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血管平滑肌细胞表型转换的机制
基础医学院 07级临床一班 陈依然 90701114
摘要
由血管平滑肌异常增殖导致的血管重构是PCI术后再狭窄的重要原因之一。血管平滑肌细胞增殖能力与其表型转换密切相关。本文讨论了血管平滑肌细胞表型转换的特点、机制和相关信号传导途径。
关键词
血管平滑肌细胞 表型转换 信号传导途径

正文
自1977年冠心病介入治疗技术问世以来，其术后再狭窄（RS）一直是一个影响其远期疗效的重要问题。虽然RS的具体机制尚不明确，但目前已经公认血管平滑肌细胞（Vascular Smooth Muscle Cell, VSMC）异常增殖、迁移及大量合成细胞外基质是其主要原因。而VSMC增殖的首要条件就是表型转换。
VSMC的表型可分为分化程度较高的收缩型（分化型）和分化程度较低的分泌型（未分化型或去分化型），我将就其特点和两者之间相互转换的相关信号传导途径进行探讨。
1. 表型转换的特点
VSMC来自胚胎发育时期的中胚层，逐渐分化为不同的细胞群并获得具有成年特征的分化表型，即收缩型。但与骨骼肌、心肌细胞不同的是，VSMC在分化成熟后仍可在某些因素的刺激下去分化成为分化程度较低的分泌型。有报告称，这两种表型可能代表了共存于血管壁内一系列不同表现型的两个极端类型，且表达不同的基因和蛋白。正常成人动脉血管的VSMC以收缩型为主，其主要功能是维持血管的弹性和收缩血管。收缩型VSMC增殖、迁移能力差或无，胞体呈梭形或带状，含大量肌丝和结构蛋白含，合成细胞器如粗面内质网、高尔基复合体含量较少，合成基质的能力差或无，体积较小。分泌型VSMC主要存在于胚胎中期血管和病理血管中，其主要功能是增殖、迁移入内膜以及合成细胞外基质蛋白。形态上类似成纤维细胞，肌丝和结构蛋白含量较少，合成细胞器增多，合成和分泌基质蛋白的能力较强，体积较收缩型大。
根据VSMC两种表型表达蛋白的不同可以找到表型转换时相应的标志物。其中α平滑肌肌动蛋白（α-smooth muscle actin, α-SMA）在收缩型细胞中优势表达而在分泌型细胞中表达甚微，它是VSMC分化的早期特异性标志物，也是应用最多的收缩型标志蛋白。而骨桥蛋白（osteopontin, OPN）则作为应用较多的合成型标志物。有实验显示OPN mRNA在正常的动脉中并不存在，而在动脉粥样硬化中的表达程度则随粥样硬化程度的增加而增加。
下表列VSMC表型转换的主要标志物。
收缩型VSMC
分泌型VSMC
α平滑肌肌动蛋白（α-SMA）
骨桥蛋白（osteopontin）
调宁蛋白（calponin）
epiregulin（EGF家族成员）
肌动蛋白相关蛋白SM22α
弹性蛋白原（tropoelastin）
平滑肌肌球蛋白重链（SMMHC）
血小板凝血酶敏感蛋白（thrombospondin）
钙调蛋白结合蛋白（caldesmon）
基质Gla蛋白（MGP）
波形蛋白（vimentin）

结蛋白（desmin）
纽蛋白（vincnlin）
原肌球蛋白（tropomyosin）
平滑肌细胞分化特异性抗原（smoothelin）
机制金属蛋白酶（MMP-1）
osteoglycin
L型钙离子通道蛋白
表格引自参考文献[9]。
2. 表型转换的相关信号传导途径和机制
目前为止，VSMC表型转换与信号传导途径的关系并未完全明确，但丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）、PI-3-K、环一磷酸腺苷（cAMP）这三条途径是研究最多的三个通路。其所涉及的影响、调节因素包括表皮生长因子（EGF）家族成员、血小板源性生长因子（PDGF）、他汀类药物、血管内皮表型甚至SMA-α分泌等诸多因素，下面将详述这三条通路及其相关的调节因素。
2.1 MAKP级联途径
MAPK级联途径具有促进VSMC增殖、DNA合成、分化和迁移的作用，是细胞增殖、分化的最主要通路。其途径为：有丝分裂原（主要是一些生长因子）与酪氨酸激酶受体在细胞膜表面结合，引起受体二聚化反应和两个受体分子内部双重磷酸化激活，通过GTP交换蛋白RAS，依次激活蛋白激酶RAF（MAPKKK）、蛋白激酶MEK（MAPKK）、MAP激酶（MAPK），之后MAPK磷酸化下游底物分子包括MAPK活化的蛋白激酶（MAPKAPK）、核转录因子如Jun、Fos或Ets等、热休克蛋白和细胞质磷脂酶A2（PLA2）等，使细胞由G0期向G1期转变，最终诱导细胞增殖、分化、发育，炎性反应和凋亡等反应。在哺乳动物细胞中，三个MAPK家族途径已经被明确，他们是ERK通路，C-JUN N末端激酶（JNK/SPAK）途径和p38MAPK途径。

图片引自参考文献[10]。
上图为家兔颈外动脉内膜损伤后VSMC的p38表达情况，S组为假损伤组（结扎实验侧颈外动脉），1~35为损伤后1~35天组。由图可知血管内膜损伤后p38表达旺盛，由此可推测p38MAPK途径的促VSMC增殖作用，进而推测损伤后的VSMC增殖是机体自身的保护与修复反应，但当异常增殖时则会导致血管狭窄。
EGF、heparin-binding EGF（HB-EGF）、TGF-α、epiregulin（ER）和β-cellulin（BTC）四种因子结合其受体EGFR后，导致了VSMC分泌型的转化，这种作用受到ERK和p38MAPK两条通路的协调激活。
活性氧族（ROS）活动的抑制减少了α-SMA、calponin等蛋白的表达，p38MAPK活动增强；反之则α-SMA等蛋白的表达增加，p38MAPK活动减弱。研究表明ROS通过p38MAPK途径促进了VSMC分化。
PDGF不仅能够激活ERK通路而且能够剂量依赖地激活p38磷酸化，可不经过ERK途径，调节环氧化酶水平，存进细胞增殖和表型变化。有报道称PDGF-BB甚至可诱导人骨髓间充质干细胞向血管平滑肌细胞表型分化，SMA-α等标志物表达阳性。
另有报道称血液剪切力等因素也可通过激活MAPK通路改变细胞行为与表型。

图示为MAPK级联放大反应，引自参考文献[2]。
2.2 PI-3-K途径
PI-3-K途径具有维持细胞静止和分化成熟的作用，它由G蛋白偶联的受体介导激活质膜上的磷脂酶C（phospholipase C, PLC），后者催化PIP2水解产生三磷酸肌醇（IP3）和甘油二酯（DAG）两个胞内信使，分别激动两个信号传递途径即IP3/Ca2+和DAG/PKC途径，实现对外界信号的应答。其中IP3作用于内质网或肌质网IP3受体（IP3R）导致肌质网钙库释放使胞浆Ca2+浓度升高，进而使细胞和内Ca2+浓度升高，推动静止期细胞进入分裂周期。且Ca2+与钙调蛋白（CaM）结合催化细胞进一步反应。而DAG则能在Ca2+和磷脂的参与下将PKC激活，进而催化下游反应。

图示为PI-3-K的大体通路。图片引自参考文献[1]。
肿瘤生长因子β（Tumour Growth factor β, TGF-β）在神经脊源的VSMC增加了第二信使DAG在膜上的数量，也增加了PKC从可溶状态向膜上的转变。但对间充质动脉源的VSMC没有影响。前者条件下TGF—β增强了PDGF的增长作用，后者却是废除作用。
胰岛素具有维持细胞静止但也能促进VSMC迁移的作用，但确切机制尚不明确。有报道称胰岛素的维持静止和逆转PDGF的去分化作用由PI-3-K介导，而由MAPK通路介导促进VSMC迁移。
2.3 cAMP途径
cAMP途径能够维持VSMC收缩型、促进分化。cAMP途径由激活性配体如肾上腺素等结合G蛋白偶联受体使其构象改变暴露腺苷酸环化酶（Adenylate Cyclase, AC）结合位点，从而激活同存在于膜上的AC，在Mg2+作用下使ATP转化成第二信使cAMP并释放一分子焦磷酸，依次激活依赖cAMP的蛋白激酶A（protein kinase A, PKA），该酶可催化ATP的磷酸基转移到一些蛋白的精氨酸或苏氨酸残基上，使其磷酸化借以调节这些蛋白的活性。同时cAMP也能调节磷蛋白磷酸酶使磷蛋白脱磷酸，这样就能从两个方面调控蛋白的磷酸化，从而影响细胞代谢和行为，维持VSMC收缩型、组织生长。而生成的cAMP则在磷酸二酯酶（phosphodiesterase, PDE）的作用下转变为5’-AMP，如此使细胞内的cAMP得以调节。

参考文献
[1]Earl Brown Basic Concepts in Pathology（英文影印版） 北京大学医学出版社 2002年10月第1版
[2]李玉林主编 分子病理学 人民卫生出版社 2002年8月第1版
[3]陆信武等 血管壁重塑与血管平滑肌细胞表型改变及凋亡的研究 中华实验外科杂志2003年6月第20卷第6期
[4]宋今丹主编 医学细胞分子生物学 人民卫生出版社 2003年1月第1版
[5]王娟等 辛伐他汀对血管平滑肌细胞增殖及表型的调控研究 中华儿科杂志2008年8月第46卷第8期
[6]王军等 钙及钙库操控性通道与肺血管重塑 中华结核和呼吸杂志2007年10月第30卷第10期
[7]吴莹琛等 体外诱导人骨髓间充质干细胞向血管平滑肌细胞分化的实验研究 中华整形外科杂志2007年7月第23卷第4期
[8]武晓静等 内皮细胞表型改变对平滑肌细胞表型转换及迁移的作用 中华心血管病杂志2003年10月第31卷增刊
[9]张健等 血管平滑肌表型转化及相关信号转导机制探讨 心血管病学进展2005年第26卷第2期
[10]张新平等 家兔颈动脉内膜损伤后血管平滑肌细胞表型转化及p38的表达变化 Journal of Chinese Physician, December, 2006, Vol.8, No.12
[11]赵海光等 细胞外信号调节激酶对人血管平滑肌的作用及其机制 中华实验外科杂志2005年6月第22卷第6期