第三节 心肌缺血与血管新生
缺血性心脏病是由于冠状动脉循环改变引起冠状动脉血流和心肌需求之间不平衡而导致的心肌损害。最常见的原因是冠状动脉粥样硬化引起的冠状动脉狭窄和闭塞，占缺血性心脏病患者的90%左右。据世界卫生组织预测，随着世界人口老龄化趋势的加剧，截至2020年，缺血性心脏病将占全球总患病人口的5.9%，发达国家这一比例将上升到11.2%。缺血性心脏病是全球最常见的致死性疾病之一，在我国的发病率和死亡率也呈明显上升趋势。近年来，有关血管生成的基础研究取得了重要进展，为缺血性心脏病的治疗带来了新思路。尝试用促进血管生长因子诱导心肌形成新生血管、提高心肌侧支循环的代偿能力、实现内源性心肌再血管化，有望解决缺血性心肌的再灌注问题。
血管新生涉及内皮细胞的增殖、蛋白水解酶的可调控性表达、细胞外基质的降解和再聚集、内皮管层的形成等一系列过程。各种病理状态中，如伤口愈合、骨折修复、卵泡生成、排卵和妊娠等都存在血管新生的现象。心肌缺血时，新生血管明显增多。持续冠状动脉阻塞的患者，10~14d后侧支循环的发生率由原来的33%上升至90%，而通过冠状动脉旁路移植术（coronary artery bypass graft，CABG）和经皮冠状动脉腔内血管成形术（percutaneous transluminal coronary angioplasty，PTCA）术后持续再通的患者中，侧支循环的发生率由38%下降至7%。
缺血时内源性促血管生成物质增多，但不足以建立丰富的侧支动脉和毛细血管网来代偿血供，造成心脏缺血的状态不能及时改善，因此需利用外源性血管生长因子来促进侧支血管的生成，即通过不同途径导入含有血管生长因子的重组蛋白或基因来促进缺血区建立侧支循环。通常，在没有人工干预的情况下，当组织发生缺血缺氧时，也会建立一定程度的血管新生和小动脉侧支循环。例如，临床病例研究发现，局部组织缺氧诱导细胞内HIF-a蛋白和VEGF及其受体表达上调；在冠状动脉进行性狭窄患者的心脏局部，VEGF及其受体的表达水平显著增高，同时伴随FGF的表达上调，从而使得心脏缺血区毛细血管密度增加、原来功能上无意义的侧支血管增粗增多和开放、缺血心肌的侧支供血增加，以及在预先存在的侧支小动脉上，剪切应力增加触发巨噬细胞引导的向外重塑，恢复部分灌注，达到治疗的目的（图6-3）。
图6-3 新生动脉发生机制
一、治疗性血管新生
治疗性血管新生指通过诱导、增强和控制宿主血管生成反应，使缺血组织重新血管化，通常涉及生长因子或干细胞大输送。生长因子可能以蛋白质或编码靶蛋白基因的形式传递。这种方法的前提是在缺血组织中应用生长因子如VEGF、FGF等来调控血管生成细胞和组织的行为。细胞疗法的两种可能机制是，通过释放旁分泌因子来诱导血管生成反应，或者通过传递细胞促进血管供应增加，在细胞输送到缺血组织的过程中这两种机制可能都发挥了重要作用。
二、生长因子治疗的血管新生
各种生长因子已被应用于治疗性血管生成，包括VEGF、FGF、HGF、PDGF、Ang-1和IGF-1。其中VEGF和FGF的研究最为完善，已进入人类临床试验阶段。VEGF是生长、愈合和缺氧反应过程中最重要的血管生成调节因子。HIF-a可将VEGF水平上调30倍，高于其他任何诱导血管生成因子。然而，当单独使用VEGF时，可能导致毛细血管渗漏或不稳定。PDGFBB通过招募间充质祖细胞稳定新生血管，VEGF和PDGF已被证明可导致成熟血管的早期形成。FGF是最早发现的具有血管生成和动脉生成特性的血管生成因子之一，在内皮细胞和平滑肌细胞都表达FGF受体，有助于形成成熟的血管网络。
临床研究评估了生长因子诱导缺血性心脏病和外周动脉疾病血管生成的安全性和有效性。早期的Ⅰ期和Ⅱ期人用VEGF、FGF和HGF的临床试验有望完成，但仍无法证实这是生长因子的有效作用。FGF或VEGF的释放导致肿瘤血管系统不稳定血管生长，并且生长因子的释放通常受到快速扩散、生物稳定性差和体内半衰期短等因素影响。此外，生长因子需要超生理剂量或多次注射才能发挥作用，这可能导致血管形成不受控制。
转基因干细胞移植和缺血组织中可促进旁分泌和原位血管生成（图6-4）。在小鼠后肢缺血模型中，使用可降解聚合物纳米材料支架与干细胞过表达VEGF可促进血管生成和肢体修复。
图6-4 干细胞与基因联合治疗血管新生
三、血管新生的细胞疗法
细胞疗法是迄今为止研究较为广泛的一种治疗血管生成的方法，它可能通过自分泌或旁分泌的形式参与新生血管的形成。细胞因子含量而有可能作为低氧反应性旁分泌释放载体。随着细胞的迁移和对环境的反应，细胞疗法可诱导其产生更活跃的旁分泌、释放细胞因子。研究发现，内皮细胞响应缺血状态的反应，可与生长中的血管系统结合。有些细胞群可分化为内皮细胞、周细胞或平滑肌细胞，作为血管生成的基石，通过旁分泌机制促进血管生长。例如，骨髓间充质干细胞有分化成血管细胞的潜力，通过释放促血管生成因子促进血管生成，由于脂肪源干细胞具有相似的分化潜能和旁分泌释放特性，目前也在临床前血管生成治疗试验中进一步评估。