冠心病血管生成治疗的研究进展.docx

冠心病血管生成治疗的研究进展【摘要】 治疗性血管生成是冠心病治疗学上的重大进展。血管生成与理化因素如缺血、缺氧、炎症、应激、机械因素、激光打孔和一氧化氮等，药物如潘生丁、硝酸酯类、肝素、他汀类药物、某些钙离子拮抗剂、烟碱和中药等，以及生长因子如表皮生长因子、血小板源生长因子、型转移生长因子、胰岛素样生长因子、血管生成素、成纤维细胞生长因子、血管内皮生长因子和肝细胞生长因子等的综合作用有关。研究显示某些中药、烟碱和血管内皮生长因子等有较大的应用前景，但还有某些重要的临床问题如给药途径、载体的构建、剂量、多种因子协同作用和不良反应等亟待解决。【关键词】 冠心病；血管生成；烟碱；中药；血管生长因子冠状动脉侧支循环的形成和开放能减轻心肌缺血，防止心肌坏死，预防和延缓缺血性心肌病和室壁瘤的形成，改善患者的临床症状和预后。因此，寻找经济有效的促冠状动脉侧支循环形成的药物是冠心病治疗的新思路和发展方向。近年来临床专家们已逐步将促进冠状动脉侧支循环形成和开放列为冠心病的治疗措施，如鼓励患者进行体力锻炼和应用某些药物如中药、硝酸酯类和肝素等，但其临床疗效尚未令人满意。近年来随着分子生物学技术的发展，人们发现不少生长因子具有促进缺血心肌侧支循环生成的作用，为晚期冠心病患者的治疗带来了新的希望。现将这方面的研究进展综述如下。 1 血管生成的机制 一般认为血管生长的方式有两种：血管新生：指在原先存在的小血管上长出新的毛细血管，即芽生；血管发生：指正常时仅限于胚胎发育中出现的成血管细胞原位形成新的血管，主要引起肌性血管的形成。心脏的新生血管生长与动脉粥样硬化、心肌肥厚和坏死等基础疾病状态有关，侧支血管的形成可通过以上任何一种方式，如心外膜侧支血管形成通过血管发生；而小的心内膜下侧支血管形成则通过血管新生这一途径1。血管新生过程又主要包括四个阶段：血管细胞分泌蛋白水解酶降解血管内皮细胞基膜，细胞外基质消化吸收；内皮细胞穿过基膜迁移到血管周围基质；移行的血管内皮细胞增殖、相互黏附，并彼此相连形成新的血管芽孢，芽孢血管内皮弯曲相连形成中空的管腔；血管内皮细胞增殖使中空的管腔延长，两个中空的管腔端相连形成血管袢，血管袢底部的周边血管内皮细胞继续“发芽”进行新的血管形成过程2,3。血管生成与创伤修复、缺血性疾病、肿瘤、妇科和内分泌等多种疾病或病理过程的发生、发展和预后密切相关。治疗性血管生成通常需要经历血管基膜降解，血管内皮细胞迁移、增殖、相互黏附与连接、管样结构形成和基质重塑、平滑肌细胞的包绕以及血管的相互吻合形成血管网等阶段。其中生长因子所引起的血管内皮细胞表型与功能的变化、蛋白水解酶系统对于细胞外基质成分及其平衡调节等是血管生成的关键。冠状动脉进行性狭窄时，非缺血区和缺血区的血流压力梯度不断增加，彼此连接的小动脉壁张力和切应力增加引起血管重构，导致内皮细胞物理学分隔，失去重要的接触性抑制特性，因而促使内皮细胞增殖，自发形成侧支循环，但大部分侧支血管不够丰富，不能代偿原有的血供，缺血表现不能得到纠正，可能与冠状动脉狭窄的程度、速度、部位、受累血管数和个体差异有关。 2 理化因素与血管生成 缺血、缺氧与血管生成 建立冠脉闭塞后侧支血管新生的动物模型中最常用的方法是在冠脉外周置一被吸水塑料包裹的金属环，又称Ameroid夹，1020天后冠状动脉形成闭塞4。实验研究已经反复证实，缺血缺氧是引起血管新生的基本原因5，正常组织与缺血缺氧组织的分界面可能在血管新生中起着最为关键的作用。炎症和应激与血管生成 只要存在炎症与应激6，不论有无缺血缺氧，中性粒细胞和巨噬细胞聚集后就释放某些促血管生成因子，引发血管新生。在心肌局部缺血、缺氧以及坏死时也常能观察到炎症细胞浸润，局部释放转移生长因子-和白细胞介素-6，增加血管内皮生长因子和黏附分子的表达，可加重炎症反应。炎症时蛋白水解酶的释放和血管通透性的增加，使血管内皮与基底膜之间的连接松懈，十分有利于血管新生。有研究显示，应激可加速肿瘤的血管生长。其机制可能是应激诱导肿瘤组织中儿茶酚胺类激活的2肾上腺素能受体高表达，儿茶酚胺类刺激2肾上腺素能受体后，cAMP-蛋白激酶A依赖通路诱导血管内皮生长因子表达。血管内皮生长因子水平增高导致血管生成作用增加7。机械因素与血管生成 血管网血流的压力梯度增强，局部小动脉壁血管张力改变以及剪切力的改变，影响内皮细胞的物理学分隔，促使内皮增殖，机械因素导致的血管新生随时间延长而密度增大8。激光打孔与血管生成 激光打孔是心肌血管重建术的基本手段，但确切机制并不清楚。激光通道周围愈合过程中所产生的血管新生效应可能在发挥作用9。一氧化氮与血管生成 一氧化氮从多方面影响血管新生。其能刺激血管内皮细胞增生，促进毛细血管管腔扩大。一氧化氮合酶抑制剂存在时，血管内皮生长因子的促增殖作用减弱，抑制血管新生。酪氨酸激酶通过对一氧化氮合成与释放的调控影响血管新生。不同的作者，建立了不同的动物模型，采用不同的实验方法，观察血管新生的不同阶段，所得结论也就不同，有的研究甚至认为，一氧化氮对血管新生有抑制作用。药物与血管生成 缺氧环境下内源性腺苷通过刺激腺苷受体而促进内皮细胞增生，诱导生成内皮生长因子。潘生丁是腺苷阻断剂，能提高腺苷水平。长期服用潘生丁能提高毛细血管密度，增加侧支循环血流。潘生丁促进血管新生的作用与扩张冠状动脉不是同一机制，其促血管新生的靶位是毛细血管，靶细胞是血管内皮细胞，靶受体是腺苷A1受体和A2受体，临床应用的目的在于血管新生而非冠状动脉扩张。但有学者认为静脉注射潘生丁后能减少侧支循环血量，引起所谓“冠状动脉窃血”现象，反而使心肌缺血加重引起心绞痛。另有研究证明，硝酸酯类和肝素有促血管新生的作用10。最近又有学者发现他汀类药物、葡萄糖缺乏、钙离子、铅和锰等过渡离子、凝血酶、某些钙离子拮抗剂有促血管新生的作用。中药与血管生成 用中药促进血管生成已有上千年的历史。中医理论中有不少关于活血化瘀、益气补血、补肾调经、填精生血、止血生肌和行气通脉等理论，这些都为中药促进血管生成研究提供了帮助。在骨折、伤口和溃疡愈合、萎缩性疾病、股骨头坏死和心脑缺血等治疗方面已有不少关于利用中药增强血管生成的报道。王鹂等11用鸡胚绒毛尿囊膜作实验模型，将丹参、川芎、黄芪、赤芍、当归、红花、党参、瓜蒌、郁金和炙草等十种临床常用治疗冠心病的中药溶液及生理盐水作为被测物分别置于鸡胚绒毛尿囊膜表面的载体上，观察这些中药对血管生成的影响。结果显示丹参和黄芪促血管生成阳性反应较生理盐水对照组差异有统计学意义；党参、当归和炙草也有一定的促血管生成作用，但与对照组比较差异无统计学意义。说明丹参和黄芪具有较强的促血管生成作用。蒋霞等12研究也发现，单味中药红景天、丹参、川芎、赤芍、当归、红花、黄芪、葛根、三七和降香等对鸡胚绒毛尿囊膜有不同程度的促血管生成作用，其中红景天和降香的促血管生成作用最为显着。采用不同药物浓度发现红景天中等剂量时血管生成最多，而降香的剂量和血管生成近似线性关系。说明红景天和降香具有良好的促血管生成作用，呈现独有的量效曲线。有研究还发现麝香保心丸13、双龙丸14、葛根素注射液15,16、心脉通胶囊17,18、通心络胶囊19、血塞通软胶囊20、心可宁胶囊21、祛风生脉颗粒22、当归补血汤23、益气活血方24、双龙方25和从肝治心方26等均有不同程度的促血管生成和促血管生成相关因子基因表达的作用，对缺血心肌具有保护作用。肝素与血管生成 近来广大学者已认识到肝素能加强生长因子的活性，并被用于促进侧支血管的生成。1988年Fujita等27观察到在冠脉造影证实有冠状动脉疾病伴劳累型心绞痛患者，运动1020 min，同时静脉滴注肝素5000 u，每日2次，治疗10天后，血管造影侧支循环积分明显增加，且较单纯运动组有显着差异。他们进一步给急性心肌梗死患者，每天1次静脉滴注肝素170220 u/kg，治疗7天，可促进侧支血管生成。临床系列研究证实应用肝素治疗可减轻心肌缺血，促进侧支循环功能和生长28。但肝素促进血管生成的机制目前尚不十分清楚。烟碱与血管生成 烟碱是从烟草中提取的一种生物碱，又称尼古丁，化学名3-吡啶。分子量为，沸点为247 。极易吸湿，在空气中或光线中逐渐变为棕色。低于60 与水能任意混合，极易溶于醇、醚、氯仿及石油醚等，能随水蒸气挥发。烟叶中含烟碱2%10%，杀虫剂与药物制造业及烟草收割作业可接触烟碱。烟碱经皮肤、呼吸道及消化道吸收，可引起中毒29。过去，吸烟对人体各系统的损害广泛受到人们的关注。如在呼吸系统方面，吸烟已被公认为是肺癌的重要危险因素，1999年世界卫生组织年报几乎所有的肺癌患者的发病都与吸烟有关。此外，流行病学、形态学以及功能学的研究表明，吸烟是动脉粥样硬化的一个独立危险因素，虽然人们尚不清楚吸烟产生这些负面影响的确切机制，但吸烟促进了动脉粥样硬化形成的许多阶段，从而促进冠心病的发生。许多国家做了流行病学调查，认为吸烟者冠心病的发生率要比不吸烟者高，死于冠心病的危险是不吸烟者的23倍。但是，烟草中含有约4 000余种化学物质，其中有些物质的作用是对人体有益的，而有些物质的作用是对人体有害的。近年来，胆碱能药物在减轻和改善老年性记忆功能障碍等方面受到重视，N受体激动药或烟碱样物质治疗阿尔茨海默病的胆碱能缺陷方面的研究也引人关注。同时，一些学者研究发现，从烟草中提取的烟碱有促进血管生成的作用，对某些冠心病患者来说，烟碱可能成为治疗性血管生成的一种药物。Villablanca30在较早的研究发现，烟碱能刺激牛的肺动脉血管内皮细胞增殖。基于此项发现，Heeschen等31进一步研究发现，烟碱能增加人的脐静脉及人冠状动脉血管内皮细胞数量，可达到原来的3倍。而血管的生成要求增生的血管内皮细胞形成一定的管腔样结构。随后的体外实验表明烟碱和血管内皮生长因子一样，使血管内皮细胞发生形态学变化，形成毛细血管结构样的网络。为了明确烟碱在缺血的情况下是否有促进血管生成的作用，Heeschen等31利用大鼠进行实验。他们将大鼠后肢动脉结扎后造成后肢的缺血。而后将它们随机分为4组，术后分别每日在缺血的后肢肌肉注射大、中、小不同剂量的烟碱3 g/、 g/和 g/及生理盐水，时间为3周。3周后发现，中剂量组大鼠血管生成效应有明显的增加，每个高倍视野中毛细血管的密度明显高于对照组。而在大剂量组大鼠中毛细血管无明显增加，反而在局部出现了毒性效应，如细胞间的水肿和肌细胞的坏死。如没有侧支血管的生长，毛细血管密度的增加并不一定使局部的血流增加。在另一个实验中，Heeschen等32发现烟碱能使大鼠缺血后肢的侧支血管数量是未缺血后肢侧支血管的5倍，他们使用磁共振灌注成像技术亦表明烟碱组大鼠缺血患肢的血流量是对照组的3倍。随后，美国及德国的学者报道，给结扎了一侧股动脉的新西兰白兔注射烟碱后，他们发现缺血的后肢毛细血管密度明显增加，侧支动脉形成，血流量明显增多，而注射安慰剂组动物却无此表现。最近我们探讨了烟碱对兔缺血肢体和再狭窄模型血管生成和再狭窄的影响。结果显示：高胆固醇喂养2周或5周后，各组动物的血脂水平均较高胆固醇前显着升高，但三个治疗组与对照组同期血脂水平比较无显着差异。应用烟碱3周后三个治疗组的肝、肾功能无显着变化。腹主动脉造影显示四个组缺血肢体的侧支循环比较无显着差异。三个治疗组的微血管数量均明显多于对照组。三个治疗组的内膜面积均大于对照组。提示每天肌肉注射烟碱3周对动脉生成无显着影响，但可促进缺血肌肉微血管的生成；烟碱可促进血管内膜的增殖，因此可能参与再狭窄的发生33。 3 生长因子与血管生成促血管生成 因子包括一大类可促进血管生成蛋白多肽，目前已分离纯化和克隆的有：成纤维细胞生长因子、血管内皮生长因子、血小板衍生生长因子、转化生长因子、肿瘤坏死因子、肝细胞生长因子和血管生成素等。FGF是最早被提纯的有碱性和酸性两种形式，可刺激内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞、表皮细胞等多种细胞的增殖。其中VEGF、FGF的研究最为深入和广泛。表皮生长因子与血管生成 表皮生长因子和转移生长因子有40%的氨基酸是同源性，具有相同的高亲和受体。EGF可刺激内皮细胞增生和迁移，促进有丝分裂作用。血小板源生长因子与血管生成 血小板源生长因子也称血小板衍生生长因子，发现于1974年，最早见于血小板颗粒中，成分为多肽，后来又在单核细胞、内皮细胞、平滑肌细胞、巨噬细胞、胚胎细胞及骨肉瘤细胞中发现，但血小板仍然是PDGF的主要来源34。体外研究发现它有促毛细血管增生的作用。从血小板纯化出的另一种血小板源细胞生长因子与PDGF不同，促内皮细胞有丝分裂，对培养的内皮细胞有趋化作用，对鸡胚绒毛膜有促血管形成的作用。PDGF具有专门的受体，分布于血管平滑肌细胞、成纤维细胞和胶质细胞上，但内皮细胞上未曾见到。PDGF可使细胞由静止状态进入细胞的活动阶段即S期，并开始合成DNA。型转移生长因子与血管生成 型转移生长因子是一类具有抑制和促进双重作用的细胞生长因子。体内实验证明有刺激血管增生的作用，但不能促进内皮细胞的有丝分裂。其促血管新生的作用在于吸引单核细胞向注射部位聚集。后来的研究又发现，它可刺激纤维蛋白酶原产生，在血管生成必需的细胞外基质降解中起重要调节作用。胰岛素样生长因子与血管生成 胰岛素样生长因子以自分泌和旁分泌的方式存在于包括血管壁在内的组织中。它可由血管内皮细胞和血管平滑肌细胞合成，也可由血小板释放。血管内皮细胞中含有对IGF-1高度亲和的受体。在培养的人类冠脉血管平滑肌细胞中加入IGF-1，可见剂量依赖性促细胞增殖与迁移的现象。IGF-1作为始动因子，使细胞受PDGF刺激时增加DNA合成，还可能控制平滑肌细胞接触PDGF后的增生率。血管生成素与血管生成 血管生成素是近年发现的血管生成因子，共有4个亚型：Ang-1、 Ang-2、 Ang-3和Ang-4。Ang家族的共同受体是酪氨酸激酶受体2，Ang-1和Ang-4能够激活Tie-2，而Ang-2和Ang-3拮抗Ang-1的功能。Ang-1的主要功能有：抑制内皮细胞凋亡；促进内皮细胞出芽迁移；稳定血管及降低血管通透性。Ang-2的主要功能是通过竞争性抑制Ang-1形成不稳定渗漏性的血管。Ang-3和Ang-4都能与Tie-2结合，激活Tie-2磷酸化，有利于内皮细胞存活、迁移和血管生成。但Ang-3特异性地作用于鼠内皮细胞的Tie-2，而Ang-4特异性地作用于人内皮细胞的Tie-235。成纤维细胞生长因子与血管生成 成纤维细胞生长因子是最早用于血管新生疗法的细胞因子，对其研究也最为深入和透彻。已经证实，它是一组对中胚层来源的细胞产生的有强烈的促增殖和促分化作用的细胞生长调节因子。近年来发现FGF具有肝素亲和性，可刺激内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞和表皮细胞增殖，生长因子与肝素结合后，对酸和温度的稳定性增强，不易被蛋白酶降解，因此血管新生的活性增强36。FGF促血管新生主要作用在于促进血管内皮细胞增殖，促进对基底膜有降解作用的蛋白酶的释放，血管内皮细胞形成管腔。在冠心病患者的冠状动脉内注入磁性FGF，12周后冠状动脉造影显示注射区周围有血管网形成，构成新的供血系统。在冠状动脉支架上涂抹FGF可促进内皮化，有利于减少再狭窄和血栓形成。VEGF与血管生成 VEGF又称血管通透因子、促血管素或血管调理素，是一种高特异性的促血管生长因子。VEGF属糖蛋白家族，包括胎盘生长因子和VEGF-A、B、C、D、E六种。其中VEGF-A是VEGF家族的主要成员，通过与两个表面酪氨酸激酶受体连接而发挥生物学活性。VEGF的主要生物学效应：增加血管的通透性：VEGF对增加毛细血管后静脉和小静脉的通透性的作用十分强烈，是目前发现的最强烈的血管通透因子。VEGF增加微血管内皮细胞的通透性，使血浆蛋白溢出血管外，导致纤维蛋白在血管外凝结，形成血管生成的临时基质。这些基质一方面促进血管的生成，另一方面促使一些间质细胞进一步形成成熟的血管基质，从而有利于血管的生成。促血管生成作用：现已证实，VEGF参与血管内皮细胞的迁移、增殖和管样结构的形成。VEGF不足会导致血管腔闭合、血管退化。VEGF促进血管内皮细胞迁移的作用是通过提高内皮细胞的运动性，增加基质蛋白水解酶、基质分子和基质受体及缝隙连接子connexin43的表达来实现的。扩张冠状动脉作用：VEGF可导致冠状动脉内皮依赖性舒张反应。Ku等37报道预先用前列腺素F2 使离体犬的冠状动脉处于收缩状态，然后再加入重组人VEGF，结果可使冠状动脉产生缓慢的、剂量依赖性的舒张反应，用机械法清除血管内皮细胞后，这种舒张反应也随之消失。对心功能的影响：Yang38通过对大鼠注射VEGF发现，VEGF能显着降低心输出量和每搏输出量。细胞质的聚钙作用：培养中的内皮细胞与低于1 pmol/L浓度的VEGF接触几秒后胞质的Ca2+即开始增加，可达正常浓度的4倍以上，这是目前检测VEGF活性最为敏感的方法。其他功能：减轻心肌的再灌注损伤，刺激血小板第因子的释放导致单核细胞的迁移和激活，在一系列的生理过程中，如组织重构、血管生成和炎症等中起诱导的作用。有多项研究表明，在缺血性疾病中应用VEGF能够促进血管的生成，促进侧支循环的形成，预防血管内介入治疗后的再狭窄。经美国药品食品管理局批准，Isner等39于1994年底率先将VEGF应用于临床。他们选择一些慢性下肢缺血患者作为治疗的对象，结果显示，较大剂量的VEGF可促进缺血下肢形成侧支循环，并能改善远端肢体的血流。Losordo等40使用VEGF进行了临床实验。共有21例患者接受了心肌内注射携带VEGF121基因的缺陷腺病毒AdGv VEGF121的治疗。其中15例与冠状动脉旁路移植术同时进行，6例予以单纯AdGv VEGF121治疗。单纯予以AdGv VEGF121治疗的6例患者在术后1个月和6个月时心绞痛分级减低，5例患者应用硝酸甘油减少。未发现严重不良反应。国内陈良万41等也将血管内皮生长因子应用到临床。实验对象为9例对角支供血范围广但对角支血管远端弥散病变且通畅欠佳或闭塞而无法进行旁路移植术的患者，将pcD2-VEGF121质粒注入患者左室前侧壁心肌中，3个月后，冠脉造影显示注射pcD2-VEGF121的局部心肌可见有小血管形成。以上临床实验表明VEGF基因疗法可作为冠状动脉旁路移植术的补充方法，为弥漫性冠状动脉病变的患者提供更有效的方法。但目前临床实验的例数仍比较少，VEGF基因疗法的有效性以及安全性还需长期随访观察。肝细胞生长因子与血管生成 HGF又称扩散因子，最初发现于大鼠部分肝切除的血液中，被认为是肝脏损伤时所释放的一种活性物质。现研究发现是由内皮细胞、成纤维细胞和脂肪细胞等间质细胞产生的一种多功能因子，其特异受体c-Met广泛存在于各种组织中，在肝、肺、肾、胰腺等脏器中均有表达。HGF通过与c-Met特异结合而发挥各种作用，可以调节细胞的生长、运动，促进各种细胞形态发生，特别是在肝细胞再生中发挥重要作用，现已应用于肝炎、肝硬化、肿瘤、肾病、糖尿病等疾病的诊治。近来综上所述，血管生成的机制尚不十分清楚，目前发现的各种理化因素和分离得到的各种生长因子的功能也尚未完全明了。现在开展的基因治疗只是集中在少数生长因子上，并且在技术上远不成熟。心血管病临床上应用“生物搭桥”技术还有相当的距离，需要我们从血管生成的启动着手，才有可能实现突破口。几个重要的临床问题也亟待解决：给药途径：迄今尚缺乏对不同基因释放系统作用的比较，开发经皮穿刺肌肉直接导入基因方法由于严格限制导入基因表达于靶组织可能是理想的选择。载体的构建：构建安全、高效、可控性强、与心肌靶细胞有特异亲和力的载体是基因治疗的一大热点。血管生长因子或其基因的剂量：不同种属、不同病理生理状况、不同年龄对生长因子反应迥异，应进一步探索理想剂量。血管生成需多种因子协同作用，几种生长因子联合使用是否更有效，有待证明。靶器官或靶组织以外微血管增生所致的病理，需进一步进行严格的安全性评价。【参考文献】 1 Schaper W,Itomechanisms of coronary collateral vesselRes,1996,79:911-919. 2 Folkman J,Klagsbrun,1987,235:442-447.3 Pu L-Q,Sniderman AD,Brassard R,etrevascularization of the ischemic limb by angiogenic ,1993,88:208-215.4 Banai S,Jaklitsch MT,Shou M,etInduced enhancement of collaieral blood flow to ischemic myocardium by vascular endothelial growth factor in ,1994,89:2183-2189.5 Fujita 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