内皮祖细胞与MAPK信号传导通路

　　作者：尹华曦　综述,刘应才　审校　　作者单位：四川，泸州医学院附属医院心血管内科(尹华曦 、刘应才)

　　【摘要】内皮祖细胞(endothelial progenitor cells，EPCs)是血管内皮细胞的前体细胞，尤其是骨髓来源的EPCs在心脏修复、临床肢体缺血的治疗、冠状动脉疾病的治疗、脑中风治疗、改善血管移植物通畅率、改善糖尿病患者的血管形成能力、作为基因治疗导向载体和靶细胞及抑制肿瘤血管生成等方面具有广阔的应用前景。细胞因子、炎症因子、激素以及药物等可以通过多种细胞信号传导通路影响EPCs的迁移、分化、增值和凋亡，其中丝裂原活化蛋白酶(MAPK)信号传导通路是近几年国内外研究热点。本文就EPCs的生物功能与MAPK信号传导通路的关系进行了综述。

　　【关键词】 内皮祖细胞,MAPK信号传导通路

　　内皮祖细胞(EPCs)作为血管内皮细胞的前体细胞主要来源于骨髓，研究显示EPCs不仅在血管的生成、发生中起主要作用，还可用于损伤内皮细胞的修复，为冠心病、缺血性疾病乃至多种疾病导致的血管损伤提供了新的治疗手段。 多种细胞因子、激素以及药物可以通过不同的细胞信号传导通路影响内皮组细胞的迁移、分化、增值和凋亡，如雌激素通过PI3K/Akt信号传导通路刺激内皮祖细胞的增值。丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activate protein kinase MAPK)信号传导通路广泛存在于各种哺乳动物，调节细胞的生长、增值、发育、凋亡。本文报告近几年EPCs与MAPK细胞信号传导通路的关系。

　　1　内皮祖细胞

　　目前的研究表明，血管EPCs主要来源于胚胎干细胞、胚胎主动脉外部基质、胎儿肝、新生儿脐带血、骨髓和外周血。早在1963年，jordan小组首次报道血液中可能存在EPCs，Asahara等(1997年)用包被CD34或flk-1抗体的免疫磁珠从外周血中分离出CD34+及flk-1+的单个核细胞，后续试验表明外周血分离出的CD34+或flk-1+细胞在体外能分化为内皮细胞。Shi等(1998年)用免疫磁珠的方法从骨髓、脐带血、10-15周龄的胎肝和G-CSF动员的外周血中分离出人CD34+细胞，流式细胞仪检测纯度达95%。以上实验资料充分证明，骨髓、外周血和脐带血中存在功能性EPCs。

　　EPCs自发现之日起就受到研究者的关注，因为它们在血管再生和心血管疾病治疗中具有很好的应用前景[1]。科学研究发现，成人和胚胎的干细胞能替换受损的心肌并能产生新的血管以满足心肌的血液供应，从而修复已受损伤的心脏，其中骨髓来源的的EPCs功不可没。

　　外周血中的EPCs数量相当有限，因此有必要使外周血中EPCs数量增加。迄今发现的外源性动员剂有：干细胞因子(SCF)、粒系集落刺激因子(G-CSF)、粒系巨噬系集落刺激因子(GM-CSF)、血管内皮细胞生长因子(VEGF)、他汀类药物、基质来源因子1(SDF-1)和血管生成素1。

　　2　丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号传导通路

　　丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，广泛存在于哺乳动物细胞质和细胞核，能够将细胞外信号传导至细胞内，调节细胞的增值、分化、发育和凋亡。活化的MAPK可以使许多靶蛋白磷酸化，这些靶蛋白可以是膜结合的蛋白、胞质蛋白，也可以是核内蛋白质。可被MAPK磷酸化的核内靶内靶蛋白有：Fos、Myc、CREB、EIKI及RNA聚合酶Ⅱ等。另外MAPK靶蛋白也可以是MAPK级联放大过程的上游信息蛋白：Sos、Ras-1、MEK及IRS-1，或是其下游蛋白激酶如MAPK活化蛋白激酶1及2。各种细胞信号通过MAPK传递途径可以促使靶细胞基因表达，导致细胞生长，增值及分化[2]。

　　MAPK主要分为细胞外信号调节激酶(extracellular-signal regulated protein kinase ERK)、c-Jun氨基末端激酶(JNK)/应激激活蛋白激酶(SAPK)、p38和ERK5/BMK1等MAPK亚族。ERK将信号从细胞膜传递至细胞核，影响细胞的增值，决定终末期分化和凋亡。JNK信号通路参与细胞应激诱导的细胞凋亡。而p38MAPK主要参细胞外应激原如射线、紫外光、热休克、高渗液、促炎因子等引起的细胞内多种蛋白激酶的连锁反应，从而影响RNA转录、蛋白合成、细胞表面受体表达等生物学功能[3]。

　　3　MAPK信号传导通路与内皮祖细胞的关系

　　3.1　p38MAPK与内皮祖细胞

　　实验发现表达脂连素相关基因被敲除的糖尿病大鼠循环血中EPCs的数量同对照组相比呈时间依赖型降低。经过富含脂连素饲料喂养后，基因敲除组大鼠循环血中EPCs数量增加。体外细胞培养实验证明，不管是人源性EPCs还是大鼠来源的EPCs，通过加入脂连素均可防止由高糖引起的EPCs提前衰老。随后研究人员从分子生物学水平证实脂连素的这种保护作用正是通过抑制p38MAPK的表达，阻断ROS/p38 MAPK/p16(INK4A)信号亚通路实现的[4]。Spallarossa等发现在服用低剂量蒽环类抗癌药物的病人中观察到一种迟发的心血管毒性反应，而这种毒性作用的发生正是以EPCs损伤开始的。体外实验观察发现在持续低剂量蒽环类作用下，细胞质中p16(INK4A)表达增多，其能加速细胞衰老进而提前启动凋亡程序，而这种作用又是以p38MAPK的激活开始[5]。有研究显示棕榈酸呈时间和剂量依赖地影响EPCs的增值和迁移主要是通过加速PECs的衰实现的，在使用棕榈酸后细胞内磷酸化p38MAPK表达增多，同时这种作用可以被特异性p38MAPK阻断剂阻断[6]。Heida等发现在肥胖人群中EPCs的增值、分化、迁移能力均低于体重正常人群。实验者在分子水平发现肥胖人群中p38MAPK磷酸化表达明显增多，在使用p38MAPK特异性阻断剂后，EPCs的功能有所恢复[7]。以上实验说明p38MAPK在EPCs增值中可能主要起负向调控作用。

　　3.2　JNK与内皮祖细胞

　　胸腺素β4是一种胚胎在心脏发育过程中表达的蛋白，它能通过多种细胞信号传导通路调节细胞的迁移和增值。Zhao等发现与胸腺素β4共同培养的EPCs抗凋亡能力明显增加，同时caspase-3 和caspase-9的表达降低，而这种作用能被PI3K特异性抑制剂LY294002和JNK抑制剂SP600125阻断[8]。相反在上述低剂量蒽环类药物干预的细胞实验中却显示JNK能减弱EPCs的凋亡，似乎与p38MAPK在细胞凋亡中拥有互相拮抗的作用[5]。然而在上述棕榈酸干预的实验中又显示出磷酸化的JNK和p38MAPK均导致了EPCs的凋亡[6]。Schr?der等发现肝细胞生长因子(HGF)能通过酪氨酸受体蛋白激酶刺激血管发生和组织再生，这一作用依赖于EPCs胞质中蛋白二硫化物还原酶(NADPH)相关酶类和Nox2的表达。脐静脉内皮细胞中HGF通过Nox2依赖的方式增加JNK的磷酸化进而提高脐静脉内皮细胞的功能，实验者在加入JNK特异性阻断剂SP600125后发现这种作用有所减弱[9]。以上实验显示出JNK在不同的干预条件下表现出截然相反的细胞效应，其具体作用尚需大量实验进一步证实。

　　3.3　ERK与内皮祖细胞

　　Wang等发现在冠脉中出血性斑块和斑块破裂处的新生血管明显增多，而氯化血红素能增加EPCs的增值和迁移从而启动血管修复。离体实验观察到EPCs经氯化血红素处理后ERK和Akt磷酸化明显增高，而p38MAPK和JNK磷酸化水平没有变化，同时加入ERK特异性阻断剂PD98059后EPCs增值能力减弱而迁移能力没有变化[10]。Sun等发现糖基化终末产物(AGEs)能上调AGEs受体RAGE从而加速EPCs衰老以及抑制迁移，在加入p38MAPK抑制剂和ERK抑制剂后这种作用能够被减弱，而与JNK抑制剂无关[11]。与非糖尿病人群相比较，糖尿病人群中动脉粥样硬化的患病率较高，这可能与糖尿病人EPCs增值能力相对于正常人群明显减弱VEGF诱导细胞增值能力下降有关，Mieno等发现糖尿病动物模型ERK和Akt的表达均明显降低，推测高血糖可能通过ERK亚通路干扰EPCs的功能[12]。另有实验发现冠心病病人外周血中EPCs的数量和功能下调随后的细胞实验证实来自冠心病病人外周血中EPCs中的ERK磷酸化水平降低[13]。以上实验说明ERK主要与EPCs的增值有关，而与迁移能力的关系尚不清楚。

　　4　结　语

　　随着我国患缺血性疾病人数与日俱增，我们非常有必要深入研究该疾病发生的分子生物学机制。已有的研究证实MAPK通路在内皮祖细胞的增殖、迁移中发挥重要作用，且在不同的疾病模型中三种亚通路均表现出不同的生物效应。然而这些生物学效应的具体机制却未予阐明，如：JNK究竟在怎样的体内外环境中对EPCs产生截然相反的作用;此条细胞信号通路同其他通路相互协同作用(例如与PI3K/Akt间的作用);不同的体外信号是通过其中一个MAPK亚族起作用还是三个亚族相互作用?我们有理由相信通过细化不同疾病模型和体内外环境下MAPK通路产生的生物学效应以及其具体机制，这些问题将会在以后的研究中逐步解决，希望在不久的将来我们能从分子水平上阻断缺血性疾病的发生。

　　【参考文献】

　　[1]　裴雪涛.干细胞生物学[M].北京：科学出版社，2006：364-384.

　　[2]　刘秉文，陈俊杰.医学分子生物学[M].北京：中国协和医科大学出版社(第二版),2006,178.

　　[3]　季宇彬，胡哲清，邹　翔.MAPK信号通路及研究[J].中国药理学通讯，2010,27(2)：17-18.

　　[4]　Chang J，Li Y，Huang Y，et al.Adiponectin prevents diabetic premature senescence of endotheli-al progenitor cells and promotes endothelial repair by suppressing the p38 MAP kinase/p16IN-K4A signaling pathway[J].Diabetes,2010，Vol.59 (11)： 2949-2959.

　　[5]　Spallarossa P，Altieri P，Barisione C，et al.P38MAPK and JNK antagonistically control senescen-ce and cytoplasmic p16INK4A expression in doxorubicin-treated endothelial progenitor cells[J].PLoS One,2010，Vol.5 (12)： e15583.

　　[6]　Jiang H，Liang C，Liu X，et al.Palmitic acid promotes endothelial progenitor cells apoptosis vi-a p38 and JNK mitogen-activated protein kinase pathways[J].Atherosclerosis,2010,210 (1)： 71-77.

　　[7]　Heida N，Müller J，Cheng I，et al.Effects of obesity and weight loss on the functional properties of early outgrowth endothelial progenitor cells[J].Journal of the American College of Cardiology,2010,55 (4)： 357-367.

　　[8]　Zhao Y，Qiu F，Xu S，et al.Thymosin β4 activates integrin-linked kinase and decreases endothe-lial progenitor cells apoptosis under serum deprivation[J].Journal of cellular physiology,2010，DOI：10.1002/jcp.22624.

　　[9]　Schrder K，Schütz S，Schlffel I，et al.Hepatocyte growth factor induces a pro-angiogenic phe-notype and mobilizes endothelial progenitor cells by activating Nox2[J].Antioxidants & redox si-gnaling,2010，DOI：10.1089/ars.2010.3533.

　　[10] Wang，JY，Lee，YT，Chang，PF，et al.Hemin promotes proliferation and differentiation of endo-thelial progenitor cells via activation of AKT and ERK[J].Journal of cellular physiology,2009， Vol.219 (3)： 617-625.

　　[11] Sun C，Liang C，Ren Y，et al.Advanced glycation end products depress function of endothelial progenitor cells via p38 and ERK 1/2 mitogen-activated protein kinase pathways[J].Basic rese-arch in cardiology,2009,104 (1)： 42-49.

　　[12] Mieno S，Shigetoshi M，Robich MP，et al.Effects of diabetes mellitus on VEGF-induced prolif-eration response in bone marrow derived endothelial progenitor cells[J].Journal of cardiac surgery,2010,25 (5)： 618-625.

　　[13] Friedrich EB，Werner C，Walenta K，et al.Role of extracellular signal-regulated kinase for end-othelial progenitor cell dysfunction in coronary artery disease[J].Basic research in cardiology,2009,104 (5)： 613-620.