齐康 综述 杨跃进 审校

(北京协和医学院 中国医学科学院 国家心血管病中心 阜外心血管病医院 心血管疾病国家重点实验室 冠心病中心，北京 100037)

微血管内皮屏障功能是指构成微血管管壁结构的内皮细胞及其间的各组分，控制血液中的细胞成分和大分子物质渗出血管壁的能力。常常以微血管通透性作为内皮屏障功能的评价指标。机体处于健康时，内皮屏障功能和微血管通透性维持在正常水平，有利于组织器官摄取充足的氧和养分，排出代谢产物，维持合适的渗透压，控制组织间隙白细胞的数量。而当缺氧等病理状态下，血管通透性改变不利于跨内皮分子交换，促进白细胞跨内皮迁移，从而引起组织水肿和炎症反应，甚至导致器官功能障碍和衰竭。研究证实内皮细胞间连接以及内皮细胞与基底膜之间的连接是维持微血管管壁通透性正常的重要结构和功能基础。心脏是机体内营养需求较大的器官之一，广布其中的微血管是心肌组织重要的营养供应来源。心肌微血管内皮细胞、内皮间连接蛋白以及基底膜发挥协同作用，共同构成其屏障功能的基础，对营养物质和其他分子与心肌细胞间的相互交换起到选择性通透的作用。当以上结构破坏时，心肌的内皮屏障能力异常，将导致多种病理生理改变。

微血管通透性增加和冠心病、心肌缺血等心血管事件存在密切的关系。微血管通透性增加是冠心病发病的危险因素。研究表明，高血糖导致微血管通透性增加，后者在多因素分析模型中显示出与冠心病发病风险的独立相关性。尿白蛋白/肌酐比值作为特异性反映肾脏微血管通透性的指标，当尿白蛋白/肌酐比值＞30 mg/g 时冠心病的风险增加［1］。此外，微血管通透性的增加将导致冠心病患者的预后不良。急性心肌梗死(AMI)患者尿微量白蛋白水平升高，反映了全身炎症和心肌大面积梗死后肾脏微血管通透性增加。蛋白尿是缺血性卒中发生出血性转换的重要危险因素［2］，也是急性冠状动脉综合征患者发生AMI、心力衰竭、脑卒中等不良预后的危险因素［3］。尿微量白蛋白阳性的患者远期病死率高，属于高危患者，研究发现蛋白尿与AMI 近期和远期病死率明显相关［4］。蛋白尿对于AMI 预后判断的价值不仅具有统计学意义，在生物学机制上也是可以肯定的。蛋白尿的出现预示肾血管损伤的同时，也预示着全身炎症反应和肾素-血管紧张素-醛固酮系统的激活，从而影响肾小球血流动力学变化和肾小管功能。全身炎症反应和肾素-血管紧张素-醛固酮系统激活正是AMI 的主要病理改变，因此蛋白尿被看作是AMI 病理过程的一部分是有其理论基础的。

AMI 发病急，难以预测，病死率高，尽管治疗上采用了药物、手术、介入等技术，开通罪犯血管，解决缺血心肌的血供，同时给予药物辅助治疗，大大降低了并发症及死亡的发生风险，但是AMI 患者仍然有较高的近期和远期病死率。研究发现，AMI 早期缺血区存在微血管通透性增加的现象，这对AMI 的转归存在不利影响［5］。深入探讨内皮通透性增加的产生机制，积极寻找减轻内皮通透性的新型再灌注辅助药物，有助于改善AMI 患者的预后。

1 AMI 后微血管通透性增加及其病理意义

组织器官缺血后，微血管的通透性增加是机体内广泛存在的病理过程，如视网膜、心肌、肺、肾、脑等。AMI 早期，心肌组织电镜和磁共振即已显示缺血区心肌微血管通透性增加，出现水肿、出血现象;磁共振显示心肌缺血再灌注损伤(ischemia/reperfusion injury，IRI)区与内皮通透性增加的区域相吻合［6］，提示心脏IRI 可导致微血管内皮屏障破坏。某些心血管事件的危险因素本身即可影响微血管的结构和功能。有研究报道高血压、糖尿病及高龄等危险因素存在下，心脏微血管稀少［7-8］。而同时具有多种心血管事件危险因素的患者发生AMI 时，其心肌微血管通透性可能会进一步加重。AMI 时微血管的通透性增加不仅局限于心肌组织，还存在于心脏以外的其他器官。尿蛋白排泄率是肾小球滤过功能的评价指标。AMI 后其水平的短暂升高反映了肾脏微血管通透性的增加。而这可能与AMI 早期体内的急性炎症反应所引起的全身血管通透性增加有关。

调控内皮通透性的最基本的生理功能在于通过血浆成分渗出，形成包绕感染灶或肿瘤原发灶的屏障，使感染和肿瘤局限化;通过白细胞内吞作用清除坏死组织和细胞［9］。肿瘤细胞周围、创伤修复区域和感染灶局部存在的纤维蛋白聚集、白细胞募集恰好证实了调控内皮通透性的基本生理功能。因为肿瘤、梗死等病理改变通常发生在人的晚年，在人类进化史上，并不能通过自然选择来淘汰内皮通透性增加带来的副作用。过度的血管渗漏和大量白细胞渗出等副作用可导致细胞凋亡和坏死，缺血/再灌注后组织损伤加重。从组织学和时空上，微血管内皮和内皮细胞间连接作为防止血液中有害物质侵入心肌组织的第一道屏障，对IRI 有着重要的病理生理意义。内皮屏障破坏可导致心肌水肿，心肌间质渗透压升高，心肌血液灌注进一步损害，加重组织缺血［10］。此外，再灌注区心脏微血管屏障功能破坏还可促进白细胞跨内皮迁移并浸润心脏实质，加重心肌炎症、IRI，导致梗死范围扩大［11］。总之，随着AMI 再灌注后内皮细胞间连接的结构破坏和功能缺陷，心肌微血管通透性增加，损害了心肌细胞发挥正常功能所依赖的微环境稳态，参与梗死范围的扩大。

2 微血管通透性调控的病理生理机制

旁细胞途径、跨细胞途径、血管新生途径、内皮细胞缺失、白细胞跨内皮迁移等均可影响微血管的通透性。内皮通透性的调控是高度协调的过程，炎症介质(如组胺、凝血酶、缓激肽［12］)、血管内皮生长因子(VEGF)、血管生成素(angiopoietin，ANG)-1、-2［13］等多种物质可调控内皮通透性。Rho/Rock 通路、Ca2+/钙调蛋白、VEGF/血管内皮生长因子受体-2、ANG/Tie2、Src 家族激酶(Src-family kinases，SFK)/Src/内皮细胞钙黏蛋白(VE-cadherin)、p21 激活激酶1/单丝氨酸蛋白激酶1/丝切因子/皮层肌动蛋白、桩蛋白/ G 蛋白耦联受体激酶相互作用蛋白-1/黏着斑激酶(focal adhesion kinase，FAK)/整合素等信号通路以及共同下游通路肌球蛋白轻链激酶(myosin light chain kinase，MLCK)/肌球蛋白轻链可参与内皮通透性的调控。

2.1 旁细胞途径

旁细胞途径是调控内皮通透性的主要机制之一。细胞间紧密连接、黏附连接和黏着斑等重要结构在其中扮演重要角色。紧密连接是由相邻细胞膜外层通过多种跨膜蛋白(包括咬合蛋白、闭合蛋白-1，-2，-5)、紧密连接相关膜周边蛋白(包括闭合小环蛋白-1，-2，-3、扣带蛋白、Rab13 等)和连接黏附分子-A 等彼此融合组成复合物，构成闭锁连接，这些分子都直接或间接地与细胞内骨架蛋白连接。黏附连接由跨膜分子VE-cadherin 通过胞外的氨基端与相邻细胞的VE-cadherin 组成左右对称连接，互相咬合，并通过胞内的羧基端与胞浆连环蛋白的β 或γ 亚基连接，进一步与细胞骨架蛋白相连，形成内皮间连接蛋白复合体。内皮细胞与基质间连接是内皮细胞基底面通过整合素与基底膜形成的黏着斑，由整合素通过β 亚基的胞浆区分别与细胞内胞浆踝蛋白和α-辅肌动蛋白直接结合，踝蛋白再依次与桩蛋白和纽蛋白相连，最后与肌动蛋白连接。

VE-cadherin、MLCK、整合素等蛋白互相协调，共同维护血管完整性，并且发挥信号转导作用，调节内皮的通透性。AMI 早期，缺血区心肌表达VEGF 增加，是介导内皮通透性增加的主要因素［5］。静息状态下，VE-cadherin 和血管内皮生长因子受体-2 结合形成复合体，是维持微血管完整性的关键。当心肌缺血时，局部所产生的VEGF 与血管内皮生长因子受体-2 结合，导致了黏附连接蛋白磷酸化，而后整合素、VE-cadherin、闭合蛋白-5 等内皮细胞连接蛋白与相邻细胞的同种连接蛋白亲和力依次降低，蛋白解聚、内化。最终，VE-cadherin-血管内皮生长因子受体-2 复合体亦发生解聚，VE-cadherin 内化、降解，导致了细胞连接蛋白的松散。Src 家族激酶/Src/VE-cadherin 信号通路介导VE-cadherin 的酪氨酸残基磷酸化是导致细胞间连接结构松散的主要调节机制。关键分子Src 家族激酶受到蛋白酪氨酸磷酸酶家族(SHP2、VE-PTP/PTPβ、PTPμ 和PTP1B 等)的负向调控作用，对内皮细胞连接的结构和功能完整性进行调控。同时，内皮屏障功能受MLCK 及骨架蛋白的调节。MLCK 引起肌球蛋白轻链磷酸化后，肌动蛋白-肌球蛋白复合体产生向心性收缩，使细胞骨架肌动蛋白微丝移动，产生细胞向心性收缩。另外，黏着斑激酶与整合素共存于内皮细胞和基底膜连接处的黏着斑部位，桩蛋白/ G 蛋白耦联受体激酶相互作用蛋白-1/黏着斑激酶/整合素信号通路介导细胞骨架蛋白重构及细胞形态改变，影响内皮细胞的屏障功能［14］。

总之，内皮细胞间紧密连接、黏附连接及黏着斑三者结构和功能的完整性是维持血管内皮屏障功能的基础，而均直接受到Src 家族激酶、蛋白酪氨酸磷酸酶、MLCK 及骨架蛋白的调节。任何原因所致的MLCK激活，如果恰逢细胞间连接蛋白结构松散、功能低下，均可使内皮细胞间缝隙产生和/或增大。此外，细胞间连接蛋白和基底膜侧的纤连蛋白还可经酶解清除，进而影响血管的通透性。

2.2 跨细胞途径

跨细胞途径通透性调控是通过囊泡转运、水通道蛋白和跨膜离子转运等方式进行的。含有小窝蛋白-1的质膜囊泡结合胞浆中的蛋白，并在内皮细胞顶端膜形成含有蛋白和溶质的小窝，小窝释放入胞浆后被转运到基底膜侧，并通过胞吐作用释放小窝中的成分，从而实现了大分子跨内皮转运。研究发现，小窝样的空泡细胞器可聚集成葡萄串样的跨膜结构，成为大分子进出细胞的通道，并发挥受体介导的内皮通透性调控功能［15］。研究发现，缺血心肌上调水通道蛋白-1，-4，-8，-9，导致AMI 再灌 注 后早 期 缺血 区 组 织水肿［10］。缺血心肌钠-氢交换体、钠-钙交换体功能障碍，而后者可引起微血管内皮通透性改变［16］。

2.3 血管新生途径

不同类型的内皮自我更新的周期为数月至数年不等，但在炎症、动脉粥样硬化、糖尿病、各种血管病变时，促血管新生因子可促使血管新生。血管新生包括静止期、塑形期、血管新生期和成熟期，未成熟的新生血管通透性明显增加。具有生理性和病理性血管新生调控能力的ANG1/ANG2 体系对微血管通透性产生影响，其中ANG1 减轻血管通透性，而ANG2 增加血管通透性［17］。Tie2 受体参与了该体系对微血管通透性的调节，ANG2/Tie2 体系的平衡对于维持血管完整性具有重要的意义［18］。糖尿病合并AMI 模型中，ANG2/Tie2 体系失衡，ANG2 表达升高，Tie2 表达下降，引起血管通透性的增加。

2.4 功能细胞缺失

血液-心肌屏障主要由内皮细胞和周细胞两种功能细胞、基底膜以及细胞外基质组成，这些结构单元的相互作用是心脏微血管内皮屏障进行调节和保护功能的基础。周细胞和内皮细胞彼此通过神经型钙黏蛋白(N-cadherin)和可溶性因子进行细胞通讯。周细胞以钉突和凹槽(Peg-socket)方式与基底膜相连。内皮细胞和周细胞数量以及两者的覆盖度可影响微血管通透性［19］，周细胞还可主动保护内皮细胞紧密连接完整性和调控囊泡转运，维持内皮屏障功能［20］。电镜下出现无细胞毛细血管、内皮细胞凋亡、影周细胞等改变，均提示功能细胞缺失，进而影响微血管通透性。内皮型一氧化氮合酶基因敲除、糖尿病均可导致微血管稀少，引起内皮通透性增加。

2.5 白细胞跨内皮迁移

白细胞跨内皮迁移可直接破坏内皮屏障功能，导致通透性增加与白细胞渗出的恶性循环。白细胞跨内皮迁移可以由基底膜侧向顶端方向迁移，亦可向其相反方向进行。两种形式分别参与生理情况下和病理情况下白细胞的渗出。白细胞分泌的中性粒细胞丝氨酸蛋白酶3 通过激活蛋白酶激活受体1，可阻止白细胞跨内皮迁移时对细胞间连接的破坏［21］。但在缺氧情况下，中性粒细胞丝氨酸蛋白酶3 激活基底膜侧蛋白酶激活受体2，促进血管通透性增加［22］。白细胞-内皮细胞的病理性相互作用导致微血管内血流变学、微血管口径和微血管通透性改变，并且内皮屏障功能破坏导致管腔内的抗原进入心肌组织，引发持续的炎症反应。

3 AMI 再灌注辅助治疗与微血管内皮屏障

目前基础研究中发现的心肌保护药物很多，但在临床试验中被证实有效并广泛应用于临床的药物非常少。缺血预适应和后适应及其模拟药物环孢素、远隔缺血预适应及后适应是公认的心肌保护策略。腺苷可发挥模拟缺血预适应的心脏保护作用。持续输注心房钠尿肽可改善AMI 患者再灌注近、远期预后。最近临床试验证实AMI 急性期应用第三代β 受体阻滞剂奈必洛尔可缩小心肌梗死范围，改善患者预后［23］，硝酸盐、磷酸二酯酶-5 抑制剂亦可改善患者的预后。

虽然现有的再灌注治疗和公认的辅助治疗措施能够有效降低AMI 患者的病死率，但该部分患者仍存在再灌注损伤的剩余风险［24］。静脉溶栓［2］、介入［25］、体外转流术［26］、无再流和IRI［10］均可导致内皮细胞连接破坏，微血管通透性明显增加，加重无再流、IRI，扩大梗死范围，部分抵消再灌注治疗的益处。在现有治疗的基础上，调节微血管通透性有望进一步改善AMI患者预后。

静脉注射人间充质干细胞减轻组织损伤的机制可能与减轻微血管通透性有关［27］。异氟烷、阿片类、白藜芦醇对AMI 后心肌的保护作用依赖于小窝蛋白［28-30］，可能与小窝蛋白介导的内皮通透性改变有关。他汀类改善AMI 患者预后，可能与调控心肌水通道蛋白的表达［10］，以及增加ANG1 表达，同时减低Tie2 的表达有关［31］。ANG1 减轻心肌梗死后IRI［32］，可能与减轻ANG2 引起的微血管高渗状态有关［33］。外源性补充血管生成素样蛋白-4 改善心肌梗死后无再流［34］，可能与改善心脏微血管屏障功能，调控微血管通透性有关。

4 展望

血管通透性在肿瘤、视网膜、脑、肺、肾脏等疾病中具有重要的病理意义，而心脏微血管内皮屏障功能与心肌IRI 同样具有密切关联。从内皮屏障功能角度，内皮细胞可能是保护心肌细胞的主动参与者，而非被动旁观者。内皮细胞是公认的内分泌器官，还可通过自分泌、旁分泌作用参与局部微环境的调控。内皮细胞、周细胞、心肌细胞三者间如何通过细胞通讯维持微血管屏障完整性和心肌微环境稳态尚不清楚。当心肌IRI 发生在高血糖、血脂代谢异常、肥胖、甲状腺功能减退症、高龄、炎症等不同病理状态下，心脏微血管内皮通透性调控机制、保护因子及其信号转导通路尚未充分认识。内皮屏障功能的离体和在体检测已接近成熟［5］，而利用心脏磁共振联合钆膦维司［35］在体评价内皮通透性的无创手段也已问世，这为内皮屏障功能相关的临床研究创造了条件。虽然距离以内皮屏障功能为诊断标志物和治疗靶点的临床应用还有一段漫长的道路，但以血管屏障功能为靶点的诊治策略具有深远的意义，有望成为重要的辅助措施为当今再灌注治疗保驾护航。

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