血管内皮祖细胞与糖尿病血管病变研究进展

    糖尿病是由多种病因引起的以高血糖为特征的代谢异常综合征。随着病程延长，其代谢紊乱可导致大血管、微血管的慢性进行性病变，是糖尿病患者致死、致残的主要原因。血管内皮功能障碍是糖尿病血管病变的始发因素，骨髓、外周血和脐血中存在一种细胞，被称为血管内皮祖细胞(endothelial progenitor cells，EPCs)，它能迸一步分化为内皮细胞而参与受损血管内皮的修复与血管新生，在修复心梗患者心脏血管的病变，改善冠心病、肢体缺血、脑中风、糖尿病患者血管损伤等方面有独特的功能。现就糖尿病患者EPCs生物学特性、数量和功能的改变及其影响因素、发生机制，以及其与糖尿病血管病变的关系进行综述。
EPCs生物学特性
1997年，Asahara等研究发现，在循环外周血中存在一种能分化为血管内皮细胞(endothelial cell，EC)的前体细胞，并将其命名为EPCs，它来源于骨髓、脐血或胎肝。该细胞不仅参与胚胎血管生成，在出生后对稳定血管内膜、修复受损血管，促进血管新生与缺血区侧支循环的建立，改善缺血区域血供发挥了重要作用。也可迁移到其他缺血、炎症及肿瘤组织中，形成新生血管。在血管损伤或组织缺血的情况下，存在于骨髓中的EPCs可以应答于局部释放的生长因子和细胞因子而增殖，分化并动员至外周血液循环，特异性的归巢于损伤或缺血部位，进一步增殖、分化为成熟的内皮细胞，参与血管新生和再内皮化。CDl33、CD34和血管内皮生长因子受体(VEGFR)-2可作EPCs的特征性表面标志，其中CDl33(即ACl33)为造血干／祖细胞标志。目前把CDl33的失表达，以及CD34，vWF(血管性假血友病因子)、CDl44(VE．钙黏附素)、含激酶插入区受体(KDR)等的表达，作为EPCs分化成熟的特异性标志。  
糖尿病时EPCs功能失调的机制
  糖尿病血管病变是特征性的，具有高发病率、迅速进展和典型的远端多部位损害的特点。研究证实，糖尿病并发大血管及微血管病变者外周血中EPCs的数量及功能普遍
下降，提示糖尿病血管病变与EPCs下降有关。
    糖尿病缺血介导的新生血管形成机制在EPCs发现前一直不明。目前大量的证据已表明EPCs在血管形成中起显著的作用，尤其在创伤或缺血时通过刺激骨髓源性内皮祖细胞向外周迁移，提高外周EPCs的数量和活化程度。研究发现，2型糖尿病患者的EPCs与活化内皮细胞的黏附、增殖以及形成血管的能力下降，从而使糖尿病新血管形成能力受损。目前认为EPCs促进新生血管形成的机制包括两个方面：一方面是通过自身的分化增殖而形成新生血管，无需依赖原来的血管系统；另一方面，EPCs本身可以分泌血管内皮生长因子(vasculac endothelial growth factor，VEGF)等细胞生长因子，通过旁分泌效应促进局部血管内皮细胞增殖，即增强血管生成效应。此外，基质细胞衍生因子l(stromal cell．derived factor一1，SDF-1)、血小板源性生长因子(platelet derived growth factor，PDGF)、成纤维细胞生长因子和干细胞因子等也有动员EPCs的作用，这些细胞因子对EPCs动员及其功能的调节与磷脂酰肌醇．3激酶／丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶(P13K／A kt)信号通路有关。
    近年来的研究表明，许多因素参与了糖尿病EPCs功能失调，包括高血糖、eNOS／N0、氧化应激、IR、p53信号途径和p38丝裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)作用及一些细胞因予等，从而导致了糖尿病血管病变的发生。
1高血糖
    糖尿病患者病情进展与血糖水平密切相关，高糖所致的糖毒性是糖尿病发生发展的重要病理因素。糖尿病患者循环血EPCs的增殖、迁移、黏附能力均有下降，血管修复能力受损。袁红等用不同浓度葡萄糖(15、25、35和45mmol／L)干预来源于外周血的EPCs一定时间(6h、12h、24h、48h)后，(分别采用MqT比色法，改良的Boyden小室，黏附能力测定和体外血管生成试剂盒)观察EPCs的增殖、迁移、黏附和体外血管生成能力，结果发现高糖呈量效和时效地减少外周血EPCs数量并降低其功能，45mmol／L浓度高糖作用24h对EPCs数量的影响最为显著(较对照组减少近一半，P<0．01)。有研究表明，糖尿病患者EPCs增殖能力下降与糖化血红蛋白呈负相关，说明长期高糖对EPCs的功能存在负面作用，而且糖尿病时间越长、血糖越高对EPCs的功能损害越重，经过降糖治疗后EPCs的数量和功能有所恢复。另有研究显示，EPCs在高糖环境中培养时与对照组比较衰老率显著增加，数量减少，其减少和葡萄糖浓度相关。
2 eNOS／N0失衡
    内皮一氧化氮合酶(endothelialnitric oxide syllthaLse，eNOS)的表达与磷酸化对于EPCs以及内皮细胞的生存、迁移及血管生成至关重要。有研究显示，糖尿病周围血管病患者EPCs中的表达明显减少，并且其表达与EPCs的数量呈明显正相关，EPCs的迁移、黏附、增殖功能下降。骨髓中EPCs在组织缺氧所诱导释放的血管内皮生长因子A及由骨髓间质eNOS活化而增加N0释放的作用下动员至外周血中，随后在缺血组织诱导表达的，作为EPCs归巢的信号基质源因子．1et(stromal cell—derived factor，SDF—let)的趋化作用下趋化至缺血组织，参与组织水平的血管生成及伤口愈合。其中VEGF是最重要的促血管生成因子。VEGF与细胞表面受体VEGF．R2结合后可使受体酪氨酸残基磷酸化，后者激活Pl3K／Akt信号通路，磷酸化Akt(目前已证实主要为Aktl)导致内皮型一氧化氮合酶(eNOS)丝氨酸磷酸化，使eNOS活性增强，从而增加N0释放。因此，糖尿病导致VEGF／A ktl／eNOS通路上任一环节受损均影响缺血诱导的EPCs动员。最近的研究发现，糖尿病患者EPCs的eNOS解偶联引起eNOS介导超氧阴离子产生而不是N0，降低了EPCs水平，损害了它的功能，从而引起EPCs功能失调，这些变化可能是糖尿病血管病变的发病机制之一。但还有学者研究表明，给予NO治疗可改善高糖引起的EPCs的功能下降，而抗氧化应激治疗不能使EPCs的功能受损以及凋亡得到改善，说明糖尿病患者中，引起EPCs功能受损主要由于N0的作用减弱而不是氧化应激。在长期的高血糖作用下，糖尿病患者糖代谢紊乱，导致eNOS、N0的产生减少，造成了EPCs功能受损，EPCs的动员、迁移、分化能力减弱，血管新生修复能力下降，加速了糖尿病血管病变的发生。
3氧化应激的作用
    氧化应激为机体内的促氧化作用与抗氧化作用之问的平衡失调，倾向于促氧化，导致组织和细胞损害。促氧化作用由各种氧化剂来实现，活性氧(reactive oxygen species，ROS)是最主要的氧化剂。病理情况下，当某些因素作用于细胞，使机体的氧自由基生成过量和(或)抗氧化防御系统受损，导致活性氧簇和活性氮簇等高活性分子水平过高，损伤组织细胞，引起氧化应激。氧化应激使糖尿病外周血循环EPC。数目减少和功能障碍，从而导致糖尿病血管病变的发生。糖尿病伴随着氧化应激升高，产生过多的ROS。糖尿病EPCs的ROS升高的可能机制是高血糖诱导蛋白激酶C活化，从而激活了还原型辅酶Ⅱ氧化酶。Ceradini等发现糖尿病时，许多血管发生的障碍涉及缺氧诱导因子．l(hypoxia．inducible factor一1，HIF．1)调节基因，而HIF-1功能受损，是因为活性氧簇通过己糖胺途径增加了GL01的底物甲基乙二醛，甲基乙二醛则使HIF—let在碱性螺旋。环．螺旋结构域Rl7和R23修饰增加，从而使H IF一1功能受损。功能受损的HIF一1不能与SDF一1、VEGF、趋化因子CXC受体4(cys—x．cvs reeeptor4，CXCR4)及eNOS的启动子结合，从而使成纤维细胞、SDF．1、VEGF表达减少，使EPCs表达CXCR4、eNOS减少，从而在传人和传出两个方向上影响EPCs的动员和归巢。
4胰岛素、胰岛素抵抗对EPCs的影响
李建辉等应用生理浓度和较低浓度胰岛素(0．1～10nmol／L)X寸EPCs进行干预发现，生理浓度胰岛素干预24h可增强EPCs的增殖、迁移与黏附能力，而1～2mol／L胰岛素短期干预(4～5d)可促进CD34+细胞向内皮细胞分化和增殖，但长期干预(10～13d)可抑制EPCs增殖。说明生理浓度胰岛素可促进EPCs的功能，而IR可使EPCs的功能受损。有实验证明在2型糖尿病、代谢综合征患者以及健康的胰岛素抵抗自愿者中，外周血中EPCs均降低。胰岛素抵抗通过引起多种生化代谢改变影响了内皮的损伤与修复的平衡，包括炎症和氧化应激，血循环中游离脂肪酸增多，增加氧化应激产物，下调Pl3K途径介导的信号转导通路等，从而影响EPCs的动员，降低其黏附力及增殖能力，使得EPCs修复受损血管的能力下降。
5 p53信号途径和p38MAP K的作用
    p53信号途径是细胞衰老的重要通路。在氧化修饰低密度脂蛋白条件下培养的正常人EPCs，表现出的抗氧化损伤保护作用降低和衰老加速是通过p53信号途径介导的。在2型糖尿病患者EPCs也有相似的表现，而且排除内源性p53对糖尿病患者EPCs的作用，可以阻止EPCs的衰老样生长，并在体外具有形成血管样结构的能力，这表明EPCs在糖尿病中的数量减少，衰老样生长可能是通过p53信号途径介导的。p38MAPK在体外调节EPCs数目的信号传导通路中有中枢性作用。EPCs的磷酸化p38MAPK与葡萄糖呈浓度相关性地升高，且p38MAPK抑制剂SB203580不仅能明显抑制高糖诱导的EPCs衰老，提高EPCs的增殖和分化，还能部分逆转EPCs体内受损的血管新生能力。Kuki等发现，高血糖通过P38丝裂原活化蛋白激酶(mitogen—activated protein kinase，MAPK)的激活而促进EPCs的衰老、凋亡。因此，高糖加速EPCs的衰老，损伤其功能，导致EPCs功能失调，可能和p38MAPK的磷酸化有关。
总结与展望
  EPCs功能及数量的改变在糖尿病血管病变的发生发展过程中起着重要作用，提示我们，调节EPCs的数量和功能对于糖尿病血管病变的预防和治疗存在重要意义。在糖尿病的早期阻止血管病变的发生非常必要，并成为目前研究的热点。随着研究的深入，EPCs将会在改善组织缺血与血管再生领域发挥重要作用。如应用EPCs治疗糖尿病各种血管病变将成为一个新的治疗靶点。许多药物如他汀类药物、血管紧张素转换酶抑制剂、格列酮类药物均可刺激EPCs的产生，保护其功能；生活方式的改变以及运动也会改善EPCs功能，从而减少不良血管的生成、高效率的发挥血管新生作用，改善愈后，提高糖尿病患者的生存质量。