冠狀血管平滑肌細胞發生機制的研究進展

伍 玲(綜述),佘 強(審校)

(重慶醫科大學附屬第二醫院心內科，重慶 400010)

脊椎動物的心臟是產生有效血液循環、為機體的組織及器官提供氧和營養的泵器官。在心臟的發育及工作過程中，結構及功能正常的冠狀動脈系統的形成是保證心臟自身營養和氧供的基礎，對心臟的正常工作至關重要。閉合的、有效的胚胎冠狀動脈系統的發生及形成是胚胎繼續發育及存活的前提，先天冠狀動脈異?？蓪е轮卮笮难芑?。

近年來，心血管系統疾病的發生率呈逐年上升的趨勢，其中冠狀動脈系統相關疾病嚴重威脅著人類健康。冠狀動脈硬化性心臟病患者發生心肌梗死的原因是冠狀血管的阻塞導致心肌缺血，若能有效地誘導冠狀血管的修復及再生，心肌梗死等心血管疾病的晚期治療水平將有很大提高。因此，了解冠狀血管各成分的發生機制，將有利于利用現代生物學技術誘導血管修復及再生工程的進展，有利于提高冠狀血管疾病的治療水平。

冠狀動脈系統結構及功能的形成依賴于內皮細胞及平滑肌細胞的正常發育，任何一類細胞的發育缺陷都可導致冠狀動脈系統異?！，F將從冠狀血管的發生、血管平滑肌細胞的來源、血管發生相關基因及信號通路等方面進行綜述,并展望其研究前景。

1 冠狀血管發生的概述

早期心臟的發育始于小鼠E8.0日(人胚卡耐基胚胎發育10階段)，由中胚葉背側板分化成的線形心管，原始心管僅由心肌及多層內皮細胞構成，無冠狀血管，其接受的氧和營養靠內皮細胞的簡易擴散。在E8.5～E9.5日(人胚卡耐基胚胎發育10～11階段)，由于心臟四腔室結構的形成及心肌壁增厚，氧及營養的簡易擴散將受到限制，此時冠狀動脈系統的形成成為必需。

冠狀血管的發育由多種分子機制及信號轉導通路參與。細胞譜系的決定、定向細胞遷移、上皮-間充質轉化(epithelial-to-mesenchymal transition，EMT)現象的調控及細胞分化是冠狀血管發育的標志。大部分冠狀血管的細胞成分都由心外膜分化形成，還可能與靜脈竇、心房肌起源過程有關。

2 血管平滑肌細胞來源概述

血管平滑肌譜系的發育錯綜復雜?；蜃V計劃確定了至少八種獨立的血管平滑肌細胞的前體細胞[2-3]，每種前體細胞均有不同的譜系背景。這些前體細胞均可分化為平滑肌細胞，且均能表達平滑肌細胞的標志基因如： SMαActin(Acta2)，SM22α(Tagln)，SM-calponin(Cnn1)，SM-MHC(Myh11)。不同分化通路來源的前體細胞如何向平滑肌細胞分化，及其在細胞遷移、增殖過程中的作用均不甚清楚。

與血管內皮細胞不同，不同部位的血管平滑肌細胞起源可不同，如大動脈管壁平滑肌細胞多來源于背側神經管上皮前體細胞[4]，而降主動脈平滑肌主要來源于表達Pax3及FoxC2的體節上皮細胞[5-6]。

關于冠狀血管平滑肌細胞的來源，既往研究認為，近端冠狀動脈平滑肌細胞來源于神經嵴，其余部分來源于前體心外膜及心外膜[7]，而冠狀靜脈平滑肌細胞來源于心房肌細胞[8]?，F在大多研究者認為冠狀血管平滑肌細胞主要來源于心外膜前體，即小鼠胚胎E8.5日出現在竇房連接處的短暫的間皮細胞的聚集[9-10]。

3 心外膜基因與冠狀血管平滑肌細胞

心外膜是由前體心外膜衍生形成，包被于心臟表面，具有多向分化潛能的多能間充質細胞。心外膜基因譜系示蹤提示，前體心外膜細胞可分化為管周成纖維細胞、血管平滑肌細胞及冠狀血管內皮細胞[11]。對于冠狀血管平滑肌細胞，心外膜是最重要的來源，其參與調節冠狀血管平滑肌細胞的發生。

Wt1 是心外膜發育過程中具有重要調節作用的轉錄因子，其對心外膜及泌尿生殖道的發育具有重要作用[12-14]。Wt1在心外膜前體、心外膜及心外膜衍生細胞中均有表達，現被看作是心外膜的標志基因之一?，F代研究可示蹤心外膜前體的分化命運，其經EMT參與大部分心肌細胞及部分冠狀血管平滑肌細胞的形成[15]。研究表明，Wt1缺失可導致竇房結頭部、心室、心房及主動脈部分結構消失，心外膜下間充質減少及其向冠狀血管分化的功能喪失[15]。Wt1與心臟損傷后血管及心肌的修復有關[16-17]。

Tbx18是近年來發現的一個參與心臟發育調節的重要基因，其在哺乳動物胚胎期心外膜、四肢、輸尿管及體節等部位均有表達[18-19]。有研究表明，Tbx18來源的心外膜祖細胞(Tbx18+ cardiacprogenitorcells，Tbx18+CPCS)可向竇房結起搏細胞、心室心房壁細胞、平滑肌細胞及成纖維細胞遷移分化[20]，可能還參與心臟損傷后心肌及血管的修復及再生[17]。Tbx18在冠狀血管平滑肌細胞的形成過程中也至關重要，利用小鼠示蹤模型示蹤Tbx18基因及其衍生細胞，體內及體外試驗結果均提示Tbx18+CPCS參與冠狀血管平滑肌細胞的形成[20]。

Tcf21(Pod1)是一種在雞胚及小鼠胚胎前體心外膜、心外膜及心外膜衍生細胞中表達的轉錄因子[21]。Tcf21基因缺失可導致子代新生期的死亡，其死亡原因與肺、腎、脾等器官的缺陷有關，間質Tcf21的表達與肺及腎的上皮形態發生密切相關。在心臟冠狀血管發育方面，cf21陽性細胞可誘導分化為心臟成纖維細胞及冠狀血管平滑肌細胞[22]。若Tcf21基因缺失，心臟成纖維細胞前體細胞會停留在心外膜而不發生EMT，而心臟平滑肌細胞則會出現異常的增多及過早表達，這種作用可能與維甲酸信號轉導通路的調節相關[23]。

4 冠狀血管平滑肌細胞發生相關信號通路

4.1心外膜EMT 心外膜祖細胞是心臟內部心肌細胞、成纖維細胞、平滑肌細胞等細胞的重要來源，細胞的定向分化決定了心外膜細胞發生EMT的能力。多種信號可激活心外膜EMT，這些信號作用于特定效應器使細胞間黏附力減弱、細胞結構和極性改變，并減少了細胞外基質。心外膜EMT包括細胞角蛋白向波形蛋白的轉化，但波形蛋白在EMT過程中使細胞形態發生改變的確切機制尚不明確[24]。

心外膜EMT過程與多種信號的調控有關。轉錄生長因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)最初被認為是EMT過程的抑制因子之一，但近來的研究表明其可促進EMT的發生[25]。成纖維細胞生長因子被認為與心外膜祖細胞經EMT分化為心肌細胞有關[26]。血小板源生長因子BB、血管內皮細胞生長因子等雖不直接影響心外膜EMT過程，但可影響心外膜EMT后細胞的命運[27]。

心臟冠狀血管平滑肌細胞發生起源可分為心外膜及其衍生細胞來源以及心肌細胞來源。心外膜EMT是心臟冠狀血管平滑肌細胞的主要來源。多種與EMT相關的生長因子通過影響心外膜EMT而影響冠狀血管平滑肌細胞的形成，某些基因及信號通路也可直接影響心臟冠狀血管平滑肌細胞的形成，如Notch信號通路、Wnt1/β聯蛋白通路、TGF-β及維甲酸等。

4.2Notch信號通路 Notch信號通路在決定細胞命運、分化、增殖、凋亡以及再生等過程中具有重要作用。有研究表明，Notch受體是重要的心血管疾病調節因子，對心臟損傷可能有保護作用，其介導心肌保護作用的機制是復雜的，包括防止心肌細胞凋亡、再次激活心臟祖細胞及促進新生血管形成等[28]。

有研究認為，Notch通路是心外膜向冠狀血管遷移分化的中間通路，其在心臟損傷后的修復及再生過程中具有重要作用[28-29]。Pérez-Pomares等[30]的研究表明，大量Notch通路相關受體及配體在心外膜及冠狀血管發育過程中表達。前體心外膜及心外膜中Notch信號通路唯一胞內介質Rbpj轉錄因子的缺失可導致冠狀血管嚴重的形態異常，且Rbpj缺陷的胚胎其心外膜祖細胞可向冠狀動脈分化，但不能形成有效的冠狀動脈平滑肌細胞。Notch信號通路的活化可導致心外膜細胞過早分化為平滑肌細胞[29]。Notch信號通路對心臟冠狀血管平滑肌細胞的形成起重要作用。

4.3TGF-β通路 TGF-β分子信號家族同樣是參與調節心外膜分化及心臟冠狀血管發生的重要信號通路。在冠狀血管發生過程中，TGF-β受體在心外膜及心肌膜周圍區域均有表達[31]，TGF-β1主要在E12.5日小鼠心外膜呈不連續表達，后主要在流出道區域表達，TGF-β2主要在E9.5～E10.5日小鼠前體心外膜及心外膜表達，TGF-β3僅在小鼠E11.5日心外膜形成后開始有表達，持續至E15.5日之后。

體外試驗表明，TGF-β配體可促進前體心外膜及心外膜EMT的發生，TGF-β2基因剔除可導致冠狀血管嚴重畸形[31-32]。TGF-βⅠ型及Ⅲ型受體在冠狀血管發育過程中起著重要作用，TGF-βⅠ型受體ALK5缺失的小鼠胚胎，心外膜EMT未完全阻斷，但心外膜向心肌細胞分化的通路被擾亂，其冠狀血管能夠形成，但較正常細且有淤血，在發育過程中冠狀動脈的重構出現障礙，冠狀血管中平滑肌細胞標志物表達明顯減少[32]。以上結果表明，在冠狀血管平滑肌細胞的形成及分化過程中，TGF-β信號通路起重要作用。

4.4Wnt/β聯蛋白通路 Wnt通路是多種生物如果蠅和小鼠心臟發育過程中至關重要的信號轉導通路，心臟發育過程中有多種Wnt相關受體的表達[33]。標準的Wnt通路的發生依賴于β聯蛋白的作用。心外膜缺失β聯蛋白基因可導致孕晚期胚胎或新生小鼠死亡。β聯蛋白缺失的小鼠因心肌細胞增殖障礙所以心肌較薄，且心外膜間質層減少，故心外膜EMT減少。雖然這種基因剔除小鼠的冠狀動脈發生障礙，但冠狀靜脈發育完整。研究表明，β聯蛋白基因缺失小鼠的冠狀血管平滑肌細胞發育障礙，且心外膜體外培養試驗表明，該小鼠心外膜細胞中加入TGF-β后仍不能表達平滑肌細胞的標志物[34]。以上結果表明，Wnt/β聯蛋白通路在冠狀血管平滑肌細胞發育過程中也具有重要作用。

4.5其他信號通路 與冠狀血管平滑肌細胞發生機制相關的信號通路除上所述外，還有一些通路及細胞因子如維甲酸、血小板生長因子BB、成纖維細胞生長因子等可通過影響心外膜EMT或直接影響平滑肌細胞的分化而調節冠狀血管平滑肌細胞的發生[30]，且不同信號通路之間并不是各自作用而是相互影響，共同調節冠狀血管平滑肌細胞的發生。

5 展 望

冠狀血管平滑肌細胞的發生是由多種細胞因子、多條信號通路相互作用的復雜的過程。這些發生機制可能在成人心臟損傷后也被激活，并可能在心臟疾病的治療及心肌和血管的修復中起重要作用。故了解冠狀血管平滑肌細胞的發生機制可能對心臟損傷后血管的修復及再生有重要意義。通過大量的研究，了解了部分與冠狀血管平滑肌細胞發生相關的胚胎基因及其信號通路，但如何利用這些基因或怎樣使信號通路激活或失活以達到調節血管平滑肌細胞的增殖仍需進一步探索。

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