內皮細胞（EC）暴露于血管腔內的變化，如機械損傷，剪切應力或化學試劑。在這些情況下，EC釋放各種細胞因子、趨化因子和生長因子，導致內皮功能障礙表型，并引發心血管疾病的進展，如高血壓、動脈粥樣硬化、糖尿病等。在血管壁的中層，血管平滑肌細胞（VSMCs）是主要組成成分，表現出高度的可塑性，具有兩種不同表型，即分化表型（收縮表型）和去分化表型（合成表型）。這些表型修飾調節VSMCs的增殖、遷移和炎癥能力，在動脈重塑中起主要作用。內膜層的EC與中層的VSMC之間的通訊是病理性血管重塑開始和進展的關鍵步驟。例如，EC-VSMC通訊中的擾動可導致動脈粥樣硬化發展的典型特征，如內皮功能障礙、炎性細胞浸潤或VSMCs表型轉換。

血管壁重塑是指血管壁對生物化學和生物力學刺激的適應。這種重塑是一個活躍的過程，涉及VSMCs增殖和遷移狀態的變化、內皮功能障礙、炎癥過程以及細胞外基質（ECM）成分的合成或降解。所有這些過程都受到生長因子、血管活性物質和細胞間血流動力學刺激的動態相互作用的調控，從而引發血管壁結構和功能的變化。血管結構和組成的這些病理變化可能導致血管疾病和循環系統疾病的病理過程，并引起臨床表現。確定在血管重塑過程中介導血管穩態的EC-VSMC相互作用的通路可能為心腦血管疾?。–VD）預防提供見解。

在西班牙希門尼斯·迪亞茲大學醫院基金會和心血管疾病研究網絡聯合團隊的一項文章中曾總結了細胞間通訊的不同通路以及不同的體外模型來分析EC-VSMCs的相互作用。

EC和VSMCs之間的細胞間通訊不僅在血管穩態中而且在疾病中也起著關鍵作用。血管對生理和病理刺激的反應部分取決于管腔側內層的EC與血管壁內VSMC之間的串擾。因此，這證實了血管病理生理學的體外分析需要EC和VSMCs共培養系統的原因。但是目前尚不清楚EC-VSMC物理或旁分泌相互作用的缺陷，或其微環境（細胞外基質）如何導致CVD，這將有助于確定診斷或治療血管重塑疾病的關鍵參與者。

一、Paracrine Communications（旁分泌通訊）

1.可溶性因子

可溶性因子的擴散及其濃度之間的平衡是成熟血管EC-VSMCs通訊中不可少的過程。與單獨培養的VSMCs相比，EC中的一些可溶性因子具有改變VSMCs的低密度脂蛋白代謝或降低膽固醇酯水解的能力。

EC中的一氧化氮（NO）似乎調節VSMCs中醛糖還原酶的代謝活性，并防止糖尿病大鼠主動脈的山梨糖醇積累。此外，一氧化碳（CO）與NO 在EC-VSMCs串擾中的血管舒張作用間接相關。瞬時HO-1/CO- 通過ECs中eNOS/NO軸的上調來調節血管張力，隨后增加VSMCs中的cGMP產生。EC和VSMC內的適應性自噬已被描述為維持血管重塑疾病和心臟微血管系統中血管功能的重要機制。串擾研究報道，ECs還會釋放其他因子，例如血管緊張素II或內皮素，與VSMCs的收縮和血管張力增加有關。血小板衍生生長因子（PDGF）是眾多生長因子中的另一種，它們在生理或病理情況下基本上與EC-VSMCs通訊有關。在胚胎發育過程中，內皮細胞-PDGF參與VSMCs的募集、增殖和遷移，這些都是形成血管壁所必需的。鞘氨醇-1-磷酸（S1P）通路是另一個參與EC和VSMC之間旁分泌通訊的受體-配體軸。已經表明，在EC和VSMC的人類共培養模型中，EC上S1P1受體的缺失會導致VSMCs覆蓋率的顯著缺陷。此外，雷帕霉素（mTOR）的哺乳動物靶標的數據代表了EC-VSMCs串擾的另一個層次，這支持了共培養實驗的必要性，以獲得病理學的整體視野。

2.細胞外囊泡

細胞外囊泡（EVs）的分泌是血管穩態或病理性血管重塑期間發生細胞間通訊的重要機制。在EC-VSMC的相互作用方面，研究表明EC和VSMCs釋放細胞外囊泡，這可能與血管穩態或病理進展有關。在生理情況下，正常的層流觸發含有miR-143和miR-145的細胞外微泡。EC將miR143/145包裝并釋放到外泌體中，外泌體被鄰近的VSMCs吸收，有助于調節這些細胞中的表型靶基因。miR-143/miR-145也被證明可靶向與VSMCs分化調節有關的其他關鍵轉錄調控因子，例如含ETS結構域的蛋白-1（ELK-1）和心肌素。

二、Parenchyma Players（通過細胞外基質（ECM）相互作用）

細胞通訊也可以通過細胞外基質（ECM）的特性進行。ECM的改變不僅會導致結構改變，還可能導致EC-VSMCs信號轉導中斷。ECs和VSMCS都分泌基質成分，有助于維持血管特性并影響鄰近細胞功能。在ECM成分中，膠原蛋白是促成血管壁幾何變化的主要分子，其沉積有利于提高血管硬度，并可用于將VSMC和EC的基底膜與其他ECM結構連接起來。此外，雖然膠原蛋白I和纖連蛋白誘導合成VSMCs表型，但細胞分泌IV型膠原可促進收縮性VSMCs表型信號轉導。

三、Contact-Contact Signaling

1.肌內皮縫隙連接

研究最多的細胞間接觸稱為肌內皮縫隙連接（MEGJ）。功能性縫隙連接的形成需要連接蛋白（Cx）的組裝。在血管系統中，Cx37、Cx40、Cx43和Cx45是主要的連接蛋白。從本質上講，MEGJ作為VSMCs和EC之間的反饋通路，以促進離子或小分子的直接轉移，主要是第二信使，如Ca2+、IP3和cAMP或EDH信號，以控制血管收縮-舒張。

2.Notch信號

強有力的證據已經證明了Notch信號在EC-VSMCs串擾中的作用。EC和VSMCs都普遍表達Notch元素。然而，Notch元素會根據細胞階段和細胞類型而發生變化。Notch在EC-VSMCs通訊中的主要功能部分是由Jagged1配體驅動的。內皮Notch激活的改變也與動脈粥樣硬化中的保護作用有關，并且在控制血管損傷中VSMCs表型轉換中起重要作用。此外，研究還顯示了EC-VSMC串擾中Notch信號傳導在動脈粥樣硬化纖維帽形成中的作用。

研究血管重塑過程中EC-VSMCs通訊的體外模型

了解血管重塑疾病中的EC-VSMCs通訊的重要性導致了在開發相關體外模型方面的巨大努力。必須創建一個EC-VSMC共培養模型，在該模型中可以概括血流動力學，環境或結構，嘗試模仿體內血管壁環境。生成通用且穩定的EC-VSMCs共培養體外模型的必要性被認為是未來研究和轉化藥物篩選的必要和關鍵。共培養的類型可分為：

1.間接共培養

在沒有物理接觸的情況下，研究細胞-細胞依賴性相互作用的體外模型，并基于分泌通路和旁分泌通訊。微載體、支架、雙分子層膜、使用條件培養基（CM）或 transwell assay 是間接共培養的例子。在該模型中，細胞是分開生長的，其中一個細胞的培養基用于刺激另一種細胞類型。然而，單向響應和可溶性因子是wei'yi沒有細胞-細胞相互作用的介質，是該模型的一些缺點。該模型也已擴展到與動脈粥樣硬化相關的不同研究中。

二維（2D）細胞培養EC-VSMCs（transwells，flow chambers）。該方法已被廣泛使用，其優點是技術簡單，同時能夠進行顯微鏡檢查，并且無需細胞分選即可輕松分離純群體。簡而言之，該方法包括在平板底部培養一種細胞類型，另一種在膜過濾器上培養，可防止細胞間接觸，也有該模型的變體允許在濾膜的不同側進行細胞培養。此外，膜孔徑的可變性允許在某些情況下ECs和VSMCs之間的相互作用，并允許這種體外模型用于血管重塑研究，以評估遷移，免疫細胞跨內皮細胞，通透性研究或細胞間旁分泌調節。

2.直接共培養

間接共培養的主要局限性是缺乏由血管壁中細胞-細胞接觸。3D模型的情況并非如此。3D共培養模型的不同變體可以允許人們研究之前描述的三種主要類型的細胞相互作用：細胞-細胞接觸，旁分泌相互作用和細胞-ECM相互作用，使這些模型在生理上與研究病理和生理血管重塑更相關。3D共培養系統的一些例子是：EC-VSMCs球體，包括EC和VSMCs的直接培養，或EC在含有VSMCs（膠原支架）的細胞外基質樣凝膠上的培養，以及由誘導多能干細胞（IPs）產生的血管類器官。

盡管這些體外臨床前研究最終可以使用，但不幸的是，在許多情況下未能將其轉化為臨床療效，這表明需要新的臨床前系統。體外建模復雜性的下一步是3D人源性血管類器官。這些體外3D人體血管類器官是通過自組織形成的，并表現出人微血管系統的形態、功能和分子特征。該系統已被用于概括人體血管的結構和功能，以研究血管疾病的調節因子，如糖尿病。未來，類器官的應用將為藥物篩選的新方法打開大門。

圖1   EC-VSMCs在血管壁的通訊。示意圖：旁分泌，細胞外囊泡，ECM和直接細胞間相互作用。EC-VSMC通訊的失調觸發與某些CVD相關的病理性血管壁重塑。

血管壁細胞之間的通訊是血管系統正確形成和功能的基礎。在這篇綜述中，總結了物理或旁分泌EC-VSMCs通訊如何產生血管床特異性特征的，以及這種串擾的變化如何成為病理性血管重塑的主要原因（圖1）。因此，進一步的研究應旨在加強目前對VSMCs和EC在共培養模型中相互作用的理解。這可以提供有關血管穩態的主要知識來源，以便找到預防血管重塑進展的新療法。

參考文獻：Méndez-Barbero N, Gutiérrez-Mu?oz C, Blanco-Colio LM. Cellular Crosstalk between Endothelial and Smooth Muscle Cells in Vascular Wall Remodeling. Int J Mol Sci. 2021 Jul 6;22(14):7284. doi: 10.3390/ijms22147284. PMID: 34298897; PMCID: PMC8306829.

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