文摘
尽管出现代谢紊乱、糖尿病患者在很大程度上是受到高血糖诱导血管异常。积累的证据已经证实的有益作用内皮祖细胞(epc)的冠心病。然而,antivascular内皮生长因子(vegf)治疗是主要的治疗糖尿病性视网膜病变、肾病,表示不确定的内皮祖细胞在糖尿病微血管疾病的发病机理中的作用。综述,首先说明高血糖诱导内皮祖细胞代谢和表观遗传变化,产生有害的对他们的数量和功能的影响。然后我们讨论如何在眼睛和肾脏血管生成发展异常在糖尿病条件下,专注于“与一氧化氮VEGF解偶联”和“竞争检验1 /检验2”共享的机制在两个器官。接下来,我们分析内皮祖细胞在糖尿病微血管并发症的性质。我们概述当前EPCs-related策略后,我们指出未来探索新的EPCs-associated选项。最终,我们希望本文将揭开神秘的内皮祖细胞在糖尿病微血管疾病治疗的性质。
1。介绍
前奏。糖尿病是一种代谢紊乱,出现由于胰腺释放胰岛素抵抗和胰岛素不足β细胞功能障碍。高血糖出现在糖尿病的早期阶段。随着病情的发展,患者显示过度口渴烦渴,尿频(多尿)、增加饥饿(杂食性),以及体重的损失。因为大多数参与多个器官的血管病变,宏观和微血管并发症经常观察到糖尿病患者,成为死亡的主要原因。
内皮祖细胞(epc)第一次描述了近二十年前。他们参与内皮修复通过分泌血管新生因子或合并成破坏内皮和分化成内皮细胞维持内皮完整性。尽管长期讨论的性质和鉴定内皮祖细胞,令人信服的数据显示,内皮祖细胞血液灌注改善周边缺血。然而,异常血管生成是出现在糖尿病性视网膜病变、肾病病理特征,因此,抗vegf治疗已经应用治疗微血管异常。因此,正在上升的问题:在糖尿病微血管内皮祖细胞的性质是什么疾病?我们可以应用内皮祖细胞治疗糖尿病性视网膜病变、肾病吗?
内皮祖细胞的存在。内皮祖细胞在1997年第一次描述了。当CD34+人类外周血细胞被隔绝,他们可以分化成内皮细胞在体外并参与血管生成在活的有机体内(1]。尽管长期争论EPC身份,越来越多的数据都表明了内皮祖细胞的存在在自然界中:(1)人类诱导多能性细胞(hiPSCs)可以分化成内皮血管内皮祖细胞可以纳入受伤在活的有机体内(2,3];(2)尽管是假定的,成人和人类胚胎干细胞细胞hemangioblasts显示内皮能力(4];(3)不同的机械信号可以用丰富cKit cardiosphere-derived感觉细胞+族群区分内皮或cardiomyogenic血统(5];(4)Prox-1+细胞新兴E9.5可以发芽的静脉形成淋巴囊和一个初始淋巴脉管系统(6]。
异构epc人口。来自不同组织的数据一致表明,内皮祖细胞是异质种群和分为早期内皮祖细胞和内皮祖细胞。早期内皮祖细胞,也被称为克隆形成unit-ECs (CFU-ECs)或CFU-Hill,表现出一个纺锤状的形态、增殖能力差,生产高程度的血管生成细胞因子(1,7]。相比之下,晚期内皮祖细胞,现在一般称为内皮细胞克隆形成(ECFCs),显示cobblestone-shaped形态和高度增殖培养时大脑的活动在体外。为了应对伤,他们可以从骨髓动员或其他位置,迁移到病变部位,纳入内皮受伤在活的有机体内(8- - - - - -12]。因此,ECFCs是主要的目标进行调查。
内皮祖细胞的识别和培养。到目前为止,还没有独特的表面标记已被确认为内皮祖细胞。相反,不同组合的表面标记用于内皮祖细胞识别,如CD34+/ VEGFR2+和CD133+/ VE-cadherin+(13- - - - - -16]。虽然这些标记可以帮助我们量化内皮祖细胞在活的有机体内,还不确定是否这些标记的细胞分离可能导致ECFCs在体外。因此,功能分析成为内皮祖细胞更可靠的确认,包括他们的形态,形成血管的能力在体外,并入脉管系统注入在活的有机体内。
在栽培方面,早期内皮祖细胞可以从人类外周血单核细胞(跨国公司)或脐带血后4 - 5天的文化中含有内皮生长因子和胎牛血清(7,17]。他们是被单核细胞的形态、乙酰化低密度脂蛋白(AcLDL)的吸收,结合凝集素。
获得ECFCs,单核细胞在内皮细胞培养,通过特定的媒介与血管内皮生长因子至少28天。在文化、内皮殖民地出现,可以进一步扩大(16]。干细胞技术的发展,胚胎干细胞和诱导多能干细胞(万能)已经成为有用的替代细胞来源为实践生成内皮祖细胞(2,3,18,19]。
降低糖尿病患者内皮祖细胞数量和功能受损。除了巨大的内皮生成和维护内皮完整性的能力,最近的观察表明内皮祖细胞的有益作用β细胞的生存。当胰腺β细胞与内皮祖细胞cotransplanted,更好β观察细胞移植与保存功能,导致提高治愈率和初始血糖控制(20.]。不幸的是,内皮祖细胞数量与受损功能显著降低糖尿病患者以及db / db的老鼠,在糖尿病相关的血管较差的结果(21,22]。在下一节中,我们将讨论如何高血糖诱导内皮祖细胞代谢和表观遗传变化。
2。内皮祖细胞在糖尿病的代谢和表观遗传变化
2.1。Hyperglycemia-Associated代谢改变
高血糖引发先进的糖化终端产品(年龄)形成和氧化应激,提高线粒体活性氧(ROS)生产的内皮祖细胞凋亡的主要杀手(23]。年龄增加活性氧的生产也可以刺激生产,进一步引发活性氧产量。使它更糟的是,他们两人协同激活核factor-kappa (NF - BκB)转录(24]。NF -κB是一个著名的转录因子的目标基因编码的炎症蛋白诱导白介素1β(il - 1β)和肿瘤坏死因子-α(肿瘤坏死因子-α)和p53诱导一氧化氮合酶(间接宾语)。因此,间接宾语之间的循环,ROS, NF -κB,和年龄发展加剧炎症级联(25- - - - - -27]。除了线粒体ROS生产高浓度的葡萄糖引起内质网(ER应激)压力,促进内皮祖细胞的细胞凋亡,减少内皮祖细胞迁移功能(28]。自噬是一个稳态的过程,参与回收细胞器和蛋白质降解。然而,在应对高glucose-induced ER应激和氧化应激,过度自噬可能导致内皮祖细胞死亡(29日]。
符合凋亡增加了高血糖、高葡萄糖水平危害内皮祖细胞增殖能力部分通过抑制一种蛋白激酶磷酸化,随后号激活或通过激活C-Jun n端激酶(物)途径30.- - - - - -32]。高葡萄糖也诱发内皮祖细胞衰老的NF -κB目标基因、p53和激活p38MAPK通路(33]。图1总结了分子机制的高血糖不利影响内皮祖细胞数量和功能。
2.2。Hyperglycemia-Associated表观遗传变化
血糖控制是初始治疗糖尿病。然而,严格的血糖控制在疾病的后期阶段未能减弱糖尿病血管并发症。这一现象血糖内存是1987年发现的34)和广泛验证了不同的糖尿病动物模型和临床前研究。这些报告指出,强化血糖控制在早期阶段可能会推迟1型糖尿病微血管病变的发展(35)和2型糖尿病受试者(36,37)以及糖尿病大鼠体外实验(38]。
血糖的记忆被定义为糖尿病血管并发症的不可阻挡的发展与控制高血糖的糖尿病的早期阶段,尽管严格血糖控制在后续阶段。血糖的记忆是怎样来的?在体外数据显示主动脉内皮细胞暴露高葡萄糖促进NF - 16小时κB p65基因转录。这种转录激活持续即使内皮细胞培养恢复正常血糖浓度(39]。同样的,当郑等人挑战视网膜内皮细胞高葡萄糖条件下一个星期,然后恢复正常葡萄糖条件两周,他们注意到,一个星期的高血糖足以诱发NF -κB激活为剩下的两周保持不变(40]。他们进一步发现,Sirtuin蛋白1 (SIRT1)事件的主要监管机构。属于一个类3 HDAC, SIRT1脱去乙酰基H3K14 H14K16控制内皮细胞活性氧产量和积极调节内皮祖细胞分化成内皮血统(41]。
表观遗传调制主要包括转译后的组蛋白修饰、DNA甲基化,microRNA-regulated转录变化。正如上面提到的,高血糖诱导的氧化应激、ROS和年龄是内皮祖细胞凋亡的主要因素和障碍。他们也有效的诱导内皮祖细胞的表观遗传变化。例如,活性氧与一系列的组蛋白修饰在启动子和增强超氧化物歧化酶2 (SOD2)基因在大鼠视网膜内皮细胞(42]。高葡萄糖引起的增加H3K4mel但减少H3K9me2 H3K9me3 NF -启动子的表达水平κB在人类微血管内皮细胞,导致NF -κB激活(43]。此外,组蛋白密码H3K9ac H3K12ac, H3K4me2, H3K4me3抑制以挪士转录,导致减少一氧化氮(44]。所有这些表观遗传修饰加速促炎机械对内皮祖细胞凋亡与功能丧失。
广泛接受,EPCs-mediated内皮修复有利于冠心病,而异常的血管生成是糖尿病性视网膜病变、肾病的标志和抗vegf代理申请治疗糖尿病微血管疾病。因此,问题来了:如何内皮祖细胞参与微血管疾病?接下来,我们首先回顾异常血管生成启动糖尿病微血管疾病。
3所示。异常的血管生成在糖尿病性视网膜病变和肾病
糖尿病视网膜病变是糖尿病最常见的并发症之一,这是视力丧失的主要原因。经过20年的糖尿病,几乎所有的1型糖尿病患者中,胰岛素依赖型糖尿病患者的80%,和50%的胰岛素依赖2型糖尿病患者会出现视网膜病变(45,46]。糖尿病视网膜病变是传统上分为两个主要临床形式:nonproliferative糖尿病性视网膜病变(NPDR)和增生性糖尿病视网膜病变(PDR),基于新血管形成的存在与否。
糖尿病肾病在类似的情况下,20% - -40%的糖尿病患者患肾病(47),以作为初始微蛋白尿然后紧随其后的是大量的蛋白尿和增加血清肌酐水平。糖尿病肾病已成为全球晚期肾脏疾病的主要原因。
糖尿病性视网膜病变、肾病病理视图的异常血管增生疾病的共同特征,特点是低氧诱导局部VEGF表达,减少一氧化氮水平和可用性、氧化应激、血管渗漏,和炎症。之间的不平衡表达式与VEGF轴平行,血管紧张素I和血管紧张素ⅱ作为内皮功能障碍在糖尿病研究的另一个机制的眼睛和肾脏。
3.1。解偶联VEGF与一氧化氮
内皮作为血清蛋白和血管之间的生理屏障,其完整性是严格控制由内皮细胞产生一氧化氮。物理层的VEGF促进内皮细胞增殖通过其受体VEGFR2刺激以挪士激活通过VEGFR1一氧化氮(NO)生产。
设置的糖尿病、低氧诱导VEGF生产作用于内皮细胞增殖、迁移,也没有生产;与此同时,它刺激细胞间细胞粘附molecule-1 (ICAM1)内皮细胞表面的表达(48,49]。ICAM1触发NADPH氧化酶激活对活性氧(ROS)的生产(48]。ROS,先进的糖化终端产品(年龄),非对称dimethylarginine (ADMA)和高血糖大大增加精氨酸酶活动(50]。精氨酸酶与NOS的常见的基质,精氨酸,导致不足的基质非耦合号号依次使用更多的氧气分子生成过氧化物,这对于过氧硝酸盐异化任何可用的没有形成(50]。此外,ADMA水平是一种内源性抑制剂以挪士,但增加在糖尿病51]。最终,没有严重程度和可用性降低。
相比没有可用性,减少通过VEGFR2 VEGF诱导内皮细胞增殖异常,更重要的是,提高迁移但是破坏细胞骨架重排通过相声VEGFR2和整合素之间的关系α5β3、整合素β2,分别52,53]。此外,在身体血管生成,切口/ VEGFR2调节微分动力学VE-cadherin结模式在发芽。转向病理VEGF高条件时,微分VE-cadherin流动性丢失,从而提示细胞竞争和茎细胞夹层干扰(54]。同时,下游VEGF-induced ICAM1表达和ROS生产、Src激酶和蛋白质酪氨酸激酶2β被激活,使磷酸化y - 658对VE-cadherin掩饰这种蛋白质(55]。此外,ICAM1也可以激活ρGTPase应力纤维的形成,导致渗透率(55]。一氧化氮对抗血管内皮细胞增殖和炎症,从而维持内皮完整性(56]。
病理模式”VEGF解偶联,没有“保存并作为糖尿病性视网膜病变的主要机制和肾脏学52,57]。例如,糖尿病以挪士基因敲除小鼠的研究表明,这个鼠标模型发展严重蛋白尿以及肾脏VEGF表达增加。组织学分析证实糖尿病肾病在这个模型就是明证系膜扩张,肾小球基底膜增厚,mesangiolysis [57]。关于眼睛,VEGF水平被发现显著增加在糖尿病视网膜病变患者眼部组织,这是伴随着炎症和非耦合以挪士(58,59]。
综上所述,不规则的内皮细胞增殖、迁移,细胞骨架重排,谎报VE-cadherin导致血管渗漏。“VEGF没有分开”模式如图2。
3.2。在糖尿病组眼睛和肾脏
上的“VEGF解偶联没有”,检验1 (Ang1) / Tie2是另一个系统,保护内皮完整性。在绑定Tie2酪氨酸激酶受体,Ang1已经被证明可以减少内皮通透性,抑制NF -κB-associated炎症,与VEGF的功能。相比之下,Ang2 Ang1内生拮抗剂。增加Ang2糖尿病条件与Ang1绑定Tie2,呈现Ang1-regulated抗血管向Ang2-mediated异常血管生成(60]。最近的研究报道,VEGF和Ang1施加反对对内皮细胞的影响渗透通过他们不同的调制RhoA-specific鸟嘌呤核苷酸交换因子(Syx)。在这项研究中,作者精心表明Syx被Mupp1招募内皮连接,形成一个复杂的多个成员apicobasal极性复合体(CRB)结稳定的膜。他们进一步表明,VEGF引起Syx离解Mupp1和Syx易位细胞连接,导致结拆卸(61年]。
强有力的Ang1变体、软骨寡聚基质蛋白(COMP),是近一个十年前开发的。管理COMP-Ang1逆转高血糖诱导肾脏功能障碍抑制ICAM1和单核细胞化学引诱物蛋白1和单核细胞/巨噬细胞浸润在糖尿病小鼠db / db (60]。COMP-Ang1也会降低肾组织水平的改变生长factor-beta1 (TGF -β1),alpha-smooth肌肉肌动蛋白纤连蛋白,以及Smad 2/3表达,但表达增加Smad 7 (60]。同样,最近的数据表明COMP-Ang1可以改善视网膜病变和稳定血视网膜屏障在糖尿病小鼠Ins2Akita [63年]。
4所示。内皮祖细胞在糖尿病性视网膜病变、肾病
4.1。内皮祖细胞在糖尿病性视网膜病变
观察后的存在异常的血管生成在糖尿病性视网膜病变的发展,抗血管治疗比如vegf代理已治疗糖尿病视网膜病变患者。这带来了一个长时间的辩论:epc好或坏的疾病?到目前为止没有明确的答案。复杂的发病机理和不同类型的糖尿病性视网膜病变,减少或增加或改变糖尿病患者内皮祖细胞数量一直在报道严重视网膜病变时比较糖尿病患者没有轻微的视网膜病变或健康受试者(64年- - - - - -68年]。
指出,在研究,他们发现在糖尿病性视网膜病变患者内皮祖细胞数量增加,内皮祖细胞迁移和动员和导航等功能通常是受损的。这epc模式,增加内皮祖细胞数量和功能受损,一直保存在1型和2型糖尿病患者(68年,69年]。矛盾的是,intravitreal交付COMP-Ang1改善内皮的完整性和改善血管渗漏通过促进内皮细胞克隆形成的合并视网膜血管(63年在糖尿病小鼠。给ECFCs内皮再生,没有生产的本质,这是一个很好的例子说明使用正确的ECFCs扭转糖尿病性视网膜病变。
4.2。内皮祖细胞在糖尿病肾病
早期糖尿病肾病的病理特征包括hyperperfusion和反渗透法由于内皮细胞损伤和异常的血管生成。随着炎症变得更严重,肾小球纤维化发展,导致肾功能衰竭。虽然肾病的确切机制还没有完全理解,年龄,氧化应激,激活肾素-血管紧张素-醛固酮系统(老城)促进和加强通过激活TGF -这些变化部分β1信号和增加血管内皮生长因子(VEGF)表达在肾脏纤维化的进展和肾功能衰竭(70年- - - - - -72年]。因此,拮抗VEGF信号使用抗VEGF抗体或内源性VEGF抑制剂或抑制VEGF receptor-1磷酸化被用来改善糖尿病大鼠的早期肾功能注射STZ或db / db老鼠73年- - - - - -75年]。同时,抑制年龄抑制TGF -β1和VEGF信号通路和缓解糖尿病肾病72年]。
作为内皮细胞损伤发生在肾脏功能障碍的早期阶段,其修复不是由于糖尿病内皮祖细胞缺陷处理。符合这一点,和同事之间的负相关报道内皮祖细胞数量和微蛋白尿或白蛋白排泄率在1型和2型糖尿病患者,分别为(76年,77年),这表明内皮祖细胞的保护作用肾小球的结构和功能。
把这些证据一起,ECFCs可能是一个有前途的目标治疗糖尿病性视网膜病变和肾病。给ECFCs数量减少和功能在糖尿病条件下,如何获得足够的ECFCs可取的功能治疗正在调查中。
5。ECFC治疗糖尿病微血管疾病
5.1。药物
直到现在,一些抗糖尿病的药物二甲双胍,thiazolidinediones, GLP-1受体激动剂,DPP-4抑制剂,胰岛素会增加内皮祖细胞数量和改善内皮祖细胞功能增加一氧化氮的生物利用度(78年- - - - - -87年]。除了这些抗糖尿病的药物,降脂药物,他汀类药物,改善内皮祖细胞数量和功能88年]。表1概述了这些方面的抗糖尿病的药物对内皮祖细胞数量和功能的影响。
5.2。绳,绳血液ECFCs
临床实践,ECFCs可以获得从单核细胞从血液分离的长期培养。然而,ECFCs的质量和功能可以改变从一个组织到另一个,这可能是由于不同的段落和ECFCs纯洁他们使用和风险因素,捐赠者进行(89年]。
另外,诱导多能干细胞(万能)来自CD34+脐带血细胞分化成ECFCs显示巨大的能力。出于治疗目的,自体则更倾向于避免免疫排斥反应。然而,iPSC来自患者的实验实践总是令人沮丧的增长逮捕、不受控制的分化,和不完整的功能(90年,91年]。最近的研究揭示所需ECFCs得到。后则是获得健康的捐赠者和1型糖尿病患者,万能干细胞向血管细胞的分化处理附着,feeder-free差异化协议和进一步聚集在3 d设计成熟透明质酸水凝胶。注射时,产生了内皮祖细胞被纳入脉管系统(92年]。符合这一研究中,公园等人报道,血管祖细胞生成从人类细胞则来自脐带血拥有更大的归巢能力和长期并入受伤的视网膜血管(2]。这些研究建立承诺策略应用iPSC-derived内皮祖细胞稳定微血管结构和抑制血管渗漏。
5.3。转基因ECFC
当解剖两个主要影响视网膜病和肾病病理机械,应用ECFC更高层次的一氧化氮和Ang1将有利于稳定毛细血管扭转“非耦合与一氧化氮VEGF,”平衡“Ang1 / Ang2竞争”和“呈现Ang1 / VEGF。“这主意等待未来的评估。
附加分
内皮祖细胞发挥重要作用在维护内皮完整性。不幸的是,高血糖诱导内皮祖细胞代谢和表观遗传变化,导致EPC细胞凋亡,减少功能。内皮再生,减少内皮祖细胞数量和功能损害的研究进展在毛细血管和炎症,然后视网膜病和肾病的发展。提供的血管生成潜力将受伤的船和一氧化氮在刺激生产,增加ECFCs可能成为有前途的,免费治疗糖尿病患者的治疗靶点。iPSC-based ECFCs会的一个主要策略为临床治疗糖尿病微血管异常。获得完整的内皮和保护船从视网膜病和肾病,这可能是明智的管理ECFC在糖尿病的早期阶段,效果更佳。
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
作者的贡献
Cai-Guo Yu宁张Sha-Sha元,严马的贡献同样的纸。
确认
这项研究是在经济上由Tong-Zhou科技委员会(没有在北京。KJ2015CX006)。