作者：安徽医科大学附属省立医院神经外科（余少杰、李昌文）；中国科学技术大学附属第一医院（安徽省立医院）神经外科（张楠、徐永、夏成雨）
烟雾病是一组病因不明、进展性、闭塞性并伴有异常侧支血管网形成的脑血管疾病。基本病理学改变为颈内动脉末端及其相邻血管内膜呈纤维细胞性增厚，平滑肌细胞数量增加，内弹性膜不规则扭曲和折叠，中膜变薄，并伴有烟雾状血管形成。
烟雾病发病机制至今未明，其可能涉及血管生成、遗传因素、免疫及炎性反应等，其中血管生成及血管重构主要与血管祖细胞（vascular progenitor cells，VPCs）及细胞因子的调控相关。因此，有研究者提出VPCs在烟雾病的发病机制中扮演重要角色。VPCs除了可在脑血运重建手术中获得的微小血管标本和尸体解剖中获得的组织中提取，还可从患者的外周血中提取，这为各项实验研究提供了可行性。
VPCs主要由平滑肌祖细胞（smooth muscle progenitor cells，SPCs）、内皮祖细胞（endothelial progenitor cells，EPCs）、血管壁间充质干细胞以及周细胞组成。目前与VPCs相关的烟雾病发病机制的研究较少，但其在发病机制中的作用不容忽视。该文介绍了VPCs的来源、生物学特征及在烟雾病中的异常表现，并简要概述VPCs造成血管重构的主要机制，期望对未来烟雾病发病机制的相关研究有所启发。
1.VPCs的来源及特征
自Asahara等首次报道EPCs，到后来Simper等首次从人体外周血中分离培养出SPCs，人们对VPCs的认识逐渐深入。在血管发育过程中，所有构成血管结构的细胞，如内皮细胞、平滑肌细胞以及周细胞等均来源于一种胎肝激酶受体1+的中胚层细胞。胎肝激酶受体1+细胞可衍生为造血干细胞、造血VPCs和稳定VPCs。其中造血VPCs可向造血干细胞分化，也可向稳定VPCs分化。
稳定VPCs最终形成内皮细胞和壁细胞（平滑肌细胞和周细胞），完成血管的发育。目前认为，EPCs分布于骨髓和血管壁，可在外周血或体外成熟集聚，形成内皮集落形成细胞（endothelial colony forming cells，ECFCs）。EPCs通常以血小板-内皮细胞黏附分子、白细胞分化抗原34和血管内皮生长因子受体2等表面蛋白为特征。
白细胞分化抗原133+、白细胞分化抗原34+、血管内皮生长因子受体2+细胞被认为是较原始的EPCs细胞，具有较高的增殖潜能。在EPCs的识别中，其他标志物如白细胞共同抗原和脂多糖受体簇的有效性存在争议。EPCs具有巨大的增殖能力以维持血管结构的稳定。
SPCs可能存在于成体的骨髓、外周血和动脉外膜，以及心脏、骨骼肌等组织和器官中，同样参与血管新生和维持血管结构稳定。SPCs具有明显的平滑肌细胞标志物表达特点，如肌球蛋白重链、肌动蛋白、钙调蛋白，与EPCs和成纤维细胞不同，SPCs几乎不表达血小板-内皮细胞黏附分子和成纤维细胞特异性蛋白1。
血管壁间充质干细胞的定义尚不明确，缺乏特异性标志物，其可能分化为成熟的周细胞、平滑肌细胞以及内皮细胞，并被招募用于稳定或修复血管。尚未发现其在烟雾病发病机制中的作用，但是其他脑血管病的研究提示，周细胞和间充质干细胞在维持血管的完整性中扮演着重要的角色，显示出了该细胞在烟雾病发病机制中的潜在意义。
2.烟雾病患者中VPCs的表达
大量研究表明，烟雾病患者的体内EPCs、SPCs的数量及功能存在异常，如数量增加、旁分泌功能异常及血管形成能力下降等。Jung等分别体外培养了烟雾病患者和正常人的EPCs，前者形成的ECFCs数量明显减少（细胞簇个数：32.4±26.7比65.2±18.3），且形成的细胞簇更易于分离，说明其细胞间的黏附能力可能有所下降；同时，将正常的内皮细胞分别置于培养过正常EPCs和烟雾病患者EPCs的条件培养基，结果显示后者管型的形成显著变差，提示烟雾病患者EPCs的旁分泌功能可能受损。
近年有关EPCs与烟雾病发病机制的关系研究较多，得出的结论尚不统一，多数结果表明，烟雾病患者的EPCs数量增加。仔细比较各研究，结果显示，EPCs增多的研究均是通过流式细胞术直接检测烟雾病患者的外周血，而EPCs减少的研究则是通过对外周血细胞进行培养后检测其数量，由于体外培养可能会改变细胞生存环境，因此流式细胞术更能真实反映其数量变化。
Zhang等发现，血运重建术后的烟雾病患者烟雾血管减少、脑血流改善，同时EPCs数量显著下降，术前外周血EPCs比例为0.29±0.05，术后为0.14±0.03，差异有统计学意义（P＜0.05）。因此EPCs下降可能有助于减慢血管新生，减缓病情进展，但下降机制有待进一步研究。
Kim等的研究结果表明，儿童烟雾病患者EPCs减少，烟雾病组外周血EPCs比例为10.80%，正常组为17.45%，差异有统计学意义（P=0.05），这与大多数成人患者中EPCs增加的现象不符。另外，通常儿童烟雾病患者临床表现以脑缺血症状为主，而成人患者多数表现为
2014年，Kang等首次对烟雾病患者外周血中的SPCs展开研究，发现患者SPCs出现了肌球蛋白重链、肌动蛋白、钙调蛋白的低表达和血小板衍生生长因子（Platelet-derived growth factor，PDGF）受体表达下调，并表达差异基因（与细胞黏附、细胞迁移、免疫反应和血管发育有关），进一步体外培养，形成的管型排列不规则，且常有增厚的趋势，这与烟雾病患者增生的平滑肌细胞导致内膜增厚相一致。因此推测异常的SPCs功能紊乱，可使平滑肌细胞的修复出现障碍，导致烟雾病患者血管内膜病变。然而这一现象仍需进一步在活体动物模型中证实。
3.VPCs及其衍生细胞造成血管重构的主要机制
烟雾病发病机制极为复杂，除遗传因素外，与遗传易感性相关的环境因素可能在烟雾病复杂的发病机制中起重要作用，最终导致VPCs或其衍生细胞的迁移、增殖及凋亡，造成血管重构。
3.1细胞因子与VPCs及其衍生细胞的关系
外周血中VPCs的数量相当有限，需要从骨髓中动员才能达到一定数量，而各类细胞因子在其动员、增殖、分化等过程中起重要作用。正常人体血管内皮生长因子/PDGF-BB处于动态平衡，使VPCs正常地向内皮细胞及平滑肌细胞分化，因此推测在烟雾病患者体内很可能出现该动态平衡失调，进而导致平滑肌细胞异常增殖迁移，内皮细胞凋亡坏死。另外，碱性成纤维细胞生长因子可诱导内皮细胞和平滑肌细胞增殖、迁移，转化生长因子β可上调平滑肌细胞弹性蛋白基因表达，可能导致内膜纤维性增厚。
炎性反应是否参与烟雾病的发病机制存在争议，但与炎性反应相关的
3.2趋化因子配体5与ECFCs和SPCs的关系
Phi等研究发现，趋化因子配体5在烟雾病患者ECFCs中及其同源受体在烟雾病患者SPCs中相对高表达，在体外实验中，趋化因子配体5可以促进烟雾病患者SPCs的迁移，而正常SPCs不能，并且用特异性小干扰ＲNA阻断趋化因子受体5的表达可消除增强的迁移效应。因此，趋化因子配体5与其受体相互作用可能是烟雾病患者SPCs向ECFCs迁移的关键因素。可以推测，烟雾病患者ECFCs参与关键血管部位（颈内动脉末端）的内皮修复，并伴随趋化因子配体5的释放，导致SPCs集聚，引起新内膜增厚，这与烟雾病特征性病理改变一致。
3.3小凹蛋白与VPCs及其衍生细胞的关系
小凹蛋白是构成细胞膜微囊的主要结构，在调控内皮囊泡转运和信号转导方面发挥重要作用。研究发现，烟雾病患者血清中小凹蛋白浓度降低，并且在环指蛋白213基因变异携带者中降低更为显著，其作为独立因素与颈内动脉远端的直径呈正相关（r=0.984，P=0.001）。
小凹蛋白在血管新生早期（内皮细胞增殖期）起负调节作用，而在晚期（管腔形成期）起正调节作用。因此推测小凹蛋白水平降低可能使烟雾病患者固有的血管出现内皮细胞增殖，导致狭窄或闭塞性病变，并抑制新生血管正常结构的形成，导致异常侧支血管网出现。以上结果均提示，新生血管的本质可能是一种畸变现象，而不是机体的代偿过程。环指蛋白213基因变异与小凹蛋白表达的相关性还有待研究。
3.4维甲酸与VPCs及其衍生细胞的关系
维甲酸被认为是与胚胎形成和血管重塑相关的血管生成调节因子。Lee等比较了烟雾病患者和正常人体ECFCs的基因表达谱，发现表达下调幅度最大的基因为视黄醛脱氢酶2表达基因（参与维甲酸合成），进一步研究发现，烟雾病患者ECFCs较视黄醛脱氢酶2表达基因被敲除的正常人体ECFCs毛细血管形成能力显著降低，然而在加入全反式维甲酸后，可恢复ECFCs的功能。因此，维甲酸可能诱导管型的形成，视黄醛脱氢酶2功能的改变可能导致烟雾病患者ECFCs血管生成功能的缺陷。
3.5间充质干细胞及周细胞与血管重构的关系
周细胞可促进内皮细胞连接，通过旁分泌和相互接触与内皮细胞交流，参与血管的发育、成熟和通透性，对微循环中血管壁的形成和完整过程中起着关键作用。Chen等在脑缺血模型中发现，周细胞G蛋白耦联受体124高表达，并作用于周细胞丝状伪足的形成，导致极化和迁移。对于抑制烟雾病患者的脑血管重构，周细胞G蛋白耦联受体124可能是一个潜在的治疗靶点。
另外，在PDGFBB诱导下，EPCs可刺激间充质干细胞覆盖于血管内皮，P物质可能促进该过程发生，该过程是否发生在缺血性烟雾病血管损伤修复中仍有待证实。
3.6与血管重构机制相关的主要信号通路
3.6.1
3.6.2Notch信号通路：Notch2和Notch3受体及其配体在平滑肌细胞中起主导作用，而Notch1和Notch4在内皮细胞中表达更高。研究发现，缺氧时Notch信号在血管生成中发挥重要作用，调控内皮细胞增殖、分化、迁移、血管形成以及细胞外基质合成等过程。另外Notch信号已被证明能直接促进PDGF受体β的转录，增强PDGF-B的信号效应，从而促进平滑肌细胞的增殖分化。Notch和转化生长因子β信号通路的直接相互作用和平滑肌收缩基因的转录共同调节血管平滑肌细胞的分化。
3.6.3Wnt信号通路：该通路是调节内皮细胞的增殖、迁移及分化的重要通路。Wnt5a作为Wnt蛋白家族中非经典Wnt信号通路的代表，在血管发育中，通过激活蛋白激酶C诱导内皮细胞形成血管内皮，并通过刺激细胞内Ca+的释放，激活钙调蛋白激酶Ⅱ抑制
3.6.4PDGF通路：PDGF家族有多种调节因子，Tang等发现，PDGF-C不仅可促进周细胞、内皮细胞及平滑肌细胞的增殖、存活和迁移，还能促进EPCs增殖、迁移和黏附，提示PDGF-C可能有助于增强EPCs的再生潜能，具有强大的促血管生成活性。PDGF-B是周细胞向血管新生部位募集所必须的。同样，PDGF受体对EPCs有着重要作用，如过表达的PDGF受体β通过细胞外调节蛋白激酶和磷脂酰
3.6.5基质细胞衍生因子1/趋化因子受体4通路：该通路对EPCs起到增殖调控作用，还广泛涉及细胞的趋化、迁移、黏附、分泌、血管生成等生物学行为。Yu等将基质细胞衍生因子1联合含有血管内皮生长因子基因的EPCs注入后肢缺血的裸鼠，发现其局部的EPCs聚集、血流恢复及毛细血管网密度均高于单独注入基质细胞衍生因子1［毛细血管网密度：（863±31）条/mm2比（520±29）条/mm2］，因此推测高表达的血管内皮生长因子可增加趋化因子受体4数量，从而提高EPCs对基质细胞衍生因子1的反应性。
3.7其他
烟雾病患者血管的重构不仅是血管细胞的增殖、迁移和凋亡，与细胞外基质也可能密切相关，纤维基质的存在可能更有利于SPCs的生存和分化，胶原结构的改变也可能在烟雾病患者的血管重构中起关键作用。
4.总结及展望
烟雾病的发生发展是一个动态过程，但由于目前缺乏用于烟雾病研究的动物模型，很多推测的机制难以证实，血管重构过程也无法动态观察，这是烟雾病研究的重点和难点，仿生血管芯片即一种三维微流控通道或许能再现血管重构全过程，为验证烟雾病发病机制提供可能。脑血流重建术仍是治疗烟雾病的主要方法，但会导致一系列的并发症，如高灌注综合征、新发梗死、
针对烟雾病发病机制的非手术方法可能可以减缓或阻止该疾病的进展，如干预某些促进血管生成的细胞因子，使用维甲酸恢复ECFCs的功能缺陷、干细胞治疗、基因治疗提高小凹蛋白表达等。然而这些治疗运用于临床还存在诸多困难，如易感基因如何影响VPCs并造成血管重构，异体细胞移植组织相容性问题等。因此，未来对于VPCs在烟雾病发病机制中的探讨，有望在相关致病基因、信号通路间的相互影响、分子靶向治疗、间充质干细胞及周细胞的作用等方面实现突破。
来源：余少杰,张楠,李昌文,徐永,夏成雨.血管祖细胞在烟雾病发病机制中的研究进展[J].中国脑血管病杂志,2021,18(02):134-139.
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