低氧引起内皮细胞通透性增高的机制

低氧引起内皮细胞通透性增高的机制内皮细胞是衬覆于血管内面的一层扁平细胞，广泛分布于机体各个器官组织系统，不同部位的内皮细胞功能也不同，称之为内皮细胞的异质性。近年来国内外大量研究表明内皮细胞具有复杂的，多方面的生理和代谢功能，在机体内发挥着很重要的作用，如调节血管紧张度，血管通透性，止血功能，血管生成和合成生物活性物质等等方面都发挥着重要作用。内皮细胞作为组织与血液间的第一道屏障，直接感受血管内内环境的改变，并能做出相应的反应。内皮细胞已经成为在生理、病理过程中发挥重要作用的多功能器官，血管内皮细胞机构功能受损已被确认在创伤、休克、急性呼吸窘迫综合症、多器官功能衰竭肿瘤等多重疾病和临床综合症发生发展的主要病理基础之一。缺氧对内皮细胞的损伤是肯定的，缺氧过程中内皮细胞的功能变化必将影响内皮细胞的完整性，从而影响血管的通透性。血管内皮细胞通透性增高，是很多疾病的组织病理改变和器官功能紊乱的重要原因，本文就低氧对体外培养的内皮细胞及灌流组织内皮细胞通透性的改变及其变化机制作一综述，以阐明低氧引起内皮细胞通透增加的直接原因。一血管内皮生长因子血管内皮生长因子(vegf)又名血管通透性因子（vpf），在低氧情况下，血管内皮生长因子表达增加。在血管形成和病理血管生长过程中都发挥着重要作用，低氧是引起血管内皮生长因子表达的强效诱导剂。marti等将小鼠置于低氧环境中，观察低氧引起血管内皮生长因子的表达情况，发现脑组织中血管内皮细胞生长因子的表达最多，肾脏、睾丸、肺和肝脏的表达也增加,肺、心脏，脑，肾脏和肝脏血管内皮生长因子受体1的表达也增加。但是某些组成性表达血管内皮生长因子的细胞在低氧的条件下的表达反而减少。这些组织上调或者下调血管生长因子及其受体的表达，对于调节这些组织血管的生产和调节血管的通透性都发挥着重要的作用。在体内，低氧可以损害血脑屏障，引起血管源性脑水肿。schoch等研究者在低氧条件下培养小鼠脑血管内皮细胞，观察血管内皮生长因子对低氧时脑血管内皮细胞通透性的影响，发现低氧环境下，脑血管内皮生长因子mrn和蛋白表达增加，其表达水平与低氧的程度有关。发现低氧时，体外培养的脑血管内皮细胞对荧光素钠的通透性较正常情况下增加了2倍，表明低氧时，脑血管内皮细胞通透性增加；使用血管内皮生长因子抗体中和血管内皮生长因子则可以消除低氧引起的脑血管通透性增加，表明低氧时脑血管内皮生长因子表达增加，是低氧引起的脑血管内皮细胞通透性增高的重要机制之一。fischer等研究者在体外培养猪脑微血管内皮细胞构建血脑屏障，低氧环境下，猪脑微血管内皮细胞通透性增加，血管内皮生长因子及其抗体的表达都显著增加，在培养液中加入血管内皮生长因子抗体，可以消除低氧引起的脑血管内皮细胞通透性增高。；no合成酶抑制剂也可以消除低氧引起的血脑屏障通透性增高，表明低氧引起的血脑屏障通透性增高是血管内皮生长因子及其受体介导的，no是传递信号的第二信使。fischers〔7〕的进一步试验发现低氧引起猪脑血管内皮细胞膜闭锁小带－1（一种紧密连接疍白）的表达水平降低32％左右，而磷酸化的闭锁小带－1却增加2倍以上。闭锁小带的这种变化是引起内皮细胞的通透性增高的直接原因。血管内皮生长因子多克隆抗体可以消除闭锁小带的这种变化，从而消除低氧情况引起的猪脑血管内皮细胞通透性增高，说明低氧情况下脑闭锁小带的改变是血管内皮生长因子介导的。低氧诱导的血管内皮水肿因子在低氧引起的血脑屏障通透性增高的病理过程中发挥至关重要的作用，但是目前对血管内皮生长因子介导的低氧性血管内皮通透性性增高的信号传导通路还不了解。fischer的最新研究表明低氧和血管内皮生长因子诱导的血管内皮通透性增高与磷脂酶cgamma、磷脂酰肌醇－3激酶和疍白激酶g的激活有关，阻断丝裂原疍白激酶（mapk）和疍白c对低氧和血管内皮生长因子诱导的血管内皮生长因子通透性增高没有影响，说明丝裂原疍白激酶（mapk）和疍白c在低氧和血管内皮生长因子诱导的血管通透性增加的病理过程中不起作用。低氧和血管内皮生长因子诱导的内皮细胞通透性增高，与细胞膜紧密连接疍白－闭锁小带－1、闭锁小带－2在低氧环境中间断表达有关，闭锁小带－1和闭锁小带－2的表达从细胞膜移至细胞浆甚至细胞核内，而阻断磷脂酶cgamma、磷脂酰肌醇－3激酶和疍白激酶g则可以消除低氧引起的这些改变，这一试验表明低氧或血管内皮生长因子通过重新排列内皮细胞膜上的紧密连接疍白，引起血管内皮细胞通透性增高。低氧时内质网储存的钙离子释放入胞浆，可能是低氧时血管内皮生长因子表达增加的信号传递物质。低氧通过调节血管内皮生长因子的转录,mrna和疍白水解调节血管内皮生长因子的表达,血管内皮生长因子通过至少两种kdp/fik1和fit发挥调节血管生成,血管通透性,血管度和血管活性物质合成等功能,其中调节血管生成是血管内皮生长因子最重要的作用.二campatp低氧条件下，内皮细胞通过改变细胞的生物合成和代谢状态，以适应氧浓度的改变，高原脑水肿、肺水肿是低氧导致细胞间隙增多引起的，细胞间隙增多与细胞内camp的减少有关，camp类似物则可以防止这种细胞间隙的增多，而且camp类似物还可以维持内皮细胞内环境的稳定。长期暴露于低氧环境导致血管通透性增高，ogawa,s等体外培养猪主动脉和肺动脉内皮细胞，观察内皮细胞在低氧条件下内皮细胞通透性和camp浓度的改变，发现两种培养的内皮细胞暴露于低氧条件下，内皮细胞通透性呈时间和浓度依赖性增加，camp水平呈进行的降低，腺苷酸环化酶的活性也进行性降低，加入camp则可以防止内皮细胞通透性的增高。针对低氧，内皮细胞首先发生的改变是细胞内atp含量降低，低氧条件下，糖的分解代谢增强，以代偿线粒体氧化酶活性降低导致的能量合成减少，糖孝解产生的atp不足于满足机体的需要，结果atp的含量降低，导致机体一系列的改变：nakatp酶的活性降低甚至停止，细胞膜和细胞容积发生改变，细胞骨架分离，蛋白合成抑制，线粒体肿胀和溶酶体肿胀破裂。低氧引起的arp含量降低参与了低氧血管内皮细胞通透性增加的发生发展。众所周知，紧密连接的完整性是受酪氨酸磷酸化调控的，这一过程是需要消耗能量的主动过程，atp含量的显著降低，破坏了紧密连接的完整性，使纤维型肌动蛋白重新排列和细胞间裂隙出现，引起内皮细胞通透性增加。采用代谢抑制剂阻断肺动脉内皮细胞的能量合成，对于肺动脉的通透性没有影响，这说明atp含量耗竭本身对肺动脉内皮细胞通透性没有影响。而atp引起内皮细胞通透性增高主要是通过增加细胞间隙实现的。camp是内皮细胞屏障功能的主要决定因素，无论在体外还是在体内，camp都能消除低氧引起的内皮细胞通透性增加。camp含量降低在低氧引起的内皮细胞通透性增高的病理过程中发挥着核心作用。增加细胞内可溶性camp可以增强细胞膜的屏障功能，百日咳毒素可以消除低氧时camp水平的降低，减少血管漏。而地塞米松也是通过维持和增加camp的含量，改善内皮细胞的屏障功能。三细胞间连接partridge在低氧条件下培养牛肺微血管内皮细胞4小时后，内皮细胞间隙增宽，细胞外基质中的纤维疍白结合素和玻基结合素明显减少，单层内皮细胞的通透性显著增加，对右旋糖苷的通透性也增加2倍左右，但是细胞继续在低氧条件下培养24小时后，上述改变都能基本恢复。ward等采用低氧灌注液灌流心脏30后，内皮细胞开始肿胀，60分钟后内皮细胞变薄，细胞间狭窄区域的细胞间裂隙变得更加狭窄，因者认为狭窄区裂隙的缩小是低氧引起内皮细胞通透性改变的原因之一。yifan的研究发现低氧环境下及肌动蛋白重新排列，细胞骨架收缩，使细胞间间隙增宽，从而增加血管内皮细胞的通透性。毛蕊异黄甙能消除低氧引起的细胞骨架收和肌动蛋白的重排，重塑细胞骨架，从而消除低氧引起的血管内皮细胞通透性增高。四其他途径ward等采用同样的低氧灌注液（脏器灌流用生理盐水）体外心脏灌注30分钟，在电子显微镜下观察心脏内皮细胞糖疍白的表达情况，辽红和镧染色都显示心脏内皮细胞糖疍白断裂或不规则聚集，内皮细胞膜糖疍白的断裂也是引起心脏毛细血管通透性增高的原因之一。park等人研究探讨了低氧和aglycemia对微血管通透性的影响，及第二信号系统和细胞骨架连接疍白在低氧状态下的改变；人类皮肤毛细血管单层内皮细胞分别置于巯基乙酸或无糖介质或两中介质中，90分钟后测定内皮细胞通透性的改变，结果低氧或aglycemia皆不增加内皮细胞的通透性，但是两者共同作用时，内皮细胞则早在15分钟时就已经出现通透性增高，细胞内钙离子的内流也增加，钙离子可能通过解离肌钙疍白－肌动疍白、肌球疍白－肌动疍白，引起细胞内骨架收缩，导致细胞间间隙增大。两种因素引起的内皮细胞通透性增加可以被钙离子消除剂，疍白激酶c阻抗剂，cgmp依赖的疍白激酶阻抗剂，丝裂原激活疍白（map）消除。giese等研究者发现低氧能够显著增加由猪脑毛细血管内皮细胞和胶质细胞体外构建的血脑屏障的通透性，n－甲基天冬氨酸受体拮抗剂或抗氧化剂aminosteroid能显著抑制低氧引起的内皮细胞通透性增高。洪欣等人采用肺动脉体外培养的方法，研究肺动脉内皮细胞在低氧肺水肿发生中的作用机制。观察肺动脉内皮细胞的生长状态和因子ⅷr:ag的变化，并利用单层特性模型研究了低氧对肺动脉内皮融合单层的通透性的影响，在低氧情况，肺动脉内皮细胞的生长数量无明显变化，但细胞生长质量下降，因子ⅷr:ag阳性细胞数明显下降，肺动脉内皮细胞通透性明显增加，钙离子阻断剂只能部分抑制低氧引起的通透性增加，表明肺动脉内皮细胞通透性增加除了细胞自身骨架收缩外，主要是肺动脉内皮细胞生长状态引起的。延长低氧的时间也能使血管内皮细胞通透性明显增高，在低氧环境中（1％o2、94％n2和5％co2）培养人脐静脉内皮细胞24小时后，内皮细胞通透性明显增高，但是可逆的，这种内皮细胞通透性增高只有在环境中氧浓度低于15mmhg以下时，才会出现；当人脐静脉内皮细胞培养环境中的氧气高于20mmhg以上时，内皮细胞的通透性没有任何改变。低氧引起的内皮细胞通透性增高是个短暂的现象，这与内皮细胞在低氧的应激情况下，内皮细胞的完整性破坏有关，在单纯低氧环境下内皮细胞通透性增加，说明介导低氧性内皮细胞通透性增高的介质是内皮细胞本身产生的，内皮细胞能够合成分泌很多物质，长时间缺氧的内皮细胞能大量合成分泌细胞因子和氧自由基，大量的研究表明细胞因子和氧自由基能使内皮细胞通透性增高，因此低氧引起的内皮细胞通透性增高，也可能是细胞因子和氧自由基介导的。内皮细胞造应激情况下能产生细胞因子，但是分泌细胞因子的能力低于淋巴细胞，大量的研究表明tnf－alpha和il－1在内皮细胞膜通透性改变的病理过程中发挥很重要的作用。另外il－6是内皮细胞自身分泌的一种细胞因子，也是内皮细胞屏障功能的重要调节物质。细胞因子引起纤维肌动疍白解聚，肌动疍白的破坏导致细胞间紧密连接的几种关键组成成分改变，引起内皮细胞通透性增高。低氧环境下，内皮细胞产生大量的氧自由基，而且低条件下，内皮细胞清除自由基的功能也大大减弱。低氧环境中内皮细胞通过黄嘌呤氧化酶途径产生大量的自由基，自由基通过解聚纤维肌动疍白，破坏细胞骨架，而且有研究者认为，自由基是低氧引起内皮细胞通透性增高的信号传递物质。综上所述，低氧对内皮细胞有直接的损伤作用，低氧通过损伤内皮细胞的细胞骨架，细胞间的连接，以及引起内皮细胞代谢合成功能改变，从而使内皮细胞通透性增加。内皮细胞是决定血管通透性的决定性因素，内皮细胞通透性增加，尤其是毛细血管通透性增加，在创伤失血后液体复苏引起的组织水肿，低氧肺水肿及颅内病变和外伤引起的脑水肿的病理过程中发挥着重要作用，因此，保护内皮细胞也是预防和治疗这些疾病的有效措施之一。