平滑肌細胞 \\( vascular smooth musclecell，VSMC\\) 是血管壁的主要組成細胞，具有維持血管張力、正常血壓和血流分配等功能，其不斷接受來自血液的生化組分和血液流動的機械力刺激，參與了血管壁中發生的所有生理和病理變化。
成熟分化的 VSMC 具有高度的可塑性，保留了在外界環境因素如細胞因子、炎癥因子、細胞外基質、機械力、血管活性因子以及活性氧等因素誘導下去分化進而獲得遷移、增殖、分泌的能力。
VSMC 表型的轉化是許多血管增生性疾病，如動脈粥樣硬化、血管成形術后再狹窄等和移植性血管病變中共同的細胞病理基礎［1-2］。目前通過對VSMC 表型轉化進而探討血管增生性疾病發病機制的研究越來越受到關注。
1 VSMC 表型轉化的概念及特點
VSMC 通常來源于胚胎的中胚層，像動脈導管、主動脈弓和頸動脈尾部則很大部分是由神經嵴細胞分化而來［3］。1913 年，Champy［4］首次報道了體外培養 VSMC 的方法，20 世紀 60 年代末，關于 VSMC 的研究集中于在動脈粥樣硬化損傷模型中的病理變化。在這段時期內無論在體還是體外培養都觀察到了 2 種功能明顯不同的 VSMC: 一種為成熟分化，功能表現為收縮型，在體外培養中生長呈峰谷樣，增殖和合成能力弱，分化完全，含有較多的肌絲，幾乎沒有粗面內質網和合成細胞器，細胞分裂和合成細胞外基質的能力較低，對生長因子幾乎無反應; 另一種在胚胎發育中期和疾病病理血管中，功能表現為合成型，體外培養中細胞生長呈單層，具有很強的增殖遷移和合成能力，分化差，含肌絲極少，可見大量的高爾基復合體、粗面內質網和線粒體，具有合成和分泌包括膠原蛋白、彈力蛋白、鈣粘素等基質蛋白的功能。
Chamley-Campbell［5-7］等提出這樣的觀點: 兩種不同的表型是 VSMC 分化狀態的兩個極端表現，即分化型和去分化型，除此外體內還存在分化程度介于兩者之間的細胞; 首次提出表型轉化的概念，即 VSMC 在機體發育的不同階段或不同疾病狀態下所發生的形態、結構和功能的改變。綜上，VSMC 并不是終末端分化型的細胞，在血管發育過程中 VSMC 從去分化型逐漸發展為分化型，在病理條件下又可以從分化型轉化回去分化型。
2 細胞表型的標記物
機體內的 VSMC 具有功能多樣性且處于不同成熟分化狀態，可同時顯示多種標志性分子，迄今尚未發現僅用單個標志基因能完全用于鑒定VSMC 的表型狀態。因此，綜合應用幾個關鍵的標志指標進行表型鑒定可能會更客觀。在評估VSMC 的分化狀態時，需要檢測大量的標志性基因表達產物，且這些基因表達產物在細胞分化/成熟和表型轉化中有相同的增減變化［8］。
2． 1 收縮表型標記物
成熟的 VSMC 高度分化，表達出一系列獨特的收縮蛋白、骨架蛋白、離子通道和信號分子，能夠與包括骨骼肌和心肌細胞在內的肌細胞和其他類細胞明顯區別開［1，9］。大量具有 VSMC 選擇性和特異性的基因被確定用于標記分化成熟的VSMC，這類常用的標志物有: 能夠構建細胞骨架支持 VSMC 收 縮 功 能 的 平 滑 肌 α-肌 動 蛋 白\\( smooth muscle α-actin，SM α-actin\\)［10-11］和平滑肌肌球蛋白重鏈 \\( smooth muscle myosin heavychain，SM-MHC\\)［12-13］; 作為肌動蛋白細胞骨架蛋白結合蛋白的鈣調理蛋白［14-15］和 SM 22α［16］; 以及僅在完全分化的 SMC 中可以觀察到的 smooth-elin［17］等。這些標志物不僅僅是在已分化的細胞中表達，在發育、組織修復和疾病狀態下也處于動態變化的表達。
2． 2 合成型標記物
至今尚未發現能特異性代表合成型細胞的基因，而是通過綜合收縮型特征蛋白的表達以及與合成表型功能相關蛋白的增減情況來判定?，F發現比較重要的指示合成型蛋白有: 特異性高表達于合成型細胞的黏附性糖蛋白———骨橋蛋白\\( os-teopontin，OPN\\)［18］; 表皮生長因子\\( epidermal-growth factor， EGF \\) 家 族 中 最 后 被 發 現 的 成員———上皮調節蛋白\\( epiregulin\\) ，研究證明 epi-regulin 是 VSMCs 去分化的主要自分泌和旁分泌因子［19］; 此外，參與血管疾病發生發展的一些細胞因子、生長因子、粘附因子以及炎癥因子也可用于指示合成表型的出現，詳見 3 所述。
3 影響 VSMC 表型轉化的環境因素
作為血管壁的主要組成細胞，VSMC 處在相對動態的環境，涉及多種細胞內外生物化學分子以及機械力的變化: 包括生長因子、炎癥因子、細胞外基質、血管活性因子、血流機械力以及活性氧等因素。在生理條件和病理狀態下，這些環境因素對細胞的功能和表型具有不同的調節作用。
3． 1 生長因子
由血小板細胞、單核細胞、內皮細胞和 VSMC分泌的一些細胞因子參與了 VSMC 表型轉化的調節，包括: 血小板衍生生長因子\\( platelet-derivedgrowth factor，PDGF\\) 、成纖維細胞生長因子 \\( fi-broblast growth factor，FGF\\) 、EGF、類胰島素樣生長因子\\( insulin-like growth factors，IGF-1\\) 、轉化生長因子-β\\( transforming growth factor-β，TGF-β\\)等。這些生長因子對表型的轉換具有不同方向的調節作用: 如 PDGF 是一類強而有效的 VSMC 有絲分裂原，由各種血管細胞以及單核細胞、淋巴細胞等炎癥細胞分泌［20］。PDGF 與中膜 VSMC 上的PDGF 受體結合能激活細胞內相關信號通路，有效降低 VSMC 相關基因的表達，最終 VSMC 遷移、增殖、形成新生內膜致血管狹窄。與之功能相反，TGF-β 能上調 VSMC 分化型基因的表達，如 SMα-actin 和 SM-MHC［21］。實驗證明 TGF-β 能對PDGF 刺激上調的基質金屬蛋白 \\( matrix metallo-proteinase，MMP-2\\) 基因的表達有抑制作用，從而維護 SMC 的收縮表型［22］。
3． 2 炎性因子
血管壁的炎癥變化在動脈粥樣硬化和血管狹窄的發生、發展過程中發揮了關鍵性的作用［23］。
如血管緊張素Ⅱ\\( Ang Ⅱ\\) 可刺激免疫細胞和腫瘤壞死因子 α \\( tumor necrosis factor，TNF-α\\) 、PDGF 和單核細胞趨化蛋白 \\( monocyte chemoat-tractant protein-1，MCP-1\\) ，這些因子可刺激收縮型 VSMC 轉化為合成表型，進而增殖、遷移、合成大量細胞外基質\\( extracellular matrix，ECM\\) 和血管粘 附 分 子 \\( vascular cell adhesion molecule，VCAM-1; intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1 等\\) ，同時 VSMC 自身在刺激下也能釋放出 IL-1，IL-6，TNF-α，PDGF 等因子進一步加速血管的損傷［24］。
3． 3 血管活性因子
一些對血管收縮和舒張具有調控作用的血管活性因子也參與了對血管表型的調控。通過交感神經切除術發現了交感神經遞質在正常及動脈粥樣硬化等病理條件下對 VSMC 細胞骨架蛋白重構的干預作用［25］; 具有血管舒張作用的生物信號分子一氧化氮\\( nitric oxide，NO\\) 在實驗中證明能減弱 PDGF 誘導的細胞增殖并非啟動凋亡的程序［26］，提示 NO 對誘導 VSMC 表型轉化的因子有直接的抑制作用; 胰島素對血管生理和病理的調控作用也逐漸被發現，生理條件下胰島素刺激NO 釋放增加促使血管舒張增加血流量，實驗證明預處理胰島素能夠有效抑制 PDGF 誘導引起的VSMC 遷移［27］。
3． 4 活性氧\\( reactive oxygen species，ＲOS\\)
人體細胞中能產生 ＲOS 的酶包括: NADPH氧化酶、一氧化氮合酶、環氧酶、脂氧化酶、細胞色素 P450 還原酶、和黃嘌呤氧化酶。機體內 ＲOS的產生和清除被緊密的調控，以確保這些第二信號分子作用迅速且只對鄰近的靶點起作用。正常生理條件下多余的 ＲOS 可被體內的抗氧化物酶清除，從而使其激活的信號級聯反應在一個可控的范圍內發生; 然而在疾病過程中，大量 ＲOS 產生遠遠超出內源性抗氧化劑的清除能力從而導致了氧化應激，引發異常反應。對于血管壁最重要的 2 種 ＲOS 為過氧化氫\\( H2O2\\) 和超氧陰離子\\( O2－\\) ，兩者介導的信號通路在 VSMCs 的遷移、增殖、肥大、凋亡及表型調控等病理性反應中發揮了重要作用［28］，能激活 G 反應蛋白的亞基和激酶途徑; 同時激活 Ca2 +和 K+離子通道改變細胞內陽離子濃度，調節轉錄因子的表達和功能，通過上述通路和轉錄因子繼而調控 VSMC 表型的轉化。
3． 5 細胞外基質
血管壁中，VSMC 間填充著各種細胞外基質，包括Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白、彈性蛋白和蛋白聚糖等。ECM 通過特定的整合素受體與 VSMC 相粘連并構建組織，還能通過傳送、調控生化信號因子和機械刺激對細胞的功能發揮重要調節作用［29］。
實驗證明，ECM 如纖連蛋白和Ⅰ型膠原蛋白能使VSMC 轉向合成型; 而層粘連蛋白不僅能維持細胞的收縮表型，在疾病如動脈粥樣硬化和血管再狹窄的早期能使 VSMC 由合成型轉化向收縮型; 作為血管壁中層主要組成的彈性蛋白也能維持細胞的收縮表型.
3． 6 失 / 超重引發的血流異常
機體內心臟規律的收縮和舒張推動血液流動并對血管壁產生不同的機械作用，維持血管正常的結構功能。血管主要受力為血液對管壁垂直向外產生及隨心臟泵血周期變化的張應力; 對管壁切向作用的剪切力，該力與血液粘度、血流量、血管半徑的三次方成正比，剪切力過高或過低都可能對管壁有損傷作用; 還有對軸向產生的軸切力。航天飛行中的失/超重環境對心血管系統功能和結構都有重要影響: 血液流向轉移，不同部位動脈血管的跨壁壓力和血流量均發生變化，促使血管重塑的發生，即血管功能和結構的改變，且不同部位動脈血管表現不同。在大鼠模擬失重實驗中，尾部懸吊 4 周，可觀察到后肢動脈血管的平滑肌層減少、SMC 內肌絲減少、間質膠原增多，而頭頸部 VSMC 卻增殖、遷移、由收縮型向合成型轉化［35］。超重對機體心血管系統的影響一直是重力生理研究的一個重要課題.超重時大量血液轉向身體下部，加大血管壁的壓力。綜上，無論是失重還是超重環境下，血管壁內的 SMC 可受血壓變化的刺激，發生去分化轉化為合成型細胞，合成并分泌細胞外基質，使得管壁不斷增厚以抵抗向外擴張的血液壓力，最終導致血管增厚、變硬、順應性減弱、血流阻力增加。
4 小結.
機體內成熟發育血管內的 VSMC 可表達出顯著的可塑性，作為已分化細胞這可能是高等生物在進化過程中獲得的一種生存優勢，使其能更靈活地應對環境的變化。VSMC 在體微環境因素復雜并不斷變化，且能夠調控表型發生逆轉而在內膜損傷修復、疾病發生發展進程中發揮重要作用。
當 VSMC 結構或功能異常引起的血管病變，如血管肥大、內膜增厚、斑塊形成所致的管腔狹窄和斑塊破裂所致的血管堵塞等改變是心腦血管疾病發生、發展的病理基礎［37］。對具有調控表型轉化的微環境因素進行充分認知不僅在心腦血管疾病的預防和治療方面具有重要意義，對飛行員和航天員因飛行而承受的心血管疾病誘因得到認知，也對如何采取預防性保護措施具有指導作用。
［參考文獻］
［1］ Owens GK，Kumar MS，Wamhoff BＲ． Molecular regulationof vascular smooth muscle cell differentiation in developmentand disease.
［2］． Physiol Ｒev，2004，84: 767-801．
［3］ CAI X，Freedman NJ． New therapeutic possibilities for veingraft disease in the post edifoligide era［J］． Future Cardiol，2006，2\\( 4\\) : 493-501．
［4］ Kirby ML，Waldo KL． Neural crest and cardiovascular pat-terning［J］． Circ Ｒes，1995，77: 211-215．
［5］ Chamley-Campbell JH，Campbell GＲ． The smooth musclecell in culture［J］． The American Physiological Society，1979，59\\( 1\\) : 1-61．
［8］ Owens GK． Molecular control of vascular smooth muscle celldifferentiation and phenotypic plasticity［J］． Vascular Devel-opment，2007，283: 174-193．
［9］ Owens GK． Ｒegulation of differentiation of vascular smoothmuscle cells［J］． Physiol Ｒev，1995，75: 487-517．
［10］ Gabbiani G，Schmid E，Winter S，et al． Vascular smoothmuscle cells differ from other smooth muscle cells: predomi-nance of vimentin filaments and a specific alpha-type actin［J］． Proc Natl Acad Sci，1981，78: 298-302．
［11］ Hungerford JE，Owens GK，Argraves WS，et al． Develop-ment of the aortic vessel wall as defined by vascular smoothmuscle and extracellular matrix marker［J］． Dev Biol，1996，178: 375-392．
［12］ Babij P，Kelly C，Periasamy M． Characterization of a mam-malian smooth muscle myosin heavy-chain gene: complete nu-cleotide and protein coding sequence and analysis of the 5＇endof the gene［J］． Proc Natl Acad Sci，1991，88: 10676-10680．
［13］ Madsen CS，Ｒegan CP，Hungerford JE，et al． Smooth mus-clespecific expression of the smooth muscle myosin heavychain gene in transgenic mice requires 5＇-flanking and first in-tronic DNA sequence［J］． Circ Ｒes，1998，82: 908-917．
［14］ Duband JL，Gimona M，Scatena M，et al． Calponin and SM22 as differentiation markers of smooth muscle: spatiotemporaldistribution during avian embryonic development［J］． Differ-entiation，1993，55
.
