血管壁干细胞与血管重塑相关性疾病

血管重塑是动脉粥样硬化等多种心血管疾病的病理生理学基础,血管壁中多种细胞均在该过程中发挥重要作用。其中血管壁干细胞作为一类存在于血管壁中的成体干细胞,既在机体生长发育及成年早期阶段参与血管新生,也可在成年后受致病因素影响,从休眠状态中激活,向内皮细胞、平滑肌细胞等方向分化,参与血管损伤后重塑,从而影响相关疾病的进程。文章对血管壁干细胞在血管重塑相关性疾病的最新进展进行综述,为进一步展示血管壁干细胞可能具有治疗潜力提供依据。

血管壁干细胞迁移及分化机制的研究进展

血管外膜包含多种细胞类型,包括血管壁干细胞(vascular wall-resident stem cells,VRSCs),间充质细胞(mesenchymal stem cells,MSCs),巨噬细胞,成纤维细胞,以及包围外膜滋养血管的周细胞等。近年研究发现,血管壁干细胞具有高增殖能力和多向分化潜能。在静息状态下,血管壁干细胞主要参与血管细胞的自我更新和稳态调节;血管损伤后,它们迁移到血管损伤部位,通过旁分泌途径或分化为内皮细胞、平滑肌细胞等,参与血管损伤修复、血管重构和血管功能的调节。血管壁干细胞一方面可以促进损伤血管的修复,另一方面又可导致血管再狭窄、加重动脉粥样硬化病变。因此,了解血管壁干细胞的迁移、分化机制,有助于在心血管疾病中开发新的干细胞治疗策略。

PTEN/PI3K/Akt信号通路在血管外膜CD34+干细胞参与血管新内膜形成中的作用

目的:探讨PTEN/PI3K/Akt信号通路在血管壁干细胞(VRSCs)参与血管损伤后新内膜形成中的作用。方法:①从42只健康SD大鼠中随机选取18只制备颈动脉内皮损伤动物模型,分别于0、7、28 d时随机取6只大鼠,各取损伤部位的左颈总动脉1 cm左右,制备血管组织冰冻切片,观察动脉内膜厚度的变化;行组织免疫荧光染色,计算PTEN、p-PI3K及p-Akt阳性细胞占CD34^(+)细胞的比例,观察损伤后PTEN/PI3K/Akt信号通路在CD34^(+)VRSCs中的激活情况。②另取18只大鼠随机分为假手术组、赋形剂组和抑制剂组3组,每组6只。假手术组只分离血管,赋形剂组和抑制剂组均制备颈动脉内皮损伤模型,然后通过血管外膜分别给予磷酸盐缓冲液(赋形剂组)和PI3K/Akt通路阻断剂LY294002(抑制剂组),测定各组损伤血管组织新内膜面积、中膜面积及其比值。③余6只大鼠随机分为对照组和小干扰RNA(siRNA)-PTEN组,每组3只,均取颈总动脉外膜,通过免疫磁珠分选法筛选并纯化CD34^(+)VRSCs,siRNA-PTEN组的CD34^(+)VRSCs体外培养后转染PTEN siRNA;两组CD34^(+)VRSCs均应用定量聚合酶链反应及Western blot方法检测PTEN/PI3K/Akt基因及其蛋白表达水平。结果:血管新内膜随损伤后时间的延长而逐渐增厚。在损伤修复早期(损伤后7 d),CD34^(+)VRSCs p-PI3K、p-Akt表达比例明显升高,PTEN的表达比例未见明显升高;在损伤修复晚期(损伤后28 d)后,CD34^(+)VRSCs细胞中的PTEN表达量明显升高,p-PI3K、p-Akt表达量下降。在血管内皮损伤术后,通过外膜给药阻断PI3K/Akt通路,新生血管内膜面积和内膜/中膜面积比均较赋形剂组下降。体外分离纯化后的模型大鼠CD34^(+)VRSCs经转染PTEN siRNA后,PTEN基因和蛋白表达下调,PI3K/Akt基因和蛋白表达水平上调。结论:PTEN/PI3K/Akt信号通路在血管外膜CD34^(+)干细胞参与血管损伤后新生内膜的形成中发挥着重要作用。

小鼠血管壁CD34^(+)干细胞的分离、培养及鉴定

血管壁干细胞(vascular wall-resident stem cells,VW-SCs)在维持血管正常功能以及损伤血管的修复过程中发挥着关键性的作用,对其功能特性的研究将有助于干细胞的调控及应用。本文旨在建立稳定的VW-SCs分离、培养及分选鉴定技术,为进一步深入研究VW-SCs在生理和疾病状态下的增殖、迁移和分化等机制提供丰富、可靠的细胞来源。首先利用组织块贴壁法获取小鼠主动脉外膜以及肠系膜动脉血管壁细胞,传代培养到细胞数量至少达到1×10^(7)后经磁珠分选和流式细胞术鉴定CD34^(+)的VW-SCs;其次采用细胞免疫荧光染色检测干细胞标志物(CD34、Flk-1、c-kit、Sca-1)以及平滑肌标志物(SM22、SM MHC)、内皮标志物(CD31)和细胞核内分裂增殖相关蛋白(Ki-67);血管壁CD34^(+)干细胞的定向分化采用EBM-2内皮分化诱导培养基和FM-2成纤维细胞培养基分别培养7天和3天;利用细胞免疫荧光染色和q-PCR检测内皮细胞标志物(CD31,VWF)和成纤维细胞标志物(Vimentin,PDGFRα)的表达。此外,采用TILLvisION胞内钙信号检测系统结合Ca^(2+)荧光探针Fura-2/AM观察CD34^(+)干细胞胞内钙库Ca^(2+)释放和胞外Ca^(2+)内流特性。结果显示,血管组织块贴壁法和磁珠分选可获取较高纯度(>90%)的小鼠主动脉外膜以及肠系膜动脉血管壁CD34^(+)干细胞。体外培养的血管壁CD34^(+)干细胞可诱导分化为内皮细胞和成纤维细胞。咖啡因和ATP可显著激活CD34^(+)干细胞胞内钙库Ca^(2+)释放,毒胡萝卜素(thapsigargin,TG)耗竭内质网钙库Ca^(2+)后触发钙库操纵的外钙内流(store-operated Ca^(2+)entry,SOCE)。该方法建立了稳定、高效的血管壁CD34^(+)干细胞分离、培养和鉴定技术,为体外深入研究VW-SCs的调控机制以及靶向药物的筛选提供了保障。