脑血管侧支循环重塑机制

荣艳红,赵琨（天津医科大学宝坻临床学院,天津 301899）

脑血管侧支循环是一种特殊的血管网[1]，决定缺血性脑血管病的发展和预后，良好的脑血管侧支循环可以降低溶栓和血管内治疗出血性转化率[2]。先天发育的脑血管侧支循环是正常血管的动脉到动脉或动脉到动脉吻合，并且它们会为了代偿血管阻塞疾病的血流量减少进行重塑，成人脑血管侧支循环的重塑可能和慢性病理生理学，如低灌注相关。侧支循环动脉生成可能是由流体剪切力（fluid shear force，FSS）触发，突然闭塞或慢性进展的狭窄的动脉导致内皮细胞激活[3]、单核细胞浸润、激活炎症反应[4]、生长因子和细胞因子分泌[5]，然后是基质消化，最终平滑肌细胞参与侧支血管向外的重塑和侧支血流的增加[6]。下文将讨论这个复杂过程所涉及的分子机制。

1 动脉生成可能是由流体剪切力触发而不是缺氧触发

流体剪切力指的是由血液等黏性流体的流动在容器壁上产生的摩擦力的切向分力。由于动脉闭塞降低了远端血管的压力，压力梯度增加，动脉血流通过已有的侧支循环，当血液流经血管内皮细胞时，其表面活性剂会激活内皮细胞并刺激级联信号事件[7]，导致侧支血管信号的传导，随着侧支血管直径的增大，流体剪切力下降，侧支血流减少，提供了一种自调节机制。侧支循环发展到闭塞血管近端不需要任何血管内皮生长因子和缺氧诱导因子1的表达[8]，这是侧支血管生成显著区别于其他类型的血管生长的特点。通过人工动静脉最大化分流FSS，侧支血管生长可超出生理范围和克服解剖的局限，FSS可诱导外周动脉和脑血管的动脉生成，Schierling等人在结扎双侧颈动脉后，在结扎颈动脉远端和临近颈静脉之间建立了一个动静脉瘘，且已经观察到结扎分流模型在FSS刺激下出现相当多的动脉生成和血管生长[9]。

2 内皮细胞和一氧化氮的活化

血管管腔内的内皮细胞能直接感受到血流剪切力的变化，并将信号传递到血管中的平滑肌细胞和外膜中的成纤维细胞，这些细胞通常只暴露于跨壁间质血流。微阵列数据证实剪切力敏感基因的瞬时受体电位阳离子通道亚家族成员的4V（transient receptor potential cation channel subfamily V member 4，TRPV4）的潜在作用，TRPV4是内皮细胞的一种Ca2+通道，转换FSS诱导的刺激。TRPV4的药理学活性增加脑动脉和侧支血流[10]，而TRPV通道阻滞剂减少侧支血流。此外，缺乏TRPV4的小鼠动脉生成也会受损[11]。更多的证据表明，肌动蛋白结合Rho激活蛋白也可能参与FSS诱导动脉生成[11]。虽然确切的TRPV4下游信号尚未确定，Ca2+依赖的机制包括内皮源性超极化因子、环氧合酶的激活，以及一氧化氮合成酶都是潜在的候选者[10]。其中，最有可能的FSS诱发的分子传递信号是一氧化氮。它可以通过隔开内皮细胞和平滑肌细胞基底膜扩散，也可以越过环前列腺素。eNOS基因的靶向性缺失导致动脉血管舒张受损，而诱导型一氧化氮合成酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）缺失导致部分而不是全部动脉生成受损。只有eNOS和iNOS都缺失会导致动脉闭塞过程中完全丧失侧支血管重塑[12]。除了上面提到的关键物质，FSS也会上调内皮细胞微小RNA-2，抑制其靶基因磷酸酶和张力蛋白同源物，有助于增加eNOS的磷酸化和一氧化氮产生[12]。

3 免疫系统的作用

最新的研究已经确定了各种先天和适应性免疫细胞亚群的调节动脉生成的作用，包括单核/巨噬细胞、T辅助细胞、调节性T淋巴细胞、自然杀伤细胞[7]。一些直接或间接的证据支持单核细胞和具有动脉生成信号的单核细胞具有关键作用，单核细胞的减少损害后肢缺血的兔和小鼠模型的动脉生成。在缺陷MCP-1/CCL2小鼠体内缺乏改善再灌注后野生型单核细胞，提示炎性单核细胞到缺血部位的聚集是侧支血管生长的关键一步[13]。

作为单核细胞关键作用的间接证据，由于白细胞浸润依赖纤溶酶原激活物，缺乏纤溶酶原激活物的小鼠比野生型小鼠缺血后侧支循环少，除了单核细胞的存在外，侧支血流也受浸润单核细胞的调节。M1型巨噬细胞表达iNOS和炎性细胞因子如IL-1、IL-12，而M2型表达精氨酸酶1、抗炎细胞因子IL-10、VEGF[14]。Troidl等确定了巨噬细胞亚群在大鼠慢性FSS模型动脉生成过程中的时间分布和空间分布[15]。在该模型中，M2巨噬细胞在再灌注后早期出现，并维持28天，尤其集中在侧支循环生长区。M1巨噬细胞也存在，但程度较轻。根据实验研究的数据，单核细胞的趋化性减弱可能导致糖尿病患者侧支循环受损。

在某些方面，动脉生成和炎症反应类似。例如，越来越多的侧支循环在管腔和血管间隙出现浸润的单核/巨噬细胞。然而，目前还不清楚这种特定类型的炎症反应是动脉缺血后动脉生成所致，还是缺血诱发所致。炎症反应相关基因在小鼠后肢缺血模型侧支循环发展过程中有重要的作用，包括CXCL5、MCP-1、CXCL9和CXCL10，此外，炎性基因与抗炎基因同时出现，表明炎症有助于侧支循环发展的开始[16]。载脂蛋白E-/-小鼠后肢缺血后浸润性T淋巴细胞减少，侧支血流减少。

最后，通常与炎症反应相关的浸润性巨噬细胞也产生许多血管生成生长因子，包括MCP-1、VEGF、FGF、GM-CSF、HGF、TNF-α、TGF-β和PDGF[9]，这些因子对于侧支血管的发展和成熟至关重要。在股动脉闭塞兔模型中输入大剂量的最有效的血管生成因子，仅获得高FSS最大信号传导率的一部分，这表明单独这些因素不能完全解释动脉生成作用。尽管如此，这些发现显示出使用这些细胞因子或生长因子促进动脉生成的潜力。

干细胞和祖细胞是血管生长和修复所需的细胞因子和生长因子的丰富来源，基于这两种细胞的疗法已经在治疗缺血性疾病方面得到了普遍的接受。衍生自外周血或骨髓的内皮祖细胞可以对剪切力作出反应，并且在移植到肢体或心脏缺血的动物中时有助于侧支血管形成。其他间接血运重建手术，如脑动脉血管病，植入表达VEGF164的成肌细胞也显示改善慢性脑灌注不足的侧支循环[20]。

4 侧支血管重塑涉及蛋白酶降解基底膜和重组细胞外基质的过程

随着单核细胞和巨噬细胞进入侧支血管，侧支血管生长和扩张需要内皮细胞和壁细胞的增殖和细胞外基质的重塑。细胞因子和生长因子诱导细胞外基质降解，促进内皮细胞和平滑肌细胞的增殖，促进细胞外基质的重塑和侧支血管直径的扩大。然而，在侧支血管生长部位单核细胞和巨噬细胞产生细胞因子和生长因子的机制还不是很清楚。

细胞外基质的周转和重塑由基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）及其抑制剂即金属蛋白酶组织抑制剂（tissue inhibitor of metalloproteinases ，TIMPs）进行。在动脉生成发生期间，为扩张血管形成空间，外部弹性层和弹性蛋白被MMPs和纤溶酶分解[7,17]。早期研究表明，MMP-2、MMP-9和TIMP-1在侧支重建过程中在内膜中上调，表明MMP与TIMP之间的平衡对维持和重塑血管壁至关重要。但代谢紊乱如糖尿病在动脉生成期间破坏了这种平衡。例如，Lepr-db/db突变减弱了缺血诱导的小鼠后肢缺血模型中MMP-2、MMP-12和MMP-16的上调，这使动脉生成受损。相反，Moyamoya病患者血清MMP-9水平显著升高[18]，这种慢性脑血管病特点是脑血管管壁不稳定和侧支血管的异常增长。

对动脉生成的后期阶段，内皮细胞和平滑肌细胞的增殖和迁移，平滑肌细胞占新生组织的很大一部分，将其表型从收缩变为合成和增殖表型。由于侧支血管直径随细胞增殖而增长，FSS下降，由于反馈调节机制，侧支血流减少。

综上所述，动脉生成和侧支血流的参与是缺血性卒中的风险和预后的关键因素[19]，侧支循环动脉生成可能是由流体剪切力触发，激活内皮细胞和一氧化氮，出现一系列炎症反应，从而侧支血管重塑和侧支血流的增加。基于细胞的治疗性血管生成仍然是治疗缺血性疾病的希望[20-21]，但是以蛋白质或基因治疗的形式运送血管生成因子并没有带来临床益处。了解每一个重塑过程的机制，是发展有效血管重塑治疗的第一步。此外，它还将阐明血管危险因素如何损害缺血性疾病的血管内环境稳定和重塑。