血管内皮细胞损伤机制及其药物保护的研究进展

【关键词】 血管 内皮细胞 损伤机制 药物保护

20世纪60年代以前，人们仅认为血管内皮细胞衬附在血管内壁，维持血管内膜的光滑，并作为半透膜，将血管内外分开。自于His1865年首先提出内皮这概念以来，人们对内皮功能的研究逐渐深入。20世纪70年代，Vane等发现由EC（endothelial cells）产生的前列环素(PGI2)具有很强的舒血管和抗血小板聚集活性。到了20世纪80年代，随着血管内皮舒张因子(EDRF-NO)的发现及对其重要功能的认识，人们对EC功能的研究逐渐进入一个崭新的时代。研究表明［1-3］，内皮细胞的损伤及功能紊乱与多种疾病的发生密切相关，包括高血压、冠心病、糖尿病、慢性肾功能衰竭等。因此，深入探讨血管内皮细胞损伤的机制，评估、保护和修复内皮细胞功能，对改善血管疾病的预后有积极的意义。

１ 血管内皮的损伤

血管内皮细胞为覆盖于血管内膜表面的单层扁平或多角形的细胞。由于血管内皮细胞直接与循环血液接触，因此很容易受到血液中活性物质的影响。早在1975年人们就认识到能够损伤内皮的潜在因子，如内毒素、病毒、抗原/抗体复合物、血流动力学的改变、血小板、激素和一氧化碳等。1976年，Ross与Glomset就提出了内皮细胞损伤学说，认为高血压及血流的长期冲击等切应力能促使内皮损伤，引起血小板聚集及释放血管活性物质的失衡，血管收缩及造成血栓形成。后来Ross等人又增加了“内皮细胞过度反应导致损伤”(response to injury)的概念。引起内皮细胞损伤是一个复杂的病理过程，参与的因素很多，如糖尿病、高血脂和高血压等多种疾病，氧化应激以及炎症反应等等［4］。

１.１ 氧化应激 氧化应激(oxidative stress)是指机体或细胞内以氧自由基为代表的氧化性物质的产生与消除失衡，或外源性氧化物质的过量摄入，导致氧化性物质在细胞内蓄积而易于引发氧化反应的状态。大量实验证明，内皮细胞正常生理活动过程都有氧化反应参与，如低密度脂蛋白的氧化，一氧化氮生物活性的降氧化应激与血管内皮细胞损伤，氧化应激诱导内皮细胞损伤的机制非常复杂，主要表现为氧自由基的过氧化反应。由于自由基的反应引起细胞膜脂质过氧化、蛋白质和核酸变性，导致不可逆损伤。脂质过氧化可改变细胞的转运功能和酶的功能。酶活性的变化(如活化caspase-3)可诱导内皮细胞的凋亡，刺激内皮细胞合成血小板活化因子，引起血小板和中性粒细胞聚集，促进炎症反应等。导致内皮细胞损伤的氧化物质主要是氧自由基，统称为活性氧(ROS)。活性氧产生的途径很多，包括内源性和外源性氧化物质的增多。内源性氧化物质是机体代谢过程产生的正常物质，病理条件下，如炎症反应、缺血再灌注等导致氧自由基大量产生，自由基清除能力降低，机体氧化-抗氧化能力的平衡被打破，血液中活性氧含量增加，形成氧化应激状态。同时，活化的内皮细胞也产生大量活性氧，加重氧化应激状态，最终导致内皮损伤和内皮障碍。高糖血症时，重要的抗氧化蛋白由于糖基化可使抗氧化蛋白失活，使抗氧化防御屏障减弱。同时由于葡萄糖自氧化非酶可促使蛋白糖基化，使活性氧自由基增多，引起内皮细胞损伤。

１.２ 氧化型胆固醇和氧化型低密度脂蛋白 氧化型胆固醇(oxysterols)是胆固醇经氧化后产生的一类化合物，如7α或7β-羟基胆固醇、26 -羟胆固醇、7 -酮胆固醇以及3β-5α-6β-三羟胆固烷(cholestane-3β-5α-6β-trio，l chol-triol)等，除24，25-epoxysterols外，大多数氧化型胆固醇是胆固醇自氧化的产物，或由细胞色素P-450参与的特异的微粒体氧化产物。实验证明，动脉粥样硬化的发生与胆固醇的氧化和氧化型固醇在细胞内的堆积有关，也是导致血管内皮细胞损伤的重要原因之一。氧化型低密度脂蛋白( oxidized low density lipoprotein，Ox-LDL)主要通过两种机制引起内皮细胞的损伤和功能障碍，促进动脉粥样硬化的发展：①巨噬细胞通过清道夫受体摄入Ox-LDL，引起血管壁泡沫细胞的堆积和脂纹的形成；②Ox-LDL改变了内皮的多种功能。Ox-LDL诱导内皮细胞表达多种蛋白分子如粘附分子、单核细胞化学趋化蛋白-1、血管平滑肌生长因子以及集落刺激因子。Ox-LDL还通过降低一氧化氮(NO)的生成而减弱内皮依赖性舒张反应。高胆固醇血症致血管内皮功能损伤的潜在机制还有待于进一步阐明。

Ox-LDL可通过增加细胞内活性氧的产生，进而激活NF-kB引发细胞凋亡。Ox-LDL还浓度依赖性地上调内皮细胞LOX-1的表达，这种上调作用可被反义LOX-1所抑制，表明Ox-LDL可能通过LOX-1激活了凋亡信号，最终导致细胞的凋亡。此外，Ox-LDL还可以通过LOX-1引起单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)的上调和丝裂原激活的蛋白酶(MAPK)的活化，介导单核细胞对内皮细胞的黏附，导致内皮细胞的损伤［5-7］。

１.３ 内皮细胞粘附分子和细胞因子 中性粒细胞与内皮细胞的粘附是多种血管性疾病病理变化的重要阶段，如炎症相关疾病、血管损伤性疾病以及缺血再灌注损伤等病理条件下，皆可发生二者的粘附。中性粒细胞与内皮细胞的粘附是由细胞表面的粘附分子介导的［8，9］。

在病理条件下，如低氧、急慢性炎症、缺血损伤等，可引起内皮细胞的激活，继而表达一些粘附分子［10］。目前认识的粘附分子主要有细胞间粘附分子- 1 ( intercellular adhensionmolecule-1， ICAM-1)、血管细胞粘附分子-1(vascular cellu-lar adhesion molecule-1， VCAM-1)、E-选择素和P-选择素。粘附分子在血管内皮及血管病变过程中具有重要作用，其中ICAM-1在白细胞对内皮的紧密粘附中起关键作用。在病理条件下粘附分子表达增加，加强细胞间的粘附，是血管性疾病发展中的重要阶段。

一些炎症因子TNFa和IL-1通过增加黏附分子的表达而促进白细胞对内皮的黏附［11］。中性粒细胞及内皮细胞在病理条件下，还可以释放一些细胞因子，如TNFa、IL-1等，由此引起缺血后的炎症反应;同时这些炎症细胞因子又可以增加内皮细胞、中性粒细胞表面黏附分子的表达，促进二者的黏附，加重内皮细胞损伤［12］。黏附的中性粒细胞还可以通过释放一些弹性蛋白酶来损伤内皮细胞，同时，中性粒细胞的活化和穿入会引起组织的炎性损伤，会导致组织的重构［13］。

１.４ 同型半胱氨酸 同型半胱氨酸(homocysteine)又称巯基丁氨酸，是近年来特别受重视的血管损伤因素之一。大量研究证明，高同型半胱氨酸血是血管内皮细胞损伤的独立危险因素，同时，由于补充叶酸至少可以部分减轻高同型半胱氨酸血引起的内皮功能的损伤，血液中同型半胱氨酸浓度升高或叶酸的降低都可以导致血管内皮功能损伤。高同型半胱氨酸引起的内皮功能障碍主要与NO的生物有效性的降低有关，而NO生物有效性的降低正是同型半胱氨酸对血管内皮损伤的机制。体内外实验证明，应用过氧化物歧化酶或其他清除剂清除超氧阴离子可以翻转同型半胱氨酸引起的内皮功能障碍。增加内源性抗氧化剂也可以使同型半胱氨酸引起的内皮功能障碍恢复，证明同型半胱氨酸对血管的作用与氧化灭活NO的活性有关［14］。氧化应激作用是同型半胱氨酸对血管损伤的主要机制，同型半胱氨酸水平升高可以增加过氧化物的生成量，这一作用主要通过包括一氧化氮合酶在内的生化机制，也包括血液中的半胱氨酸和其他氨基巯醇类化合物的氧化作用。在氧化应激条件下，同型半胱氨酸依赖的细胞氧化酶(如细胞内谷胱甘肽过氧化物酶和细胞外过氧化物歧化酶)功能发生变化，使血液中增高的过氧化物水平被进一步放大，加重了氧化应激状态，使NO生物活性丧失。另外，一氧化氮的生成决定于四氢生物喋呤的存在，当氧化应激时，四氢生物喋呤被过氧化氢氧化而耗竭，使NO生成减少。四氢生物喋呤的缺乏导致脱偶联而使NO合酶转变为过氧化自由基生成酶，形成了内皮功能损伤的恶性循环［15］。

１.５ 肾素-血管紧张素系统(RAS) 血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ，ATⅡ)的生理作用包括:缩血管;促进血小板粘附、聚集;促进氧自由基生成;促进炎性细胞浸润;促进血小板源性生长因子、转移生长因子β、纤维母细胞生长因子等合成，促进血管平滑肌迁移与增殖。RAS激活后主要通过两条途径影响内皮功能，一是使血中ATⅡ浓度增高;二是通过激肽-激肽释放酶系统途径使缓激肽分解增加，进而使一氧化氮(NO)及PGI2减少。以上改变最后导致血管舒张与收缩因子间的平衡失调;促凝血和抗凝血介质间的平衡失调及促生长和抑制生长物质间的平衡失调，从而加重血管内皮损伤。

１.６ 血流动力和血管应力 血流动力和血管应力不仅在维持血管稳态中起重要作用，也是心血管疾病的病理启动因子。这些力影响内皮细胞的形态、排列、迁移、增殖和凋亡，引起内皮细胞骨架结构和细胞间连接发生变化，调节血管活性物质、生长因子、粘附分子等的合成、分泌及表达。研究表明，内皮细胞受损程度与高血压的严重程度呈正相关。高血压时，血管压力可调节内皮细胞合成和分泌内皮素-1、前列环素等，随血压增高， ET/NO失衡加剧，扩血管物质相对减少，缩血管物质增加，致外周阻力增加，血压进一步增高。血压增高又增加了对血管壁的切应力，促进ET的合成和释放，加重了内皮细胞的损伤，形成恶性循环，加重了高血压的发展。

１.７ 烟草、毒素等细胞毒性物质及免疫因素 研究表明，吸烟20min即可损伤冠状动脉内皮细胞。烟草中含多环芳烃，尤其是7，12-二甲基苯蒽、苯并芘可与高密度脂蛋白及低密度脂蛋白结合，优先到达心脏、主动脉、肺等，促进这些细胞毒性物质进入内皮细胞，损伤内皮细胞DNA，加速动脉粥样硬化的发展。一些外源性毒素和内源性毒素如:甲乙二醛、丙烯醛、内毒素等，均可造成血管内皮细胞损伤。

２ 保护内皮细胞功能的药物研究现状

综上所述，血管内皮细胞的损伤是多种血管性疾病的主要环节，保护血管内皮功能，是防治血管性疾病的关键环节，因此，研究保护血管内皮功能的药物成为治疗血管性疾病的重要措施。由于氧化应激参与了血管内皮功能损伤的多个环节，抗氧化药物一直受到重视。研究表明，常用的抗氧化剂如维生素C和E，都可以通过抗氧化作用发挥保护血管内皮的作用。近年来，从天然产物中寻找抗氧化剂成为药物研究重要内容，并从多种植物中发现了具有强抗氧化作用的化合物，如从中药丹参中发现的丹酚酸等［16-18］。

3-甲基-3羟基戊二酰辅酶(HMG-CoA)还原酶抑制剂:研究表明合用HMG-CoA还原酶抑制剂和抗氧化剂(如普罗布考)可防止动脉粥样硬化斑块的增大，减少自由基损伤，从而保护残存的血管内皮。

实验证明， ACE抑制剂，沙坦类药物，胰岛素增敏剂以及雌激素都可以减轻由于氧化应激引起的内皮细胞功能异常，可以在血管内皮氧化性损伤过程中发挥有益的作用［19］，这些药物通常是通过间接作用，影响内皮细胞功能，发挥保护作用。

针对内皮细胞损伤的不同环节进行的药物研究也在进行中，包括抑制黏附分子生成和释放、拮抗黏附分子作用的药物、作用于LOX-1受体的药物等等，都受到了研究人员的重视。