第一节　血管新生的分期与生长方式

一、血管新生的分期

血管新生是组织的损伤修复、肿瘤形成、缺血组织侧支循环建立的关键病理过程。由于血管新生在不同疾病病理中扮演着不同角色，抑制或加强血管生成都可作为针对不同疾病病理环节的治疗手段。血管新生是一个动态的病理过程，根据其不同时期的典型病理特征，可分为以下三期。

（一）初期

多种体内、外的刺激因素导致促血管生成因子分泌增加，同时血管内皮细胞局部积聚，诱导血管内皮新生，以及进一步血管新生。能引起这一过程的刺激因素包括血管损伤、肿瘤生长、局部炎症反应、缺氧及某些细胞因子等，其中主要的影响因素有缺氧、缺氧诱导因子1（hypoxia inducible factor-1，HIF-1）和一氧化氮（NO）。低氧状态存在于胚胎时期和发育中的组织，也存在于创伤修复、炎症和肿瘤组织。在体内外损伤环境下，组织细胞易发生缺氧。缺氧可上调HIF-1的表达水平，HIF-1作为调节氧稳态的核心转录因子，可结合多种促血管生成因子及其受体的启动子中的缺氧反应元件，从而增强相应蛋白的表达并启动血管新生。HIF-1参与转录的因子包括血管内皮生长因子（VEGF）、VEGF的受体（VEGFR：VEGFR-1、VEGFR-2、VEGFR-3）、血管生成素2（angiogenin-2，Ang-2）、转化生长因子 β（TGF-β）等。此外，NO也可作为一种有效的血管新生介质，调节血管新生因子的作用。该气体分子在血管新生中参与调节的环节包括内皮细胞的存活、增殖、迁移，以及内皮细胞与细胞外基质之间的黏附等。已有研究表明，NO能与VEGF、基础成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）、基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）等相互作用在血管新生中发挥作用。简而言之，NO主要通过以下三方面影响血管新生：①促进VEGF的表达，刺激内皮细胞的增殖；②上调MMPs的表达并抑制MMPs抑制剂金属蛋白酶组织抑制因子1（tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP-1）的表达，促进细胞外基质的降解；③介导bFGF影响血管新生。

（二）增生侵入期

在各种促血管生成因子的作用下，蛋白酶降解细胞外基质（extracellular matrix，ECM），使内皮细胞与周围组织的黏附松脱，导致周围细胞及内皮细胞增生、迁移和浸润。具体过程是：VEGF结合内皮细胞表面的VEGFR-2，促进内皮细胞形成质膜囊泡，并逐步融合成内皮穿孔、跨内皮通道，最后形成细胞间隙，使血管通透性增加。因此，血浆蛋白易渗出并沉积于血管外，为内皮细胞的黏附提供了蛋白支架，有利于内皮细胞沿着VEGF浓度梯度方向的迁移。

（三）成熟分化期

血管成熟分化期包括血管管腔形成、内皮细胞分化、血管结构的修整和改建。血管平滑肌细胞和血管周围细胞被招募至局部促使微血管构建成形，细胞外基质重新塑形，毛细血管网可根据组织需要进一步增生变密或退化变疏，使得成熟的血管最终形成。

关于血管生成的调控机制，近年来一些学者提出血管生成的诱导剂与抑制剂处于平衡状态的学说，这种学说认为：一旦诱导剂与抑制剂平衡被破坏就会引起血管出芽或者血管退化。当前研究主要集中在血管新生机制上，并对各种促血管生成因子的研究比较深入。在血管出芽形成过程中，VEGFR-1（又称FLT-1）可调节VEGF信号产生的空间位置及VEGF-A生物活性的精确水平，从而确保出芽的形成。缺氧诱导产生的钙调蛋白对血管新生中内皮细胞的活动有重要作用，抑制该活动阻滞了内皮细胞迁移、黏附与胶原蛋白的形成。

二、血管新生的生长方式

（一）出芽式血管新生

出芽式（sprouting）血管新生是最先观察到的血管新生方式。典型的出芽式血管新生方式与上述血管新生的分期基本一致，即在促进血管生成的信号分子的刺激下（如VEGF等），刺激内皮细胞产生蛋白酶分解周围的基膜并使内皮细胞摆脱细胞外基质的约束，内皮细胞以出芽生长的方式向外生长并连接邻近的血管。新生的血管会朝着促血管生成物刺激的方向生长，内皮细胞以串联的方式生长。出芽式血管新生（图6-1）的速度较快，以每天几毫米的速度生长。具体过程：组织局部增高的NO和VEGF渗入导致血管呈现舒张状态。血管表面的周细胞与血管分离。内皮细胞朝着损伤的组织迁徙。后面的内皮细胞跟随前面的细胞继续增殖。从原有血管募集血管周围细胞迁徙到新生内皮细胞外表面，周围细胞来源于小的毛细血管，平滑肌细胞来源于大的血管。内皮细胞的增殖和迁徙受到抑制，血管基膜开始形成。

出芽式血管新生涉及多种促血管生长因子、细胞之间的相互作用及细胞与基质之间的相互作用，该过程是一个复杂的病理生理过程，各个环节之间有着精细的调控。

（二）套叠式血管新生

套叠式（intussusceptive）血管新生又叫非芽生式血管新生或分裂式血管新生。这种血管新生方式第一次在大鼠体内被发现，是指原有的毛细血管被横贯血管的间质突起纵向一分为二，形成两条新的毛细血管。在此之前，被分割的毛细血管常发生内皮细胞增生、管腔变大。套叠式血管新生分为四个阶段：

第一阶段：一个毛细血管中两面相对的管壁建立一个连接区域。此阶段的典型特是，两面相对的管壁内表面上的内皮细胞直接建立连接。这种连接是由血管管壁突入到管腔产生的，标志着内皮间经血管管腔的桥接形成（半径约1μm）（图6-2a）。同时，在这一连接区域也能观察到沿着细胞膜排列的密集斑点，这被看作内皮细胞间的黏附点。

第二阶段：内皮细胞之间的连接点被重新组织，血管上出现小孔并允许生长因子和细胞渗入到血管管腔。相连的两层内皮细胞上的穿孔是血管形成的新阶段。本阶段的特点是内皮包裹的圆柱形组织穿越管腔，形成桥接（图6-2b）。这一时期的形态特点比第一阶段更容易观察到。在桥接的圆柱形组织的中间，包含由肌成纤维细胞的胞质及其微丝延伸所形成的间质组织，是本阶段的典型形态特点。

第三阶段：连接两个血管管腔的圆柱形组织在中间会形成一个内核，内核中间有周细胞和肌成纤维细胞填充，这些细胞产生的胶原纤维成为血管管腔生长所需的细胞外基质（图6-2c）。第三阶段和第二阶段较为相似，主要区别是在本阶段中周细胞会在圆柱旁边的毛细血管管壁外侧部生长。此外，这些周细胞会覆盖内皮细胞连接处。

第四阶段：在不改变基本结构的情况下，内核被填充（图6-2d）。本阶段典型的结构是毛细血管间出现半径小于2.5μm的网眼。它们的内核与第三阶段的几乎完全一样，只是增加了一些胶原纤维。

因此，血管新生的四个阶段是按形态学发生的次序划分的。其中，第一阶段最为关键，内面相对的血管管壁建立持续的连接区域是血管形成的条件，而圆柱形组织的生成是套叠式血管新生的结构基础。对于毛细血管来说，套叠式血管新生是对毛细血管管床在大小和复杂性上的拓展，是出芽式血管新生的一种替代的血管生长方式。圆柱形组织在毛细血管网中次序生成最终促使毛细血管树形成。在小的动、静脉血管分支中，圆柱形组织的形成能重塑血管分支的几何结构，或是对血管进行修剪。综上所述，在涉及血管生成的研究中应该对出芽式和套叠式这两种生长方式都予以重视。由于组织、器官及肿瘤中的血管生成对这两种方式都有依赖，忽略其中任何一个都会对血管生成的理解产生偏差。