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內(nèi)皮祖細(xì)胞治療缺血性腦血管病的最新研究進(jìn)展

2013-01-22 13:18胡新星綜述超審校
關(guān)鍵詞:祖細(xì)胞內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)皮

胡新星綜述,秦 超審校

內(nèi)皮祖細(xì)胞治療缺血性腦血管病的最新研究進(jìn)展

胡新星綜述,秦 超審校

腦血管病以其高發(fā)病率、高死亡率、高致殘率對(duì)人類生命健康構(gòu)成了重大威脅。我國(guó)每年新發(fā)腦卒中患者約200萬(wàn)人,其中缺血性腦卒中占70%[1]。動(dòng)脈粥樣硬化所致血管狹窄是導(dǎo)致其發(fā)生的主要原因,盡早開通閉塞的血管對(duì)急性卒中患者尤為重要。阿替普酶(rt-PA)溶栓具有明顯的時(shí)間窗(3h或4.5h),且并發(fā)出血風(fēng)險(xiǎn)大。經(jīng)皮腔內(nèi)血管成形術(shù)(PTAS)為有創(chuàng)治療,風(fēng)險(xiǎn)大費(fèi)用高且再次狹窄率高。盡管大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)神經(jīng)保護(hù)劑對(duì)于缺血性卒中療效可觀,但臨床實(shí)驗(yàn)卻不盡如人意[2]。新的研究表明干/祖細(xì)胞能加速腦卒中患者血管再通、降低卒中風(fēng)險(xiǎn)、促進(jìn)康復(fù),因此目前被認(rèn)為在腦卒中治療領(lǐng)域具有極大的潛能。

內(nèi)皮祖細(xì)胞(endothelial progenitor cells,EPCs)源于外周血的單核細(xì)胞或者骨髓組織,可以在體外培養(yǎng),它們?cè)诩?xì)胞表面同時(shí)表達(dá)造血干細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)記分子[3,4]。由于EPCs具有分化為血管內(nèi)皮細(xì)胞和分泌保護(hù)性細(xì)胞因子及生長(zhǎng)因子的能力,因此其被認(rèn)為具有維持血管內(nèi)皮完整性、參與內(nèi)皮的修復(fù)和促進(jìn)出生后血管再生的作用。大量的研究證實(shí)EPCs在高血壓病、糖尿病、冠心病、腦卒中等疾病中數(shù)量明顯減少且功能紊亂,其已被作為血管疾病潛在的生物學(xué)標(biāo)志[5,6]。腦卒中為致殘、致死的重要原因,然而在其治療上仍有一定局限性,尤其是在血管再生及神經(jīng)保護(hù)方面。新的證據(jù)表明,EPCs的治療可以為缺血性腦血管病開辟一條新徑,目前,靜脈輸注EPCs治療缺血性卒中的臨床實(shí)驗(yàn)正在進(jìn)行中。本文總結(jié)了EPCs的一般概念和特點(diǎn),并重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)其在治療缺血性卒中方面的基本原理、觀點(diǎn)及前景。

1 內(nèi)皮祖細(xì)胞的概述

1.1 EPCs的定義、表面標(biāo)志及基本特征 內(nèi)皮祖細(xì)胞(EPCs)由日本科學(xué)家Asahara于1997年首次從人外周血中分離出來,而后研究發(fā)現(xiàn)其主要來源于骨髓,是一類具有游走特性的能定向增殖分化為成熟血管內(nèi)皮細(xì)胞的前體細(xì)胞[3,7]。對(duì)于EPCs識(shí)別的方法主要有3種,分別是集落形成試驗(yàn)、熒光檢測(cè)及流式細(xì)胞術(shù)。其原理是針對(duì)EPCs表面某些標(biāo)記物利用抗原抗體反應(yīng)檢測(cè)出來。EPCs既具有造血干細(xì)胞表面標(biāo)志(CD34、CD133),又具有內(nèi)皮細(xì)胞表面標(biāo)志(CD31、KDR、VEGFR2),另外CD45、c-kit/CD117、CXCR4及CCR2也能被表達(dá)出來。血管EPCs的特異性表面標(biāo)志目前尚未統(tǒng)一。人們發(fā)現(xiàn),不同組織來源于的EPCs可表達(dá)不同的表面標(biāo)記。如臍帶血來源的EPCs(CB-EPCs)表達(dá)CD31、CD144、KDR,而骨髓來源的EPCs(BM-EPCs)對(duì)于上述標(biāo)記卻不表達(dá)或者微量表達(dá),外周血來源的EPCs(PB-EPCs)則表達(dá)CD11b、vWF、CD14等[8]。CD34+KDR+抗原組合因其在EPCs表面出現(xiàn)具有高度的特異性和靈敏度,經(jīng)常被用于EPCs的識(shí)別[9]。隨著治療與診斷需求的不斷擴(kuò)大,更多更精準(zhǔn)、更理想的EPCs表面標(biāo)志物將被研究。

基于體外培養(yǎng)特性,EPCs通常被劃分為兩個(gè)不同的細(xì)胞亞群。早期EPCs:來源于外周血單核細(xì)胞,呈梭形,培養(yǎng)周期短,2~3w達(dá)生長(zhǎng)高峰,類似于集落生成單位內(nèi)皮細(xì)胞(CFUECs),研究認(rèn)為EPCs促進(jìn)新生血管形成主要是由早期EPCs分泌多種生長(zhǎng)因子所致[10];晚期EPCs:呈鵝卵石樣,培養(yǎng)周期相對(duì)較長(zhǎng),4~8w達(dá)生長(zhǎng)高峰,由于晚期EPCs具有較大的擴(kuò)增潛力,其被認(rèn)為是真正的干細(xì)胞或祖細(xì)胞[11]。早、晚期EPCs在體外實(shí)驗(yàn)已被證實(shí)存在差異,但其再體內(nèi)的作用及治療意義仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。

1.2 EPCs的動(dòng)員及歸巢 EPCs是源于骨髓的成體干細(xì)胞,它們中的絕大多數(shù)在骨髓微環(huán)境中呈靜止?fàn)顟B(tài),當(dāng)內(nèi)外環(huán)境變化時(shí),其被動(dòng)員進(jìn)入循環(huán)血中并分化成內(nèi)皮細(xì)胞。此過程中的機(jī)制尚未完全明了。有研究認(rèn)為基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1(SDF-1)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)在組織缺氧或損傷的情況下能介導(dǎo)EPCs動(dòng)員入循環(huán)血并遷移至缺血缺氧組織[12]。另一方面,SDF-1與VEGF表達(dá)上調(diào)可激活基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP-9),MMP-9不僅促使骨髓EPCs從靜態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樵鲋碃顟B(tài),還可以催化膜結(jié)合配體轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙庑耘潴w,最終促使EPCs動(dòng)員與歸巢[13]。循環(huán)EPCs進(jìn)入受損的血管及缺血組織并執(zhí)行血管內(nèi)皮修復(fù)及出生后血管再生,此過程意義重大。組織因子及EPCs表面的受體也參與其中,如SDF-1/CXCR4軸在驅(qū)使cEPCs向缺血組織歸巢中發(fā)揮重要作用; CXCR2及其配體、CXCL1和CXCL7動(dòng)員cEPCs向受損血管處積聚。

1.3 EPCs的功能特征 EPCs具有分化為成熟內(nèi)皮細(xì)胞及分泌多種保護(hù)性細(xì)胞因子及生長(zhǎng)因子的能力,在維持血管內(nèi)皮的穩(wěn)定及修復(fù)損傷內(nèi)皮方面發(fā)揮重要作用。它同時(shí)具有干細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞的一些特征,不僅能形成克隆集落還能形成新生毛細(xì)血管網(wǎng)及產(chǎn)生一氧化氮(NO),同時(shí)還具有吞噬乙酰化低密度脂蛋白(ac-LDL)和與內(nèi)皮特異性凝集素結(jié)合的能力。相關(guān)研究表明循環(huán)EPCs的減少是動(dòng)脈粥樣硬化獨(dú)立的危險(xiǎn)因素,并能在粥樣硬化斑形成前提前預(yù)測(cè),被認(rèn)為是血管事件潛在的生物學(xué)標(biāo)記[6,9]。在腦血管損傷模型中,人為輸注cEPCs能有效抑制血小板激活及斑塊形成從而減少梗死灶的發(fā)生[5]。

2 EPCs與缺血性卒中

2.1 EPCs治療卒中的機(jī)制 缺血性卒中的發(fā)生是一個(gè)非常復(fù)雜的病理生理過程,包括能量衰竭、細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的紊亂、細(xì)胞因子及自由基介導(dǎo)的毒性作用、炎性細(xì)胞浸潤(rùn)和血腦屏障的損壞,它們之間相互聯(lián)系且相互作用。病理學(xué)上,缺血性卒中包括中心的梗死核心區(qū)和周圍的缺血伴暗帶區(qū),核心區(qū)為不可逆性損傷,而半暗帶區(qū)成為目前減少急性梗死面積的靶點(diǎn)區(qū)域,積極有效的治療可將損傷降至最低。

缺血及低氧狀態(tài)可誘發(fā)骨髓動(dòng)員大量的EPCs參與血管新生,組織缺血時(shí),受損組織局部高濃度表達(dá)趨化因子(SDF-1),由于EPCs表面本身存在趨化因子受體,在SDF-1與CXCR4的作用驅(qū)使下大量EPCs動(dòng)員募集到受損組織,分化并組裝形成新生血管網(wǎng),重新調(diào)節(jié)缺血組織的血氧濃度。研究表明再生血管網(wǎng)與缺血損傷后的神經(jīng)保護(hù)和神經(jīng)發(fā)生密切相關(guān)[14]。EPCs為受損區(qū)域的神經(jīng)提供了富含血管的微環(huán)境,新生的血管又為受損的組織提供了富含氧份、細(xì)胞因子、離子及充足的血流。此外,神經(jīng)干細(xì)胞沿著這些新生的血管,促使梗死周邊區(qū)域神經(jīng)的發(fā)生。若血管再生被抑制,將大大降低腦室下區(qū)域的神經(jīng)干細(xì)胞向缺血區(qū)遷移[15],將不利于患者神經(jīng)功能的康復(fù)。Minger等[16]用標(biāo)記神經(jīng)干/祖細(xì)胞的抗體對(duì)患者進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)大量的神經(jīng)干/祖細(xì)胞、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子陽(yáng)性細(xì)胞及新生血管聚集于梗死灶周圍,進(jìn)一步證實(shí)了神經(jīng)發(fā)生、遷移、定居依賴于周邊的血管微環(huán)境。

2.2 EPCs對(duì)卒中的治療作用 大量的研究證明cEPCs水平在有高血壓、高血脂、糖尿病、及動(dòng)脈硬化等腦血管危險(xiǎn)因素的情況下明顯降低,cEPCs水平可以作為一個(gè)反映血管內(nèi)皮功能失調(diào)、心血管危險(xiǎn)因素及腦血管事件的代理指標(biāo)[5,6,17]。臨床研究證實(shí)cEPCs水平的高低與急性缺血性卒中的嚴(yán)重程度成反比,卒中后第一周內(nèi)早期cEPCs水平較高與患者的預(yù)后較好獨(dú)立相關(guān)[18,19]。綜上,EPCs不僅能作為血管事件的預(yù)測(cè)指標(biāo),同時(shí)也為缺血性腦卒中提供了一個(gè)新的治療方向。

如上所述,EPCs在疾病狀況下其數(shù)量減少,功能紊亂,而人為輸注外源性EPCs后能加速受損部位的修復(fù)。據(jù)報(bào)道人為輸注CD34+細(xì)胞(富含EPC部分)治療缺血性卒中患者,能有效促進(jìn)缺血部位新生血管形成及神經(jīng)生發(fā);也有研究認(rèn)為人外周血分離出來的集落形成樣內(nèi)皮前體細(xì)胞(ECFCs)能減少細(xì)胞凋亡,促進(jìn)血管及神經(jīng)的形成[14,20]。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)[5],在EPCs治療2型糖尿病小鼠MACO模型中,與對(duì)照組相比,實(shí)驗(yàn)組梗死區(qū)域內(nèi)血流量明顯增多,腦梗死的面積明顯減少。近年研究發(fā)現(xiàn)[21,22]:標(biāo)記后的EPCs在輸注24h后主要聚集在缺血灶周圍的微血管中,并且其能取代損傷處機(jī)能失調(diào)的內(nèi)皮細(xì)胞。EPCs治療缺血性卒中的益處主要體現(xiàn)在兩方面:(1)在急性缺血早期,人為輸注外源性或自身EPCs通過分泌多種生長(zhǎng)因子能有效保護(hù)因缺血所致的細(xì)胞(ECs/神經(jīng)細(xì)胞)損傷或死亡,同時(shí)也能募集更多的EPCs,保護(hù)神經(jīng)血管單元及現(xiàn)有的側(cè)枝循環(huán);(2)在缺血晚期,EPCs連同其分泌的生長(zhǎng)因子能有效促進(jìn)血管新生及神經(jīng)生發(fā),重構(gòu)微循環(huán)及神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò),有助于遠(yuǎn)期的康復(fù)。

2.3 EPCs治療卒中的綜合管理 缺血性卒中發(fā)生過程中,如何選擇合適的時(shí)間點(diǎn)輸注EPCs,以便將其療效發(fā)揮到最大國(guó)內(nèi)外鮮有報(bào)道。有研究認(rèn)為,基于EPCs強(qiáng)大的再生功能,缺血早期使用有可能使其療效發(fā)揮到最大。然而不容忽視的是卒中急性期常伴隨有炎性細(xì)胞浸潤(rùn)、自由基及細(xì)胞因子的毒性作用,這些很可能限制EPCs的活性及能力[23]。然而Navarro-Sobrino等[24]研究發(fā)現(xiàn)源于卒中亞急性期的EPCs能表現(xiàn)出更大的血管再生能力,是否在該期內(nèi)輸注EPCs成效更佳仍有待深入研究。目前認(rèn)為靜脈滴注EPCs為最佳的方式,簡(jiǎn)單快捷,并發(fā)癥少;而動(dòng)脈輸注較為復(fù)雜,且容易引起血栓形成,導(dǎo)致栓塞;直接將干細(xì)胞輸注入大腦過程更為復(fù)雜,且很可能引起局部出血,風(fēng)險(xiǎn)較大[25]。至于EPCs劑量,在多種動(dòng)物模型中輸注0.2~3×104/gEPCs均顯示出了理想的療效[8,14]。目前用于臨床的最理想的EPCs劑量仍在研究中。對(duì)于EPCs種類的選擇,最近一項(xiàng)研究認(rèn)為輸注晚期EPCs是最佳的選擇[14]。然而也有研究顯示早期EPCs能到達(dá)同樣的效果,能減少急性期腦梗死體積及有利于遠(yuǎn)期的神經(jīng)功能缺損的恢復(fù)[8],具體如何選擇,仍有待于探究。

3 EPCs治療的安全性、局限性

近年來基于干細(xì)胞治療缺血性卒中的研究報(bào)道較多,其治療的安全性也被廣泛探討。不少研究顯示靜脈輸注自體骨髓干細(xì)胞及間充質(zhì)細(xì)胞,在1~5年的隨訪調(diào)查研究中,未發(fā)現(xiàn)與治療相關(guān)的異常細(xì)胞增長(zhǎng)、腫瘤的發(fā)生、神經(jīng)系統(tǒng)漸進(jìn)性惡化及靜脈血栓形成[25,26]。然而也有研究發(fā)現(xiàn)循環(huán)EPCs在肺癌、肝癌、乳腺癌、結(jié)直腸癌等患者中水平增高,BM-EPC存在于腫瘤血管形成的早期,將其消融后可降低腫瘤部位的血管密度,減緩其生長(zhǎng)速度[27,28]。這也意味著EPCs可能參與腫瘤內(nèi)新生血管的形成,應(yīng)避免對(duì)腫瘤患者輸注EPCs。此外有報(bào)道稱EPCs可能加重局部缺血,因其產(chǎn)生的炎癥介質(zhì)如白介素-8、單核細(xì)胞趨化蛋白-1可募集炎性細(xì)胞浸潤(rùn),加重缺血部位的炎癥反應(yīng)[14,29];相反,動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在急性心梗的小鼠模型中通過輸注EPCs可降低局部炎癥反應(yīng),增加新生血管的密度[30]。也有臨床研究表明急性心?;颊咻斪PCs治療未見其對(duì)血清C反應(yīng)蛋白及白細(xì)胞水平造成影響,在5年的隨訪期內(nèi)也未導(dǎo)致任何腫瘤的發(fā)生[26]。目前基于使用EPCs治療卒中的大規(guī)模臨床研究正在進(jìn)行,其安全與否有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。

缺血性腦卒中的危險(xiǎn)因素(如年齡、冠心病、高血壓、糖尿病、高血脂、吸煙飲酒等)可以削弱外周循環(huán)血液EPCs的數(shù)量及其血管生成能力[31]。此外,ACEI類、他汀類、阿司匹林等藥物也可以影響EPCs的活性和數(shù)量。在急性卒中發(fā)生時(shí),依靠機(jī)體內(nèi)源性EPCs的代償修復(fù)能力很難形成足夠的新生血管網(wǎng)來支持神經(jīng)功能的恢復(fù),而外源性EPCs又受制于上述因素的影響,加上EPCs獲取數(shù)量有限,致使目前EPCs臨床推廣應(yīng)用存在一定局限性。

4 EPCs的前景與展望

綜上所述,EPCs因其獨(dú)特的內(nèi)皮、血管再生功能在所有干細(xì)胞群體內(nèi)別具一格,大量的基礎(chǔ)、臨床研究證實(shí)其在治療缺血性腦血管疾病中發(fā)揮非常顯著的作用,盡管如此,目前對(duì)于EPCs廣泛應(yīng)用于臨床仍有許多問題需要解決,如何尋求最佳的EPCs動(dòng)員途徑、如何控制治療風(fēng)險(xiǎn)、如何將其治療效益發(fā)揮到最大等這些均需要進(jìn)一步的深入研究。隨著EPCs對(duì)于缺血性卒中的治療方面的不斷成熟和發(fā)展,如何運(yùn)用EPCs來預(yù)防缺血性腦卒中的發(fā)生將有可能成為未來另一個(gè)研究的方向。

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1003-2754(2013)06-0568-03

R743.3

2013-04-20;

2013-05-28

(廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,廣西 南寧530021)

秦 超,E-mail:mdqc6639@126.com

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