血管内皮细胞的作用


　　摘要 本文概述了近年来国内外对血管内皮细胞生物学功能的最新认识，指出血管内皮细胞除作为血液和组织间物质转运的屏障外，最主要的功能是使循环血液保持流动状态，防止血栓形成，文章同时强调了血管内皮细胞在生物学、医学研究领域中所起的重要作用。

　　关键词 血管内皮细胞 选择通透性 抗凝、促凝

　　血管内皮细胞裱衬在整个心血管系统的内表面，为单层扁平上皮，是血管壁与血液之间的分界细胞，是形成心血管封闭管道系统的形态基础。近年来关于血管内皮细胞功能的研究进展很快，人们通过检测反映机体血管内皮细胞功能的一系列血液学指标及用内皮细胞体外培养手段，对血管壁内皮细胞的分泌、合成功能，凝血系统、纤溶系统、补体系统与血管壁的关系等均进行了广泛深入的研究，取得了重大的进展。目前人们多认为血管内皮细胞除作为血液和组织间物质转运的屏障外，最主要的生物学功能是使循环血液保持流动状态，此外血管内皮细胞尚可合成与分泌多种结缔组织成分、参与一些物质的代谢及与白细胞相互作用等。

　　1．血管内皮细胞的选择通透性

　　血管内皮的腔面有一层称为糖萼的细胞衣，对于血浆大分子物质具有屏障作用。另外，由于内皮细胞具有独特的结构和代谢特性，能选择性的调节小分子至超大分子物质通过血管壁。转运方式有：①通过扩散作用，使气体和某些脂溶性物质通过胞膜脂质双层；②当某些血管活性物质引起内皮细胞急性收缩导致内皮细胞间隙扩大，血浆中的大分子物质可透过内皮裂隙并堆积在内皮下层；③利用质膜小泡的运转来运输大分子物质；④由于质膜小泡互相通连而形成穿内皮细胞通道，便于物质运输；⑤靠内皮细胞表面各种受体的识别与转运，积极参与多种物质的代谢与运输等等。

　　2．抗凝与促凝作用

　　内皮细胞具有抗血栓形成特性，从而能保持血液流动。与此同时它还有许多促凝因素，使血管在损伤时，通过凝血和血栓形成以维护血管壁的完整性。具体表现如下：

　　2.1 分泌抗凝血酶Ⅲ和α2。巨球蛋白抗凝血酶Ⅲ（AT-Ⅲ）是机体内主要的抗凝血因子，能与凝血酶以1∶1的比例形成复合物使其丧失活性。除凝血酶外，AT-Ⅲ还能抑制其它凝血因子。AT-Ⅲ本身与这些酶的作用是缓慢的，只是在肝素存在时，才能迅速起作用，以清除循环的凝血酶，维持血流畅通。近来有报道说内皮细胞也是α2巨球蛋白（α2-MG）的产生部位之一。α2-MG在有纤维蛋白存在的情况下，也能与凝血酶结合成一种复合物，后者在血浆中较快地被清除。

　　2.2 产生蛋白多糖 内皮细胞表面有大量硫酸类肝素结合部位，同时也产生一些蛋白多糖，其中有些成分能与胶原结合，阻止胶原启动血液凝固。例如硫酸乙酰肝素能促进AT-Ⅲ灭活凝血酶。

　　2.3 参与蛋白C的激活 蛋白C（PC）是由肝脏分泌的一种生理性抗凝物质。PC在自然状态下是无活性的，经凝血酶或胰蛋白酶等的激活，可成为活化的蛋白C（APC）。APC通过使已活化的Ⅷ因子、Ⅴ因子等凝血因子灭活，从而抑制凝血过程。然而，凝血酶对PC的激活是相当慢的、凝血酶只有与存在于内皮细胞膜表面的一种蛋白--血栓调节蛋白（TM）形成复合物后，才能有效地激活PC。

　　2.4 合成组织因子及Ⅴ因子 当血管内皮细胞受损或在凝血酶、血小板作用时，内皮细胞可合成组织因子及Ⅴ因子。组织因子可加速因子Ⅶ的活化而促使Xa形成，组织因子和Ⅶ因子复合物形成可引起Ⅸ和Ⅺ因子激活，从而触发凝血。

　　3．在溶解纤维蛋白中的作用

　　当机体血管内有血栓（包括微血栓）形成时，其溶解纤维蛋白系统（纤溶系统）则被激活，溶解和去除血栓中的纤维蛋白，防止其交连聚集而致血管阻塞。纤溶系统主要有三种成份组成：①纤溶酶原（plg）；②纤溶酶原激活物（PA）；③纤溶酶原激活物的抑制剂（PAI）。PA能分解plg，形成纤溶酶（pl），pl在纤维蛋白溶解过程中起作用。内皮细胞能合成和释放组织型纤溶酶原激活物（t-PA）及PAI，从而使促进纤溶和抗纤溶活性处于动态平衡状态，维持正常的生理功能。

　　4．参与血管运动的调节

　　4.1 产生舒血管因子 1976年Moncada等发现血管内皮细胞能产生前列环素（PGI2）。PGI2。是前列腺素代谢途径的一个重要产物，它有强大的扩血管作用和抑制血小板聚集作用。有资料证明，随着年龄的增长，血管内皮细胞合成PGI2的能力下降，而动脉硬化患者血管内皮细胞合成PGI2的能量也下降，提示PGI2。合成减少与动脉硬化有关。目前人们发现PGI2的抗动脉硬化作用主要表现在调节血管壁的胆固醇代谢、诱导纤溶酶原激活物的活力及抑制血管平滑肌细胞的增殖等方面。1987年Moncada所领导的英国Wellcome实验室用化学发光法证明由血管内皮细胞产生的另一种舒血管因子--内皮细胞衍生舒张因子（EDRF）是NO，它是一种内源性硝酸盐类血管扩张剂。现在人们已认识到内皮细胞产生的EDRF能弥散到血管平滑肌细胞，通过刺激鸟苷酸环化酶增加CGMP含量而发挥松驰动脉平滑肌的作用。此外，EDRF还和PGI2协同抑制血小板聚集和血小板粘附。

　　4.2 产生缩血管因子 1988年日本学者Yanagisawa等从培养的猪主动脉内皮细胞中分离并纯化出迄今所知的最强的缩血管物质--内皮素（ET），一个由21个氨基酸残基组成的多肽。ET能广泛作用于各种哺乳动物的各类血管平滑肌，使其张力增加，血管收缩，导致高血压、动脉粥样硬化等疾病的发生。另外，ET的生物学功能还表现在对神经、内分泌、心脏、肾脏、胃肠道、呼吸道和细胞分裂增殖等都有广泛影响。

　　5．与血小板的相互作用

　　血小板的粘附聚集是激发凝血和血栓形成的关键性因素，正常的血管内皮细胞具有抗血小板粘附和聚集的作用，如内皮细胞释放出PGI2和EDRF均抑制血小板合成的血栓素A2（TXA2）形成一对拮抗物质，它们之间的平衡影响着内皮细胞和血小板的相互作用。当受到血流紊乱、机械损伤、高脂血症等因素的影响，内皮细胞结构被破坏，如暴露出内皮下层组织，便会引起血小板的活化，发生释放反应，释放出血小板因子4（PF4）、β-血小板球蛋白（β-TG）等血小板α颗粒的特异性蛋白质。PF4很容易结合到内皮细胞表面的硫酸乙酰肝素上，抑制AT-Ⅲ灭活凝血酶的作用，促进血栓的形成。β-TG与内皮细胞的结合能阻碍PGI2的生成。随着血小板的激活，产生的TXA2增加，使PGI2/TXA2平衡失调，从而加速血栓形成。此外，与血管内皮细胞抗血栓功能相对应的是，内皮细胞也能分泌具有促凝作用的因子Ⅷ相关抗原（ⅧR：Ag），参与血小板的粘附反应。

　　6．与白细胞的相互作用

　　白细胞与内皮细胞的相互作用，主要是指白细胞从血液中通过血管内皮迁移到组织中去。在急性炎症的情况下，首先是中性粒细胞粘附到内皮细胞上，白细胞先迁移后渗出，然后向血管外迁移。而内皮合成的PGI2能保护其本身，抑制粒细胞的粘附。淋巴细胞与血管壁的相互作用主要与淋巴细胞再循环的机制有关。外周血液中的淋巴细胞能识别毛细血管后小静脉的特殊内皮并从该处穿出血管壁，然后通过淋巴管、淋巴结和胸导管再进入血液。此外，由单核巨噬细胞及其它细胞合成分泌的白细胞介素-1，也促使各种细胞对血管内皮细胞的粘附。

　　7．合成和分必多种结缔组织成分

　　大部分内皮下的多种胶原分子是由内皮细胞合成的。内皮下结缔组织的重要成分蛋白多糖、弹性蛋白等也是由内皮细胞分泌的。在组织修复过程中，主要由Ⅳ型胶原组成的内皮下基膜对内皮细胞的再生起诱导作用。由内皮细胞合成的纤维结合蛋白、凝血酶敏感蛋白等粘连蛋白则能调节细胞与细胞或基质间的粘附和结合。这些都进一步证实了内皮细胞在维持血管壁的完整性方面起着重要作用。

　　综上所述，血管内皮细胞是一类功能复杂的细胞，其活跃地参与血小板功能调节，血浆促凝因子的激活、活化的凝血因子的清除及纤溶过程，并通过其产生的ET、EDRF等血管活性物质以调节血管张力，维持正常的血液流变性。一旦血管内皮细胞受损，则必然影响甚至破坏内皮细胞正常的生物学功能。一方面会增加其通透性而失去屏障功能，另一方面则会产生较多的促栓物质及抗凝物质的减少，导致各种血栓性疾病的发生。

血管内皮细胞的功能

　　在病理学上，动脉粥样硬化以动脉内膜脂质沉着和平滑肌细胞从中膜移行至内膜扩张性增殖引起的内膜肥厚和狭窄为血管病变的主要特征。病变初期，在内膜表现为轻度的细胞性、纤维性肥厚，继而出现脂肪性和纤维性肥厚层，最后形成粥样斑块病变。

　　至今，有关动脉粥样硬化机制有多种学说，一般认为是血管内皮细胞机能的变化和损害引起内皮细胞的剥离，血浆成分（脂质）的浸润，巨噬细胞的浸润，内膜内平滑肌细胞增殖，在这一系列反应过程中，血管内皮细胞的损害和机能异常发生最早，对动脉硬化的发生、发展极为重要。本节以血管内皮细胞的功能为重点，阐述血管内皮细胞在动脉粥样硬化发生、形成、修复过程中的作用。

　　一、血管内皮细胞的功能

　　血管内皮细胞是连续被覆在全身血管内膜的一层细胞群，这一细胞群被体外细胞培养成功以来，对它已有了很深入的了解。现在认为内皮层不仅仅是血液和组织的屏障，还具有其他多种功能，如①减少血管通透性，调节组织与血液的物质交换，防止血浆成分和血液细胞无序地侵入；②抗血栓作用，平衡抗血液凝固纤溶系统和抗血小板机能，维持血液的流动性；③调节血管平滑肌功能，合成和分泌调节血管平滑肌舒张和收缩的相关因子；④抑制血管壁细胞的游走和增殖。

　　二、血管通透性

　　动脉粥样硬化病灶，好发于动脉分枝处。从血流动力学上分析，这些部位是血流速度缓慢且易形成涡流的地方。在这里由于加在血管壁血流的物理压力被分为垂直方向和切线方向，以力学表示，前者是血压后者是切力。血压可以通过内皮下粘膜弹性组织感受和缓冲，一般来说，血压越高，血管通透性越高。切力对内皮细胞以及通透性的作用，虽已在研究但结果不明确。

　　动脉粥样硬化灶内脂质沉积于内膜，在新生的内皮组织更为显著。体内实验观察到血浆成份向内皮下浸润是在内皮细胞分裂间期介入的。为了解脂质如何通过内皮细胞，将内皮细胞与低密度脂蛋白共同培养，发现内皮细胞的ApoB、ApoE受体与内皮细胞转运低密度脂蛋白无关；相反在组胺和凝血酶剌激状态下，通透性明显增强，LDL大量入侵。可见一些生物因子（如组胺）、切力、新生内皮细胞与内皮细胞通透性都有一定关系。

　　三、抗血栓性

　　19世纪病理学家Virchow提出血栓形成的三大要素为血管壁损害、血流停滞及血液抗凝系统异常。内皮细胞在正常情况下发挥抗血栓形成作用，维持血液流动性，但在血管壁受损和细胞素存在等外部因素作用下，组织因子（tissue factor,TF）被激活，内皮细胞抗血栓能力减弱，血栓就容易在血管壁内形成。在某些病理情况下，如内毒素的释放，细胞素等的剌激，亦可活化组织因子，引发弥散性血管内凝血（disseminated intravasculal coagulation, DIC）。心肌梗塞，脑梗塞等疾病也是由于血管内皮的破损、脱落而引发血栓。这些情况都与血管内皮细胞抗血栓作用下降有关。
　　血管内皮细胞抗血栓作用的机制主要表现为：①合成和分泌抗凝因子，如分泌凝血调节蛋白（thrombomodulin）、肝素样物质和组织因子通路阻抑因子(tissue factor pathway inhibitor, TFPI）；②合成和分泌促进纤溶因子，如组织纤溶蛋白激活因子（tissue plasminogen activator,t-PA）；③合成和分泌抑制血管扩张和血小板凝集的因子，如分泌前列腺环素（prostacycline）。内皮细胞分泌的平滑肌松弛因子（endothelial-derived relaxing factor,EDRF）。这些因子共同作用，使血液保持流通状态，阻止血栓形成。 
　　1．凝血调节蛋白
　　凝血调节蛋白是存在内皮细胞表面的一种糖蛋白，与凝血酶结合后能激活蛋白C，使其活性增强1～2万倍，蛋白C亦可被依赖性维生素K的凝血酶-凝血调节蛋白两者形成的复合物激活，蛋白C被激活后转变为活性蛋白C，具有阻断血液凝固系统的作用，与凝血酶-凝血调节蛋白复合物协同作用可使血凝系统中凝血因子以及血小板凝血活性丧失。
　　凝血调节蛋白在某些病理条件下，会在内皮细胞表面上的表达量下降。这也是血管炎症和感染时容易发生血栓的重要原因之一。此外，当血管内皮细胞受损破裂时，凝血调节蛋白被释放入血，血浆中含量升高，而其活性降低丧失，这一现象常见于系统性红斑狼疮（system lupus erythematosus,SLE）、DIC和糖尿病等。
　　2．肝素样物质
　　肝素样物质（硫酸类肝素）也存在于内皮细胞表面，是一类蛋白多聚糖，其中的糖链含有肝素样物质（heparin-like substance），多为硫酸肝素（heparin sulfate）。血液中抗凝因子-抗凝血酶一旦与肝素样物质结合，能使凝血酶及其活性凝血因子Ⅸα、Ⅻα、ⅩⅣα迅速失活（活性下降约1000倍），显示极强的抗血栓形成作用。
　　肝素样物质与凝血调节蛋白一样也能被IL-1和肿瘤坏死因子（TNF）等细胞因子所抑制。这种凝固与抗凝固平衡一旦被打破会导致全身血管内血液发生凝固或出血。动脉硬化后血管局部易形成血栓，这与内皮细胞抗血栓作用减弱密切相关。
　　3．组织因子通路阻抑因子
　　组织因子通路阻抑因子（tissue factor pathway inhibitor,TFPI），新生型的分子量为38kD，由一条肽链构成，又被称为脂蛋白相关凝血抑制因子（lipoprotein associated coagalation inhibitor,LACI）或外源通路抑制因子（extrinsic pathway inhibitor,EPI）。人的TFPI由血管内皮细胞合成，以结合方式存在于内皮细胞表面。TFPI与ⅤⅡa结合后阻止Xa与ⅤⅡa的结合，从而阻止外源性凝固系统的凝血激活反应。但血栓患者血中TFPI值异常的报告不多，这可能主要是由于TFPI不容易被测定。
　　4．纤溶系统的活化
　　纤溶系统的活化是由特异的血纤溶酶原激活物（PA），使血纤溶酶原转变为纤溶酶（plasmin），纤溶酶能降解纤维蛋白，纤维蛋白在纤溶酶作用下先从分子的Bβ链上裂解出一小肽，然后又在Aα链上裂解出碎片A、B、C和H，留下的片段为即X（M=240kD～260kD）后者再在纤溶酶作用下不断裂解，先后产生Y（M=150kD），D（M=100kD）及E（M=50kD）片段。它们统称为纤维蛋白原降解产物（FgDP）。这一过程可分别被体内存在的血纤溶酶原活性抑制物（plasminogen activation inhibitor,PAI）和α2纤溶酶抑制物（α2-plasmin inhititor,α2-PI）所抑制。
　　体内多种细胞能够产生组织纤溶酶原激活物（tissue plasminogen activator,tPA）。很早在尿中就发现纤维蛋白溶解活性物质（μPA）-尿激酶（urokinase,UK），UK可直接作用纤溶酶原使之活化为纤溶酶。当组织损伤时，尤其是内皮细胞受到血流切力、凝血酶等因素剌激会大量释放tPA，tPA与纤维蛋白有很高的亲和力，一旦结合，通过构型改变与纤溶酶原结合形成tPA-纤维蛋白-纤溶酶原三联体复合物激活纤溶酶原，纤溶酶原被激活后激发启动纤溶系统。
　　5．前列腺环素（prostacycline）
　　前列腺环素是内皮细胞、平滑肌细胞合成和分泌的生物活性物质，具有极强的破坏血小板凝集功能。其机制是拮抗血栓素A2（thromboxane A2,TXA2）的作用，从而抑制血小板的凝集。此外，前列腺环素促使cAMP（环腺苷酸）含量增加，抑制血小板的粘附能力，同时抑制平滑肌的增殖。这些作用都是抗动脉硬化的，当血管内皮受损时，前列腺素合成减少，会增加动脉硬化形成的可能性。
　　前列腺环素的生成量随高密度脂蛋白（HDL）、炎症介质（组胺等）的增加而增加，随低密度脂蛋白（LDL）、阿斯匹林等抗炎药物以及抽烟、老龄等因素增加而减少。
　　6．内皮细胞分泌的平滑肌松弛因子
　　内皮细胞分泌的平滑肌松弛因子（endothelial-devived relaxing factor.EDRF）由内皮细胞合成和分泌，它能促使cGMP（环鸟苷酸）水平升高，引起血管扩张，同时能抑制血小板聚集和对内皮细胞的附着。它与前列腺环素在体内相辅相成共同对血小板的活性发挥抑制作用。

　　四、血管活动性

　　血管壁持续痉挛收缩是高血压和急性缺血发生的重要原因。1980年Furchgott首次报告血管内皮细胞释放平滑肌松弛因子（EDRF）。除凝血酶等生物活性物质能剌激EDRF释放之外，血流切力等机械因素也能促使其释放。相反，高龄，高血压，动脉硬化，LDL等抑制其合成和释放。如前所述，EDRF具有抗血小板活性和抑制平滑肌增殖的作用，被认为与动脉硬化及其合并症以及高血压形成有关。另一方面，日本学者报告内皮细胞还能够分泌一种21个氨基酸短肽的平滑肌收缩因子（endothelial-derived constricting factor,EDCF），有关方面的研究已引起关注。

　　五、血管内皮细胞自身增殖和游走

　　动脉硬化时血管内皮细胞可被诱导对血管平滑肌的增殖发挥抑制作用，这一机制除了前述的由内皮细胞分泌的多种因子作用外，血管内皮细细胞自身在血小板、白细胞分泌的游走因子和血流切力剌激下也能增殖和游走。这一功能可能与动脉硬化灶的修复和新血管生成有关。