血管內皮細胞與胰島移植

張玉新(綜述)，周 燕(審校)

(第二軍醫大學長征醫院南京分院內分泌科，南京225001)

天然胰島具有類似腎小球毛細血管網樣的豐富血供，為胰島細胞提供了充足的氧和營養物質，并使分泌的激素迅速進入循環。而移植的胰島完全脫離了天然環境，其存活及功能依賴于新生血管的重構，繼而從受體獲得血供。據估計，移植后只有不到30%的胰島能夠存活，多數胰島在移植早期即死亡，此與免疫無關，主要由于缺血缺氧所致。因此，迅速而充分的再血管化對于移植胰島的存活及功能至關重要。而血管內皮細胞是再血管化的關鍵。

1 血管內皮細胞與胰島再血管化

胰島中存在豐富的血管內皮細胞，絕大多數胰島內皮細胞在分離后早期仍然存活。以往認為，胰島移植后的血管重建完全依賴于供體，而Song等［1］將新鮮分離的胰島立即移植，發現移植后的胰島中供體的胰島血管內皮細胞仍然存活，接近40%的胰島新生血管來源于這些供體的內皮細胞。因此，供體和受體的內皮細胞共同參與了胰島移植后的血管重建。Cabric等［2］采用小鼠復制缺陷反轉錄病毒轉染胰島，成功地從胰島中克隆并建立了內皮細胞系，證實了胰島中尚存在去分化的內皮前體細胞，這些血管內皮種子細胞也可能在胰島移植后的血管新生中發揮作用。

然而，移植胰島自身的血管新生能力較弱，并不足以形成類似天然胰島的充足血供。在胰島分離、純化及移植早期，由于正常血供的破壞，胰島一直處于缺氧狀態，低氧刺激胰島β細胞代償性地增加表達血管內皮細胞生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)，但VEGF表達的增加并不能阻止胰島內皮細胞的死亡［3］。缺氧狀態使胰島內皮細胞大量死亡，是導致移植物血管新生能力差，血供不足的重要原因。

目前認為，胰島內的血管新生開始于移植后3～5 d，至第14天基本完成［4］。因此，在移植后早期加快血管新生的進程，就能夠改善胰島移植的效果。

2 VEGF對血管內皮細胞及胰島移植的影響

VEGF能通過激活絲裂素活化蛋白激酶/細胞外信號調節激酶并抑制應激活化蛋白激酶信號通路維持內皮細胞的存活［5］。胰島β細胞表達VEGF，正常胰腺中胰島的血管密度約為外分泌腺的5倍，而剔除胰島β細胞VEGF基因的小鼠胰島血管密度明顯降低，胰島的內皮細胞密度與外分泌腺相當。因此，高表達VEGF是胰島中血管內皮細胞含量豐富的主要原因。

VEGF對胰島移植的保護作用主要是通過促進血管新生而間接實現的。用腺病毒載體轉染小鼠胰島使其表達VEGF，移植轉染的胰島后發現移植物血管新生明顯增強，再血管化進程明顯加快，一次移植成功所需的胰島數量亦明顯減少［6］。

Stagner等［4］改變策略，在大鼠腎包膜下移植胰島時添加VEGF緩釋顆粒(每日釋放20 ng VEGF，持續30 d)，發現移植效率亦明顯改善。由此可見，VEGF對胰島移植的保護作用主要是通過促進再血管化而間接實現的。除此之外，VEGF還能直接抑制胰島表達組織相容性復合體Ⅱ，降低移植胰島的免疫原性，并阻止胰島的壞死和凋亡［4］。

一種新的超聲介導的基因操作技術亦被用于轉染胰島，Shimoda等［7］采用該方法轉染 VEGF后發現，該方法也能顯著改善移植的成功率，作為一種非病毒介導的更為安全的基因操作手段，該方法有望對改善移植效果起到重要作用。

此外，某些藥物對VEGF也會產生影響，deferoxamine能使β細胞產生 VEGF增多［8］，而 Rapamycin則會影響VEGF介導的再血管化［9］。

因此，在移植早期提高局部VEGF的濃度，并維持一段時間，能夠明顯加快再血管化進程，改善移植預后。

3 內皮細胞包被對胰島移植的影響

胰島表達組織因子，能結合活化的凝血因子Ⅶ，進而激活外源性的凝血通路，是體內凝血的主要啟動因子。臨床胰島移植時，輸入門靜脈的胰島表達的組織因子會誘發凝集反應，即血液介導的急性炎性反應［10］，表現為凝血系統和補體系統的活化、血小板的快速結合活化以及白細胞浸潤胰島，從而破壞胰島形態，影響胰島功能。而血管內皮細胞是體內唯一能夠耐受與血液直接接觸的細胞。

Johansson等［11］將人的胰島與原代培養的人主動脈內皮細胞在體外共培養2～7 d，使胰島表面被內皮細胞覆蓋形成一層天然的生物膜，而后暴露于同血型的血液，發現包被后的胰島引發的凝血及補體系統活化明顯減弱，炎性反應、CD11b+細胞浸潤亦明顯減少，對血液直接接觸的耐受性增加，血液介導的急性炎性反應明顯緩解，并且這種保護作用與覆蓋程度密切相關;將這種內皮細胞包被的胰島移植到裸鼠腎包膜下，發現存活的內皮細胞能顯著增強移植胰島的血管新生能力。因此，經血液采集自體血管內皮細胞并體外擴增后包被供體胰島，也可能改善臨床胰島移植的效果。

4 內皮前體細胞動員對胰島移植的影響

在胚胎形成期，胚胎通過局部信號吸引血管母細胞遷移聚集到特定位置后不斷增殖，形成原始血管，這一過程稱為血管發生(vasculogenesis)，而出生后，血管的新生主要依賴現有的血管以出芽(sprouting)的方式形成。1997年，內皮前體細胞(circulating endothelial precursors，EPC)首次從人的外周血中分離出來，并證實其體外可以分化為成熟的血管內皮細胞，晚近研究發現這些細胞主要來源于骨髓，并能通過一種類似胚胎期血管發生的機制參與血管形成，稱為出生后的血管發生(postnatal vasculogenesis)［12］。將分離純化的EPC移植或直接動員骨髓中的EPC都能明顯促進缺血組織的血管新生，加快組織再生及功能恢復［13］。

Mathews等［14］用動物模型證實，損傷的胰島能在局部募集外周血中骨髓來源的EPC，這些細胞在局部分化為成熟的血管內皮細胞，從而促進損傷胰島的血管新生。Contreras等［15］對胰島移植的小鼠行粒-巨噬細胞集落刺激因子注射動員骨髓中的EPC，0.5 μg/d，持續7 d后，發現外周循環中的內皮前體細胞數量明顯增加，并參與移植后胰島的血管重建，使其血管密度明顯增加，移植物功能改善。因此，在胰島移植的同時動員骨髓中的EPC，將體外擴增的自體EPC與胰島混合移植或經靜脈回輸，都可能通過促進胰島血管新生而改善移植的效果。

5 骨髓干細胞對再血管化的影響

研究表明，骨髓中的造血干細胞和間充質干細胞對再血管化均有貢獻，在STZ造模的大鼠，將胰島和107數量級的間充質干細胞共移植能顯著提高胰島移植的成功率，降低成功移植所需要的胰島用量，共移植后的胰島血管密度更高，血供更好，糖耐量表現亦更好［16］。另有研究將骨髓有核細胞分離后直接與胰島共移植給STZ造模的小鼠，與單純移植胰島組相比，共移植骨髓細胞的小鼠血糖水平更低，血胰島素水平更高，免疫組化證實，移植的胰島VEGF密度更高，提示再血管化改善［17］。

6 其他

血管內皮細胞對胰島的作用還體現在一些特殊的時期。在胚胎期，內胚層前腸與胚胎背側主動脈和腹側卵黃靜脈內皮接觸的部位產生背胰芽，缺乏內皮信號則不能產生正常的胰腺［18］。在妊娠期，胰島中增殖的血管內皮細胞表達肝細胞生長因子，刺激β細胞增殖，而β細胞產生的VEGF和胰島素又能作用于血管內皮細胞，促進其表達肝細胞生長因子［19］。此外，血管內皮細胞亦可作為基因治療的載體細胞，轉基因修飾的血管內皮細胞對胰島移植的保護作用尚有待研究。另外，有研究發現肝臟星形細胞與胰島共移植也能改善移植胰島的存活狀態，一個重要的機制是星形細胞發揮了營養支持作用，促進了血管內皮細胞的存活和再血管化［20］。

7 小結

血管內皮細胞與胰島移植后的再血管化關系密切。局部高表達VEGF促進內皮細胞增殖，直接補充內皮細胞或內皮前體細胞，動員骨髓中的內皮前體細胞，都能加快胰島移植后血管新生的進程，改善移植效果，對臨床胰島移植具有重要意義。

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