脑血管周细胞在蛛网膜下腔出血中作用的研究进展

作者:  时间:2018-06-04  热度:

  )率、率均较高,且SAH后存活的患者多数(70%)发生脑动脉收缩,即脑血管痉挛。多数学者认为,脑血管痉挛引起的动脉狭窄可致脑缺血甚至脑梗死,因此致力于缓解脑血管痉挛以达到改善SAH患者预后的目的。但是,SAH患者经过系疗后其疗效并不理想。

  在治疗过程中,Ca2+阻滞剂尼莫地平被用于改善脑血管痉挛。然而,研究发现尼莫地平虽对SAH有效,但其效果并非源自对脑血管痉挛的治疗。此外,SAH后脑血管痉挛患者不一定发生迟发缺血性脑损伤,而SAH后迟发缺血性脑损伤的患者不一定有脑血管痉挛,这说明SAH后脑血管痉挛可能并非造成SAH患者预后不佳的主要原因。越来越多的研究表明,早期脑损伤在SAH的不良预后中起重要作用。尽管目前对SAH早期脑损伤作用机制的理解越来越深入,但SAH仍然是当今治疗难题。血管周细胞是血脑屏障的重要组成成分,是其唯一具有收缩和舒张功能的细胞,在SAH后病理生理过程中的脑微循环调节中发挥重要作用。

  既往由于血管周细胞的功能不明确以及缺乏标记物,导致血管周细胞常被忽视。血管周细胞标记的不断发现和实验技术的飞速发展极大地促进了对血管周细胞的研究。越来越多的显示,脑血管周细胞与多种神经疾病相关。本文对血管周细胞在SAH中作用的研究进展做一综述。

  血管周细胞几乎存在于所有的毛细血管、小动脉和小静脉上。脑血管周细胞覆盖脑内毛细血管22%~32%的外表面,位于内皮细胞外侧,基底膜将血管周细胞与胶质细胞终足分隔。对于直径较大的血管,血管平滑肌细胞位于内皮细胞外;在直径<100μm的毛细血管前动脉,则过渡为平滑肌细胞与血管周细胞混杂并附于内皮细胞外,随着血管直径的变小,血管周细胞逐渐替代平滑肌细胞;在毛细血管,内皮细胞外仅存在血管周细胞;毛细血管后微静脉内皮细胞外的血管周细胞密度达到最大。随着静脉直径增大,血管周细胞又逐渐被平滑肌细胞取代。

  1.收缩和舒张作用:与平滑肌细胞相同,血管周细胞亦表达丰富的收缩蛋白。研究发现,除了表达α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)外,血管周细胞还表达其他类型的收缩蛋白如肌球蛋白、原肌球蛋白、中间丝蛋白一波形蛋白。血管周细胞也是许多血管活性的受体。这些包括儿茶酚胺、内皮素l、血管升压素、血管紧张素Ⅱ、前列环素等。SAH后颅内压瞬间增高,并多种物质使血管周细胞收缩从而影响微循环。此外,血管周细胞在缺血40 min后多数死亡,而死亡后的血管周细胞持续收缩,在血脑屏障的同时阻碍微循环,最终导致神经血管单元其他组成成分的损伤。

  2.血脑屏障的形成与维持:血管周细胞是血脑屏障的重要组成成分,它通过表达生长因子13(transforming growthfactor-β,TGF-β)和血管紧张素1(angiopoietin-l,Ang-I)在血脑屏障紧密连接的发育和通透性中发挥重要作用。此外,血管周细胞还能表达多种紧密连接如claudin-12、JAM、ZO-1l、ZO-2以及occludin。血管周细胞与内皮细胞通过紧密连接、缝隙连接和钉铆结构(peg-and-socket)紧密联系,维持血脑屏障的稳定。研究表明,血管周细胞可增加体外培养的血脑屏障模型的跨内皮电阻并降低其渗透性。SAH后血脑屏障会有一定程度的损伤。Chen等发现,通过激活Wnt通中的Frizzled-4受体可刺激紧密连接蛋白和黏附连接蛋白的合成。由于血管周细胞内表达Wnt信号通,意味着血管周细胞有望成为治疗SAH后血脑屏障的靶细胞。

  3.凝血作用:研究发现,在血管损伤后,血管周细胞能通过激活外源性凝血途径促进凝血并可能导致血栓形成。此外,血管周细胞能表达组织因子并为凝血酶原复合体的组装提供膜表面。Bouchard等进一步的研究表明,血管周细胞表面活化的组织因子是凝血级联反应的始动因素;研究还发现,血管周细胞可下调内皮细胞产生组织型纤溶酶原激活剂,这进一步了血管周细胞的促凝作用。Friedrich等发现SAH后3 h即有微血管收缩和微血栓形成,即使增加SAH后脑血流亦无法使脑组织获得充分灌注。

  4.免疫作用:脑血管周细胞表达细胞间黏附1(intercellular cell adhesion molecule 1,ICAM-1)、血管细胞黏附1(vascular cell adhesion molecule 1,VCAM·1),表明血管周细胞可能具有呈递抗原到T细胞的能力。脑血管周细胞也能产生免疫调节因子如白细胞介素1β和白细胞介素6,其产生的TGF.B也可能对血脑屏障起免疫调节作用。血管周细胞溶酶体表达酸性磷酸酶预示着血管周细胞具有噬菌能力。血管周细胞还能表达基质金属蛋白酶3(matrixmetalloproteinase.3,MMP-3)。

  研究发现,通过使MMP-3基因突变能使动物对炎性反应减弱和血清渗透性中性粒细胞数量减少。研究还发现,血脑屏障损伤后,血管周细胞具有清除红细胞的能力。血管周细胞的免疫功能在SAH中的作用目前尚不明确,但SAH后通过调节免疫反应能有效减轻早期脑损伤并改善神经功能缺失,结合血管周细胞的功能,提示我们血管周细胞在SAH早期脑损伤的免疫反应中可能发挥重要作用,但其作用仍需进一步探究。

  5.血管的构成与稳定:血管周细胞的募集和分化可刺激新血管的形成。血管周细胞参与血管生成的3个阶段:起始、出芽和迁移,新血管的成熟以及血管形成的终止。在脑损伤和脑缺氧动物模型,血管周细胞具有很强的刺激血管生成作用,缺氧和低血糖时血管周细胞产生的血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)含量增加,后者可促进血管出芽。血管周细胞还表达TGF-β、Ang-1和Ang-2以调节血管的生成。基因研究和免疫化学分析发现,在大鼠和小鼠卒中模型中,调节血管生长的因子如VEGF及其受体、血管生成素及其受体(angiorpoietin/Tie)、血小板衍生的生长因子(platelet derived growth factor,PDGF-β)及其受体、TGF-β以及纤维母细胞生长因子(fibroblast growth factor,FGF)等表达明显改变。由于这些血管生长因子与血管周细胞的功能关系密切,表明血管周细胞可能在SAH后参与血管重建。

  6.多潜能性:研究发现,血管周细胞能分化成平滑肌细胞、脂肪细胞、内皮细胞、软骨细胞等,表明其有干细胞的功能。鉴于血管周细胞能分化成多种细胞类型,因而在利用血管周细胞治疗疾病方面的研究引起广泛关注。将纯化的血管周细胞移植到肌营养不良小鼠的肌肉上能使小鼠产生肌纤维。血管周细胞可作为供体细胞治疗心脏疾病,表明移植的血管周细胞对心肌梗死具有治疗作用。虽然血管周细胞作为多能干细胞在治疗SAH方面的研究尚未见报道,但因其参与多种中枢神经系统疾病,在不久的将来或许能在SAH迟发性神经功能缺失的治疗中成为靶点。

  1.PDGF通:在毛细血管生成阶段,PDGF-β对血管周细胞的募集具有至关重要的作用。敲除胚胎小鼠PDGF-β后,毛细血管周细胞完全缺如,缺如血管周细胞的毛细血管容易形成微血管畸形。然而过多的PDGF可引起多种信号级联反应,调节细胞的增殖和迁移。Gaetani等报道,在SAH 72 h内患者脑脊液的PDGF升高。Zhan等发现,升高的PDGF可能损害血脑屏障,在SAH和脑出血中引起早期脑损伤。

  2.Notch:Notch通在胚胎时期血管生成、生长和动静脉分化上有明确的作用。在哺乳动物中,有4种不同的异二聚受体,包括Notch 1、Notch 2、Notch 3以及Notch 4。最近发现,血管周细胞内存在Notch 1和Notch 3通,这些通可能对血管周细胞和内皮细胞之间的连接起重要作用。研究发现,通过调节Notch 1信号通可对多种疾病产生作用。Yang等的研究表明,通过Notch l通能缓解SAH后的神经功能缺失。

  3.Wnt/β-catenin通:Wnt是一种高度保守的信号通,能调节细胞的增殖、转移、凋亡以及干细胞分化。目前已发现19种Wnt不同配体,这些配体可能与Frizzled家族的10种受体结合,通过Wnt/Frizzled受体结合调节Wnt下游信号的传导。血管周细胞所表达的Frizzled受体Frizzled-4属于典型Wnt/β-catenin信号通,具有调节神经管和维持血脑屏障稳定的作用。最近Chen等发现,通过激活Wnt通中的Frizzled-4受体和下游3-catenin可减轻SAH脑水肿,血脑屏障的完整性,并最终能改善SAH后患者的神经功能。此外,Wnt通可能能够缓解脑出血后蛛网膜纤维化。

  4.其他作用:血管周细胞还涉及多种其他信号,TGF-β可血管周细胞的分化和黏附。最近发现的小RNA(microRNA)、外泌小体、长链非编码RNA(long non-codingRNA)在周细胞中具有重要的作用。

  目前对SAH缺乏有效的治疗措施,早期脑损伤概念的提出使研究的目标转向神经血管单元。血管周细胞作为神经血管单元的重要组成成分,其生物学特性在SAH中的作用值得进一步研究。目前,对于SAH后预后不良缺乏有效的治疗措施,或许对周细胞的生物学的进一步研究能为治疗SAH提供重大的突破。

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