内皮细胞的代谢

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细胞的代谢和功能是耦联的，这一现象在血管内皮细胞表现十分明显。血管内皮细胞是一个强大的代谢器官，能摄取、转换、灭活多种活性物质，以维持这些活性物质在体内的一定浓度，进而精细调节生理功能，保持内环境的稳定。机体血管主要受血管周围神经丛和血管内皮细胞的双重调控。人脐血管无神经支配，也存在局部调控机制，其调控作用主要通过内皮细胞合成和释放的血管活性多肽，经细胞内信号转导途径而实现。

血管内皮细胞，特别是肺血管内皮细胞，在血管活性物质的代谢中具有特殊意义。因全身血液均要在肺泡和肺泡毛细血管间进行氧合、排除二氧化碳。肺毛细血管内腔表面积达70 m²，按单位组织重量计算，是体内血管内皮细胞最多的器官。循环血液中许多物质是由肺血管内皮细胞摄取，再经细胞内专有酶活化或降解的。

1 摄取转换、改变活性

1.1 摄取、前体、合成活性物质

血管内皮细胞合成释放的许多活性物质，多是摄取循环血液中的原料或前体物，再经细胞内特有的酶加工后生成、释放的。如PGI₂是由血管内皮细胞摄取花生四烯酸后，经环氧合酶、前列腺素合成酶加工而生成。EDRF是内皮细胞在乙酰胆碱（acetylcholine，ACh）作用下，激活一氧化氮合酶，以L-精氨酸为底物生成的。ET则是内皮素肽原在内肽酶作用下转化为ET前体，再经内皮素转化酶催化而生成的。

由血管内皮细胞，特别是肺血管内皮细胞合成的ACE，是二肽羧基肽酶，是一种含锌的糖蛋白。该酶将血循环中无活性的十肽AgI，转换成有高度活性的八肽AgII。

1.2 摄取灭活血中的活性物质

循环血液中含有多种活性物质，为了保持机体的稳定，内皮细胞可以摄取并灭活血中的活性物质。

1）胺类：血管内皮细胞摄取灭活的胺类物质有儿茶酚胺类（包括去甲肾上腺素、肾上腺素和异丙肾上腺素）、5-HT、组胺等。但肺血管内皮细胞对组胺、异丙肾上腺素及肾上腺素等无明显的降解、灭活作用。

2）脂类：血管内皮细胞代谢灭活的脂类物质包括前列腺素类（PGs，其中主要是PGE₂、PGF₂）以及LTs和PAF等。PGs经内皮细胞摄取后，由15-羟-PG脱氢酶降解。PAF由乙酰基水解酶降解失活。LTs主要是在粒细胞中氧化灭活，或经过氧化物酶灭活。

3）肽类：血管内皮细胞对肽类的灭活作用目前所知不多。BK经ACE血管紧张素转化酶灭活。胰岛素、P物质、血管活性肠肽可被部分灭活。

2 合成、释放舒血管活性物质

内皮细胞可以合成、释放舒血管活性物质。

2.1 前列环素

血管内皮细胞是合成前列环素（PGI₂）的主要场所。血管内皮细胞可摄取循环血液中的花生四烯酸（arachidonic acid，AA），也可由磷脂酶A催化内皮细胞膜磷脂生成AA。AA再经环氧合酶代谢途径，先生成内过氧化物（PGH₂），再经细胞微粒体中的前列环素合成酶的作用，生成PGI₂。血管内皮细胞较平滑肌细胞生成的PGI₂要多10～20倍。PGI₂在水溶液中极不稳定，半衰期约为几秒。因此，PGI₂不是一个循环的活性物质，而是在局部释放和局部起作用的活性物质。

刺激内皮细胞合成PGI₂的因素较多，包括机械刺激，如血流剪切应力的变化；活性物质，如5-HT、ACh、PDGF、IL-1、AA、凝血酶、磷脂酶A₂、ATP、ADP、低氧、钙离子载体（Ca²⁺ionophor）A23187等，均可使内皮细胞合成PGI₂增多。而BK、Hist、AgII、亚油酸、脂肪酸等可抑制培养的内皮细胞合成PGI₂。随年龄增长或伴有动脉粥样硬化、糖尿病等病理状态时，血管内皮细胞合成释放PGI₂减少。

PGI₂是强烈的血管平滑肌舒张剂，能扩张血管，并抑制血小板聚集，并使已聚集的血小板解聚。PGI₂还可减少ET的合成释放，并减弱其在体内的缩血管效应。

PGI₂与细胞膜上相应受体相结合，激活腺苷酸环化酶，致使胞内cAMP含量升高，发挥其松弛平滑肌细胞和抑制血小板聚集的作用。

2.2 内皮依赖性舒张因子

乙酰胆碱(Ach)舒张血管的作用依赖于内皮细胞，内皮细胞完整时则出现舒张，内皮细胞不完整或缺失时，ACh的舒张作用减弱或消失。内皮细胞在ACh的作用下，能产生可扩散性的舒张平滑肌细胞的物质。环氧合酶抑制剂不能缓解其舒张作用，表明该物质与经环氧合酶代谢产生的PGI₂不同，故称为内皮依赖性舒张因子（EDRF）。BK、硝普钠等硝基类舒张血管物质，其舒血管作用也取决于内皮细胞是否完整。这些物质舒张血管平滑肌的作用，也是通过内皮细胞释放EDRF来介导的。

不同种属动物，不同部位的血管均可产生EDRF，但其内皮依赖性舒张作用略有差异。

目前认为EDRF的化学本质是一氧化氮（NO）。血管内皮细胞有产生NO的体系，左旋精氨酸（L-arginine，L-Arg）是合成NO的前体物。ACh与内皮细胞膜上的M₂受体结合后，使内皮细胞中的三磷酸肌醇（IP₃）浓度升高，进而升高[Ca²⁺]i。在钙调素（calmodulin）的辅助作用下，激活胞内的一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）。NOS在辅酶存在时便可使L-Arg转变成为对羟基-L-Arg，后者与氧发生反应，生成等克分子量的NO和L-胍氨酸。

NO是一种氧化物，极易被氧化失活，氧化后或推动氧化状态时，活性消失。NO亲脂性强，易透过生物膜，生成释放后扩散到血管腔及内皮细胞下的平滑肌，NO扩散到内皮细胞下显著多于血管腔。扩散到内皮细胞下的平滑肌，使平滑肌舒张，进而导致血管扩张。EDRF扩散到血管腔，抑制血小板与内皮细胞间的粘附，并抑制凝血酶引起的血小板[Ca²⁺]i的升高伴随的血小板聚集，阻止血栓形成。

高血压或支气管哮喘患者及高血压动物，其内皮细胞受损，使NO合成释放减少。氧化修饰的低密度脂蛋白也可使NO合成减少。在相应病理过程的发生中有一定作用。

EDRF同PGI₂有协同作用，增强它们对血管的扩张效应和对血小板粘附、聚集的抑制作用。此外，EDRF还可稳定溶酶体膜和抗氧化自由基损伤，保护细胞免受超氧阴离子的损伤，抑制脂质过氧化和自由基的产生，是细胞保护因子。

EDRF舒张血管平滑肌细胞及抑制血小板聚集的作用，是通过与其相应的膜受体相结合，激活胞内可溶性鸟苷酸环化酶，使cGMP含量升高，[Ca²⁺]i下降，进而活化cGMP依赖性蛋白激酶，改变胞内一系列蛋白质磷酸化状态，致使肌球蛋白轻链脱磷酸化，平滑肌细胞松弛。美蓝可抑制cGMP的生成，故可抑制内皮依赖性舒张作用。

有资料认为EDRF不完全等同于NO。目前一个可能的解释是EDRF通过NO而发挥作用。即许多内皮依赖性的舒血管物质的作用，都是通过NO的生成释放而发挥作用的共同道路。

2.3 血管内皮细胞超极化因子

ACh作用于血管内皮细胞，还可释放血管内皮细胞超极化因子（endothelium derived hyperpolarizing factor，EDHF）。EDHF也能使平滑肌细胞舒张，扩张血管。血管内皮依赖性超极化作用可易化血管舒张，减弱血管壁对一些收缩血管活性物质的反应性。

EDHF的作用不受NOS抑制剂左旋硝基精氨酸、消炎痛或优降糖（glibenclamide）的影响，表明该超极化因子不同于NO或PG_S类活性物质。

3 血管内皮细胞合成与释放的缩血管活性物质

血管内皮细胞可产生使血管平滑肌细胞收缩的物质，即血管内皮衍生的收缩因子（endothelium derived contracting factor，EDCF）。其后发现，在不同种属、不同部位的血管内皮细胞均可产生EDCF，但其性质略有差异，目前已知的有三类EDCF。

3.1 内皮素

1988年，Yanagisawa从猪主动脉内皮细胞中分离纯化出21个氨基酸组成的多肽，称内皮素（endothelin，ET，EDCF3）。人及哺乳动物体内有四种结构及药理学性质略有差异的异构体，分别定为ET-1，ET-2，ET-3和ET-4。人血管内皮细胞中可提取到ET-1，ET-2和ET-3。

含38个氨基酸的内皮素前体，称大内皮素（big endothelin），是经内皮素转化酶催化而生成的具有强烈活性（由21个氨基酸组成）的成熟ET。在组织中，内皮素主要以前体形式存在。除血管内皮细胞外，许多其它组织如平滑肌细胞、肺和神经组织等也能产生ET。在人主要是ET-1。ET-1及其受体广泛存在于各种组织细胞，因而参与多种功能的调节。但在生理条件下，ET-1在血浆中含量较低，约为5 ng。故ET-1不是一个循环激素，而是局部合成释放、局部起作用的活性物质，半衰期约1 h。

ET-1在局部合成释放后同相应受体结合，发挥生物效应，随之降解。在血循环中的ET-1，可经肾脏随尿排出，或经肺脏时被代谢灭活。

ET-1是目前已知的最强的血管收缩剂，在人及大多数种属动物的不同部位的动脉、静脉和微血管，以及离体血管，ET-1均显示出其强烈而持久的收缩作用。ET-1对静脉的作用比动脉强，其收缩血管的效应是去甲肾上腺素的100倍、PGF₂的1000倍。肾上腺素受体、胆碱受体、组胺H₁受体、5-HT受体等受体阻断剂，或PGs合成抑制剂，均不影响ET的缩血管效应。而异丙肾上腺素、心钠素、三硝基甘油及降钙素基因相关肽，可部分抑制ET的作用。

内皮素受体分布广泛，几乎所有组织细胞均有ET的受体。受体亚型主要有A、B两型。A型主要分布在平滑肌细胞；B型主要分布在内皮细胞。ET作用于平滑肌细胞上的A、B型受体，均能使平滑肌收缩。ET作用于内皮细胞上的B型受体，可使内皮细胞释放内皮依赖性舒血管物质，如EDRF、PGI₂，而使血管舒张。然而ET的舒血管效应，常被A型受体兴奋所引起的平滑肌细胞强烈而持久的收缩所掩盖。内皮素受体的结构与G-protein受体家族相似。通过信号传递通路，内皮素受体参与血管的收缩,调节细胞的某些机能。内皮素在颅脑创伤后脑水肿的形成中起重要作用，其作用是通过内皮素A受体调节的，应用内皮素A受体拮抗剂可防治颅脑创伤后继发性脑水肿。

近年来，人们发现一组机体识别和调控内皮素作用的蛋白质分子：即LBP/CD₁₄系统：包括血清脂多糖结合蛋白（lipopolysaccharide-binding protein，LBP）、细胞表面膜结合CD₁₄（membrane bound CD₁₄，mCD₁₄）和可溶性CD₁₄（soluble CD₁₄，sCD₁₄）。LBP是ET的重要载体蛋白，mCD₁₄是单核、巨噬细胞等CD₁₄+细胞表面的内皮素受体，sCD₁₄则是调节内皮细胞等CD₁₄细胞的重要介质。LBP/CD₁₄系统能明显提高各种细胞对ET的敏感性。

3.2 低氧诱生的血管内皮收缩因子

低氧可使脑、肺血管收缩，去内皮细胞后这种收缩反应减弱，提示有内皮依赖性收缩因子的释放，这种因子称为EDCF₁。低氧所致的EDCF₁作用迅速而短暂，磷脂酶A₂、脂氧合酶抑制剂不能阻断这种作用，但Ca²⁺拮抗剂可阻断这种收缩因子的作用。因而EDCF₁不是花生四烯酸的代谢产物，也不可能是内皮素。因内皮素不贮存在细胞中，且作用缓慢而持久。曾对低氧引起的EDCF₁进行生物测定，尚未获成功。目前对其化学本质了解不多。培养猪肺、脑动脉内皮细胞与平滑肌细胞，肺动脉内皮细胞缺氧时，有Ca²⁺内流增加、IP₃和cAMP无明显变化，cGMP于缺氧4 min升至高峰，随即回降；而脑动脉内皮细胞缺氧时，不仅有Ca²⁺内流，且有内钙释放、IP₃和cAMP增多，cGMP浓度在缺氧8 min时仍继续上升。缺氧时肺与脑动脉平滑肌细胞间第二信使的变化，仅有cGMP不同。可见，内皮细胞的异质性，可能与两血管反应性差异有关。

3.3 环氧合酶依赖性血管内皮收缩因子

有些血管内皮细胞合成环氧合酶的代谢产物，进而介导内皮依赖性血管收缩反应，这种内皮依赖性收缩因子统称为EDCF₂。环氧合酶抑制剂可阻断这一反应。内皮细胞合成环氧合酶的因子又可分成以下几类：

1）外源性花生四烯酸诱发的内皮细胞依赖性收缩因子：给外源性花生四烯酸可诱发内皮依赖性血管收缩。环氧合酶抑制剂可阻断该反应，但PGI₂或TXA₂合成酶抑制剂不能阻断该反应。表明有一种非PGI₂、又非TXA₂的环氧化物产物介导该反应。在无任何刺激情况下的兔主动脉环，外源性花生四烯酸引起有内皮细胞的血管条的收缩反应，明显大于无内皮细胞的血管条。

2）牵张诱发的内皮细胞依赖性收缩因子：牵张可诱发狗基底动脉内皮细胞依赖性收缩，环氧合酶抑制剂——消炎痛可阻断该反应，提示有环氧合酶产物介导牵张诱发的内皮依赖性收缩。内皮细胞膜上有牵张激活的离子通道，能感知机械力的刺激。

3）压力引起的内皮细胞依赖性收缩因子：增加猫大脑中动脉跨壁压，可导致血管平滑肌去极化，使血管收缩。该反应也是内皮细胞依赖性的，可能是由于跨壁压诱发了称为EDCF₂的内皮细胞依赖性的收缩因子的释放。

4）前列腺素H₂（PGH₂）：TXA₂合成酶抑制剂不能阻止狗静脉注射花生四烯酸或给ACh注射狗脑动脉，诱发内皮细胞依赖性收缩。环氧化酶抑制剂——消炎痛和TXA₂受体拮抗剂，可使组氨酸血症（hist）诱导出人大隐静脉的内皮细胞依赖性舒张。提示PGH₂的释放可能介导这种反应。

5）血栓素A₂（TXA₂）：TXA₂合成酶抑制剂可阻止狗脑动脉对去甲肾上腺素、尼古丁、A23187等诱导的内皮依赖性收缩；还可减弱离体兔肺动脉内皮细胞依赖性收缩对ACh的易化作用。TXA₂亦可介导内皮依赖性收缩，属EDCF₂。

6）超氧阴离子：环氧合酶的激活，除导致PGs生成外，还产生超氧阴离子，诱发狗基底动脉收缩。超氧离子也是环氧合酶依赖性的EDCF。

3.4 血管紧张素II

血管壁的内皮细胞及平滑肌细胞能合成血管紧张素转换酶（ACE）。此外，血管壁细胞也可合成肾素和血管紧张素原。用特异性肾素免疫组织化学法，证明培养的平滑肌细胞含有肾素样活性物质及血管紧张素原。分子杂交技术也证明在血管壁存在肾素、血管紧张素原、ACE及AgII的mRNA表达。于是在血管壁内有两个酶（肾素和ACE）和一个底物（血管紧张素原）组成的独立于肾脏局部的肾素-血管紧张素系统（RAS）。

血管壁细胞除可局部合肾素和血管紧张素原外，血管内皮细胞还可摄取血液循环中的肾素。肾素作用于血管紧张素原，生成无血管活性的十肽AgI。AgII主要是在流经肺循环时，经肺血管内皮细胞上的ACE转换成有高度血管活性的八肽AgII。AgII还可经氨基肽酶作用生成AgIII。可见，血管的RAS主要以自分泌及旁分泌的方式，给局部提供高浓度的AgII，以调节血管的紧张度及血流量。

AgII是强烈的血管收缩剂，并能刺激醛固酮的分泌。AgIII也有AgII同样的作用。

AgII除作用于平滑肌细胞膜上的受体，引起血管平滑肌细胞收缩外，还可作用于交感神经末梢，引起去甲肾上腺素的释放，间接引起平滑肌细胞收缩。AgII可诱导内皮细胞ET基因表达增强，并增加血管的反应性。但AgII与PDGF、TGF-b比较，促ET合成的作用弱。另一方面，AgII作用于内皮细胞，使其合成释放PGI₂、EDRF等舒血管因子，反馈性调节血管紧张性。

AgII还可促进平滑肌细胞的增殖。

4 内皮细胞合成释放的促进与抑制平滑肌细胞生长的物质

机体发育成熟后，血管平滑肌细胞多由合成表型转化为收缩表型。

4.1 促进平滑肌细胞增殖的物质

1）血小板衍生生长因子（platelet derived growth factor，PDGF）：除血小板颗粒中贮存的PDGF是其重要来源外，内皮细胞与平滑肌细胞也能合成、分泌PDGF。PDGF是阳离子蛋白质，是平滑肌细胞、成纤维细胞等间质细胞强烈的促有丝分裂剂。PDGF由A、B两条肽链，以二硫键连接构成三种形式的异构体，即PDGF-AA，PDGF-AB和PDGF-BB。PDGF受体有两种亚型。受体与PDGF配体相结合，进而发挥其促生长效应。

2）转化生长因子（transforming growth factor，TGF）：转化生长因子有TGF-a和TGF-b两种。TGF-a与表皮生长因子（epithelium growth factor，EGF）有共同的受体，可促进平滑肌与上皮细胞的生长。单独TGF-b的主要作用是抑制细胞的生长与分化，但在有EGF、PDGF同时存在的协同作用下，能促进平滑肌细胞生长。

3）成纤维细胞生长因子（fibroblastic growth factor，FGF）：成纤维细胞生长因子可由内皮细胞和平滑肌细胞分泌。有酸性和碱性（a-FGF，b-FGF）两种，碱性较酸性生物活性大10～100倍，但酸性FGF常易与肝素相结合而提高其生物活性30～100倍。FGF是强烈的结缔组织细胞促生长因子。在胚胎发育及血管生成中有重要作用，对组织损伤后的修复有促进作用。

4）内皮素（endothelin，ET）：内皮细胞合成分泌的ET是强烈的血管收缩剂，又有趋化作用。能促使合成表型的平滑肌细胞分裂，迅速而短暂地使c-fos、c-myc mRNA表达增强。将ET加入血管平滑肌细胞的培养液中，可成倍地增加细胞数和DNA合成量。ET可促进正常大鼠血管平滑肌细胞G₀期DNA合成。

5）血管紧张素II（AgII）：经血管内皮细胞ACE转化生成的AgII是强烈的血管收缩剂，也能促进血管平滑肌的增殖。

6）神经肽-Y（neuropeptide-Y，NPY）：NPY主要分布在神经系统，血管内皮细胞也能合成。NPY除有强烈的缩血管作用外，也能促使血管平滑肌细胞生长。

4.2 产生抑制平滑肌细胞增殖的物质

1）肝素类蛋白聚糖：血管内皮细胞及平滑肌细胞均可产生抑制平滑肌细胞生长的肝素类蛋白聚糖。其中重要的是硫酸乙酰肝素，它能使血管平滑肌细胞保持静止状态。肝素与PDGF的相反作用之间保持动态平衡。血小板中含有分解硫酸肝素酶（heparitinase），可破坏上述动态平衡，增强PDGF的作用。

2）EDRF，PGI₂：内皮细胞产生的EDRF，PGI₂等，除强烈地舒张血管平滑肌细胞、扩张血管外，也能抑制平滑肌细胞的增殖。

3）降钙素基因相关肽（calcitonin gene related peptide，CGRP）：严格讲，CGRP并非产生于血管内皮细胞，而主要产生于神经系统。但在血管壁有肽能神经纤维，释放肽类神经递质，它是不依赖于内皮细胞的强烈舒血管物质，作用缓慢而持久，能抑制血管平滑肌细胞的增殖，但可促进内皮细胞的增殖。