王紅云 ，謝玉玲，高娟，肖俊杰 *

（1.上海大學醫(yī)學院 上海大學心血管研究所，上海 200444; 2.上海大學生命科學學院，上海 200444）

適度的有氧運動可以改善心臟功能，降低心血管疾病的患病風險。越來越多的研究表明，運動能引起生理性心肌肥厚，保護心臟抵抗病理性重構(gòu)等不良事件，降低罹患缺血性心臟病、冠心病和心力衰竭等心血管疾病的風險。由此，運動康復療法受到臨床醫(yī)師的廣泛認可，在臨床康復醫(yī)療中發(fā)揮著重要作用。除了專業(yè)化的運動康復訓練，人們自發(fā)的體育運動也被證實能顯著改善心臟功能[8-11]。深入了解運動保護心臟過程中對血管穩(wěn)態(tài)和血管重構(gòu)的調(diào)節(jié)機制，挖掘運動引起生理性心肌肥厚過程中的分子靶點對維持血管穩(wěn)態(tài)、減少血管不良重構(gòu)具有重要意義。

血管穩(wěn)態(tài)與重構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)基礎為血管壁。血管壁主要由內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞、成纖維細胞以及細胞外基質(zhì)組成，本文擬從血管壁的各層結(jié)構(gòu)出發(fā)，概述運動保護心臟過程中對血管穩(wěn)態(tài)、血管重構(gòu)的調(diào)節(jié)作用及機制（見圖1），初步探討并展望血管穩(wěn)態(tài)與重構(gòu)相關(guān)的生物藥物研發(fā)進展，旨在為尋求防治心血管疾病的有效策略及相關(guān)藥物的研發(fā)提供新思路。

圖1 運動調(diào)節(jié)血管穩(wěn)態(tài)與良性重構(gòu)的分子機制及相關(guān)藥物Figure 1 Molecular mechanism and related drugs of exercise-induced vascular homeostasis and benign remodeling

1 運動對血管穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)作用及其分子機制

血管穩(wěn)態(tài)，即血管損傷與修復的動態(tài)平衡，是保證生命活動正常進行的重要基礎。血管內(nèi)皮與機體的氣體交換、營養(yǎng)物質(zhì)及激素等在組織間傳輸和交換有關(guān)；此外，血管內(nèi)皮具有重要的內(nèi)分泌功能，可以產(chǎn)生血管內(nèi)皮收縮因子、內(nèi)皮舒張因子[如一氧化氮（NO）]以及利鈉肽等物質(zhì)，以旁分泌和自分泌等形式對血壓進行調(diào)節(jié)，在體內(nèi)發(fā)揮著重要的生理功能。然而，當機體面臨各種內(nèi)外環(huán)境的變化（例如剪切應力改變、氧化應激以及血管緊張素增加等）和致病菌等病理誘因時，血管結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，血管功能受到損傷。在血管發(fā)生紊亂的初期，機體能夠啟動內(nèi)源性的代償機制，引起血管發(fā)生適應性的變化與修復，從而維持血管穩(wěn)態(tài)及正常的生理功能。然而，修復不當或過度修復會引起血管穩(wěn)態(tài)的失衡，進一步引發(fā)心腦血管疾病，例如高血壓、肺動脈高壓以及動脈粥樣硬化等。深入研究血管穩(wěn)態(tài)的分子機制，對防治心血管不良事件具有十分重要的意義。

血管內(nèi)皮細胞是血管壁與血液之間的選擇性屏障，具有促進血管生成、信息傳遞和內(nèi)分泌功能。生理狀態(tài)下的內(nèi)皮細胞，可以通過調(diào)節(jié)血管緊張度來維持血管功能的平衡。機體在維持和修復血管內(nèi)皮功能過程中，NO 及內(nèi)皮祖細胞（EPC）扮演重要的角色。研究表明，適量的有氧運動能夠促進血管內(nèi)皮的內(nèi)分泌功能、提高EPC 的數(shù)量，進而有助于機體維持血管穩(wěn)態(tài)[12]。

1.1 影響一氧化氮的生成

血管中NO 主要來源于內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）催化L-精氨酸產(chǎn)生，其具有血管舒張、抑制血管平滑肌細胞（VSMC）增生的功能。生理狀態(tài)下，適量的NO 利于血管穩(wěn)態(tài)的維持?；驹硎牵?）內(nèi)皮細胞釋放出的NO，可自由滲透擴散進入平滑肌細胞，激活平滑肌細胞內(nèi)的鳥苷酸環(huán)化酶，從而引起相關(guān)信號通路變化，進一步引起平滑肌松弛，降低血壓；2）NO 可擴散進入血液中的血小板，抑制血小板活性，降低血栓形成的風險，對血管穩(wěn)態(tài)的維持具有重要的作用。

大量研究證實，有氧運動能夠影響NO 的生成，進而調(diào)節(jié)血管穩(wěn)態(tài)。例如，運動訓練能增強高密度脂蛋白的功能，增加NO 的生物利用度，進而防止細顆粒物PM2.5暴露引起的內(nèi)皮功能障礙[13]。此外，阿爾茨海默病患者運動后，外周血管功能顯著增強[14]，表明運動可以有效改善該類患者的血管功能，調(diào)節(jié)血管穩(wěn)態(tài)。運動調(diào)節(jié)血管穩(wěn)態(tài)的主要機制包括以下3 種：1）運動引起血管壁剪切應力增加，激活eNOS，增強NO 的生物利用度。運動過程中，氧耗增加，血流發(fā)生改變引起血管內(nèi)皮的剪切應力隨之增加。增加的剪切應力激活eNOS，從而增加NO的釋放及其生物利用度[15-16]。2）運動過程中，能量需求增加，器官血流發(fā)生變化，局部低氧引起肌肉、腦、肺、心臟等臟器血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）上調(diào)，介導了新生血管形成[17]。有研究顯示，運動能通過乳酸受體（HCAR1）誘導腦VEGF 上調(diào)，促進血管生成[18]。在心肌梗死模型中發(fā)現(xiàn)，運動可以顯著促進VEGF 的表達及受體活化，進而促進血管新生，降低梗死面積[19]。3）運動可以抑制eNOS 的競爭性抑制劑——非對稱二甲基精氨酸（ADMA），從而間接增加eNOS 活力，促進NO 釋放。冠心病患者進行體育鍛煉后，血漿中ADMA 的水平顯著降低，引起內(nèi)皮型NO 增多，進而增強血管內(nèi)皮功能[20]。

1.2 促進內(nèi)皮祖細胞動員及功能

血管EPC 屬于血管前體細胞，在機體受到刺激時，可遷移至受損的內(nèi)皮細胞間隙并分化為具有成熟功能的內(nèi)皮細胞[21]；EPC 還能分泌多種細胞因子，如趨化因子基質(zhì)細胞衍生因子-1（SDF-1）、VEGF 等，可以增強成熟內(nèi)皮細胞的性能。由于成熟的內(nèi)皮細胞只有有限的再生能力，因而EPC 在維持血管內(nèi)皮的完整性及血管穩(wěn)態(tài)方面?zhèn)涫荜P(guān)注。多項研究表明，運動可以增加外周血中EPC 的數(shù)量，促進EPC 動員[22-23]，并通過SDF-1 依賴的信號通路增強祖細胞的動員及功能[22]。

近來發(fā)現(xiàn)，運動能顯著促進線粒體的生物發(fā)生，或為運動維持血管穩(wěn)態(tài)，改善心血管功能的新機制[24]。

2 運動調(diào)節(jié)血管重構(gòu)的分子機制

血管重構(gòu)是由血管內(nèi)外環(huán)境變化引起的血管穩(wěn)態(tài)失衡，進而發(fā)生結(jié)構(gòu)與功能的適應性甚至是病理性的變化。血管重構(gòu)的細胞學基礎包括內(nèi)皮細胞的功能變化，VSMC 增殖、舒張及表型轉(zhuǎn)換，成纖維細胞活化與增殖，細胞外基質(zhì)變化等。從血管形態(tài)角度出發(fā)，血管重構(gòu)可以分為肥厚性重構(gòu)（存在VSMC 的增殖）和非肥厚性重構(gòu)（僅為血管平滑肌的重排，無增生）[25]。大量證據(jù)表明，運動可以誘導血管的良性重構(gòu)，抑制病理性重構(gòu)[26]。

在信息技術(shù)下的美術(shù)教學，教師往往提出一個問題，學生分小組進行討論和研究，在這個過程當中，增強了學生之間的交流和彼此的友誼，使得使各小組之間感情更加融洽，遇到問題大家一起互幫互助，學習對方身上的優(yōu)點，達到共同進步，從而促進學生團隊合作和人際交往的能力。

2.1 調(diào)節(jié)血管生成素的表達

血管生成素（Ang1 和Ang2）是血管發(fā)育和重塑的效應子，二者是調(diào)節(jié)血管重塑的天然競爭者。Ang1 在整個身體中組成性表達，而Ang2 存在于血管生長活躍的部位，它們之間的相互作用在運動誘導的血管生成中可能至關(guān)重要。復旦大學孫莉敏等學者發(fā)現(xiàn)，運動或可通過上調(diào)Ang1/內(nèi)皮特異性酪氨酸激酶受體-2（Tie-2）進而促進缺血性腦卒中大鼠、腦缺血性損傷大鼠神經(jīng)功能的恢復[27-28]，提示運動可以上調(diào)Ang1 的水平促進血管的代償性重構(gòu)，抑制病理性重構(gòu)。

2.2 調(diào)節(jié)平滑肌細胞的增殖與遷移

血管重構(gòu)通常由血流變化后血管壁剪切應力改變所引起。運動能夠間接或直接影響VSMC 表型轉(zhuǎn)換，抑制VSMC 的增殖與重排，從而抑制病理性血管重構(gòu)，保護血管功能。其中涉及的機制為：1）運動過程中引發(fā)的血液動力學刺激，增加活動肌肉內(nèi)的毛細血管生成以及導管血管的增大（動脈生成），引起動脈結(jié)構(gòu)向外重塑，增加動脈徑，改變壁腔比[29]；2）有氧運動過程中，血管內(nèi)皮感受剪切應力的變化，釋放NO、內(nèi)皮舒張因子（EDRF）和前列環(huán)素，并迅速運輸?shù)洁徑腣SMC，引起VSMC 舒張[30-31]，抑制VSMC 增殖及VSMC 引發(fā)的病理性血管重構(gòu)[25]。

2.3 影響血管外膜

血管外膜主要包含成纖維細胞、巨噬細胞、外彈力層等[32]，一方面起到支撐血管的作用，另一方面可以分泌活性因子參與調(diào)節(jié)血管穩(wěn)態(tài)。運動過程中能夠影響活性氧、炎癥因子的釋放，影響血管外膜，調(diào)節(jié)成纖維細胞的增殖與表型轉(zhuǎn)化，從而維持血管穩(wěn)態(tài)，抑制不良重構(gòu)。轉(zhuǎn)錄組測序數(shù)據(jù)揭示，運動能夠激活成纖維細胞中的與活性氧清除相關(guān)的關(guān)鍵分子——核因子E2 相關(guān)因子2（Nrf2），清除活性氧，抑制成纖維細胞活化[33]。Nrf2 通路是細胞應對氧化應激的一種保護機制，可以激活活性氧清除相關(guān)的基因（如金屬硫蛋白）表達。

3 運動調(diào)節(jié)血管穩(wěn)態(tài)與重構(gòu)的潛在靶點及生物藥物研發(fā)進展

血管內(nèi)皮感知血流變化及血管壁剪切應力，將信號傳遞到胞內(nèi)后激活相應的信號通路，進一步影響VSMC、成纖維細胞，最終影響血管穩(wěn)態(tài)平衡和血管重構(gòu)。在該過程中，氧化應激/活性氧的釋放、與血壓有關(guān)的腎素-血管緊張素系統(tǒng)、鈣離子能信號的強弱直接影響血管的穩(wěn)態(tài)與重構(gòu)情況。目前，基于抗氧化、腎素-血管緊張素系統(tǒng)以及鈣離子調(diào)節(jié)等方向進行的化學藥物研發(fā)已取得可喜的進展，但普遍面臨研發(fā)周期相對較長、研發(fā)成本及毒副作用相對較高的問題。隨著生命科學的飛速發(fā)展，生物藥物以其相對較高的藥效、相對毒副作用小等特點而備受關(guān)注。然而，心血管相關(guān)的生物藥物研發(fā)尚處于起步階段。以下將對運動調(diào)節(jié)血管穩(wěn)態(tài)與重構(gòu)中的潛在的藥物靶點進行探討，以期為相關(guān)生物藥物的研發(fā)提供思路。

如前所述，運動能夠調(diào)節(jié)NO、VEGF 等不同分子的生成與表達，這其中主要與微小RNA（microRNA，miRNA，miR）介導的基因表達調(diào)節(jié)緊密相關(guān)。miRNA 是一類廣泛存在于各類生物中的、長度約為22 個核苷酸的非編碼RNA，能夠阻斷編碼基因的蛋白表達，參與許多生理和病理性過程。miRNA 因其復雜而又精細的調(diào)節(jié)機制，既能作為藥物開發(fā)的靶點（例如以miRNA 為靶點，針對其前體中的Drosha 位點及Dicer 位點設計抑制劑[34]），同時又成為潛在的治療藥物（例如miRNA 類似物）。運動調(diào)節(jié)血管穩(wěn)態(tài)與重構(gòu)中的潛在miRNA 靶點分為3 類，分別為改善高血壓、緩解動脈粥樣硬化和保護內(nèi)皮功能（見圖2）。

圖2 運動調(diào)節(jié)血管穩(wěn)態(tài)與重構(gòu)中的潛在miRNA 靶點Figure 2 Potential miRNA targets in exercise-regulated vascular homeostasis and remodeling

3.1 運動改善高血壓的miRNA 藥物靶點

研究表明，運動干預可引起miR-145 上調(diào)，抑制蛋白激酶B（AKT）磷酸化，進而抑制VSMC 在高血壓動脈中從收縮表型轉(zhuǎn)變?yōu)槿シ只硇?，緩解高血壓癥狀[35]；在自發(fā)性高血壓模型中，有氧運動訓練一方面可以提高主動脈內(nèi)miR-27a 的水平，靶向抑制血管緊張素轉(zhuǎn)換酶（ACE）的表達；另一方面下調(diào)miR-143 的水平，恢復其靶基因血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2（ACE2）的表達，調(diào)節(jié)血壓[36]。Improta Caria 等[37]近來系統(tǒng)綜述了運動對高血壓模型中miRNAs 的調(diào)控，指出運動可以上調(diào)miR-133a 和miR-324[靶向線粒體裂變調(diào)節(jié)因子（Mtfr1），調(diào)節(jié)線粒體的分裂和凋亡]，有效逆轉(zhuǎn)高血壓過程中miRNAs 的變化；此外，在高血壓患者中進行檢測，發(fā)現(xiàn)血漿miR-92a 水平升高[38]，而長期適應性運動可以顯著降低miR-92a 的水平[39]，提示運動能顯著改善高血壓患者的關(guān)鍵miRNAs。

3.2 運動緩解動脈粥樣硬化的miRNA 藥物靶點

研究發(fā)現(xiàn)，有氧運動可以逆轉(zhuǎn)動脈粥樣硬化模型小鼠主動脈中miR-146a、miR-126 和miR-155的變化[40]，引起miR-146a 和miR-126 上調(diào)，miR-155 下調(diào)。其中，miR-126 表達與血管生成、抗炎反應和動脈粥樣硬化有關(guān)[41-42]，而運動訓練顯著提高miR-126 的水平，一方面間接調(diào)節(jié)VEGF 途徑和eNOS，進而促使血管生成[43]；另一方面減少動脈粥樣硬化中的血管腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子（TRAF）和Toll 樣受體4（TLR4）信號傳導，降低血管炎性損傷，進而緩解動脈粥樣硬化[40]。

3.3 運動保護內(nèi)皮功能的miRNA 藥物靶點

近來，筆者課題組綜述了運動改善內(nèi)皮細胞功能相關(guān)的miRNAs[44]：運動能調(diào)節(jié)miR-126-5p、miR-26a 和miR-19a 等以調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞增殖，抑制內(nèi)皮細胞凋亡，從而抑制血管內(nèi)皮功能紊亂及血管不良重構(gòu)的發(fā)生；此外，運動可影響miR-29 的水平，調(diào)控VEGF 表達，進而調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮的功能與重構(gòu)[37,45]。

目前，以miRNAs 為靶點的藥物開發(fā)或臨床實驗多集中在腫瘤治療及抗病毒領域；而在血管穩(wěn)態(tài)失衡與病理性重構(gòu)相關(guān)慢性疾病中，miRNAs藥物研發(fā)尚處于臨床前期研究階段（見表1）。例如，miRagen 公司正在開發(fā)miR-29 的合成替代品remlarsen（MRG-201），用于治療或預防病理性不良重構(gòu)，以及microRNA-155 抑制劑cobomarsen（MRG-106），用于治療血液癌。這兩項研究均由miRagen 公司贊助。其中第2 項旨在評估cobomarsen 對白血病患者的潛在療效。該項研究前期結(jié)果顯示，43 名患者對MRG-106 具有良好的耐受性。然而，以miRNAs 為靶點的藥物研發(fā)也面臨瓶頸和挑戰(zhàn)：一是如何為每種疾病類型確定最佳的miRNA 候選物或miRNA 靶標；二是如何設計合適的miRNA 傳遞載體，以賦予治療候選藥物更高的穩(wěn)定性并實現(xiàn)組織特異性，避免潛在的脫靶效應[46]。但是同時也應該相信，隨著RNA 分子的輸送技術(shù)不斷完善，例如，針對miRNAs 分子進行基因編輯載體設計，結(jié)合化學修飾增強穩(wěn)定性；以及使用天然的、無免疫原性的機體自產(chǎn)細胞外囊泡進行輸送，基于miRNA 進行治療的方案將逐步成為現(xiàn)實。

表1 與運動相關(guān)的miRNAs 臨床試驗Table 1 Clinical trials of exercise-related miRNAs

4 結(jié)語

血管穩(wěn)態(tài)是血管正常發(fā)揮功能的基礎，在遇到內(nèi)、外環(huán)境應激時，機體可以啟動代償性重構(gòu)進行適應性變化以維持平衡。然而，當修復不當或修復過度時會發(fā)生血管病理性重構(gòu)（內(nèi)皮損傷、VSMC增殖或遷移、成纖維細胞增殖等）。運動能夠影響細胞因子分泌、NO 釋放、關(guān)鍵非編碼RNA 變化，對血管穩(wěn)態(tài)的維持與血管重構(gòu)起到重要的調(diào)節(jié)作用。主要機制為：1）促進內(nèi)皮細胞釋放NO，一方面維持內(nèi)皮功能平衡，另一方面進入VSMC，激活cGMP 信號通路，引起血管平滑肌舒張，維持平滑肌細胞表型；2）促進EPC 動員以及線粒體的生物發(fā)生；3）調(diào)節(jié)血管生成素促進血管功能恢復；4）激活Nrf2 依賴的抗氧化信號通路，抑制成纖維細胞表型轉(zhuǎn)換，抑制血管的病理性重構(gòu)。

21 世紀是生命科學飛躍式發(fā)展的時代，歐美等國龍頭企業(yè)爭相投入生物藥物研發(fā)與臨床驗證。目前，心血管領域的生物藥物多集中在降血脂類抗體藥物研發(fā)，而血管重構(gòu)相關(guān)生物藥物或生物類似藥尚處于萌芽狀態(tài)。隨著生命科學的快速發(fā)展，科研條件的不斷優(yōu)化，未來心血管領域的生物藥物具有極其廣闊的發(fā)展空間。筆者認為基于運動調(diào)節(jié)血管穩(wěn)態(tài)與重構(gòu)過程中的關(guān)鍵分子進行工程化生物藥物研發(fā)（例如借助生物醫(yī)用材料外泌體靶向遞送miRNA，定向修復受損的血管內(nèi)皮），聯(lián)合化學藥物干預將是未來心血管領域藥物研發(fā)的重要方向。