原标题：【综述】冠状动脉侧支生长机制和潜在的治疗靶点

本文刊于：中华老年医学杂志2020,39(1):96-99

作者：张梦洋 樊吉文 刘亚聪 刘全

本文刊于：中华老年医学杂志2020,39(1):96-99

作者：张梦洋 樊吉文 刘亚聪 刘全

摘要

诱导冠状动脉侧支循环生长即治疗性血管新生是冠心病有效的治疗方法，但冠状动脉侧支生长是一个复杂的过程，与多种因素相关。虽然在动物实验中取得了较好的结果，但现有的临床试验未能复制这些结果。切实可行的临床治疗方案仍有待于对冠脉侧支生长机制的进一步研究。

冠心病的治疗目前主要包括药物治疗、经皮冠状动脉(冠脉)介入治疗(血管成形术和支架置入术)及冠脉旁路移植术。但约有五分之一的患者由于病变复杂、并发症和手术风险高，不适合进行上述治疗方案[ 1] 。诱导冠脉侧支循环的生长即治疗性血管新生是填补这一空白的理想选择。良好的侧支循环网络具有积极显著的临床效益，包括急性心肌梗死后梗死面积减小、未来心血管事件减少、心血管和全因死亡率降低[ 2] 。但仅有约三分之一的冠心病患者存在较为发达的功能性侧支循环网络[ 3] 。因此，研究冠脉侧支生长的发生、发展机制以寻找合适的治疗靶点是目前的研究热点。

一、冠脉侧支生长机制

一、冠脉侧支生长机制

在生理状态下，心脏冠脉血管数量稀少且总横截面积小，存在较高的血流阻力，因此通常认为其极少或无血流存在。当冠脉因动脉粥样硬化而出现进行性狭窄或闭塞时，这些血管可在人体内重塑成直径扩大5～10倍的大口径血管，从而降低了其对血流的阻力，并可减轻闭塞部位的缺血，这一过程称为适应性冠脉侧支生长 [ 4] 。针对其发生机制目前出现了两种观点：血流动力学刺激引发动脉生成机制和缺氧刺激引发血管生成机制。

(一)血流动力学刺激

由Schaper [ 5] 于1967年首次提出并被广泛接受，认为流体剪应力是引起适应性侧支生长的主要原因。冠脉的阻塞使侧支血管两端的压力梯度升高，侧支血管内血流增加，进而导致流体剪应力增加。剪应力刺激被内皮细胞膜上的整合素、酪氨酸激酶受体和离子通道共同检测、传导和放大，进而激活内皮细胞并诱导包括趋化因子、活化细胞因子、生长因子及黏附分子等多基因的表达。从而使单核细胞通过血管壁迁移并转化为巨噬细胞，分泌释放细胞因子及生长因子，导致血管壁"向外重塑"。这一过程即为动脉生成 [ 6] 。其涉及的多个关键因素，包括血管内皮生长因子(VEGF)、成纤维细胞生长因子-2(FGF-2)、单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)、粒细胞-巨细胞集落刺激因子(GM-CSF)、血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)、转化生长因子β、基质金属蛋白酶等。

(二)缺氧刺激

Scheel和Williams [ 7] 观察到在无压力梯度(血流动力学刺激)升高的情况下，存在严重的贫血或暴露于缺氧环境，狗的心脏可出现冠脉侧支的发育，因而提出缺氧可刺激侧支生长。这一结果亦被Chilian等 [ 8] 证实，微血管栓塞能导致冠脉侧支的生长(微血管生成)，而上游冠脉间的压力梯度并未变化。在成人机体中，血管生成由组织缺氧引起，缺血组织释放缺氧诱导因子(HIF)等细胞因子和炎症介质，导致血管扩张、血管通透性增强，诱导单核细胞和巨噬细胞聚集并分泌更多的细胞因子及炎性介质。这些炎症细胞释放金属蛋白酶，溶解周围的基质和组织，生成新生血管的基膜。同时，缺氧增加了内皮细胞对各种生长因子的敏感性，使内皮细胞活化、迁移、增殖，与血管周细胞和平滑肌细胞共同构成新的毛细血管。

虽然剪切应力在侧支生长中的作用已被广泛研究，但是单纯认定剪应力在侧支生长中的起主要作用的观点仍有争议。在无侧支循环压力梯度存在的情况下，缺氧刺激也引起了侧支血管生长；其次，许多支持剪切应力作用的相关研究的实验设计不够严谨，这些实验多采用动脉-静脉分流术以增加侧支的流动和剪切应力促进侧支生长，忽略了血流被分流后同时加重了相关组织的缺血，因而并未消除缺血的影响，且并未直接评估剪切应力，而是通过黏附分子表达水平等方式间接评估 [ 9] 。目前，越来越多的学者认为，侧支循环生长的过程是多因素的共同作用的。Toyota等 [ 10] 指出，使用抗体阻断血管VEGF的作用后，大鼠心脏中不会发生血管侧支生长，表明缺血组织产生的血管VEGF可能是在侧支血管生长的起始阶段发挥重要作用。Matsunaga等 [ 11] 观察到VEGF在侧支生长的早期表达增加，但在中后期逐渐减弱，而侧支循环的生长过程并未停止。显然随着缺血信号减弱，应当存在其他因素驱动侧支循环的继续生长，如剪切应力。

在生理状态下，心脏冠脉血管数量稀少且总横截面积小，存在较高的血流阻力，因此通常认为其极少或无血流存在。当冠脉因动脉粥样硬化而出现进行性狭窄或闭塞时，这些血管可在人体内重塑成直径扩大5～10倍的大口径血管，从而降低了其对血流的阻力，并可减轻闭塞部位的缺血，这一过程称为适应性冠脉侧支生长 [ 4] 。针对其发生机制目前出现了两种观点：血流动力学刺激引发动脉生成机制和缺氧刺激引发血管生成机制。

(一)血流动力学刺激

由Schaper [ 5] 于1967年首次提出并被广泛接受，认为流体剪应力是引起适应性侧支生长的主要原因。冠脉的阻塞使侧支血管两端的压力梯度升高，侧支血管内血流增加，进而导致流体剪应力增加。剪应力刺激被内皮细胞膜上的整合素、酪氨酸激酶受体和离子通道共同检测、传导和放大，进而激活内皮细胞并诱导包括趋化因子、活化细胞因子、生长因子及黏附分子等多基因的表达。从而使单核细胞通过血管壁迁移并转化为巨噬细胞，分泌释放细胞因子及生长因子，导致血管壁"向外重塑"。这一过程即为动脉生成 [ 6] 。其涉及的多个关键因素，包括血管内皮生长因子(VEGF)、成纤维细胞生长因子-2(FGF-2)、单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)、粒细胞-巨细胞集落刺激因子(GM-CSF)、血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)、转化生长因子β、基质金属蛋白酶等。

(二)缺氧刺激

Scheel和Williams [ 7] 观察到在无压力梯度(血流动力学刺激)升高的情况下，存在严重的贫血或暴露于缺氧环境，狗的心脏可出现冠脉侧支的发育，因而提出缺氧可刺激侧支生长。这一结果亦被Chilian等 [ 8] 证实，微血管栓塞能导致冠脉侧支的生长(微血管生成)，而上游冠脉间的压力梯度并未变化。在成人机体中，血管生成由组织缺氧引起，缺血组织释放缺氧诱导因子(HIF)等细胞因子和炎症介质，导致血管扩张、血管通透性增强，诱导单核细胞和巨噬细胞聚集并分泌更多的细胞因子及炎性介质。这些炎症细胞释放金属蛋白酶，溶解周围的基质和组织，生成新生血管的基膜。同时，缺氧增加了内皮细胞对各种生长因子的敏感性，使内皮细胞活化、迁移、增殖，与血管周细胞和平滑肌细胞共同构成新的毛细血管。

虽然剪切应力在侧支生长中的作用已被广泛研究，但是单纯认定剪应力在侧支生长中的起主要作用的观点仍有争议。在无侧支循环压力梯度存在的情况下，缺氧刺激也引起了侧支血管生长；其次，许多支持剪切应力作用的相关研究的实验设计不够严谨，这些实验多采用动脉-静脉分流术以增加侧支的流动和剪切应力促进侧支生长，忽略了血流被分流后同时加重了相关组织的缺血，因而并未消除缺血的影响，且并未直接评估剪切应力，而是通过黏附分子表达水平等方式间接评估 [ 9] 。目前，越来越多的学者认为，侧支循环生长的过程是多因素的共同作用的。Toyota等 [ 10] 指出，使用抗体阻断血管VEGF的作用后，大鼠心脏中不会发生血管侧支生长，表明缺血组织产生的血管VEGF可能是在侧支血管生长的起始阶段发挥重要作用。Matsunaga等 [ 11] 观察到VEGF在侧支生长的早期表达增加，但在中后期逐渐减弱，而侧支循环的生长过程并未停止。显然随着缺血信号减弱，应当存在其他因素驱动侧支循环的继续生长，如剪切应力。

二、诱导冠脉侧支生长的可能治疗靶点

二、诱导冠脉侧支生长的可能治疗靶点

在过去的20年里，针对侧支血管生长过程中的关键细胞因子进行了广泛的研究并在动物模型中取得了良好的治疗效果，但大型、多中心的临床研究的结果并不理想。选择合适的治疗靶点以制定有效的治疗策略仍是目前研究的热点。

(一)细胞因子靶点

生长因子在侧支血管生成过程中发挥重要作用，因此是研究的热点。但目前针对以生长因子为靶点的相关研究似乎遇到了瓶颈，多数研究的结果是中性的，与安慰剂组比较无明显的治疗获益，甚至出现了严重的不良反应，加重了动脉粥样硬化和急性冠脉综合征的发展。虽然大规模临床试验未取得显著疗效，临床治疗失败主要是当前技术和临床试验设计的不足，选择合理的临床疗效终点和适当的患者群体、改进目前的给药技术是未来研究的重点。

1．VEGF和FGF：

在动物模型的研究中结果显示，血管VEGF或FGF能够有效促进冠脉侧支生长 [ 12] 。在此基础上又进行了一些的临床对照实验，研究手段从使用生长因子的重组蛋白发展到重组基因载体，但并未取得理想的实验结果 [ 13] 。其中最有影响力的是分别在178例和337例冠心病患者中进行的VIVA试验(靶点VEGF [ 14] )和FIRST试验(FGF-2 [ 15] )，结果显示与安慰剂组患者比较并未改善患者的运动耐量和心肌灌注，但存在改善心绞痛症状的趋势。

2．GM-CSF和粒细胞集落刺激因子(G-CSF)：

Seiler等 [ 16] 通过两项随机安慰剂对照临床试验，(GM-CSF)可有效促进冠心病患者冠脉侧支的生长。然而遗憾的是结果亦显示GM-CSF可能导致动脉粥样硬化斑块破裂，诱导急性冠脉综合征的发生、发展 [ 17] 。G-CSF同样可促进冠脉侧支的生长 [ 18] ，且有荟萃分析结果显示，G-CSF治疗是安全的 [ 19] ，因此是较为有希望的治疗靶点。

3．MCP-1单核细胞：

在侧支生长的过程中发挥了重要作用，相应的MCP-1备受关注。在动物缺血模型中应用MCP-1治疗观察到侧支血管的增加，但同时MCP-1治疗可能导致斑块进展和动脉硬化 [ 20] 。因此其治疗价值仍存在争议。

(二)其他小分子靶点

一些小分子也参与了血管生成过程，可能是潜在的治疗靶点，有待于进一步研究。

1．干扰素-β：

干扰素-β [ 21] 及其下游效应物被认为在血管生长过程中起到了至关重要的作用。单核细胞通过分泌的趋化因子、蛋白酶和生长因子在血运重建中起着关键的细胞调节剂的作用。而上述分子的分泌均受干扰素信号调节，因此，除了其抗病毒和免疫调节功能外，干扰素-β作为血运重建调节剂的有效作用正受到关注，可能是刺激冠脉侧支生成的潜在临床靶点。

2．乳糖凝集素-2：

半乳糖凝集素是β-半乳糖苷结合蛋白的一个家族，具有广泛的细胞和组织分布，在细胞活化、黏附、迁移和凋亡中发挥作用。Yidirim等 [ 22] 证实半乳糖凝集素-2能够将巨噬细胞极化为促炎性的M1型，同时阻止其向促动脉生成的M2型分化，从而抑制动脉生成。

3．糖原合酶激酶-3β：

糖原合酶激酶3β是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，调节多种细胞途径，包括生长发育、内分泌功能、免疫和神经功能。在代谢综合征的情况下，抑制糖原合酶激酶3β可增加慢性缺血心肌的血流和血管密度。Pot2等 [ 23] 已证实，在猪代谢综合征模型中，通过钙蛋白酶抑制来抑制糖原合酶激酶-3β功能能够显著地增加心肌灌注和血管密度。

4．神经肽Y：

神经肽Y是一种交感神经释放的神经递质，能够活化血管内皮细胞、刺激血管平滑肌增殖、激活多种生长因子，进而促进血管生成。在慢性冠脉缺血的猪模型中，通过在缺血部位注射神经肽Y能够改善侧支血管生长、增加心肌灌注 [ 24] 。

(三)干细胞靶点

干细胞具有多向分化潜能，理论上可用于血管再生治疗，主要包括成人干细胞中的血管内皮祖细胞(EPC)、胚胎干细胞(ESC)及诱导多潜能干细胞(iPSC)。在动物实验中已经证实，EPC能够诱导血管生成，增加缺血器官的灌注 [ 25] 。而在冠心病患者中亦观察到EPC治疗与心肌灌注改善、心功能恢复及血管功能修复有关 [ 26] 。但EPC存在较大的局限性，体外增殖周期长、患者体内的EPC数量通常较少且常存在功能紊乱。ESC可定向分化为血管内皮细胞、平滑肌细胞和心肌细胞，且具有比EPC更强的增殖能力 [ 27] 。在小鼠模型中观察到ESC治疗可增加心脏毛细血管密度 [ 28] 。但其在伦理学方面仍有争议，且同种异体干细胞治疗需要存在免疫学限制。相比之下，iPSC具有来源丰富、高分化潜能、无免疫学限制等优点而备受关注。iPSC可分化为平滑肌细胞、内皮细胞、血管壁细胞和心肌细胞在内的所有主要心血管细胞 [ 29] ，因此其心脏血管生成治疗方面的前景值得期待。

(四)机械刺激靶点

与上述靶点不同的治疗策略是将剪应力作为治疗的靶点，主要方法是通过运动训练或体外反搏(ECP)。研究结果表明，运动训练能够促进侧支发育、增加心肌灌注和改善冠脉内皮功能，冠心病患者进行有计划的运动训练能够减少临床症状、改善心功能、降低死亡率 [ 30] 。但运动训练可能存在着诱发冠心病急性发作的风险，且很难用于严重的心绞痛或心力衰竭患者。由于主动运动训练的局限性，开发出了被动增强血流的治疗方法，即增强型ECP(EECP)。这种治疗方法是将压力气囊安装在患四肢及臀部，通过患者自身的心电图信号触发，在心脏舒张期，气囊充气压力达到300 mmHg(1 mmHg＝0.133 kPa)，使舒张压升高，增加冠脉血流灌注，在心脏舒张期气囊迅速排气，最大限度地减轻心脏后负荷。

综上，冠脉侧支循环对冠心病的发病率和死亡率有巨大的影响，治疗性冠脉侧支生长是不适合进行现有内、外科治疗的冠心病患者的有希望的替代方案。目前，冠脉侧支生长的机制的理论仍有许多未知和争议，相关研究的实验设计需要进一步优化；较有希望的治疗靶点是G-CSF、运动训练和ECP，但仍需较大规模的临床试验结果验证。

在过去的20年里，针对侧支血管生长过程中的关键细胞因子进行了广泛的研究并在动物模型中取得了良好的治疗效果，但大型、多中心的临床研究的结果并不理想。选择合适的治疗靶点以制定有效的治疗策略仍是目前研究的热点。

(一)细胞因子靶点

生长因子在侧支血管生成过程中发挥重要作用，因此是研究的热点。但目前针对以生长因子为靶点的相关研究似乎遇到了瓶颈，多数研究的结果是中性的，与安慰剂组比较无明显的治疗获益，甚至出现了严重的不良反应，加重了动脉粥样硬化和急性冠脉综合征的发展。虽然大规模临床试验未取得显著疗效，临床治疗失败主要是当前技术和临床试验设计的不足，选择合理的临床疗效终点和适当的患者群体、改进目前的给药技术是未来研究的重点。

1．VEGF和FGF：

在动物模型的研究中结果显示，血管VEGF或FGF能够有效促进冠脉侧支生长 [ 12] 。在此基础上又进行了一些的临床对照实验，研究手段从使用生长因子的重组蛋白发展到重组基因载体，但并未取得理想的实验结果 [ 13] 。其中最有影响力的是分别在178例和337例冠心病患者中进行的VIVA试验(靶点VEGF [ 14] )和FIRST试验(FGF-2 [ 15] )，结果显示与安慰剂组患者比较并未改善患者的运动耐量和心肌灌注，但存在改善心绞痛症状的趋势。

2．GM-CSF和粒细胞集落刺激因子(G-CSF)：

Seiler等 [ 16] 通过两项随机安慰剂对照临床试验，(GM-CSF)可有效促进冠心病患者冠脉侧支的生长。然而遗憾的是结果亦显示GM-CSF可能导致动脉粥样硬化斑块破裂，诱导急性冠脉综合征的发生、发展 [ 17] 。G-CSF同样可促进冠脉侧支的生长 [ 18] ，且有荟萃分析结果显示，G-CSF治疗是安全的 [ 19] ，因此是较为有希望的治疗靶点。

3．MCP-1单核细胞：

在侧支生长的过程中发挥了重要作用，相应的MCP-1备受关注。在动物缺血模型中应用MCP-1治疗观察到侧支血管的增加，但同时MCP-1治疗可能导致斑块进展和动脉硬化 [ 20] 。因此其治疗价值仍存在争议。

(二)其他小分子靶点

一些小分子也参与了血管生成过程，可能是潜在的治疗靶点，有待于进一步研究。

1．干扰素-β：

干扰素-β [ 21] 及其下游效应物被认为在血管生长过程中起到了至关重要的作用。单核细胞通过分泌的趋化因子、蛋白酶和生长因子在血运重建中起着关键的细胞调节剂的作用。而上述分子的分泌均受干扰素信号调节，因此，除了其抗病毒和免疫调节功能外，干扰素-β作为血运重建调节剂的有效作用正受到关注，可能是刺激冠脉侧支生成的潜在临床靶点。

2．乳糖凝集素-2：

半乳糖凝集素是β-半乳糖苷结合蛋白的一个家族，具有广泛的细胞和组织分布，在细胞活化、黏附、迁移和凋亡中发挥作用。Yidirim等 [ 22] 证实半乳糖凝集素-2能够将巨噬细胞极化为促炎性的M1型，同时阻止其向促动脉生成的M2型分化，从而抑制动脉生成。

3．糖原合酶激酶-3β：

糖原合酶激酶3β是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，调节多种细胞途径，包括生长发育、内分泌功能、免疫和神经功能。在代谢综合征的情况下，抑制糖原合酶激酶3β可增加慢性缺血心肌的血流和血管密度。Pot2等 [ 23] 已证实，在猪代谢综合征模型中，通过钙蛋白酶抑制来抑制糖原合酶激酶-3β功能能够显著地增加心肌灌注和血管密度。

4．神经肽Y：

神经肽Y是一种交感神经释放的神经递质，能够活化血管内皮细胞、刺激血管平滑肌增殖、激活多种生长因子，进而促进血管生成。在慢性冠脉缺血的猪模型中，通过在缺血部位注射神经肽Y能够改善侧支血管生长、增加心肌灌注 [ 24] 。

(三)干细胞靶点

干细胞具有多向分化潜能，理论上可用于血管再生治疗，主要包括成人干细胞中的血管内皮祖细胞(EPC)、胚胎干细胞(ESC)及诱导多潜能干细胞(iPSC)。在动物实验中已经证实，EPC能够诱导血管生成，增加缺血器官的灌注 [ 25] 。而在冠心病患者中亦观察到EPC治疗与心肌灌注改善、心功能恢复及血管功能修复有关 [ 26] 。但EPC存在较大的局限性，体外增殖周期长、患者体内的EPC数量通常较少且常存在功能紊乱。ESC可定向分化为血管内皮细胞、平滑肌细胞和心肌细胞，且具有比EPC更强的增殖能力 [ 27] 。在小鼠模型中观察到ESC治疗可增加心脏毛细血管密度 [ 28] 。但其在伦理学方面仍有争议，且同种异体干细胞治疗需要存在免疫学限制。相比之下，iPSC具有来源丰富、高分化潜能、无免疫学限制等优点而备受关注。iPSC可分化为平滑肌细胞、内皮细胞、血管壁细胞和心肌细胞在内的所有主要心血管细胞 [ 29] ，因此其心脏血管生成治疗方面的前景值得期待。

(四)机械刺激靶点

与上述靶点不同的治疗策略是将剪应力作为治疗的靶点，主要方法是通过运动训练或体外反搏(ECP)。研究结果表明，运动训练能够促进侧支发育、增加心肌灌注和改善冠脉内皮功能，冠心病患者进行有计划的运动训练能够减少临床症状、改善心功能、降低死亡率 [ 30] 。但运动训练可能存在着诱发冠心病急性发作的风险，且很难用于严重的心绞痛或心力衰竭患者。由于主动运动训练的局限性，开发出了被动增强血流的治疗方法，即增强型ECP(EECP)。这种治疗方法是将压力气囊安装在患四肢及臀部，通过患者自身的心电图信号触发，在心脏舒张期，气囊充气压力达到300 mmHg(1 mmHg＝0.133 kPa)，使舒张压升高，增加冠脉血流灌注，在心脏舒张期气囊迅速排气，最大限度地减轻心脏后负荷。

综上，冠脉侧支循环对冠心病的发病率和死亡率有巨大的影响，治疗性冠脉侧支生长是不适合进行现有内、外科治疗的冠心病患者的有希望的替代方案。目前，冠脉侧支生长的机制的理论仍有许多未知和争议，相关研究的实验设计需要进一步优化；较有希望的治疗靶点是G-CSF、运动训练和ECP，但仍需较大规模的临床试验结果验证。返回搜狐，查看更多

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