血管内皮细胞和心肌细胞在成熟心脏发育中的关系,发育生物学论文.docx

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1、血管内皮细胞和心肌细胞在成熟心脏发育中的关系,发育生物学论文在正常成年哺乳动物的心脏中大约有 30% 的细胞是心肌细胞，另外的 70%为内皮细胞、成纤维细胞、平滑肌细胞和免疫细胞1.各细胞间的互相诣调作用对心脏的发育至关重要2.内皮细胞已经成为当前心血管系统构造其功能的重要因素之一3,是血管张力和附近细胞生长的动态调节器4.心肌细胞不仅有赖内皮细胞提供血氧和营养物质，更需要内皮细胞自分泌和旁分泌信号，进而引导和促进心肌细胞发育、舒缩功能、缺血损伤后存活乃至有限再生。本文综述了以往研究中关于内皮细胞和心肌细胞之间互相作用的关键分子机制，讨论血管内1面的成效，以利于研究心肌细胞的再生和心血管疾病的

2、治疗。 1 血管内皮细胞和心肌细胞的解剖位置关系 在成年哺乳动物的心脏中，每一个心肌细胞旁至少有一根毛细血管，在重量上心肌细胞大约是血管内皮细胞的 25 倍但是在数量上内皮细胞至少是心肌细胞的 3 倍5.心肌细胞的大小通常是 10 100 m,由内皮细胞构成的微血管之间的距离为 15 50 m6,每一个心肌细胞与内皮细胞的距离都小于3 m,冠状动脉微血管网络内心肌细胞和内皮细胞的这种严密解剖构造不仅能够供给使充足的血液，同时也有利于这些细胞之间的互相作用7. 2 心脏血管内皮细胞调节心肌细胞收缩 血管内膜能够感应流过血液的剪切应力和调节血管平滑肌的收缩。因而，心脏内皮细胞 包括心内膜内皮细胞和

3、毛细血管内皮细胞 能够调节心脏的收缩。由心脏血管内皮细胞通过自分泌和旁分泌途径释放或活化信号分子，到达调节心肌细胞收缩反响的作用。心脏内皮细胞通过旁分泌作用调节心肌细胞的收缩功能，其分泌的因子包括一氧化氮、内皮素-1、前列环素、促尿钠肽和其他细胞因子8. 2. 1 一氧化氮 三种不同的一氧化氮合酶同工酶将 L-精氨酸合成为一氧化氮 NO .神经元型和内皮型一氧化氮合酶 nNOS 和 eNOS 在正常生理状态下表示出，而诱导型一氧化氮合酶 iNOS 在应激或细胞因子诱导下表示出。NO 作用于血管能够使血管平滑肌松弛，作用于心脏则影响心室的舒张。固然NO 主要由血管内皮细胞分泌起旁分泌效应，但是心

4、肌细胞也同样表示出 nNOS 和 eNOS.内皮细胞表示出的 eNOS 与心肌细胞表示出的 eNOS 的比值大于 4 19.心肌细胞表示出的 eNOS 信号能够通过调节 -肾上腺素和胆碱来控制心脏的收缩状态10. Barouch 等11证明了心肌细胞表示出的 eNOS 和 nNOS 可能对心脏的构造和功能起相反作用，他们利用 eNOS 或 nNOS 基因敲除小鼠，发现 eNOS 和 nNOS 不但在心肌细胞中有不同的定位，而且在心肌收缩功能上起相反的作用。eNOS 定位在细胞质膜微囊，抑制 L-型 Ca2 +通道，诱导负性肌力作用，而 nNOS的靶器官是肌浆网，促进 Ca2 +释放，起正性肌力

5、作用。这些结果表示清楚不同的一氧化氮合酶亚型对维持心脏的构造和外型是独立起作用的。 2. 2 内皮素-1 ET-1 ET-1 是由 21 个氨基酸组成的多肽，主要由血管内皮细胞经过直接的收缩作用产生和释放，具有收缩血管的作用12.在心脏中，ET-1 有自分泌和旁分泌两种途径，其受体包括内皮素 A ETA 受体和内皮素 B ETB 受体。ETA受体在心肌细胞上表示出。当 ET-1 与 ETB 受体结合，可导致其他信号分子 如： NO 和前列环素 I2 的释放而不是血管收缩，而当 ET-1 与 ETA 受体结合时，ET-1 能够引起心肌细胞的收缩13.以上结果表示清楚，在心脏内皮细胞和心肌细胞之间

6、可能有一个反应机制并通过 ET-1 系统控制心肌的收缩功能。 2. 3 神经调节蛋白-1 /ErbBs 神经调节蛋白 NRG 是表皮生长因子家族的成员，这些成员的受体为 ErbB 家族受体络氨酸激酶。NRG 可分为四种亚型： NRG-1、NRG-2、NRG-3 和 NRG-4.在心脏构成早期，心内膜内皮细胞产生 NRG-1,心肌细胞则表示出 ErbB2 和 ErbB4 两种受体。ErbB2/4 系统通过旁分泌信号通路从心内膜到心肌，对心肌小梁和心脏垫的构成起到至关重要的作用14.有研究表示清楚，NRG 或两种其同源受体 ErbB2 和ErbB4 的突变，可致心肌小梁中止生长，使胚胎中期死亡15

7、. 在成年心脏中 NRG-1 特异性的在心肌内皮细胞中表示出，而且NRG-1 表示出似乎严格限制在靠近心肌细胞的心肌微血管内皮细胞中，在大的冠脉静脉和主动脉中均无表示出，但 ErbB2 和ErbB4 在心肌细胞中却有表示出。因而，考虑可能是靠近心肌细胞的内皮细胞合成并释放 NRG-1 作用于心肌细胞中的受体，进而发挥旁分泌效应16.在成年小鼠中，心肌细胞特异性敲除ErbB2 后可导致扩张型心肌病17.来自内皮细胞的神经调节蛋白在兔离体乳头肌中能够诱导负性肌力作用18.这表示清楚神经调节蛋白信号通路和 NO 在心脏肌力调节中充当了内皮源性调节器的作用。 3 心肌细胞的再生 自然界中，脊椎动物的器

8、官再生现象相对较少，而斑马鱼能够在心脏部分切除后实现心肌再生19.Porrello 等20近期的研究也发现小鼠出生后早期具有心肌再生的能力，在出生7 d后则基本丧失了这种能力。他们的研究还发现，心肌梗死术后的新生小鼠心肌能够依靠预先存在的心肌细胞的增殖而实现再生21.但人类心脏缺血后死亡的心肌细胞由于不能被充分置换，进而导致心室功能障碍22.有证据表示清楚，心肌细胞在特定情况下能够持续再生，其再生能力随着年龄的增长逐步下降23.关于成人再生的心肌细胞来源，Quaini 等24研究了8 名接受了女性供体心脏的男性患者，在这些男性患者逝世后，发现其移植的心脏内有含 Y 染色体的干细胞。显然这些干细

9、胞要么来自受体的骨髓，要么来自受体残留的部分心血管组织。另有研究表示清楚，现有的心脏干细胞是心肌再生的来源25. 由于缺乏对心肌细胞新生机制的了解，所以研究人员将不同类型的细胞或者将损伤的心肌细胞注入心脏，试图刺激心肌细胞的新生。这些细胞都表现出向受益之处发展的潜力，包括骨骼肌细胞、成人和新生儿的心肌细胞、骨髓干细胞和新生儿干细胞26.在某些情况下，注入的细胞或者植入未完全分化的细胞存活较差，其他情况是宿主心肌细胞与植入细胞整合不佳27.注入骨髓来源的内皮祖细胞已经成为心梗后促进心肌血管生成和提高心肌存活率的辅助疗法28,固然它们转化为心肌细胞的能力很有限。实验性的细胞疗法似乎有利于受损心脏的

10、功能，即便大多数细胞并没有存活甚至更少的细胞在功能上融入心肌细胞。由于注射的细胞刺激了血管的生成，无论这些注射的细胞是存活还是死亡其都含有丰富的血管生成因子。 4 内皮细胞促进心肌细胞存活 4. 1 eNOS-NO 途径 Leucker 等29将血管内皮细胞与心肌细胞按 1 12 的比例混合培养，在缺氧/复氧的体外模型中，异氟烷可通过激活内皮细胞的缺氧诱导因子 HIF1 -eNOS 途径加强其对心肌细胞的保卫作用，其机制与内皮细胞产生的 NO,抑制心肌细胞线粒体通透性转换孔 mPTP 开放有关。该研究团队的另一个实验是将血管内皮细胞与心肌细胞按 1: 3 的比例混合培养，缺氧/复氧处理后 NO

11、 的产生量明显高于单独培养心肌细胞，而混合培养的细胞中乳酸脱氢酶 LDH 的产量明显降低。高糖环境则损伤了上述内皮细胞的保卫作用，补充四氢叶酸 BH4 或上调三磷酸鸟苷环化水解酶 GTPCH-1 活性则能够恢复上述内皮细胞对心肌细胞的保卫作用，其机制与促进eNOS 耦联以及磷酸化有关30.Liu 等31研究发如今心肌细胞-血管内皮细胞共培养缺氧/复氧模型中，血管内皮细胞损伤可加剧心肌细胞损伤，而 vasostatin-1 基因转染可通过血管内皮保卫机制，对共培养中的心肌细胞产生更为显着的抗心肌缺血再灌注损伤保卫，该作用与内皮来源的 NO 信号通路密切相关。 4. 2 NRG /ErbB 途径

12、NRG-1 在 心 脏 微 血管 内 皮 中 表 达，而ErbB2 和 ErbB4 在心肌细胞中表示出，这就为内皮细胞通过 NRG-1 / ErbB2 /4 旁 分 泌 作 用于 心 肌 细胞提 供 了 可 能。Kuramochi等7的研究证明了活性氧能够调节 NRG/ErbB 信号通路。他们发现 NRG 通过 PI-3K/Akt 信号通路促进心肌细胞存活。心脏微血管内皮细胞表示出 NRG 和 NRG-1 可保卫心肌细胞抵抗蒽环类药物、 -肾上腺素能受体和过氧化氢 H2O2 诱导的心肌细胞死亡7.H2O2以浓度依靠的方式和旁分泌的机制激活心肌细胞的 ErbB4 信号，进而诱导血管内皮细胞 NR

13、G-1 的释放7.共培养心肌内皮细胞通过 NRG/ErbB4 信号通络保卫H2O2诱导的心肌细胞凋亡。缺氧/复氧环境亦可促进内皮细胞释放 NRG-1,起到保卫心肌细胞的作用。Hedhli 等32发现，在缺氧再灌注后，内皮细胞释放 NRG-1 水平明显高于单独缺氧； 在内皮与心肌细胞隔离共培养后进行缺氧/复氧处理，心肌细胞凋亡明显被抑制，存活数量增加； 小鼠体内内皮特异性敲除 NRG-1 基因后，心肌缺血后梗死面积明显增加。Ebner 等33的研究证实，即便给予 NRG-1,在 eNOS 功能受损 解耦连 的小鼠体内，其心肌保卫作用也被大大削弱； 在 eNOS 基因敲除的小鼠中，NRG-1 可通

14、过失活 GSK-3 而到达明显的心肌保卫作用。该研究提示 NRG-1 可能也是部分通过 eNOS 未发挥作用的。 4. 3 其他保卫机制 在心脏微血管内皮细胞和心肌细胞三维立体培养中，内皮细胞可保卫心肌细胞，减少凋亡34.初步研究数据表示清楚： 内皮细胞在与心肌细胞接触培养中，内皮细胞 PDGF-B 分泌血小板衍生生长因子-B,它能够通过 PI-3k/Akt信号通路保卫心肌细胞提高心脏微血管内皮细胞的止血和血管生成活性35. 除了 eNOS、NRG 和 PDGF-B,另外一个血管内皮细胞介导心肌细胞存活的因子是血管生成素-1.Ang-1 基因缺陷的小鼠在发育中死亡主要是由于心脏功能缺陷。这些缺陷通常是由于内皮细胞功能受损引起的。Ang-1 不仅提高了内皮细胞的存活率而且能够提高骨骼肌细胞和心肌细胞的存活质量，Ang-1的腺病毒过表示出能够减少实验性心肌梗死的面积36. 5 结 语 正常成年哺乳动物的心脏中每一个心肌细胞都被扑朔迷离的毛细血管网络所包绕。心肌细胞不仅依靠血管内皮细胞供血供氧，而且血管内皮细胞在生理和病理状态还介导了局部的保卫信号，这些保卫信号能够加强心肌细胞的功能并提高存活率。我们了解了成年哺乳动物心脏中血管内皮细胞和心肌细胞之间的关键分子机制，以及内皮细胞对心肌细胞的保卫机制，因而，本文综述之内可为心肌细胞再生研究和心血管疾病治疗提供一定的根据。