屈朋歡， 史建紅

（1. 河北大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，河北 保定 071000；2. 河北大學(xué)附屬醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室，河北 保定 071000）

·綜 述·

細(xì)胞凋亡與血管再生促進(jìn)纖維化發(fā)展的機(jī)制研究

屈朋歡1， 史建紅2

（1. 河北大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，河北 保定 071000；2. 河北大學(xué)附屬醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室，河北 保定 071000）

纖維化經(jīng)常發(fā)生在肝臟、肺、心臟、腎臟和皮膚等重要臟器。細(xì)胞凋亡已經(jīng)被認(rèn)定為纖維化潛在的啟動(dòng)和促進(jìn)者。凋亡細(xì)胞的出現(xiàn)對(duì)成纖維細(xì)胞表型和膠原蛋白代謝有重要影響。同時(shí)，在纖維化的模型中發(fā)現(xiàn)血管生成和退化普遍出現(xiàn)在纖維化之前，暗示著血管凋亡對(duì)于纖維化是重要的。而且血管生成抑制劑在實(shí)驗(yàn)研究中已顯示出較好的抗肝纖維化療效。新近的證據(jù)表明血管生成或退化有助于纖維化，而最初的血管衍生物或凋亡細(xì)胞的出現(xiàn)可能是纖維化的調(diào)控者。

細(xì)胞凋亡；血管新生；纖維化

纖維化可發(fā)生在許多不同器官的組織中，如肝臟、肺、心臟、腎臟和皮膚。幾種類型的纖維化已經(jīng)成為全球疾病治療的難題，如燒傷導(dǎo)致的嚴(yán)重纖維化疤痕，位列第15位，肝炎病毒傳染導(dǎo)致的肝纖維化或肝硬化位列第18位，嚴(yán)重威脅人類健康和生命。纖維化的特征有成纖維細(xì)胞的增加、膠原合成增加、膠原蛋白退化降低，這些都可以在傷口愈合、肝臟和肺的纖維化以及慢性移植的血管病變等疾病中看到。通過對(duì)4種類型纖維化的研究，認(rèn)為凋亡細(xì)胞和血管再生是激發(fā)纖維化的兩個(gè)主要因素，在纖維化過程中扮演著重要角色。

1 細(xì)胞凋亡與纖維化

細(xì)胞凋亡是細(xì)胞的程序性死亡，為機(jī)體清除那些不再需要和不再具有功能的細(xì)胞提供了有益的方式。某些病毒感染的細(xì)胞和一些腫瘤細(xì)胞可以通過細(xì)胞凋亡方式被清除，機(jī)體也可以通過細(xì)胞凋亡方式保護(hù)自身。但是凋亡機(jī)制與抗凋亡機(jī)制失衡，凋亡超負(fù)荷，會(huì)引起組織的纖維化。高度的細(xì)胞凋亡已經(jīng)被證實(shí)幾乎可以發(fā)生在纖維化的任何一種類型，細(xì)胞凋亡在組織纖維化的起始、進(jìn)展和最終都扮演著重要的角色，而且細(xì)胞凋亡直接導(dǎo)致纖維化產(chǎn)物的機(jī)制也已被提出來[1]。

研究[2]已經(jīng)證實(shí)，凋亡的炎癥細(xì)胞導(dǎo)致了細(xì)胞或組織的損傷是凋亡細(xì)胞的一個(gè)重要來源。凋亡細(xì)胞借助巨噬細(xì)胞的吞噬作用，是巨噬細(xì)胞炎性階段的解決方法[3]。已知促愈合表型的巨噬細(xì)胞分泌低水平的腫瘤壞死因子（TNF）和白介素-6（IL-6），并提高白介素-10（IL-10）、轉(zhuǎn)化生成因子-1（TGF-1）和胰島素樣生長(zhǎng)因子-1（IGF-1）的水平[4], 由此實(shí)現(xiàn)了巨噬細(xì)胞從促炎向促愈合表型的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后，巨噬細(xì)胞開始分泌刺激組織生長(zhǎng)的細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子，這些因子有助于通過多重機(jī)制促進(jìn)促纖維化產(chǎn)物的生成[5]。這樣，這些信號(hào)可以通過抗細(xì)胞凋亡和促成纖維細(xì)胞和成肌纖維細(xì)胞的增殖和分化啟動(dòng)促纖維化的反應(yīng)。凋亡細(xì)胞也可以直接調(diào)節(jié)纖維化產(chǎn)物；可以直接提高成纖維細(xì)胞和成肌纖維細(xì)胞的細(xì)胞增殖和纖維化表型。

1. 1 傷口愈合纖維化的形成與細(xì)胞凋亡

傷口愈合中，傷疤的膠原含量和結(jié)構(gòu)與正常皮膚有很大的不同[6]。瘢痕組織比正常皮膚缺少?gòu)埩?，容易?dǎo)致傷口迸裂，是重要的臨床難題。在傷口愈合過程中，細(xì)胞凋亡通過平衡細(xì)胞清除和細(xì)胞增殖來維持傷口周邊環(huán)境的穩(wěn)態(tài)[7]。在傷口愈合的早期細(xì)胞凋亡主要包括中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，細(xì)胞以炎癥方式被清除。在隨后的修復(fù)階段，成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞在傷口的重建過程中開始凋亡。研究[8]指出，細(xì)胞凋亡在調(diào)節(jié)纖維化細(xì)胞數(shù)量過程中起著重要的作用, 凋亡蛋白Bcl2和p53的表達(dá)異常被作為傷口異常凋亡的一個(gè)指示。在Laplante等[9]的體外實(shí)驗(yàn)中證實(shí)，來自于半胱天冬酶-3（caspase-3）調(diào)節(jié)的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡的培養(yǎng)基能夠增加成纖維細(xì)胞中粘著斑的形成和成肌纖維細(xì)胞標(biāo)志基因α平滑肌肌動(dòng)蛋白（α-SMA）的增加，從而促進(jìn)瘢痕的形成。

1. 2 肝纖維化的形成與細(xì)胞凋亡

肝纖維化的特征是創(chuàng)傷愈合反應(yīng)的慢性激活和星形細(xì)胞向成肌纖維細(xì)胞分化的增加[10]。膠原蛋白表達(dá)的紊亂、金屬蛋白酶和金屬蛋白酶的組織抑制劑都參與了肝纖維化反應(yīng)。具有抗凋亡功能的金屬蛋白酶（TIMP1）不能獨(dú)立誘導(dǎo)肝纖維化，但是能強(qiáng)烈地刺激肝纖維化的進(jìn)程[11]。另外，門脈系統(tǒng)的變化是肝纖維化的主要特征，因?yàn)槲⒀艿拈_放對(duì)于健康肝臟的功能非常關(guān)鍵，而且微血管可以被細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）沉積所堵塞。在非酒精性脂肪肝?。∟AFLD）和非酒精性脂肪肝炎（NASH），肝細(xì)胞凋亡增加, 在肝星狀細(xì)胞（HSC）激活后，肝硬化和肝纖維化緊隨著發(fā)展，但不能逆轉(zhuǎn)纖維化的反應(yīng)[12]。因此，在NAFLD和NASH中，起初的纖維化可能與肝臟凋亡負(fù)荷有關(guān), 負(fù)荷可能超出了其吞噬清除水平。

1. 3 肺纖維化的形成與細(xì)胞凋亡

在肺纖維化小鼠模型中，通過氣管內(nèi)給藥引入肺凋亡巨噬細(xì)胞導(dǎo)致巨噬細(xì)胞募集、膠原沉積增加，導(dǎo)致肺纖維化的啟動(dòng)和發(fā)展。凋亡的肺細(xì)胞可以與博萊霉素共同促進(jìn)纖維化反應(yīng)，另外凋亡的肺細(xì)胞也可以獨(dú)自誘導(dǎo)纖維化反應(yīng)。特發(fā)性肺纖維化（IPF）是肺泡上皮的損傷，誘導(dǎo)了纖維化，在博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化中, 肺泡上皮細(xì)胞死亡誘導(dǎo)因子（Fas）表達(dá)量增加，表明在肺纖維化中外源性途徑被化學(xué)物質(zhì)所激活[13]。在用抗體激活Fas受體-配體的結(jié)合途徑也導(dǎo)致了纖維化反應(yīng)得到證實(shí)[14]。

1. 4 慢性移植血管病變（CTV）中纖維化與細(xì)胞凋亡

在CTV和移植腎血管病變（RAV）中，內(nèi)皮細(xì)胞凋亡是內(nèi)膜增生的啟動(dòng)者和纖維化反應(yīng)的根源。內(nèi)皮p53表達(dá)的提高增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，使心肌纖維化變強(qiáng)，其次內(nèi)皮細(xì)胞凋亡可以觸發(fā)纖維化介質(zhì)的釋放并充當(dāng)成纖維細(xì)胞募集的信號(hào)和促進(jìn)成纖維細(xì)胞到成肌纖維細(xì)胞的分化[15]。α-SMA陽(yáng)性細(xì)胞累積接近凋亡內(nèi)皮細(xì)胞的內(nèi)膜，并具有抗凋亡能力，促進(jìn)纖維化的形成，這個(gè)過程與所觀察到的其他類型的纖維化模型相類似。因此，研究阻礙內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡機(jī)制可能是減少CTV纖維化的有效方法。

1. 5 血管新生過程中纖維化與細(xì)胞凋亡

在對(duì)纖維化模型的研究中，發(fā)現(xiàn)血管生成和退化普遍出現(xiàn)在纖維化之前，暗示著血管凋亡對(duì)于纖維化是重要的。血管生成時(shí)，血管床的改建是通過內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡完成的。血管退化時(shí)，周細(xì)胞被釋放出來而且通過凋亡內(nèi)皮細(xì)胞的旁分泌信號(hào)促進(jìn)成肌纖維細(xì)胞的進(jìn)化，從而促使了纖維化的進(jìn)展。凋亡的血管細(xì)胞水平增加有助于通過免疫調(diào)節(jié)和旁分泌信號(hào)導(dǎo)致纖維化[16]。

2 血管再生與纖維化

血管生成的反應(yīng)是凋亡細(xì)胞的另一種來源。纖維化中血管動(dòng)態(tài)形成和疤痕形成促進(jìn)纖維化的發(fā)生，這種變化普遍認(rèn)為是由缺氧誘導(dǎo)因子（HIF-1）引起的[17]。IL-6、IL-8等炎性趨化因子產(chǎn)生血管生成的反應(yīng)，而且單核細(xì)胞來源的巨噬細(xì)胞可以上調(diào)VEGF和基質(zhì)金屬蛋白酶-9（MMP-9）的表達(dá)，促進(jìn)血管生成進(jìn)程[18]。最近的研究[8]已經(jīng)提示纖維細(xì)胞進(jìn)入傷口會(huì)通過釋放促血管生成因子和促內(nèi)皮細(xì)胞遷移因子，如堿性成纖維細(xì)胞生成因子、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、粒細(xì)胞集落生成刺激因子和MMP-9，來促進(jìn)血管的生成。纖維細(xì)胞因子通過促進(jìn)血管生成，有助于傷口纖維化環(huán)境的形成，隨后的血管退化引起凋亡內(nèi)皮細(xì)胞水平的增加，促使纖維細(xì)胞分泌促纖維化的因子[19]。當(dāng)抗血管生成調(diào)節(jié)因子超過促血管生成調(diào)節(jié)因子時(shí)，結(jié)果導(dǎo)致凋亡內(nèi)皮細(xì)胞增加和血管退化的增加。

2. 1 傷口愈合纖維化的形成與血管再生

在傷口愈合的重建階段，血管退化是凋亡內(nèi)皮細(xì)胞的重要來源[20]。血管生長(zhǎng)調(diào)節(jié)是傷口修復(fù)的重要組成部分，血管生成的高峰出現(xiàn)在促增殖階段。通過比較人正常和肥厚性瘢痕的毛細(xì)血管內(nèi)容物，證實(shí)肥厚性瘢痕含有高水平的血管生成和重建[21]。血管密度的減少逐漸出現(xiàn)在重建階段，在此階段調(diào)節(jié)因子從主要的促血管生成轉(zhuǎn)移到抗血管生成[22]。同時(shí)研究[23]顯示，血管生成的減少有利于治療結(jié)果和不傷害到傷口的閉合。鑒于這些發(fā)現(xiàn)，提示抗血管生成治療可以減少瘢痕的形成。比如，VEGF通過抗體治療的中和反應(yīng)用于減少在成年人皮膚傷口中血管生成反應(yīng)的50%，抗VEGF治療的傷口接近于正常，并減少瘢痕。以上研究結(jié)果說明，抑制血管生成可以減少凋亡負(fù)荷，從而改善傷口愈合纖維化的結(jié)果。

2. 2 肝纖維化的形成與血管再生

肝纖維化進(jìn)程中存在明顯的病理血管生成與重構(gòu)，阻礙了肝纖維化的逆轉(zhuǎn)與恢復(fù)。IPF與血管生成有關(guān)[24]。HSC表達(dá)的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）、血小板衍生生長(zhǎng)因子（PDGF）可以多途徑地促進(jìn)病理性血管生成過程。在實(shí)驗(yàn)研究中，血管生成抑制劑已顯示出較好的抗肝纖維化療效。在對(duì)腫瘤的抗血管生成治療中發(fā)現(xiàn)，單一抑制VEGF信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的長(zhǎng)期療效不佳，且易產(chǎn)生腫瘤耐藥，而在雙重阻斷VEGF和PDGF后療效明顯改善[25]。

2. 3 肺纖維化的形成與血管再生

在肺纖維化時(shí)，血管重構(gòu)時(shí)凋亡的內(nèi)皮細(xì)胞是凋亡細(xì)胞的另一種來源。促血管生成和抗血管生成介質(zhì)的失衡增加了血管緊張素1和2、色素上皮衍生生長(zhǎng)因子、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β，以及減少的趨化因子配體8（CXCL8）、VEGF和成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子2的分泌，除了促進(jìn)血管重建, 這些因子還會(huì)導(dǎo)致血管損傷。血管損傷可以導(dǎo)致異常的內(nèi)皮細(xì)胞增殖, 導(dǎo)致內(nèi)膜增生, 從而加重肺纖維化反應(yīng)[26]。

2. 4 CTV中纖維化與血管再生

在器官移植過程中，供體器官血管內(nèi)皮細(xì)胞接觸宿主免疫系統(tǒng)，宿主的循環(huán)免疫細(xì)胞可觸發(fā)供體血管內(nèi)皮細(xì)胞Fas信號(hào)，誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡和血管損傷。內(nèi)皮細(xì)胞凋亡后被巨噬細(xì)胞吞噬，在接近血管壁處釋放TGF-β，促進(jìn)新生內(nèi)膜的形成。最近的研究[27]表明，阻斷Fas信號(hào)、抑制內(nèi)皮細(xì)胞凋亡可明顯減緩血管纖維化進(jìn)程。因此，抑制內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，維持一定的血管新生可以延緩CTV中纖維化的進(jìn)程。

3 結(jié)論

總之，細(xì)胞凋亡和血管新生的調(diào)節(jié)是幾種不同類型的纖維化開始、進(jìn)展、溶解過程的重要影響因素。促血管和抗血管生成的介質(zhì)平衡控制著血管生成和退化，而且已被確定為肝纖維化、肺纖維化和CTV的致病源。推斷在正常傷口愈合的血管退化過程中增加血管細(xì)胞凋亡負(fù)荷，可能會(huì)影響成纖維化細(xì)胞的功能，促進(jìn)纖維化瘢痕的形成和防止再生。在未來, 通過調(diào)控血管退化和凋亡負(fù)荷, 研究人員也許能夠阻止傷口愈合反應(yīng)的慢性激活作用, 促進(jìn)組織的再生而不是組織修復(fù)。因此，研究細(xì)胞凋亡和血管新生在纖維化中的作用，有助于闡明纖維化的機(jī)制，并有助于尋找治療靶點(diǎn)及從不同靶點(diǎn)研發(fā)抗纖維化的新藥，應(yīng)用于臨床，解決纖維化的難題。

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（責(zé)任編輯：劉俊華）

Study on the mechanism of apoptosis and angiogenesis in promoting the development of fi brosis

QU Penghuan1, SHI Jianhong2
(1. College of Public Health, Hebei University, Baoding 071000,China; 2. Affiliated Hospital Central Laboratory of Hebei University, Baoding 071000,China)

Fibrosis is usually seen in the liver, lung, heart, kidney and skin. Apoptosis has been identifi ed as a potential initiator and propagator of fibrosis. The occurrence of apoptosis has an important effect on fibroblast phenotype and collagen metabolism. Simultaneously, fibrosis in these models is generally preceded by robust angiogenesis and vascular regression, suggesting that the vascular apoptotic burden may be important to fi brotic outcomes. Angiogenesis inhibitors in the experimental research has shown good curative effect against liver fi brosis. This review considers the emerging evidence that angiogenesis or vascular regression contributes to fi brosis and identifi es initial vascular outgrowth or vascular apoptotic cell presence as possible regulators of fi brosis.

apoptosis; angiogenesis; fi brosis

10.3969/j.issn.1674-490X.2015.04.009

Q7

A

1674-490X(2015)04-0033-05

本文引用：屈朋歡, 史建紅. 細(xì)胞凋亡與血管再生促進(jìn)纖維化發(fā)展的機(jī)制研究[J]. 醫(yī)學(xué)研究與教育, 2015, 32(4): 33-37.

2015-04-08

國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金（31301143）;河北省自然科學(xué)基金青年基金（C2013201271）

屈朋歡（1991—），女，河北保定人。E-mail: qupenghuan@sina. com

史建紅（1980—），女，河北保定人，副教授，博士，主要從事分子生物學(xué)研究。E-mail: shijianhong1980@126. com