管形成。其他間接血運重建手術，如腦動脈血管病，植入表達VEGF164的成肌細胞也顯示改善慢性腦灌注不足的側支循環[20]。

4 側支血管重塑涉及蛋白酶降解基底膜和重組細胞外基質的過程

隨著單核細胞和巨噬細胞進入側支血管，側支血管生長和擴張需要內皮細胞和壁細胞的增殖和細胞外基質的重塑。細胞因子和生長因子誘導細胞外基質降解，促進內皮細胞和平滑肌細胞的增殖，促進細胞外基質的重塑和側支血管直徑的擴大。然而，在側支血管生長部位單核細胞和巨噬細胞產生細胞因子和生長因子的機制還不是很清楚。

細胞外基質的周轉和重塑由基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）及其抑制劑即金屬蛋白酶組織抑制劑（tissue inhibitor of metalloproteinases ，TIMPs）進行。在動脈生成發生期間，為擴張血管形成空間，外部彈性層和彈性蛋白被MMPs和纖溶酶分解[7,17]。早期研究表明，MMP-2、MMP-9和TIMP-1在側支重建過程中在內膜中上調，表明MMP與TIMP之間的平衡對維持和重塑血管壁至關重要。但代謝紊亂如糖尿病在動脈生成期間破壞了這種平衡。例如，Lepr-db/db突變減弱了缺血誘導的小鼠后肢缺血模型中MMP-2、MMP-12和MMP-16的上調，這使動脈生成受損。相反，Moyamoya病患者血清MMP-9水平顯著升高[18]，這種慢性腦血管病特點是腦血管管壁不穩定和側支血管的異常增長。

對動脈生成的后期階段，內皮細胞和平滑肌細胞的增殖和遷移，平滑肌細胞占新生組織的很大一部分，將其表型從收縮變為合成和增殖表型。由于側支血管直徑隨細胞增殖而增長，FSS下降，由于反饋調節機制，側支血流減少。

綜上所述，動脈生成和側支血流的參與是缺血性卒中的風險和預后的關鍵因素[19]，側支循環動脈生成可能是由流體剪切力觸發，激活內皮細胞和一氧化氮，出現一系列炎癥反應，從而側支血管重塑和側支血流的增加。基于細胞的治療性血管生成仍然是治療缺血性疾病的希望[20-21]，但是以蛋白質或基因治療的形式運送血管生成因子并沒有帶來臨床益處。了解每一個重塑過程的機制，是發展有效血管重塑治療的第一步。此外，它還將闡明血管危險因素如何損害缺血性疾病的血管內環境穩定和重塑。