南京市第一医院、南京市心血管病医院  陈绍良

    虽然整个冠状动脉树都暴露在系统危险因素致粥样硬化的环境下，但是粥样硬化狭窄却只在一些特殊的部位出现，这些部位的ESS较低或存在震荡ESS。低ESS通过复杂的机械受体和机械转导过程调控内皮细胞的基因表达，导致粥样硬化的内皮表型和早期粥样硬化斑块形成。每个早期斑块都具有其进展、退缩或稳定的各自特征，这不仅取决于粥样硬化斑块的形成和进展，也取决于血管重塑反应。尽管粥样硬化血管壁重塑的病理生理机制还不完全清楚，但是局部血流动力学环境（尤其是低ESS）和血管壁生物学之间的交互作用起着非常重要的作用。

    一、概述

    粥样硬化是一种主要发生在中到大动脉血管的慢性、炎性、纤维增生性疾病。粥样硬化狭窄只在分叉部位附近、分叉血管的外侧壁及弯曲部位的内侧缘等冠状动脉树的特殊部位出现，这和这些部位存在紊乱的血流有关。

    除外粥样硬化斑块发生发展的过程，斑块生长过程导致血管壁局部重塑特性的变化也是一个粥样硬化斑块自然进程和临床表现的决定因素，因此，血管壁局部条件的改变也在血管重塑中起着重要作用。

    二、ESS的定义及血流类型

    ESS是血液和动脉血管内膜面之间摩擦时产生的切线方向的应力，以单位面积下受力大小来表示（N/m², Pa, dyne/cm²；1N/m²=1Pa=10dyne/cm²）。ESS和血液黏度及血管壁上血流速度的空间差呈正相关（ESS=μ×dv/dy）。

    液体在一个管道内流动时的特性取决于流动的速度及管道几何形状是否规则，以及是否有狭窄或阻塞。液体流动的形态可以是层流也可以是涡流。在一个给定的几何形态的管道中，液体是层流还是涡流取决于雷诺值(Re)，Re值小，血流呈层流；Re值大（尤其是超过2,000时），液体呈涡流。

    三、ESS机械感受、信号转导和机械敏感基因表达

    内皮细胞（ECs）表面备有大量的机械感受器，能够探测和反应ESS的刺激。机械感受器被激活以后，多个复杂的细胞内通路网络得以触发，这一过程就是所谓的机械转导。这些通路是同时被激活，而且有相互交叉作用，大多数通路汇聚于不同水平的有丝分裂原-激活的蛋白激酶（MAPKs）瀑布，由此提示MAPKs在ESS机械转导过程中的重要作用。细胞骨架具有一个中央调节器来调控ESS信号，并通过为大量信号分子的置换和形成提供支撑，而起到细胞腔之间联系的一个纽带，此时当ESS出现显著改变时，多个细胞腔、基底膜和连接区形成的部位信号通路便得以启动。这些通路导致不同转录因子（TFs）磷酸化，并和机械敏感基因的激活子上面的阳性及阴性剪切应力反应元件（SSREs）相结合，诱导或者抑制它们的表达，最终调控细胞的功能和形态。在没有紊乱流的动脉中，ESS随着生理条件而变化，Ecs表达多种抗粥样硬化的基因，并且抑制多种促进动脉粥样硬化的基因表达，最后保证动脉血管的稳态。相反，在存在低ESS或者紊乱流区域，保护性基因被抑制，而致动脉粥样硬化基因被上调，从而，促进动脉粥样硬化的发展。

    四、低ESS在粥样硬化中的作用

    （1）降低一氧化氮（NO）-依赖性的动脉保护作用。NO作为调控血管张力大小的重要因子，也具有强大的抗炎性反应、抗凋亡、抗有丝分裂和抗血栓形成的作用。

    （2）促进低密度脂蛋白（LDL）的摄取、合成和渗透，引起固醇调节器元件结合蛋白（SREBPs）持续的内皮激活。

    （3）紊乱流增加内皮细胞膜表面LDL的渗透性。切应力对内皮细胞周期及存活的调节在LDL通透性增加的过程中起着重要的作用。

    （4）促进氧化应激。低ESS还将调节细胞内ROS的清除酶（如超氧化物歧化酶等），进一步增强局部氧化反应的能力。

    （5）促进炎性反应。低ESS通过激活特定的TFs、核因子-kappa B(NF-κB)和实现核酸置换，而在炎性细胞向内皮下趋化和浸润中起着十分重要的作用。

    （6）低ESS诱导的NF-κB激活下游的多个内皮基因被上调节。炎性细胞浸润到内膜下可能主要是通过血流停滞的机械因素及内皮细胞间连接加宽而得到加强的，尤其是在紊乱流区域最为显著。一旦单核细胞浸润到内膜下，就发生结构和功能的变化并识别巨噬细胞，如此持续产生炎性反应、氧化应激和动力性基质重构，从而促进动脉粥样硬化的进程。

    （7）促进血管平滑肌细胞（VSMC）迁移、分化和增殖。随着时间的延长，VSMC沿着成纤维产生一个纤维帽以便将脂质核和循环血液中的血小板分离开来。纤维帽和脂质核就是早期的粥样硬化斑块。

    （8）促进ECM在斑块纤维帽和血管壁中的降解。纤维帽和血管壁中的ECM包含有复杂的胶原及弹力纤维复合物。离体及在体动物实验均证实低ESS上调基质金属蛋白酶（MMPs,尤其是MMP-2）和胶原酶-A、胶原酶-B的活性及基因表达，这些酶均是粥样斑块内ECM降解的主要蛋白酶。

    （9）减少斑块纤维帽内和血管壁中ECM的合成。除外ECM广泛降解，低ESS和紊乱血流还增加ECM的合成。低ESS引起的TGF-β和eNOS基因表达降调节直接促进炎性反应和基质合成。

    （10）在斑块内新生血管形成中的作用。低ESS增加内膜厚度、进一步加重缺血的程度、上调VEGF和其他促血管形成因子（如angiopeptin-2）的表达，增强局部炎性反应、氧化应激、基质降解酶和增强内皮细胞及VSMCs迁移增殖酶的表达，从而间接促进内膜下新生血管的形成。

    （11）在斑块钙化中的作用。骨形态发生蛋白（BMP-4）是细胞因子TGF-β超级家族的一员，在低和震荡ESS环境下得到上调节。BMP-4参与斑块钙化，提示低ESS在斑块基底部散在点状钙化沉积中的作用地位，这些钙化点多位于IEL附近，被多种炎性细胞包绕。

    （12）增加斑块致血栓形成的作用。血栓调节蛋白是内皮细胞表面一个重要的抗凝因子，生理状态下受层流的上调节。因此，在低ESS减少t-PA表达的同时，必然增加斑块的致血栓特性。致栓作用在急性纤维帽断裂时导致急性血栓形成和血流完全中断，从而出现急性冠状动脉综合征。

    五、低ESS在粥样硬化血管壁重塑中的作用。

    粥样硬化斑块的临床意义不仅取决于粥样硬化的形成和进展，而且与粥样硬化形成中血管重塑密切相关。虽然粥样硬化血管壁重塑的确切机制尚不清楚，但是可以肯定局部流体动力学和血管壁生物学之间的交互作用是重要的因素。

    （1）正向重构。局部粥样硬化斑块形成和流体力学紊乱导致病变部位血管向外扩张就是所谓的正向重构。Glagov首先描述了正向重构的现象，并指出正向重构是病变部位血管为了提供充足的血液而出现的一种代偿性变化。近来有研究发现尽管轻度狭窄的冠状动脉中有60%出现正向重构，大约有20%表现出过度重构，以至于病变部位血管直径和管腔直径均显著大于邻近部位的无病变血管段。

    血管壁对粥样硬化是出现代偿反应还是过度重构的机制还不清楚。在ESS极度减低的状态下，局部脂质聚集、炎性反应程度和氧化应激增强，因而发生广泛性ECM降解，最终出现血管极度扩张的重构结果，后者维持或者进一步降低低ESS的程度，如此恶性循环。系统因素（严重高血脂、高血糖和高血压）和遗传性因素和低ESS微环境之间相互作用并进一步加重动脉血管扩张的程度。

    （2）负向重构。当纤维增生过程起着主导，并且炎性反应和基质降解程度显著降低时，动脉粥样硬化血管出现的是收缩反应，即负向重构，表现为血管及管腔直径均缩小。在狭窄程度较轻的人类冠状动脉中，大约20%会出现负向重构，提示负向重构是血管壁对斑块的直接反应。组织病理学数据显示反复斑块微破裂的疤痕修复过程中，这些高危斑块进展的结果也可以导致负向重构的发生。同时，采用他汀类药物积极降脂治疗可以增强纤维增生的过程，从而出现负向重构。低ESS在负向重构的病理生物学中不起特殊的作用。

    六、低ESS在早期纤维粥样斑块向高危、静止或狭窄性粥样硬化斑块进展中的作用。

    粥样硬化病变的分类涉及组织病理学和功能学指标，因此，存在较大的争议。Stary最早提出详尽的分类方法，之后Virmani进行了改良。目前，多数学者主张独立的分类方法，依据斑块的独立组织形态、功能及临床特点（即组织病理学、斑块进展速率、相关联的血管重构类型、易损程度和相关的临床结果），如此将斑块分为：（1）高危斑块；（2）静止斑块；（3）狭窄性斑块。

    高危斑块的发展    关于早期粥样硬化斑块进展与临床结果之间关系的研究还较少。采用IVUS和免疫组织化学分析法在糖尿病猪模型的研究发现，低ESS是斑块位置、斑块进展直至转化为高危斑块（伴随着严重的脂质聚集、炎性反应、纤维帽极度变薄、IEL裂解、中膜变薄和过度血管正向重构）的独立预测因子。基线低ESS的大小和高危斑块特性的严重程度密切相关。在高危斑块发展的低ESS区域，出现极度正向重构，此时虽然斑块持续生长变大，但是低ESS依然存在，这提示在低ESS、血管极度正向重构和高危斑块特性之间存在典型的恶性循环。

    静止性斑块的发展    促进斑块静止的流体力学和形态学特点还不是十分清楚。近来，IVUS联合组织病理学研究发现长期随访期间只有轻-中度狭窄的冠状动脉阶段都是基线ESS接近生理状态或降低程度较小。这些区域内血管主要发生的是代偿性的，而不是过度的正向重构，而且没有斑块进展、脂质聚集、炎性反应、IEL降解和基线ESS降低的高危特征。随访结束后同样发现这些区域斑块与基线状态下的斑块非常接近，没有进行性刺激斑块生长和血管过度正向重构的因素存在。然而，这些斑块更长期的稳定性和静止性的机制还不清楚，如果随后局部血管条件发生变化，如出现ESS降低的微环境或者系统性粥样硬化刺激得到增强，则斑块进展、炎性反应加重和血管重构过度等事件可能会再度出现。

    狭窄性（纤维性）斑块的进展    狭窄性斑块可以是斑块自然生长过程中纤维增生加重的一个表型，或者是代表着一个炎性反应很早的TCFA反复发生微破裂后出现疤痕形成的终末期。导致早期斑块进展成纤维斑块的局部流体力学或形态学因素尚不清楚。局部ESS刺激细胞增殖和纤维增生同炎性反应程度之间的关系可能是决定ECM降解-合成不利于炎性反应或ECM合成过多（即狭窄斑块进展）还是利于ECM降解（即TCFA进展）的唯一决定性因素。

    七、测定ESS的临床意义 

    由于TCFA破裂是ACS最常见的原因，尽早理解每个斑块和斑块出现TCFA之间的危险性具有十分重要的临床意义。虽然，系统治疗是降低冠心病患者主要不良事件的有效措施，但是单独使用系统性策略并不足以有效检出高危患者或者高危冠状动脉病变。PROVE-IT-TIMI-22多中心研究结果表明非常积极的系统干预（阿托伐他汀80mg q.d）治疗24个月可以降低主要一级终点16%，但是仍然有22.4% 的事件没有得到控制。显然，寻找到优于上述系统干预的方法对这些高危患者具有重大的预后价值。如果我们能够建立发现这些高危斑块的早期特点，是研究高度选择性局部干预措施以消除斑块产生ACS的核心步骤。

    目前有多种分析斑块功能及形态的测定手段，包括MDCT、MRI、PET、IVUS、虚拟组织学超声、OCT、冠状动脉内窥镜等。虽然这些方法可以有效分析斑块的特征，但是不能准确预测未来风险的发生率，这是因为上述影像学技术一般都是对某个点、段内的斑块实现“快照”。因此，现有的影像学技术严格意义上属于在狭窄斑块和高危斑块之间变化过程中的某一时期进行测定，无法对造成这一结局的刺激条件和临床预后之间建立联系。联合使用局部ESS和局部重构指标将会显著增强预测风险的作用。最复杂的研究ESS和血管病理学关系的技术就是现在的“vascular profiling”，它联合使用IVUS和冠状动脉造影制作冠状动脉3D图像，从而用来测定任何一个位置的ESS和血管重构状况。未来可能会使用无创伤性的测定ESS和MDCT联合研究冠状动脉斑块的特点。