脑动脉粥样硬化为临床缺血性脑血管病主要病因,其发病率、致残率近几年呈明显上升趋势,探寻脑动脉粥样硬化有效的预防措施和治疗方法是临床治疗缺血性脑血管病的研究热点。肝细胞生长因子( hepatocyte growth factor,HGF)是一种来源于间质细胞的分泌型肝素亲和糖蛋白,具有多种生物活性,有显着的促血管新生作用,转化生长因子-β1( transforming growth factor-beta 1,TGF-β1) 被认为是纤维发生和组织修复过程中的重要因子之一,已有研究表明 HGF与 TGF-β1 在正?;迥诒3侄胶庾刺?,维持机体内环境稳态,本文将从以下几方面探讨 HGF-TGF-β1 间平衡的维持,分析外源性给予 HGF 治疗缺血性脑血管病的临床可行性。

一、脑动脉粥样硬化病理机制

动脉粥样硬化( atherosclerosis) 一词来源于希腊语,在希腊语中“athero”为“稀粥样的”,“skleros”为“硬的”,形象地定义了该疾病的病理特点.动脉粥样硬化是一种主要发生在动脉基底层的血管壁病变,以含量丰富的稀粥样胆固醇病变突出于或者较低程度的渗透入动脉壁中层为特征。在病变晚期,胆固醇丰富的区域被稠密的纤维基质包裹成胶囊状,而后这些纤维基质在病灶处及其周围发生显着钙化。从组织结构上可以将动脉粥样硬化损伤粗略地分为两种类型:

稳定型和非稳定型,其中稳定型在损伤处由一个厚的坚固的纤维帽将纤维脂质碎片包裹并与周围其他组织分隔开来,而非稳定型中其纤维帽较为薄弱,将富含胆固醇的碎片与循环血流分隔开来。因此,心脑血管疾病的主要表现在于凸起的纤维脂质丰富的病灶,而这些凸起于血管内膜的病变可以阻碍供应重要器官的血流,更甚之可以触发并加速血栓形成。

动脉粥样硬化所致血管壁的改变,对于那些严重威胁生命的事件如心肌梗死、卒中、动脉瘤及肺栓塞,是主要促发因素。

现有较为成熟及公认的理论已经表明动脉粥样硬化可由慢性或者反复发生的血管壁损伤所引起,这些损伤可以触发增生性的炎性应答反应; 而引起慢性血管损伤的因素有很多,包括血脂升高,尤其是脂质氧化后所存在的形式,还包括香烟燃烧时产生的烃类,高血糖、血压升高对于血管壁的剪切力以及潜在的自身免疫性或传染性疾病的损伤。这些损害在青年人群中可以近乎完全地被机体自身修复,影响不明显,但在中老年人群中,由于年龄等不可逆因素的存在,自身修复功能较差,长久的伤害刺激可以引起修复细胞、额外的细胞外基质的沉积,富含胆固醇碎片的清除不完全,血管壁弹性下降及持久的炎性刺激。损伤所致动脉粥样硬化斑块可以使血管内径大量闭塞,使之形成湍流,这又为血小板和内皮细胞的活化创造有利条件,使得血小板黏附及血栓形成,如此周而复始。

二、脑动脉粥样硬化对机体的影响

脑动脉粥样硬化对存在于颅内的大、小动脉及微动脉末端均有不同程度的影响,大动脉血管腔的狭窄对远端血管的血液供应产生影响,长久作用使颅内小动脉分支逐渐减少,相应供血区域脑组织缺血缺氧。其中最为常见的疾病为脑血管病,包括脑梗死、脑出血、短暂性脑缺血发作以及血管性痴呆,而脑血管病的反复发作对于血管性痴呆的发生有重要影响。严重的脑动脉粥样硬化所致血管管腔狭窄、闭塞是临床缺血性脑血管病的主要病因,其中动脉粥样硬化性血栓性脑梗死是脑梗死中最常见的类型,其核心环节即在脑动脉粥样硬化性闭塞或血栓形成基础上形成的血管腔狭窄、闭塞,造成局部脑组织因血液供应中断而发生缺血、缺氧性坏死,引起相应的神经系统症状和体征。如何降低脑动脉粥样硬化所致缺血性脑血管病发病率、致残率成为目前研究重点,建立成熟的促血管新生疗法应用于临床对于缺血性脑血管病治疗将产生重大影响。

三、HGF-TGF-β1 平衡研究探讨

1. HGF-TGF-β1 平衡对组织纤维化的影响: HGF 作为一种促细胞分裂素被发现已达 25 年之久,其由间质细胞分泌,通过特异性受体 c-Met 发生酪氨酸磷酸化来刺激机体上皮细胞增殖、迁移、形态发生及血管新生.TGF-β 家族成员活动有高度的上下联系,这主要依赖于不同细胞类型和内环境,发挥促细胞存活或诱导凋亡、刺激细胞增殖或诱导分化、开始或终止炎症过程的作用.目前认为 TGF-β1 与血管狭窄和血栓形成有关,通过促进纤维化和抑制内皮细胞再生完成,因此认为它是促动脉粥样硬化因子.在慢性器官损伤过程中,TGF-β 通过将 HGF 来源的纤维母细胞转换为细胞外基质来源的肌成纤维细胞在组织纤维化中起关键作用。

HGF 可以抑制 TGF-β 作用的肌成纤维细胞,并拦截 TGF-β1介导的信号途径( 主要通过抑制细胞核 Smad2/3 活化作用) ; HGF 还可以减少 TGF-β 受体,诱导 TGF-β1 抑制剂核心蛋白聚糖,从而产生抗纤维化作用。相关研究表明肝纤维化以肝细胞大量发生凋亡和肝星形细胞( hepatic stellatecells,HSC) 活化及分裂转化为肌成纤维细胞为主要病理特点。正常肝脏进行手术部分切除后,肝细胞表现出强大的再生能力,而肝纤维化和慢性肝损伤时,肝细胞过多死亡且非可再生,不能修复损伤肝的薄壁组织; 相反,肝损伤后 HSC却积极地增殖、迁移、分化成活化的基质分泌肌成纤维细胞表型,并伴随高水平的 α-平滑肌肌动蛋白 ( alpha-smoothmuscle actin,α-SMA) 表达。并且活化的 HSC 可产生高水平的 TGF-β1,TGF-β1 又反过来促进 HSC 的活化,导致过多的细胞外基质( extracellular matrix,ECM) ( 其中以胶原Ⅰ为主)和纤维组织沉积,使得肝脉管系统破坏阻碍肝修复,因此,过高的 TGF-β1 导致肝细胞进一步凋亡,降低肝再生潜能; 但是TGF-β1 对于其他生理过程也存在有益方面,因此如何把握阻碍肝纤维化中 TGF-β 信号通路程度有待解决。Nakano等的研究表明组织纤维化调控受机体内 TGF-β1、HGF 产物间平衡影响。治疗性使 HGF 过表达,使得其在肝、肺、肾、心纤维化中抗纤维化作用明显,且 HGF 还能抑制细胞凋亡,抑制 TGF-β1 基因表达,抑制 α-SMA 产物,刺激活化 HSC 凋亡,抑制胶原Ⅰ、Ⅲ合成,促进胶原纤维分解.

2. HGF-TGF-β1 对轴突再生和胶质瘢痕形成的影响: 已知外伤所致脊髓损伤通常伴随周围有胶质瘢痕的囊性空洞形成,这严重阻碍断裂的轴突再生.Jeong 等通过进行鼠脊髓半切造模并给予 HGF 超表达间充质干细胞( HGFoverexpressing mesenchymal stem cells,HGF-MSC) 进行动物实验,证明了 HGF 的抗胶质瘢痕效果及已知的神经营养作用,在组织病理染色切片对比中可见 HGF 促进轴突生长超过胶质瘢痕区。通过该实验我们了解到胶质瘢痕由许多细胞外基质与多类型细胞构成,其中星形胶质细胞对其形成起关键作用,而 TGF-β 是早期胶质细胞活化作用的关键,其中 TGF-β1、β2 在星形胶质瘢痕形成中扮演始动角色,HGF 则通过抑制 TGF-β 亚型调控促神经再生、抗纤维化作用。先前有研究表明用 TGF-β1 处理的星形胶质细胞培养液中 c-Met mRNA与蛋白均显着升高,表明 HGF 或许通过 c-Met 受体对 TGF-β发挥作用。已知硫酸软骨素蛋白多糖( chondroitin sulfateproteoglycans,CSPG) 是胶质瘢痕中轴突再生的主要抑制物,而 HGF 则可减少其在星形胶质细胞中的表达。HGF 也是一个有强大神经?;すδ艿囊蜃?,可以提高髓鞘产生的少突细胞前体细胞的迁移和分化,Molnarfi 等证明给予多发性硬化( multiple sclerosis,MS) 动物模型 HGF 治疗可以明显改善其免疫反应和髓鞘修复功能,而来源于 MS 患者的临床数据也表明 HGF 有助于刺激髓鞘再生和改善免疫调节。

3. TGF-β 信号途径与脑血管发育及损伤的关系: 颅内复杂血管网主要通过血管新生形成,即通过内皮细胞生长及萌芽形成新的血管.整合素为由 α 与 β 亚基组成的异二聚体,在许多器官和组织的发育中扮演重要角色,其中也包括脑.脑内许多整合素在神经、血管细胞表达,而 αvβ8 整合素对血管发育中的神经调控绝对必要,且神经上皮细胞是该整合素在脑血管发育中发挥功能的基础细胞类型。

Nguyen 等通过实验利用 Alk1GFPCre 与巢蛋白 Cre 转基因,第一次表明 TGF-β 受体在内皮细胞中扮演重要角色,而非在神经细胞中,对脑血管发育期有适当调控作用。由此证明内皮细胞中 TGF-β 信号通路为胚胎形成时正常血管新生与血脑屏障发育所需要的。Takata 等报道脑周皮细胞借助其产物 TGF-β1,对脑内皮细胞的屏障功能和 P-糖蛋白活性有上调作用,因此环孢素 A( cyclosporin A,CsA) 在实验动物体内释放后期,脑内皮细胞代偿性分泌 TGF-β1 可以有效改善 CsA 诱导的血脑屏障渗透性过高。在 TGF-β 家族的三种主要亚型中 TGF-β1 普遍通过急、慢性脑损伤诱导产生,如卒中、创伤、抽搐、MS 和阿尔茨海默病。因此,颅脑损伤后TGF-β 信号生物效应很大程度上受损伤类型与时间影响。

Doyle 等研究表明 TGF-β 信号在实验鼠脑内含量无性别差异且与动情周期无关,且信号随年龄和卒中升高,卒中后TGF-β1 主要与 CD68+细胞共同定位,且卒中前后 TGF-β 信号在神经元、少突胶质细胞、内皮细胞内无变化,但卒中数周后 TGF-β 信号在星形胶质细胞和固有免疫细胞如小胶质细胞/巨噬细胞内升高。近期研究表明 C 等位基因源自TGF-β1 基因中的单核苷酸多态性 rs4803455,与动脉粥样硬化过程中升高的危险性相关,由此推测未来从基因方面调控TGF-β 信号改善机体内血管状况也具有一定的可行性。

4. HGF 促血管新生的作用和优势: 弥漫性脑动脉硬化以颅内大动脉僵硬、狭窄和远端血管分支减少为主,临床上此类患者起病多急骤,经影像学检查常发现一侧动脉( 颈内动脉、大脑中动脉) 主干闭塞,且反复发生缺血性卒中的可能大大升高,对于此类患者如何及时给予治疗使闭塞动脉主干再通,并改善颅内动脉远端血管分支数量,是目前仍有待解决的问题。病理状态下,低氧诱导内皮细胞和上皮细胞凋亡导致局部血管减少,从而更加速缺血器官功能障碍。与血管内皮细胞生长因子( vascular endothelium growth factor,VEGF)和碱性成纤维生长因子( basic fibroblast growth factor,b-FGF)相比,HGF 有促血管新生作用,可以改善局部缺氧状况,但不会产生 VEGF 所致血管内皮通透性增加及水肿产生,且 HGF直接作用于脑毛细血管内皮细胞,改善血脑屏障的紧密连接( tight junctions,TJ) 和黏附连接( adherens junctions,AJ) ,并诱导肌动蛋白重新排列,在脑损伤状况下改善血脑屏障的功能可以阻止神经毒性因子渗透入脑实质并引导神经元存活,HGF 或为机体的一种神经营养因子和血脑屏障?;ひ蜃? HGF 还通过 Bcl-2 作用于内皮细胞产生抗凋亡效果;与 b-FGF 纤维化作用相比,HGF 有抗纤维化作用,对风湿性心脏病和心房纤颤患者有研究表明 HGF 或通过丝裂原活化蛋白激酶( mitogen-activated protein kinase,MAPK) 信号途径拮抗 b-FGF 的促进心肌纤维化作用; 结合这些特点我们认为即使在低氧环境下,HGF 也可以发挥治疗性血管新生作用。神经胶质细胞源性的神经营养因子 ( glial cell line-derived neurotrophic factor,GDNF) 为 TGF-β 超家族的一员,对体内外多种神经性损伤具有潜在的神经?;ぷ饔?

GDNF 和 HGF 均为强有力的神经营养因子,Shang 等进行成年大鼠短暂性大脑中动脉闭塞( transient middle cerebralartery occlusion,tMCAO) 造模,通过该实验发现 HGF 与 GDNF均降低鼠脑梗死面积及末端标记法( terminal-deoxynucleoitidyltransferase mediated nick end labeling,TUNEL) 阳性细胞数量,但只有 HGF 显着增加室管膜下层 5'-溴代-2'-脱氧尿苷( 5'-Bromo-2'-Deoxyuridine,BrdU) 阳性细胞数量和使 BrdU 阳性细胞在缺血部位分化为成熟神经细胞; HGF 对缺血边缘区域血管新生、突触发生有增强作用; 并且在 tMCAO 后,HGF 能明显降低胶质瘢痕形成和软脑膜瘢痕厚度。该实验通过给予成年大鼠 tMCAO 处理后外源性输注 HGF、GDNF.比较发现 HGF 在脑缺血后表现出血管发生、神经发生、突触发生、减少胶质瘢痕形成等作用,据此提出外源性给予 HGF 或为将来缺血性卒中的可行疗法。

5. 外源性给予 HGF 以调节 HGF-TGF-β1 平衡的可行性: 有学者考虑到器官衰竭可以定义为“HGF-缺陷”疾病,因此外源性补充 HGF 作为一种以发病机制为基础的治疗方法是合理的。HGF 与 TGF-β 互逆的平衡关系在决定慢性器官疾?。?如肝硬化、肾小球硬化、肺纤维化等) 预后中起重要作用; 在器官功能慢性失调早期,HGF 产物增加以抑制 TGF-β1 产物,当 HGF 主导二者间平衡时,再生与抗纤维化事件作为一种代偿性反应发生,相反,在器官功能慢性失调晚期,TGF-β 产物上调以抑制 HGF 产物,在 TGF-β 占优势条件下,再生能力损失导致器官纤维化进程及功能失调急速加快。

为了扭转这种病理性平衡,外源性补充 HGF 可以看做是一种新的减少纤维和胶质细胞增生( 导致肝、肾、肺、心、神经系统等终末期器官衰竭的常见途径) 的方法。

四、小结

目前对于 HGF-TGF-β1 平衡与脑动脉粥样硬化之间的关联性研究仍有待继续,但是我们有理由相信给予外源性HGF 促血管新生以治疗脑动脉粥样硬化所致缺血性脑血管病在不久的将来可以应用于临床治疗,改善患者的预后,提高长远生存质量。

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