综述：内皮祖细胞治疗颅内动脉瘤的机制与应用

《Journal of Translational Medicine》：The mechanisms and applications of endothelial progenitor cell therapy in the treatment of intracranial aneurysm

这篇综述聚焦内皮祖细胞（EPCs）治疗颅内动脉瘤（IA）。阐述其在血管修复中的作用，分析相关机制及应用策略，如 “生物活性” 弹簧圈、血流导向装置联合 EPCs 疗法等，为 IA 治疗提供新思路。

　　

一、背景介绍

颅内动脉瘤（Intracranial aneurysms，IAs）指脑动脉壁的局部扩张，多发生于 Willis 环的分支点。流行病学研究显示，其在普通人群中的患病率为 0.5% - 3%。IAs 破裂会引发一系列严重且危及生命的临床并发症，像蛛网膜下腔出血（SAH）、邻近脑组织受压、颅神经功能障碍、偏瘫、视野缺损等视觉障碍、癫痫、脑干受压、短暂性脑缺血发作，部分还会因远端栓塞导致脑梗死，显著损害神经功能，具有较高的死亡率。

IAs 的确切起源尚未完全明确，遗传因素在部分个体中作用显著，同时也受感染、炎症反应等外部因素影响。其发展是一个多因素过程，遗传易感性、血流机械力和动脉壁异常共同作用。慢性高血压、吸烟、特定基因突变等危险因素会使动脉壁变薄、变弱，增加动脉瘤形成和破裂风险。此外，内皮祖细胞（Endothelial progenitor cells，EPCs）和血管平滑肌细胞（Vascular smooth muscle cells，VSMCs）等血管细胞功能异常，在 IAs 发病机制中也至关重要。

EPCs 源于成人 CD34⁺造血干细胞，在体外可分化为内皮细胞，对维持血管健康意义重大，参与血管修复和再生，还可作为评估心血管疾病风险的生物标志物。不过，在衰老、吸烟、高血压和 IAs 等情况下，循环中 EPCs 数量会明显下降。

目前 IAs 治疗方法多样，包括手术夹闭、介入治疗和保守治疗，介入治疗方法的选择取决于动脉瘤的形状、大小等特征。深入研究 EPCs 与 IAs 在病理阶段的相互作用，有助于开发新的治疗方法。

二、EPCs 的生物学特性

EPCs 主要存在于骨髓干细胞龛，在脐血、外周循环和动脉壁中也有分布，但数量较少。EPCs 具有异质性，处于不同内皮分化阶段，可用 CD34、CD133、CD31、VEGFR2 等多种表面标记进行鉴定。表达 CD133⁺、CD34⁺和 VEGFR - 2⁺的 EPCs 处于较不成熟阶段，随着成熟，CD133⁺等标记会逐渐消失。

EPCs 可从骨髓、外周血、脐血和脂肪组织等多种来源分离，不同来源的 EPCs 功能和表型特征不同。骨髓来源的 EPCs 富含 CD34⁺/VEGFR - 2⁺细胞群，迁移能力强；外周血来源的 EPCs 在缺氧或细胞因子刺激下可动员，但增殖能力较弱；脐血来源的 EPCs 克隆形成活性高，分泌促血管生成因子能力强。

根据培养时间，EPCs 可分为早期 EPCs（early EPCs，eEPCs）和晚期 EPCs（late EPCs，lEPCs）。eEPCs 一般在培养第 4 - 7 天出现，具有纺锤形形态，表达 CD31、CD133、CD34 等多种标记，兼具内皮细胞和造血细胞特性，可摄取乙酰化低密度脂蛋白，结合荆豆凝集素 - 1（UEA - 1），能分泌高水平的 VEGF 和 IL - 8，在血管修复和炎症调节中发挥作用。lEPCs 通常在培养 14 - 21 天后出现，呈鹅卵石样形态，与骨髓来源的 CD34 造血干细胞密切相关，缺乏 CD14 和 CD115 等单核细胞和巨噬细胞相关标记，KDR 和 CXCR - 1 水平较高，增殖能力强，能形成毛细血管样结构。

在 IAs 的血管内治疗中，EPCs 的细胞表面标记在捕获、归巢、增殖和分化中起重要作用。例如，2005 年的一项临床试验表明，给予患者粒细胞集落刺激因子（G - CSF）可增加 CD133⁺/VEGFR - 2⁺ EPCs 和内皮细胞形成的簇。

三、EPC 治疗 IAs 的机制

3.1 EPC 促进血管内皮修复和血管壁稳定性

IAs 的病理生理机制涉及细胞外基质（ECM）异常、血流动力学应力和炎症反应，三者相互关联。ECM 对维持血管壁机械强度和弹性至关重要，其异常会破坏血管结构完整性，促进动脉瘤形成。血流动力学改变会增加壁面剪应力，损伤内皮细胞，导致平滑肌细胞降解和血管中膜变薄，还会招募炎症细胞，释放促炎细胞因子，加剧炎症反应，损伤血管壁。炎症反应中，巨噬细胞释放的基质金属蛋白酶 - 2（MMP - 2）和 MMP - 9 可降解 ECM 成分，促进动脉瘤进展。

正常情况下，EPCs 主要位于骨髓微环境，当血管受损、出现炎症或缺氧时，在趋化因子、MMP - 9、血管内皮生长因子（VEGF）和一氧化氮（NO）等触发因子作用下，从骨髓 “动员” 进入血液循环。其中，缺血损伤时释放的血管生成生长因子，如粒细胞形成因子、粒细胞 - 巨噬细胞集落刺激因子（GM - CSF）、VEGF 和基质细胞衍生因子 - 1α（SDF - 1α）等，是启动 EPCs 从骨髓向损伤部位迁移的主要因素。SDF - 1α 与 EPCs 表面的 CXCR - 4 受体结合，激活 MMP - 9，释放干细胞因子（SKITL），与 c - kit 结合，促进 EPCs 迁移。SDF - 1α 还可通过与 G - CSF、VEGF 和 E - 选择素相互作用，激活 eNOS 依赖的信号转导通路，促进 CXCR4⁺干细胞和祖细胞进入血液循环。研究表明，给予 SDF - 1α 可增加缺血区域 VEGF 生成，提高循环中 EPCs 水平。

EPCs 通过整合素黏附到组织损伤部位，分化为成熟内皮细胞，重塑受损组织的细胞外基质，促进血管新生和再内皮化。其分泌的旁分泌信号可营造促血管生成的微环境，吸引 G - CSF、GM - CSF、肝细胞生长因子（HGF）和 VEGF 等多种血管生成生长因子，激活磷脂酰肌醇 3 - 激酶（PI3K）和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）等细胞内信号通路，促进内皮细胞增殖和组织修复。

EPCs 还能分泌血管生成因子，促进成熟内皮细胞、平滑肌祖细胞和其他血管祖细胞的增殖、存活和功能维持，维持内皮完整性。通过调节 MMP - 2 和 MMP - 9 与组织金属蛋白酶抑制剂（TIMP）的水平，EPCs 可防止弹性蛋白和胶原蛋白的结构组织损伤，维持血管壁的耐久性。在啮齿动物研究中，注射 EPCs 可减少动脉瘤壁变薄，维持内弹性层，促进血管壁内新的细胞外基质沉积。

针对传统弹簧圈栓塞后颅内动脉瘤内皮覆盖率不足 50% 且易复发的问题，研发了 “生物活性” 弹簧圈。研究发现，接受 EPCs 治疗的患者在治疗 16 周后，动脉瘤颈部形成了均匀的内皮细胞层和新生内膜。此外，不同的微小 RNA（microRNA）对弹簧圈栓塞后的内皮化率有影响，如 mir - 31a - 5p 可增强 EPCs 的循环、迁移和形成新内皮层的能力。

血流导向装置（Flow diverter，FD）与 EPCs 协同促进内皮化。FD 治疗后，炎症细胞会黏附到动脉瘤颈部，损伤血管内皮层，释放 VEGF、FGF、SDF - 1α 等多种细胞因子，这些细胞因子可激活和增殖局部内皮细胞和平滑肌细胞，促进 EPCs 向血管损伤部位迁移。血管生成素 - 1（Angiopoietin - 1，Ang - 1）是重要的促血管生成因子，与内皮细胞表面的 Tie - 2 受体相互作用，在血管重塑中起关键作用，缺血损伤后在脑内皮细胞中表达显著增加。

内皮化是一个渐进的过程，主要由相邻母动脉的内皮细胞驱动，FD 的结构元件可作为支持支架，辅助内皮细胞迁移。EPCs 对动脉瘤经弹性蛋白酶诱导的血流导向治疗后的新生内膜形成和再内皮化至关重要，可根据新生内膜形成的进程分化为不同细胞类型。在临床前动物模型中，FD 植入后的内皮化过程通常持续 4 - 8 周，早期变化在支架植入后第一天即可观察到，表现为 CD31⁺内皮细胞沿装置金属支柱呈斑片状分布。

基于促进 EPCs 迁移和强化内皮化的理念，对 FD 支架涂层展开了大量研究。现代 FD 支架涂层旨在降低血栓形成风险，促进新生内膜生长，稳定血管修复。目前的生物医学研究聚焦于开发覆盖生物因子的新型支架，这些支架具有抗凝和促进内皮化的双重作用。例如，覆盖抗 CD34 抗体的支架可增强 EPCs 向受损血管部位的迁移；CD31 表面涂层的 FD 支架不仅能增加内皮细胞黏附，还能减少炎症反应，促进动脉瘤愈合；含有 VEGF 和抗 CD34 抗体的镍钛合金支架具有良好的血液相容性，可有效结合 EPCs，促进内皮细胞生长。2021 年，Pipeline Flex 栓塞装置（PED）shield 技术获得 FDA 上市批准，该技术通过胆碱磷酸涂层减少血栓形成，在猪动脉瘤模型实验中可促进早期内皮细胞发育，临床评估显示其在一年内的闭塞率达 81% - 92%。

生物工程领域还致力于开发具有细胞治疗功能的可生物降解支架，用于 IAs 治疗。聚乳酸（PLA）和聚乳酸 - 羟基乙酸共聚物（PLGA）等可生物降解材料常被用于支架设计，它们具有良好的生物相容性和可控的降解性。支架植入后释放的细胞因子可刺激内皮细胞和平滑肌细胞活性，促进 EPCs 向血管损伤部位动员。此外，涂有能捕获 EPCs 并促进内皮化抗体的支架，以及 3D 打印的预种植 EPCs 的混合支架等新兴策略，为 IAs 治疗带来了希望。

3.2 调节局部炎症反应

动脉瘤发展过程中，局部炎症反应和氧化应激会增强，巨噬细胞和 T 细胞会迁移到受损血管，分泌肿瘤坏死因子 - α（TNF - α）、白细胞介素 - 1β（IL - 1β）和 MMPs 等炎症物质，活性氧（ROS）生成也会增加，导致血管壁恶化和动脉瘤扩大。

EPCs 可通过阻断巨噬细胞激活和迁移来控制炎症进展，减少促炎因子的产生，减缓局部炎症，促进血管稳定。EPCs 释放白细胞介素 - 10（IL - 10）和 TIMP - 1 等抗炎细胞因子，控制局部免疫反应，减少血管壁破裂后的炎症相关血管损伤。研究发现，EPCs 可抑制 MMP - 2 和 MMP - 9 等 MMP 的活性，减少动脉瘤壁基质的降解，促进动脉瘤壁愈合，减缓其向外生长和恶化进程。

EPCs 来源的外泌体也具有治疗潜力。在缺氧 / 复氧（H/R）损伤后，内皮细胞会产生大量 ROS，导致血管功能障碍和细胞凋亡，而 EPCs 来源的细胞外囊泡可减少 ROS 产生，降低内皮细胞凋亡，展现出血管再生治疗的潜力。

在 IAs 的介入治疗中，常联合药物治疗来增强动脉瘤颈部的内皮化。阿司匹林具有抗血小板和抗炎作用，在动物模型中可减少动脉瘤壁的退变，这与其促进 EPCs 动员、减少巨噬细胞介导的慢性血管炎症有关。西洛他唑可降低小鼠诱导性 IAs 的破裂率，减少动脉瘤组织中炎症标记物的表达。他汀类药物和阿司匹林不仅能促进 EPCs 增殖，还能抑制动脉瘤壁的炎症反应，降低 iNOS、MMP - 2、MMP - 9、VEGF、NF - κB 和 MCP - 1 等炎症因子的表达。这些双作用药物在稳定动脉瘤壁、预防破裂方面可能比单纯增强 EPCs 数量的疗法更有效。

四、EPCs 治疗 IAs 面临的挑战与展望

在 IAs 治疗领域，EPCs 展现出独特潜力，可促进血管内皮修复、抑制炎症反应、调节血管重塑，为临床干预提供了新策略。然而，目前 EPCs 的应用仍面临诸多挑战。

EPCs 的来源有限，自体 EPCs 数量不足，体外扩增效率低；移植细胞的存活率低，功能存在异质性，限制了其大规模应用。此外，EPCs 在动脉瘤复杂微环境中的动态调节机制尚未完全阐明，长期疗效和安全性还需更多临床数据支持。

未来研究应聚焦于统一 EPCs 的分离和鉴定标准，开发基于生物材料的靶向递送系统。通过跨学科合作和转化医学创新，有望突破现有瓶颈，推动 EPCs 治疗从实验平台向临床实践的高效转化，为 IAs 患者带来更有效的治疗方法。