表观遗传学是研究基因核苷酸序列不发生改变的情况下,基因表达发生可遗传变化的一门遗传学分支学科,主要包括 DNA 甲基化、核染色质修饰、印记基因丢失及micro RNA 等,作为一种阐述具有相同DNA 序列的细胞或生物体如何产生明显表型差异的机制,有助于解释生活习惯与疾病发生间的关系,可作为疾病诊断、防治的生物标志物。动脉粥样硬化是环境因素与遗传因素相互作用所致的慢性炎症性疾病,深入了解表观遗传修饰与动脉粥样硬化形成和发展的关系,对于进一步阐明动脉粥样硬化的发病机制具有重要意义。
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《动脉粥样硬化表观遗传学研究前沿及技术》就动脉粥样硬化与表观遗传学修饰的**研究进展、可能的发病机制及相应检测技术进行阐述,旨在为深入研究和防治动脉粥样硬化提供帮助。
**篇 血管生理基础
**章血管结构及功能
**节血管内皮细胞
一、结构
1. 共同结构 扁平的鳞状上皮，呈单层、纵向排列，与血流方向一致。细胞间有10 ~ 20nm的缝隙，
呈紧密连接、缝隙连接。胞质中含有丰富的吞饮小泡，可双向转运物质。WeibelPalade(W-P)小体，
长约3μm，宽0. 1 ~0. 3μm，杆状，外包被单位膜，能够合成、储存Ⅷ因子相关抗原，是内皮细胞特
有结构。其间含有可以参与调节细胞间隙大小的微丝，而细胞间隙的大小与血管壁的通透性有关(图1
-1-1，图1-1-2)。
2. 毛细血管的分类 如图1-1-3，图1-1-4 所示。
(1) 有孔毛细血管：不含核的内皮细胞很薄，有60 ~ 80nm 的小孔，其中有的含隔膜。例如胃黏膜、
内分泌腺、肾小球等组织中的毛细血管。
(2) 连续毛细血管：整个毛细血管的基膜完整，属于紧密连接(tight junction)。例如肌肉、肺组织
、结缔组织、中枢神经系统等组织中的毛细血管。
(3) 血窦：毛细血管的基膜不连续，属于间隙连接(gap)，例如肝组织、脾组织等组织中的毛细血管。
二、功能
(一) 参与血管内外的物质交换
1. 通过血管内皮细胞物质交换的方式 使脂溶性物质可自由透过内皮细胞及其间隙，水溶性小分子物
质可通过细胞间隙及内皮细胞上的小孔进行滤过，而大分子物质则是经吞饮小泡在细胞间隙的主动转
运(图1-1-5)。
2. 血管内皮细胞物质交换的调节 如图1-1-6 所示。
(1) 可以增加通透性的因子：炎症介质，如组胺、5-HT、LTs、PAF、激肽等；氧自由基，因内皮细胞
富含黄嘌呤脱氢酶，可使细胞Ca2+ 升高，微丝收缩，骨架改变，细胞间隙增大；鱼精蛋白、阳离子蛋
白均可破坏电荷屏障。
(2) 可以降低通透性的因子：糖皮质激素、ADH、CA等，可拮抗通透性升高因子、稳定内皮细胞骨架；
肝素、血管通透性调节蛋白等可保护内皮细胞的电荷屏障。
(二) 调节血细胞与内皮细胞的黏附
1. 血小板的黏附 参与内皮细胞抗血小板的黏附作用。激活后的内皮细胞介导血小板的黏附功能，可
表达selectin、VCAM、ICAM 等。其中血小板黏附分子有Ⅰb、Ⅱb、Ⅲa、Ⅳb、Ⅴ等，主要为Ⅰb 和
Ⅱb/ Ⅲa 复合体；基质黏附分子有胶原、纤维连接蛋白(fibronectin，FN)、纤维蛋白原、
vitronectin、vWF(FⅧ)等。
2. 白细胞的黏附 可激活其表达的白细胞黏附分子有整合素(integrin，CD11/ CD18)、选择素-L(L-
selectin)、TNF、PAF、LTB4 、Phorbol ester 等；内皮细胞黏附分子免疫球蛋白超家族
(superimmunoglobulinfamily，ICAM-Ⅰ，ICAM-Ⅱ)、E-selectin 等，都可以介导白细胞向血管外
的迁移(图1-1-7)。
(三) 调节凝血-纤溶平衡
1. 促凝血因子vWF-Ⅷ因子相关抗原，储存于血小板中，由内皮细胞合成，促进血小板与内皮细胞的黏
附；血小板激活因子(platelet activating factor，PAF)，可活化血小板，增强血管通透性；血小
板反应蛋白(thrombospondin)，储存于血小板α 颗粒中，由内皮细胞合成，促进血小板黏附聚集，
促进凝血。
2. 抗凝血因子 蛋白聚糖-硫酸乙酰肝素，能够增强AT-Ⅲ的活性，增强内皮细胞表面的负电荷；抗凝
血酶-Ⅲ(AT-Ⅲ)，抑制凝血酶、因子Ⅹa、Ⅻa、Ⅺa、Ⅸa、纤溶酶、尿激酶、激肽释放酶的活性；血
栓调节蛋白(thrombomodulin)与凝血酶结合可激活蛋白C 系统，灭活Ⅷa、Ⅴa 的活性，从而抑制血
小板聚集；PGI2 、NO 可舒张血管平滑肌，抑制血小板的凝血。
3. 纤溶激活物 t-PA，主要由内皮细胞合成；u-PA，主要由肾脏合成，亦能由内皮细胞合成。
4. 纤溶激活物抑制物(PAI) 由内皮细胞合成，可抑制PA 的活性。
(四) 调节血管运动功能
1. 舒张血管的物质 PGI2 ，通过cAMP 途径抑制血小板聚集，主要由内皮细胞合成，舒张血管平滑肌
、抑制PDGF 释放；NO、EDRF，通过cGMP 途径使[Ca2+ ]下降，舒张血管平滑肌，抑制血小板聚集等
。
2. 收缩血管的物质 ET-1、内皮素，主要由内皮细胞合成，通过IP3 和DAG 途径升高[Ca2+ ]i，收缩
血管平滑肌；ET-1 可激活c-myc、c-fos，促进平滑肌细胞的增殖。
(五) 调节血管平滑肌的增殖
1. 促增殖类因子 PDGF(platelet derived growth factor)、TGF(transforming growth factor)
、FGF(fibroblastic growth factor)、ET(endothelin)、AgⅡ(angiotension)、NPY
(neuropeptide-Y)。
2. 抑制增殖类因子 CGRP(calcitonin gene related paptide)，主要由血管壁的肽能神经末梢释放
；PGI2 、NO、硫酸乙酰肝素蛋白多糖(heparin sulfate proteoglycans)。
(六) 对生物活性物质的摄取、转换、灭活功能AgⅠ向AgⅡ转换由血管紧张素转换酶催化完成；
catacholamine、5-HT 由单胺氧化酶、儿茶酚胺甲基转移酶灭活；脂类活性物质PGs、PAF、LTs 等亦
可被内皮细胞摄取、灭活。
第二节 血管平滑肌细胞
血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells，VSMC)决定血管构型和血管的活性，是血管壁的主
要细胞成分。不同状态、不同部位下血管构型不同，毛细血管缺乏VSMC，中动脉有丰富的VSMC，大动
脉富含弹力纤维基质，VSMC 相对较少。某些病理情况下，会出现血管壁的重构(vascular
remodeling)，主要由VSMC 的变化形成，如动脉粥样硬化、高血压、肺动脉高压等。
血管活性的主要构成元素即为血管的舒缩活动，实即VSMC 的收缩与舒张；VSMC 及其所分泌的基质决
定血管壁的顺应性。血管舒缩活动及血管壁顺应性的异常主要源于VSMC 的结构与功能的改变。
一、血管平滑肌细胞的结构特征
血管平滑肌细胞有两个基本表型：合成表型和收缩表型。
(一)合成表型
见于胚胎期、新生儿期及某些病理状态下。主要以合成、分泌细胞外基质成分为主。细胞体积大而不
规则，核糖体丰富，核浆比例大，核大且呈异染性，高尔基复合体发达，粗面内质网腔扩张，肌丝(特
别是粗肌丝，myosin)较少(图1-1-8)。
(二)收缩表型
仅分布于核周区域，在正常成人体内主要以收缩为主，皆为收缩表型。细胞体积缩小，呈纺锤形；核
缩小且呈致密杆状；核浆比例减小，粗面内质网、高尔基复合体缩小，肌丝明显增多(图1-1-9)。
(三) 基本构成
1. 细肌丝 主要成分为actin，收缩表型以α-actin 为主，合成表型以β-actin 为主。调节成分包
括filamin(细丝蛋白)、tropomyosin(原肌球蛋白)、钙调素，troponin(肌钙蛋白)，其肌钙蛋白不含
TnC 亚基，TnC 亚基的作用被钙调素取代。
2. 中间丝 收缩表型含desmin 和vimentin，合成表型以vimentin 为主。构成细胞骨架，收缩时可传
导张力。
3. 粗肌丝 主要成分为myosin，心肌细胞粗细肌丝之比为1 ∶ 6；而平滑肌为1 ∶ (12 ~30)。
4. 密体和密斑 细肌丝的附着点，电子致密小体。密斑位于肌膜内面，密体位于胞质内。相邻的密体
间由中间丝连接，为中间丝和细肌丝的共同附着点，相当于横纹肌的Z 线。
5. 小凹(caveola) 肌膜表面的凹陷，数量众多，但不深，功能相当于横纹肌的横小管(T管)，肌浆网
不发达(图1-1-10，图1-1-11)。
二、血管平滑肌细胞的功能特征
(一) 收缩功能 平滑肌肌丝附着于胞膜的密斑上，呈螺旋形排列，长轴与细胞长轴平行，但有一定的
倾斜度。细肌丝可沿粗肌丝的全长滑动，粗肌丝没有M 线，因此，粗、细肌丝的重叠范围大。平滑肌
相邻横桥的摆动方向相反，使相邻细肌丝的滑动方向相对而行(而心肌相邻横桥的摆动方向相同)，且
肌纤维呈螺旋形扭曲变短。如图1-1-12 所示。
1. VSMC 收缩机制
(1) 平滑肌收缩：细胞内Ca2+上升至10-6 mol/ L 后与钙调蛋白结合，激活肌球蛋白轻链激酶
(myosin light-chain kinase，MLCK)，使得肌球蛋白头部轻链磷酸化，磷酸化的肌球蛋白促进肌球
蛋白与肌动蛋白结合，激活Mg2+-ATPase 进而分解ATP 释能使横桥滑动，肌肉收缩。
(2) 平滑肌松弛：肌质网的钙泵；胞膜钙泵；胞膜Na+-
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