血流导向装置内皮化过程的动物研究进展2023.docx

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1、血流导向装置内皮化过程的动物研究进展2023摘要:血流导向装置(FD)为颅内动脉瘤的治疗带来了革命性的改变,其致密的网丝不仅有利于支架表面的内皮化,亦可实现闭塞动脉瘤。内皮化是指内皮细胞发育的过程,近年来FD置入治疗颅内动脉瘤的内皮化机制研究受到关注,该文基于相关动物研究从FD置入后内皮化的发展过程、时间节点、细胞来源及影响因素方面进行综述和展望,以期为其临床应用提供指导。血流导向装置(fl。Wdiverter,FD)是基于血流动力学研发的一款动脉瘤闭塞装置,与传统颅内支架相比,FD具有更密的网丝特性,可对动脉瘤瘤颈处的血流产生更强的阻力。FD置入后血流的变化促进了瘤囊内进行性血栓形成,随着瘤

2、颈处新生内皮逐渐覆盖FD表面,最终可实现动脉瘤闭塞1。研究表明,瘤囊内稳定的血栓形成是动脉瘤瘤颈处闭塞、愈合过程中的初始步骤,瘤颈处完全的内皮化可能在FD置入后动脉瘤闭塞过程中起着更为重要的作用2-3。内皮化是指支架置入后内皮细胞的发育过程,是在一氧化氮和前列腺素等因子作用下调节血管张力并防止血栓形成的物理屏障4-5。FD置入后内皮化可以分为内膜增生和再内皮化两个过程,根据部位可分为FD与载瘤动脉接触区域的内皮化和FD覆盖的动脉瘤瘤颈处的内皮化。如何在更短的时间内实现动脉瘤瘤颈处完全的内皮化对于提高动脉瘤闭塞率和降低卒中风险起着至关重要的作用6-7。在FD应用于人体研究之前FD相关动物研究为F

3、D的作用机制以及潜在风险提供了重要信息8。本文基于动物研究,从FD置入后内皮化的发展过程、时间节点、细胞来源和影响因素4方面进行综述。1内皮化的发展过程FD置入血管后在体内主要经历3个阶段:血管机械性损伤、FD表面内膜增生、血管重塑与愈合9。首先,在血管内置入FD后,血管壁的正常结构被破坏,在FD和血管的接触部位形成分散的炎性细胞簇,随后,未分化细胞在FD的随机部位黏附进而内膜增生3。Matsuda等10利用光学相干断层扫描(OPtiCalcoherencetomography,C)CT)对FD置入后的猪动脉瘤模型的新生内膜发育情况进行观察,结果显示,内膜增生始于FD与血管壁接触的随机部位。一

4、项研究在兔动脉瘤模型中置入FD,术后第7天通过组织学观察到分化的平滑肌细胞在载瘤动脉接触区和瘤颈处发生渐进性黏附,进而形成初始的新生内膜层;在第8周,瘤颈处平滑肌细胞上又覆盖了内皮细胞特异性抗体CD31阳性的内皮细胞,表明内皮细胞的生长需要平滑肌细胞作为基底并且可能和血管壁的解剖结构有关。LiU等11在体外动脉瘤样血管模拟物中观察FD置入后的细胞反应,结果显示,FD置入后7d,内皮细胞出现在FD与载瘤动脉接触的部位,置入后14d在瘤颈处的外围区域出现内皮细胞,置入后28d瘤颈处中心区域出现内皮细胞;而在瘤颈处的内皮化过程中,观察到内皮细胞特异性抗体CD31阳性的内皮细胞在置入后14d首先分布在

5、瘤颈处外围区域的网丝交叉处,FD置入后28d内皮细胞才逐渐出现在FD的孔隙处,说明FD的网丝可为瘤颈处内皮细胞的生长提供支撑,且FD网丝上的内皮化先于孔隙处的内皮化。此外,另一项在22只兔动脉瘤模型中进行血流重定向腔内装置的动物研究,组织学分析发现,瘤颈处FD表面的新生内皮是连续的,并与载瘤动脉段FD表面覆盖的内皮细胞相连口2。动脉瘤内血栓形成和瘤颈处的内皮化均为FD治疗动脉瘤的主要机制2,二者之间也相互联系。KadirVel等在20只兔动脉瘤模型中研究PiPeIine血流导向装置(PiPeIineembolizationdevice,PED)治疗卢页内动脉瘤的机制,结果显示,FD置入后的动脉

6、瘤闭塞主要依靠瘤颈处的组织生长,即瘤颈处内皮化,其作用大于瘤囊内血栓形成。SZikora等13对1例行PED置入治疗的梭形动脉瘤患者进行了尸检和组织病理学分析,该患者在术后13个月死于FD内突然血栓形成后发生的严重大脑中动脉梗死,其术后12个月DSA显示巨大梭形动脉瘤完全闭塞,但在术后13个月的尸检中,未在瘤囊内发现任何机化的血栓提示在动脉瘤的愈合过程中,瘤颈处内皮化可能发挥更为重要的作用。Lee等14对犬动脉瘤的组织病理学研究显示,FD表面的内膜增生在FD的网丝上进行,与动脉瘤内的血栓形成无关。FD置入术后动脉瘤的闭塞主要通过动脉瘤内血栓形成和瘤颈处的内皮化完成口L由于动物研究中的样本量较小

7、,且不同研究中的动物种类不同,动脉瘤的大小、形态和位置均存在差异,因此可能导致各项动物研究对于瘤囊内血栓形成和瘤颈处的内皮化的研究结果不同。2内皮化的时间节点关于FD置入后内皮化过程中的时间节点,不同动物模型中的临床前研究得出了不同的结论。KadirVel等关于FD置入后动脉瘤愈合的细胞机制研究显示,FD置入后第1天便可发现FD与载瘤动脉接触处内皮细胞的完全剥脱以及炎性细胞的黏附;第3天,平滑肌细胞开始在FD的网丝上生长,并与载瘤动脉直接接触;第7天,与载瘤动脉的血管壁相接触的FD表面完全内皮化,而瘤颈处的FD区域则散在分布着由炎性细胞组成的分散组织;4周时,瘤颈处的FD被薄的半透明组织覆盖,

8、内皮细胞组成的片状组织分散覆盖了与载瘤动脉相接触的FD,而缺少内皮细胞的区域被平滑肌细胞覆盖;8周时,完全闭塞的动脉瘤瘤颈处被半透明组织覆盖,与载瘤动脉相接触的FD表面被内皮细胞和平滑肌细胞组成的白色新生内膜覆盖,而未完全闭塞的动脉瘤瘤颈处区域的FD上则被不连续的组织所附着,位于瘤颈处中间区域的FD表面上的组织主要由单核细胞和巨噬细胞组成提示瘤颈处的中间区域可能仍存在着炎性环境,而在瘤颈处的周围区域则发现了与载瘤动脉相连接的内皮细胞。总之,该项研究表明,在完全闭塞的动脉瘤中,载瘤动脉段FD在置入后1周表面完全内皮化,而瘤颈处FD在置入8周时完全内皮化,瘤颈内皮化不完全可能导致了动脉瘤的不完全闭

9、塞。另一项在4只猪动脉瘤模型中利用OCT分析FD置入后新生内膜发育的研究则显示,在FD置入后第7天内膜开始增生10。不同临床前动物研究中内皮化时间节点的不同可能与随访时间的设置、OCT成像和组织病理学之间的差异有关。此外,对动物动脉瘤模型进行血管内治疗的研究,采用OCT等进行观察,存在时间延迟,无法即时反应结果的问题,也可能会对实验结论产生影响。3内皮细胞的来源FD置入后在其表面观察到的内皮细胞的来源目前仍未明确,目前研究认为来源于邻近载瘤动脉内皮细胞的旁分泌以及循环系统中骨髓来源内皮祖细胞的分化,主要通过免疫组化检测CD34抗体和内皮细胞特异性抗体的表达以及未分化内皮祖细胞和成熟内皮细胞表达

10、的信号分子来寻找内皮细胞的来源2。冠状动脉系统的研究显示,支架置入后的内皮化产生于周围的内皮细胞迁移以及在血管生成因子的作用下内皮细胞的黏附15。KadirVel等在兔动脉瘤模型中置入PED,对PED网丝进行免疫荧光染色,但未发现CD34抗体阳性的细胞提示观察到的内皮细胞并非源自骨髓来源内皮祖细胞。但在兔动脉瘤中置入FD后,从兔骨髓中分离自体内皮祖细胞进行体外扩增,采用赫斯特荧光染料33342和细胞内荧光染料竣基荧光素二乙酸酯琥珀酰亚胺酯进行双重标记后移植到兔体内,在内皮下间隙和FD网丝周围发现了双重标记阳性内皮祖细胞,术后4周,实验组瘤颈处新生内膜每个高倍镜视野观察到的细胞个数与未输入骨髓来

11、源的的内皮祖细胞的对照组差异无统计学意义（33个比29个,P0.05提示骨髓来源的内皮祖细胞参与FD置入后的内皮化16。一项在9个体外模型中进行的FD临床前研究中,通过免疫荧光染色后的共聚焦显微镜观察到了FD上的内皮细胞与载瘤动脉中的内皮细胞直接相连提示FD表面的内皮细胞可能直接来自于邻近的载瘤动脉口引。在22只兔动脉瘤模型中进行的血流重定向腔内装置临床前动物研究中,研究者也通过观察组织病理学切片发现,内皮细胞覆盖了瘤颈处的血流重定向腔内装置,且与载瘤动脉中的内皮细胞相连口2。各研究中FD内皮化来源存在差异的可能原因如下。首先,在未观察到CD34抗体阳性的内皮祖细胞的实验中,可能使用了过量的阿

12、司匹林。一项实验在16只兔动脉瘤模型中应用扫描电子显微镜和免疫标记技术,探究内皮生长模式与FD的关系,观察到CD34抗体阳性的内皮祖细胞在术后第10、20、30、60天均同时出现在包括动脉瘤瘤颈中心在内的整个FD上,该项研究中所有兔模型从术前5d至随访时,均每日口服一次阿司匹林(1mg/kg)和氯毗格雷(10mg/kg)17。而另一项研究中,20只兔动脉瘤模型从术前2d至随访时,均每日口服一次阿司匹林(10mg/kg)和氯毗格雷(10mg/kg),通过1、3、7d以及第4和第8周的组织学随访发现,FD内皮化中的细胞仅来自载瘤动脉3,两项研究中所用的阿司匹林剂量不同。在一项临床研究中,10例2型

13、糖尿病患者在接受阿司匹林(300mg/d)治疗6周后,通过流式细胞术观察到其循环系统中CD34抗体阳性和激酶插入结构域受体抗体阳性细胞较接受阿司匹林治疗之前数量减少了47%18o内皮祖细胞的动员和分化能力可能受到阿司匹林的限制,但是需要更多的研究验证这一假设。其次,骨髓来源的内皮祖细胞在参与FD置入后内膜增生和再内皮化时可能发生了转分化,而CD34抗体阳性只是转分化进程中相对早期的标志物。Li等16将兔骨髓中分离的自体内皮祖细胞分为两组,分别在FD置入后第1天（第1组）和第15天（第2组）移植到10只兔动脉瘤模型中（各5只）,第1组的5只在移植后2周（即FD置入后2周）进行随访,有3只检测追踪

14、到了赫斯特荧光染料33342和细胞内荧光染料竣基荧光素二乙酸酯琥珀酰亚胺酯双重标记的自体移植骨髓源性内皮祖细胞,主要分布在内皮下间隙和FD的金属丝的周围;透射电子显微镜显示,增生的内膜主要由巨噬细胞、平滑肌细胞和成纤维细胞组成,且细胞排列混乱;免疫化学结果显示,平滑肌细胞位于内皮下间隙,巨噬细胞位于FD金属丝周围,较少观察到内皮细胞。第2组的5只在移植后2周（即FD置入后4周）进行随访,结果显示,有2只检测追踪到了赫斯特荧光染料33342和细胞内荧光染料竣基荧光素二乙酸酯琥珀酰亚胺酯双重标记的自体移植骨髓源性内皮祖细胞,主要分布在内膜表面;透射电子显微镜结果显示,增生的内膜主要由内皮细胞、平滑

15、肌细胞和巨噬细胞组成;免疫化学结果显示,内皮细胞分布在内膜表面。以上结果说明骨髓来源的内皮祖细胞可能根据内膜增生的阶段分化为不同的细胞类型。此外,内皮祖细胞分化后,标记的荧光随着时间逐渐减弱,也可进一步降低内皮祖细胞的追踪敏感度19o4内皮化的影响因素目前,对于影响FD置入术后内皮化的因素尚无系统归纳,作者归纳总结FD置入术后内皮化的影响因素如下。4.1抗血小板聚集药物与药物基因组学FD临床前研究的动物模型,一般在FD置入前23d和FD置入后1个月内使用抗血小板聚集药物12。MatSUda等20在一项研究中将FD置入10只猪的正常颈动脉并分为两组,一组（6只）接受双联抗血小板聚集药物治疗（du

16、alantiplatelettherapy,DAPT）另一组（4只）接受单联抗血小板聚集药物治疗（SingIeantiplatelettherapy,SAPT）,于FD置入后第7、14、21天进行DSA和OCT随访,结果显示,FD置入后第7天与DAPT组（14枚FD,无血栓堵塞）相比,SAPT组中置入的12枚FD中有8枚被血栓堵塞,虽然在血管成形术后均成功恢复通畅,但是这项研究仍决定在第8天开始将SAPT均修改为DAPToFD置入术后第14.21天的OCT和DSA随访中,均未发现FD内进一步的血栓形成才是示FD置入后采用DAPT是必要的。一项研究纳入20只兔囊状动脉瘤模型,FD置入术后,将重组人基质细胞衍生因子1（recombinanthumanstromalcell-derivedfactor10rhSDF-10）按照50g/（kgd）连续7d静脉注射至10只兔动脉瘤模型中,分别在