内皮祖细胞治疗脑创伤的研究进展

内皮祖细胞治疗脑创伤的研究进展
谢川平;陈佳树;陈天;赵格晶娃;宋灏哲;李力卓
【摘要】内皮祖细胞(endothelial progenitor cells,EPCs)可促进创伤性脑损伤患者损伤区血管新生,并保护神经元的再生.近年来,外源性EPCs移植、动员内源性EPCs以及运用EPCs等治疗方法在创伤性脑损伤大鼠的实验研究中证实有很好的疗效,并表明EPCs的水平与脑创伤的恢复程度和预后密切相关.为了详细阐明最新相关研究,笔者就EPCs治疗创伤性脑损伤的作用机制、治疗策略、临床应用、预后作一综述.
【期刊名称】《创伤外科杂志》
【年(卷),期】2019(021)003
【总页数】4页(P231-234)
【关键词】创伤性脑损伤;内皮祖细胞;治疗策略
【作者】谢川平;陈佳树;陈天;赵格晶娃;宋灏哲;李力卓
【作者单位】100053 北京,首都医科大学附属第一临床医院(儿科班);100053 北京,首都医科大学附属第一临床医院(儿科班);100053 北京,首都医科大学附属第一临床医院(儿科班);100053 北京,首都医科大学附属第一临床医院(儿科班);100053 北京,首都医科大学附属第一临床医院(儿科班);100053 北京,首都医科大学宣武医院急诊科;570102 海口,海南医学院第一附属医院急诊创伤中心
【正文语种】中文
【中图分类】R651.1
创伤性脑损伤(TBI)多发生于青少年人群，且患者致残率较高，甚至危及生命，引起社会各界的关注 [1]。

TBI主要由于跌倒、交通事故、运动或枪伤造成[2]，随着创伤系统和急救技术的发展，脑创伤的结局已经有很大改善，除传统手术等治疗手段外还需要研究新的治疗技术，阻止甚至逆转脑创伤[3]。

近年来，研究表明血管内皮祖细胞(EPCs)可维持血管稳态，并可在颅脑创伤后归巢、黏附、迁移至损伤部位，不断分化增值为血管内皮细胞，促进创伤区血管再生，保护血脑屏障的修复，更重要的是，还可通过分泌细胞因子保护神经元的再生 [4-5]，为创伤性脑损伤的治疗提供了新的方向。

1 EPCs的作用及其机制
创伤性脑损伤后，脑创伤部位的神经血管损伤，神经细胞凋亡坏死，脑组织水肿，局部循环血流障碍，导致神经功能丧失[6]。

而EPCs是一种具有内皮特征的高增殖能力的干细胞，除了可促进血管新生外，还可以促进神经的发生。

1.1 促进血管新生的机制 EPCs是一种多能干细胞，Asahara 等[7]1997年初次从人的外周循环血中分离出来，并被确认是一种未分化并且可再生的细胞，可增殖分化中为血管内皮细胞，并在骨髓和血液中广泛存在 [8]。

研究者根据培养时间的长短将EPCs划分为早期EPCs和晚期EPCs，并发现这两种EPCs可介导不同的机制促进血管新生。

Rehman等[9]通过分离血液中的EPCs发现在初期尽管EPCs增殖缓慢，但却能分泌大量促进血管再生的因子，如血管内皮生长因子(VEGF)和集落因子等。

Urbich等[10]将人脐静脉内皮细胞和EPCs放置于相同条件下培养，发现EPCs的增殖和迁移速度明显增加，Huang 等[11]通过抑制VEGF的表达却可抑制EPCs功能活性，降低AKT/eNOS信号转导，而该信号通路可激活下游增殖信号通路，和血管再生密切相关，说明早期EPCs可通过分泌细胞生长因子促进血管的新生。

晚期EPCs由于激酶的作用导致入嵌合受体(kinase insert domain receptor，KDR)、血管内皮钙黏蛋白(vascular endothelial-cadherin，VE-cadherin)在细胞膜表面表达增加，研究表明主要介导以下两种途径促进血管增殖再生：(1)E-cadherin介导内皮细胞之间的黏附因子的表达。

晚期EPCs可使得VE-cadherin
分子的表达增加，促进自身更好地分化为单层内皮细胞，增加内皮细胞的数量，促进血管新生[12]；(2)KDR介导VEGF激活内皮细胞，晚期EPCs中KDR表达增强可诱导由VEGF介导的内皮细胞增殖，并且新生血管出芽及移行能力明显增强[13]。

此外，研究表明，Hippo信号通路在EPCs的增殖分化中扮演重要角色，其信号通路组成MST1/2可促进EPCs自我分化，并且其下游YAP的高表达与EPCs的增
殖成正相关，提示Hippo通路也许是EPCs增殖的又一新的机制[14-15]。

1.2 促进神经发生的机制 EPCs可分泌细胞因子促进脑创伤中周围神经发生。

Rosell等[16]通过静脉将含EPCs分泌因子的培养基注射入一侧大脑中动脉闭塞的大鼠中，与未注射EPCs分泌因子的动脉闭塞大鼠相比，大脑梗死周围的轴索重组和神经迁移更明显，由此可推断，正是EPCs分泌了某种细胞因子促进神经发生。

另外，EPCs也可通过促进血管再生保护神经元的存活。

Park等[17]发现脑创伤后，体外EPCs移植可保护损伤的毛细血管破裂，并保护神经元的功能。

而Xue 等[18]发现EPCs移植后可降低大脑创伤边缘区的炎症细胞聚集，抑制星型胶质细胞的形成，减少瘢痕的形成，有利于大脑创伤区神经元的修复。

这些实验可充分说明EPCs可通过自身分泌的细胞因子并促进血管再生，保护神经元的存活，在脑创伤修复中发挥着重要作用。

2 以EPCs为基础的治疗方法
以EPCs为基础的治疗脑创伤的方法主要包括以下几种：外源性EPCs移植治疗；药物或激素刺激内源性EPCs的表达；EPCs外泌体移植治疗。

2.1 外源性EPCs移植治疗脑创伤大量动物实验研究证实，外源性EPCs移植在治
疗脑创伤中发挥重要作用，并已经取得良好的疗效。

Park等[19]将EPCs植入创伤性脑损伤的大鼠中，通过测量caspase-3的表达和创伤区毛细血管的密度和神经元的数量，观察在急性期和亚急性期脑创伤大鼠中，EPCs移植对血管再生和神经恢复的作用。

结果发现，EPCs移植组在急性期(72h)caspase-3表达的下降，毛细血管和神经元恢复明显增强，大鼠行为评估也较未移植组有明显改善，尽管相对于亚急性组(30d)改善程度不明显。

这说明EPCs移植可通过抑制细胞凋亡并促进血管再生,显著改善脑创伤早期阶段。

并且， Yu等 [20]发现通过用孕酮刺激EPCs 生成有利于TBI大鼠损伤区血管形成和神经恢复，并且孕酮含量和脑损伤的恢复成正相关，这些实验在一定程度上说明EPCs可有效改善脑创伤区域血管形成和神经元恢复。

此外，EPCs移植不仅有利于脑创伤区血管和伸进恢复，对于脑卒中也有相类似的作用,可促进脑梗死周围血管再生，并修复神经元，大脑功能评估包括行为记忆测试也较未创伤组有所提高[21]。

并且已有研究证实，不仅在神经系统，在心肌、肺脏、肾脏损伤中也均可发挥血管再生的作用[22-24]，EPCs移植治疗各系统创伤性疾病有着广泛的前景。

2.2 内源性EPCs的动员治疗脑创伤除了外源性EPCs移植外，也有研究表明可通过促进内源性EPCs的增殖和活化迁移至脑创伤区域，改善创伤区神经功能。

杨莹莹等[25]分别将生理盐水和不同浓度的雌激素(10nmol/L、100nmol/L、1μmol/L)和雌激素抑制剂用于某医院治疗急性期脑出血患者，通过测定EPCs细胞的VEGF 表达间接反映EPCs的数量，研究表明EPCs的数量在注射雌激素后，增加有统计学意义， EPCs数量随着雌激素的浓度增加而增加。

并且，EPCs的增殖和迁移能力也明显提高，而雌激素抑制剂组则相反。

这一现象在患者中也得到证实，注射雌激素组患者脑功能恢复也明显高于未注射雌激素患者，至少在急性期有显著差异。

此外，Wang 等[26]发现孕酮可增加脑创伤后循环血液中EPCs的数量，促进大鼠
脑血管EPCs增殖和神经元再生。

除了雌激素和孕酮外，研究发现，在创伤性大鼠中，重组红细胞生成素可通过趋化因子CXCR4促进EPCs向创伤区聚集[27]，促
进创伤区血管新生并显著提高大鼠的认知水平[28-29]。

总之，动员内源性EPCs
治疗脑创伤现已不仅证实在大鼠中起保护作用，在临床中治疗脑出血患者也被证明产生积极作用，可给治疗脑创伤提供又一个有效的解决方案。

2.3 EPCs外泌体移植治疗脑创伤 EPCs可分泌外泌体，内含丰富的RNA和分泌蛋白。

李飞[30]通过尾静脉向创伤小鼠注射EPCs外泌体后，发现移植EPCs外泌体
后脑创伤灶局部血管新生增强，脑组织灌流量增加，神经修复加快。

研究外泌体表明主要是通过以下机制来保护脑组织：外泌体可增强血脑屏障间的紧密连接程度，而其完整性有助于减轻脑组织水肿程度，减少神经细胞凋亡；可促进大量VEGF
的分泌，诱导血管再生；通过促进基质金属蛋白酶(MMP9)表达的升高，诱导血管新生以及重塑、创伤愈合；外泌体能减少PTEN(一种抑癌基因，可抑制细胞快速
生长)表达，促进血管新生[31]。

此外，研究表明，EPCs的外泌体在中枢神经中也发挥重要作用，外泌体内MicroRNA-133b可促进神经元生长[32]，并有利于神经细胞之间的信息传递，促进突触的形成[33]。

因此移植外泌体也许是治疗创伤性脑损伤的另一个更好的选择，且单纯移植外泌体可避免细胞移植的不良反应，更为安全有效[34]。

3 应用EPCs治疗脑创伤的预测价值
EPCs对脑创伤的预测价值主要体现在EPCs作为脑血管功能的标志物对脑创伤严
重程度进行判断。

王计伟等[35]通过对不同程度脑创伤大鼠外周EPCs动态变化分析，发现轻、中、重度脑创伤3h后，循环中EPCs数量明显低于未创伤组，而伤
后6h，EPCs数量明显高于未创伤组，约48h恢复正常，这种动态变化可能是由
于循环血中EPCs向创伤灶归巢所致，使得6h后EPCs数量明显升高，有利于创
伤修复。

Guo等[36]研究证实，静脉输注体外培养的EPCs可选择性地归巢到脑创
伤部位，而不归巢至正常脑组织中，有利于血管修复和神经元再生。

且研究发现，轻度脑创伤6h后EPCs数量显著高于重度脑创伤，提示高水平有助于提高脑创伤
后认知能力的恢复。

总而言之，脑创伤循环血EPCs的水平与疾病的发生发展密切相关，可作为判断预后的标志物[35]。

4 应用EPCs目前存在的挑战
尽管EPCs治疗脑创伤的作用机制和治疗效果已经取得一定的进展，并且已经有相关的临床试验，但仍然有些问题尚待解决：(1)移植干细胞可以恢复功能缺陷，但
也可能引起宿主体内的免疫排斥反应[37]；(2)利用EPCs在临床治疗急性脑出血患者中，仅表现出急性神经和血管恢复，对于长期的改善并无显著差异[19]；(3)Sun 等[38]利用自体干细胞治疗缺血性脑创伤患者虽然未发现不良反应，改善作用也不明显。

尽管现在大多数实验尚处于动物模型阶段，如何能避免不良反应并应用于临床还有一定距离，但大量实验研究表明，EPCs移植对于治疗脑创伤有着广泛的前景和治疗潜力。

参考文献:
【相关文献】
[1] Nguyen R，Fiest KM，McChesney J，et al.The international incidence of traumatic brain injury：a systematic review and Meta-analysis[J].Can J Neurol Sci，2016，43(6)：
774-785.
[2] Yap YC,King AE,Guijt RM,et d and repetitive very mild axonal stretch injury triggers cystoskeletal mislocalization and growth cone collapse[J].PLoS
One,2017,12(5):e0176997.
[3] Hawryluk GWJ,Bullock MR.Past,present,and future of traumatic brain injury
research[J].Neurosur Clin North(Am),2016,27(4):375-396.
[4] Liu L,Wei H,Chen F,et al.Endothelial progenitor cells correlate with clinical outcome of traumatic brain injury[J].Crit Care Med,2011,39(7):1760-1765.
[5] Wagenfuhr L,Meyer AK,Marrone L,et al.Oxygen tension within the neurogenic niche regulates dopaminergic neurogenesis in the developing midbrain[J].Stem Cells
Dev,2016,25(3):227-238.
[6] Pearn ML,Niesman IR,Egawa J,et al.Pathophysiology associated with traumatic brain injury.Current treatments and potential novel therapeutics [J].Cell Mol
Neurobiol,2017,37(4):571-585.
[7] Asahara T，Murohara T,Sullivan A,et al.Isolation of putative progenitor endothelial cell for angiogenesis[J].Science,1997,275(5302):964-966.
[8] Hristov M,Weber C.Endothelial progenitor cells: characterization,pathophysiology and possible clinical relevance[J].J Cell Mol Med,2004,8(4):498-508.
[9] Rehman J,Li J,Orschell CM,et al.Peripheral blood "endothelial progenitor cells" are derived from monocyte/macrophages and secrete angiogenic growth
factors[J].Circulation,2003,107(8):1164-1169.
[10] Urbich C,Aicher A,Heeschen C,et al.Soluble factors released by endothelial progenitor cells promote migration of endothelial cells and cardiac resident progenitor cells[J].J Mol Cell Cardiol,2005,39(5):733-742.
[11] Huang S,Tang Y,Cai X,et al.Celastrol inhibits vasculogenesis by suppressing the VEGF-induced functional activity of bone marrow-derived endothelial progenitor
cells[J].Biochem Biophys Res Commun,2012,423(3):467-472.
[12] Lampugnani MG,Resnati M,Raiteri M,et al.A novel endothelial-specific membrane protein is a marker of cell-cell contacts[J].J Cell Biol,1992,118(6):1511-1522。

[13] Murota SI,Onodera M,Morita I.Regulation of angiogenesis by controlling VEGF receptor[J].Ann N Y Acad Sci,2000,902:208-212.
[14] Nejigane S.Hippo signaling components,Mst1 and Mst2,act as a switch between self-renewal and differentiation in Xenopus hematopoietic and endothelial progenitors[J].Int J Dev Biol,2013,57(5): 407-414.
[15] Mochizuki M.Polo-like kinase 2 is dynamically regulated to coordinate proliferation and early lineage specification downstream of yes-associated protein 1 in cardiac progenitor cells[J].J Am Heart Assoc,2017,6(10):e005920
[16] Rosell A,Morancho A,Navarro-Sobrino M,et al.Factors secreted by endothelial progenitor cells enhance neurorepair responses after cerebral ischemia in mice[J].PLoS One,2013,8(9):e73244.
[17] Park KJ,Park E,Liu E,et al.Bone marrow-derived endothelial progenitor cells protect postischemic axons after traumatic brain injury[J].J Cereb Blood Flow
Metab,2014,34(2):357-366.
[18] Xue S,Zhang HT,Zhang P,et al.Functional endothelial progenitor cells derived from adipose tissue show beneficial effect on cell therapy of traumatic brain injury [J].Neurosci
Lett,2010,473(3):186-191.
[19] Park E,Park K,Liu E,et al.Bone-marrow-derived endothelial progenitor cell treatment in
a model of lateral fluid percussion injury in rats: evaluation of acute and subacute outcome measures[J].J Neurotrauma,2017,34(19):2801-2811.
[20] Yu P,Li S,Zhang Z,et al.Progesterone-mediated angiogenic activity of endothelial progenitor cell and angiogenesis in traumatic brain injury rats were antagonized by progesterone receptor antagonist[J].Cell Prolif,2017,50(5): e12362.
[21] Fan Y,Shen F,Frenzel T,et al.Endothelial progenitor cell transplantation improves long-term stroke outcome in mice[J].Ann Neurol,2010,67(4):488-497.
[22] Di Stefano R,Felice F,Feriani R,et al.Endothelial progenitor cells,cardiovascular risk factors and lifestyle modifications[J].Intern Emerg Med,2013,8 (S1):S47-49.
[23] Mao M,Xu X,Zhang Y,et al.Endothelial progenitor cells: the promise of cell-based therapies for acute lung injury[J].Inflamm Res,2013,62(1):3-8.
[24] Bitzer M,Ben-Dov IZ,Thum T,Microparticles and microRNAs of endothelial progenitor cells ameliorate acute kidney injury[J].Kidney Int,2012,82(4):375-377.
[25] 杨莹莹,陈秋娟,袁文,等.不同浓度雌激素对急性期高血压脑出血患者的内皮祖细胞功能及衰老的影响[J].山西医药杂志,2017,46(3):250-253.
[26] Wang L,Wang X,Tian Y,et al.Effects of atorvastatin in the regulation of circulating EPCs and angiogenesis in traumatic brain injury in rats[J].J Neurol Sci,2012,319(1-2):117-123.
[27] Chiang KH,Cheng WL,Shih CM,et al.Statins,HMG-CoA reductase inhibitors,improve neovascularization by increasing the expression density of CXCR4 in endothelial progenitor cells[J].PloS one,2015,10(8):e0136405
[28] Wang L,Wang X,Su H,et al.Recombinant human erythropoietin improves the neurofunctional recovery of rats following traumatic brain injury via an increase in circulating endothelial progenitor cells[J].Transl Stroke Res,2015,6(1):50-59.
[29] Yu P,Zhang Z,Li S,et al.Progesterone modulates endothelial progenitor cell (EPC) viability through the CXCL12/CXCR4/PI3K/Akt signaling pathway[J].Cell
Prolif,2016,49(1):48-57.
[30] 李飞.内皮祖细胞来源外泌体对脑损伤小鼠血管修复作用的实验研究[D].天津医科大学，2017.
[31] Malaney P,Uversky VN,Dave V.PTEN proteoforms in biology and disease[J].Cell Mol Life Sci,2017,74(15):2783-2794.
[32] Xin H,Li Y,Buller B,et al.Exosome-mediated transfer of miR-133b from multipotent mesenchymal stromal cells to neural cells contributes to neurite outgrowth[J].Stem Cells,2012,30(7):1556-1564.
[33] Fruhbeis C,Frohlich D,Kuo WP,et al.Extracellular vesicles as mediators of neuron-glia communication[J].Front Cell Neurosci，2013，7:182.
[34] Yang Z,Di Santo S,Kalka C.Current developments in the use of stem cell for therapeutic neovascularization: is the future therapy "cell-free"[J].Swiss Med
Wkly,2010,140:w13130
[35] 王计伟，王毅，王东.不同程度颅脑创伤大鼠外周血内皮祖细胞动态变化及伤后认知能力的研究[J].天津医药,2018,46(2):139-143.
[36] Guo XB,Deng X,Wei Y.Homing of cultured endothelial progenitor cells and their effect their effect on traumatic brain injury in rat model[J].Sci Rep,2017,7(1):4164.
[37] 王文燕，张国华.干细胞移植治疗脑出血疗效研究进展[J].世界最新医学信息文
摘,2018,18(2):115-116.
[38] Sun XQ,Ying JL,Wang YN, et al.Meta-analysis on autologous stem cell transplantation in the treatment of limb ischemic[J].Int J Clin Exp Med,2015,8(6): 8740-8748.。