血管內皮細胞和心肌細胞在成熟心臟發育中的關系,發育生物學論文在正常成年哺乳動物的心臟中大約有30%的細胞是心肌細胞，另外的70%為內皮細胞、成纖維細胞、平滑肌細胞和免疫細胞〔1〕.各細胞間的互相詣調作用對心臟的發育至關重要〔2〕.內皮細胞已經成為當前心血管系統構造其功能的重要因素之一〔3〕,是血管張力和附近細胞生長的動態調節器〔4〕.心肌細胞不僅有賴內皮細胞提供血氧和營養物質，更需要內皮細胞自分泌和旁分泌信號，進而引導和促進心肌細胞發育、舒縮功能、缺血損傷后存活乃至有限再生。本文綜述了以往研究中關于內皮細胞和心肌細胞之間互相作用的關鍵分子機制，討論血管內1面的成效，以利于研究心肌細胞的再生和心血管疾病的治療。1血管內皮細胞和心肌細胞的解剖位置關系在成年哺乳動物的心臟中，每一個心肌細胞旁至少有一根毛細血管，在重量上心肌細胞大約是血管內皮細胞的25倍但是在數量上內皮細胞至少是心肌細胞的3倍〔5〕.心肌細胞的大小通常是10~100m,由內皮細胞構成的微血管之間的距離為15~50m〔6〕,每一個心肌細胞與內皮細胞的距離都小于3m,冠狀動脈微血管網絡內心肌細胞和內皮細胞的這種嚴密解剖構造不僅能夠供給使充足的血液，同時也有利于這些細胞之間的互相作用〔7〕.2心臟血管內皮細胞調節心肌細胞收縮血管內膜能夠感應流過血液的剪切應力和調節血管平滑肌的收縮。因而，心臟內皮細胞〔包括心內膜內皮細胞和毛細血管內皮細胞〕能夠調節心臟的收縮。由心臟血管內皮細胞通過自分泌和旁分泌途徑釋放或活化信號分子，到達調節心肌細胞收縮反響的作用。心臟內皮細胞通過旁分泌作用調節心肌細胞的收縮功能，其分泌的因子包括一氧化氮、內皮素-1、前列環素、促尿鈉肽和其他細胞因子〔8〕.2.1一氧化氮三種不同的一氧化氮合酶同工酶將L-精氨酸合成為一氧化氮〔NO〕.神經元型和內皮型一氧化氮合酶〔nNOS和eNOS〕在正常生理狀態下表示出，而誘導型一氧化氮合酶〔iNOS〕在應激或細胞因子誘導下表示出。NO作用于血管能夠使血管平滑肌松弛，作用于心臟則影響心室的舒張。固然NO主要由血管內皮細胞分泌起旁分泌效應，但是心肌細胞也同樣表示出nNOS和eNOS.內皮細胞表示出的eNOS與心肌細胞表示出的eNOS的比值大于4∶1〔9〕.心肌細胞表示出的eNOS信號能夠通過調節-腎上腺素和膽堿來控制心臟的收縮狀態〔10〕.Barouch等〔11〕證明了心肌細胞表示出的eNOS和nNOS可能對心臟的構造和功能起相反作用，他們利用eNOS或nNOS基因敲除小鼠，發現eNOS和nNOS不但在心肌細胞中有不同的定位，而且在心肌收縮功能上起相反的作用。eNOS定位在細胞質膜微囊，抑制L-型Ca2+通道，誘導負性肌力作用，而nNOS的靶器官是肌漿網，促進Ca2+釋放，起正性肌力作用。這些結果表示清楚不同的一氧化氮合酶亞型對維持心臟的構造和外型是獨立起作用的。2.2內皮素-1〔ET-1〕ET-1是由21個氨基酸組成的多肽，主要由血管內皮細胞經過直接的收縮作用產生和釋放，具有收縮血管的作用〔12〕.在心臟中，ET-1有自分泌和旁分泌兩種途徑，其受體包括內皮素A〔ETA〕受體和內皮素B〔ETB〕受體。ETA受體在心肌細胞上表示出。當ET-1與ETB受體結合，可導致其他信號分子〔如：NO和前列環素I2〕的釋放而不是血管收縮，而當ET-1與ETA受體結合時，ET-1能夠引起心肌細胞的收縮〔13〕.以上結果表示清楚，在心臟內皮細胞和心肌細胞之間可能有一個反應機制并通過ET-1系統控制心肌的收縮功能。2.3神經調節蛋白-1/ErbBs神經調節蛋白〔NRG〕是表皮生長因子家族的成員，這些成員的受體為ErbB家族受體絡氨酸激酶。NRG可分為四種亞型：NRG-1、NRG-2、NRG-3和NRG-4.在心臟構成早期，心內膜內皮細胞產生NRG-1,心肌細胞則表示出ErbB2和ErbB4兩種受體。ErbB2/4系統通過旁分泌信號通路從心內膜到心肌，對心肌小梁和心臟墊的構成起到至關重要的作用〔14〕.有研究表示清楚，NRG或兩種其同源受體〔ErbB2和ErbB4〕的突變，可致心肌小梁中止生長，使胚胎中期死亡〔15〕.在成年心臟中NRG-1特異性的在心肌內皮細胞中表示出，而且NRG-1表示出似乎嚴格限制在靠近心肌細胞的心肌微血管內皮細胞中，在大的冠脈靜脈和主動脈中均無表示出，但ErbB2和ErbB4在心肌細胞中卻有表示出。因而，考慮可能是靠近心肌細胞的內皮細胞合成并釋放NRG-1作用于心肌細胞中的受體，進而發揮旁分泌效應〔16〕.在成年小鼠中，心肌細胞特異性敲除ErbB2后可導致擴張型心肌病〔17〕.來自內皮細胞的神經調節蛋白在兔離體乳頭肌中能夠誘導負性肌力作用〔18〕.這表示清楚神經調節蛋白信號通路和NO在心臟肌力調節中充當了內皮源性調節器的作用。3心肌細胞的再生自然界中，脊椎動物的器官再生現象相對較少，而斑馬魚能夠在心臟部分切除后實現心肌再生〔19〕.Porrello等〔20〕近期的研究也發現小鼠出生后早期具有心肌再生的能力，在出生7d后則基本喪失了這種能力。他們的研究還發現，心肌梗死術后的新生小鼠心肌能夠依靠預先存在的心肌細胞的增殖而實現再生〔21〕.但人類心臟缺血后死亡的心肌細胞由于不能被充分置換，進而導致心室功能障礙〔22〕.有證據表示清楚，心肌細胞在特定情況下能夠持續再生，其再生能力隨著年齡的增長逐步下降〔23〕.關于成人再生的心肌細胞來源，Quaini等〔24〕研究了8名接受了女性供體心臟的男性患者，在這些男性患者逝世后，發現其移植的心臟內有含Y染色體的干細胞。顯然這些干細胞要么來自受體的骨髓，要么來自受體殘留的部分心血管組織。另有研究表示清楚，現有的心臟干細胞是心肌再生的來源〔25〕.由于缺乏對心肌細胞新生機制的了解，所以研究人員將不同類型的細胞或者將損傷的心肌細胞注入心臟，試圖刺激心肌細胞的新生。這些細胞都表現出向受益之處發展的潛力，包括骨骼肌細胞、成人和新生兒的心肌細胞、骨髓干細胞和新生兒干細胞〔26〕.在某些情況下，注入的細胞或者植入未完全分化的細胞存活較差，其他情況是宿主心肌細胞與植入細胞整合不佳〔27〕.注入骨髓來源的內皮祖細胞已經成為心梗后促進心肌血管生成和提高心肌存活率的輔助療法〔28〕,固然它們轉化為心肌細胞的能力很有限。實驗性的細胞療法似乎有利于受損心臟的功能，即便大多數細胞并沒有存活甚至更少的細胞在功能上融入心肌細胞。由于注射的細胞刺激了血管的生成，無論這些注射的細胞是存活還是死亡其都含有豐富的血管生成因子。4內皮細胞促進心肌細胞存活4.1eNOS-NO途徑Leucker等〔29〕將血管內皮細胞與心肌細胞按1∶12的比例混合培養，在缺氧/復氧的體外模型中，異氟烷可通過激活內皮細胞的缺氧誘導因子〔HIF1〕-eNOS途徑加強其對心肌細胞的保衛作用，其機制與內皮細胞產生的NO,抑制心肌細胞線粒體通透性轉換孔〔mPTP〕開放有關。該研究團隊的另一個實驗是將血管內皮細胞與心肌細胞按1:3的比例混合培養，缺氧/復氧處理后NO的產生量明顯高于單獨培養心肌細胞，而混合培養的細胞中乳酸脫氫酶〔LDH〕的產量明顯降低。高糖環境則損傷了上述內皮細胞的保衛作用，補充四氫葉酸〔BH4〕或上調三磷酸鳥苷環化水解酶〔GTPCH-1〕活性則能夠恢復上述內皮細胞對心肌細胞的保衛作用，其機制與促進eNOS耦聯以及磷酸化有關〔30〕.Liu等〔31〕研究發如今心肌細胞-血管內皮細胞共培養缺氧/復氧模型中，血管內皮細胞損傷可加劇心肌細胞損傷，而vasostatin-1基因轉染可通過血管內皮保衛機制，對共培養中的心肌細胞產生更為顯著的抗心肌缺血再灌注損傷保衛，該作用與內皮來源的NO信號通路密切相關。4.2NRG/ErbB途徑NRG-1在心臟微血管內皮中表達，而ErbB2和ErbB4在心肌細胞中表示出，這就為內皮細胞通過NRG-1/ErbB2/4旁分泌作用于心肌細胞提供了可能。Kuramochi等〔7〕的研究證明了活性氧能夠調節NRG/ErbB信號通路。他們發現NRG通過PI-3K/Akt信號通路促進心肌細胞存活。心臟微血管內皮細胞表示出NRG和NRG-1可保衛心肌細胞抵抗蒽環類藥物、-腎上腺素能受體和過氧化氫〔H2O2〕誘導的心肌細胞死亡〔7〕.H2O2以濃度依靠的方式和旁分泌的機制激活心肌細胞的ErbB4信號，進而誘導血管內皮細胞NRG-1的釋放〔7〕.共培養心肌內皮細胞通過NRG/ErbB4信號通絡保衛H2O2誘導的心肌細胞凋亡。缺氧/復氧環境亦可促進內皮細胞釋放NRG-1,起到保衛心肌細胞的作用。Hedhli等〔32〕發現，在缺氧再灌注后，內皮細胞釋放NRG-1水平明顯高于單獨缺氧；在內皮與心肌細胞隔離共培養后進行缺氧/復氧處理，心肌細胞凋亡明顯被抑制，存活數量增加；小鼠體內內皮特異性敲除NRG-1基因后，心肌缺血后梗死面積明顯增加。Ebner等〔33〕的研究證實，即便給予NRG-1,在eNOS功能受損〔解耦連〕的小鼠體內，其心肌保衛作用也被大大削弱；在eNOS基因敲除的小鼠中，NRG-1可通過失活GSK-3而到達明顯的心肌保衛作用。該研究提示NRG-1可能也是部分通過eNOS未發揮作用的。4.3其他保衛機制在心臟微血管內皮細胞和心肌細胞三維立體培養中，內皮細胞可保衛心肌細胞，減少凋亡〔34〕.初步研究數據表示清楚：內皮細胞在與心肌細胞接觸培養中，內皮細胞〔PDGF-B〕分泌血小板衍生生長因子-B,它能夠通過PI-3k/Akt信號通路保衛心肌細胞提高心臟微血管內皮細胞的止血和血管生成活性〔35〕.除了eNOS、NRG和PDGF-B,另外一個血管內皮細胞介導心肌細胞存活的因子是血管生成素-1.Ang-1基因缺陷的小鼠在發育中死亡主要是由于心臟功能缺陷。這些缺陷通常是由于內皮細胞功能受損引起的。Ang-1不僅提高了內皮細胞的存活率而且能夠提高骨骼肌細胞和心肌細胞的存活質量，Ang-