第 108 章：平滑肌：新型靶点与治疗策略（Smooth Muscle: Novel Targets and Therapeutic Approaches）

引言（INTRODUCTION）

平滑肌细胞（SMC）是分布于全身的特化收缩细胞。除了被广泛研究的慢相性或紧张性平滑肌收缩功能之外，这些细胞还具备显著的增殖能力，能分泌生长因子、合成大量细胞外基质，并在胚胎及成体组织中进行细胞迁移。这些非收缩特性为治疗应用提供了新靶点。近年对 SMC 如何发育、分化、在力学活性环境中相互作用、与邻近细胞通讯、修复组织损伤以及对病原因子作出反应的认识进展，为先天性缺陷和慢性疾病过程的干预提供了具体机会。本章将重点介绍 SMC 发育、分化与信号转导方面的新进展，这些进展为治疗干预提供了新靶点。

平滑肌组织的治疗性靶向新方法：平滑肌谱系多样性（Smooth Muscle Lineage Diversity）

对脊椎动物胚胎发育的高分辨率命运图谱研究表明，血管平滑肌实际上是一种镶嵌组织，由至少八个独立起源的 SMC 亚型组成。这一事实意味着存在 SMC 谱系特异性的通路，可作为开发具有血管床特异性活性分布的新型治疗药物的独特靶点。例如，冠状动脉平滑肌起源于心外膜的前体细胞；主动脉、肺动脉干、颈总动脉及动脉导管壁的 SMC 则起源于颅神经嵴前体细胞。多项研究现已显示，不同胚胎起源的 SMC 对同一全身性刺激的反应呈谱系特异性。例如，胸主动脉中颅神经嵴来源的 SMC 在转化生长因子-β（TGF-β）信号激活时增殖，而腹主动脉中体节来源的 SMC 在相同体外条件下却被 TGF-β 抑制生长。血管紧张素 II 和鞘氨醇-1-磷酸信号转导中也已报告平滑肌谱系依赖性反应。类似地，与非神经嵴来源的动脉 SMC 相比，神经嵴起源的动脉 SMC 在体内对 SMC 特异性收缩蛋白和细胞骨架蛋白的转录激活需要 myocardin 相关转录因子-B（MRTF-B）。主要淋巴管近端段被一种特化的平滑肌覆盖，对将淋巴液返回排入心脏的大静脉至关重要。淋巴管平滑肌形成或功能的缺陷可导致淋巴水肿，其特征是过量液体潴留和局部组织肿胀。淋巴回流由外部泵驱动，通常是周围组织（如骨骼肌）的压缩与扩张；以及内部泵，即围绕集合淋巴管的淋巴管 SMC。内部泵活性由淋巴管充盈时管壁牵张激活，其特征是快速相位性收缩。尽管淋巴管平滑肌的发育起源尚未充分研究，但其收缩活动的独特生理学表明，组织特异性基因产物具有重要功能，类似于此前描述的淋巴管内皮细胞特异性分子。

在上述谱系多样性的镶嵌模式之上，还有一种由 Hox 编码提供的前后位置同一性。多数（若非全部）细胞在形态发生过程中获得此种位置同一性。位置同一性在引导前体细胞获得适当细胞命运中的作用在 Drosophila 同源异型突变体中所见的剧烈转化中得到突出体现。平滑肌在此方面是一个有趣的案例，因为平滑肌组织遍布全身，且通常以非常广泛的、系统性影响平滑肌功能的方式被"靶向"治疗。最近的研究提供了 Hox 基因依赖性位置同一性在血管平滑肌、气道平滑肌和肠平滑肌中的证据。血管平滑肌的自然多样性为基于不同亚型血管 SMC 自身内在特性的血管床特异性靶向和新治疗药物开发提供了令人振奋的可能性。此类策略目前正作为主动脉瘤治疗的方法被讨论。基于对其他（非血管）平滑肌类型自然多样性的更深入了解，类似策略也将提高对这些平滑肌组织治疗靶向的特异性。

平滑肌组织的治疗性靶向新方法：血管壁中的驻留平滑肌祖细胞（Resident Smooth Muscle Progenitor Cells in the Vessel Wall）

与多数组织一样，血管在受损或病变时激活内在的组织修复通路。这种修复能力相当可观，涉及血管壁的三层结构。例如，被球囊导管过度扩张损伤时，大鼠颈动脉或猪冠状动脉所有层的复制率可增加超过 100 倍。动脉平滑肌损伤的修复通过血管 SMC 获得增殖和迁移表型完成，并伴随 SMC 分化标志基因表达下调，即所谓表型转换。此外，扩张损伤后外膜细胞被非常迅速地激活，导致细胞增殖、肌成纤维细胞形成和细胞外基质产生显著增加，部分通过 TGF-β 依赖性通路介导。

在正常动脉外膜中存在的多种细胞类型中，最近发现了一类驻留 SMC 祖细胞群，它们在外膜与含平滑肌的中膜层交界处附近形成簇。2004 年，Hu 等报告成年 ApoE⁻/⁻ 小鼠在主动脉根外膜维持干细胞抗原-1（Sca1，亦称 Ly6A/E）阳性细胞群，当从外膜中分离并在体外用 PDGF-BB 刺激时分化为 SMC 样细胞类型。2006 年，Zengin 等报告在人胸廓内动脉中可识别一个"血管发生区"，其中含有 CD34⁺ 前体细胞，能够在体外动脉环外植体培养中形成血管结构，并在体内的可移植肿瘤模型中促进微血管形成。2007 年，Pasquinelli 等报告在人主动脉和股动脉的中膜与外膜之间发现两类不同的前体细胞群，一类 CD34⁺，另一类 c-kit⁺，这些前体细胞在体外存在血管内皮生长因子（VEGF）时可形成毛细血管样血管结构。

2008 年，Passman 等报告了一个局限性的音猬因子（Shh）信号区，几乎完全局限于小鼠晚期胎儿和围产期的血管外膜层。Shh 蛋白本身定位于外膜，并集中在中膜与外膜交界处附近。在此 Shh 信号区中聚集了一群 Sca1⁺ 平滑肌祖细胞（AdvSca1 细胞）。对 Shh⁻/⁻ 小鼠的分析以及将分离的 AdvSca1 细胞暴露于 Shh 或 Hh 信号拮抗剂环巴胺（cyclopamine）证明，Hh 信号刺激这些前体细胞的增殖并促进其存活。当从外膜的干细胞/前体细胞"生态位"环境中取出并放入含血清的体外培养基时，约 50% 的分离 AdvSca1 细胞分化为 SMC，约 25% 增殖并维持 Sca1 表达（即自我更新），其余 25% 失去 Sca1 表达但不表达可检测水平的 SMC 或内皮细胞标志物。这些观察结果提示 AdvSca1 是异质性的前体细胞群，具有不同的自我更新与分化潜能。最后，Campagnolo 等从冠状动脉旁路手术中获得的人隐静脉外膜中分离了一群 CD34⁺/CD31⁻ 细胞。这些 CD34⁺ 前体细胞具有多系分化潜能，在选择性促分化培养条件下可形成成骨细胞、脂肪细胞、周细胞和 SMC。综合上述发现提示，成年血管壁外膜维持多种类型的前体细胞，能够协同作用以维持或修复既有血管，并促进新血管形成。这些天然驻留前体细胞是动员修复动脉壁退行性疾病（包括动脉瘤、中膜夹层、纤维化和进行性中膜钙化）伴随的 SMC 缺陷的潜在新型靶点。由于外膜形成血管的外层，因此外膜也与所驻留的组织形成边界。此外，因为血管几乎存在于所有组织中，外膜前体细胞可能在几乎所有组织中对损伤或疾病作出反应，并获得组织特异性的分化潜能。如果是这样，则外膜前体细胞可能成为新型治疗靶点，通过特异性靶向前体细胞或其生态位环境，从而保留成熟的收缩 SMC 和周围组织细胞。

SMC 前体细胞的分化先于一系列由 SMC 染色质特异性表观遗传修饰介导的特化步骤。例如，与前体细胞中 SMC 同一性相关的表观遗传组蛋白修饰是 H3K4 二甲基化（H3K4Me2）。染色质免疫沉淀（ChIP）实验显示，含有血清应答因子（SRF）和 myocardin 的转录因子复合物能够激活 SMC 分化标志基因的表达，并与 H3K4Me2 物理性结合。相反，由 SRF 和 Elk1 组成的转录沉默复合物在 ChIP 实验中不与 H3K4Me2 结合。因此，负责 H3K4 二甲基化修饰的组蛋白甲基转移酶将是一条或多条赋予多能前体细胞 SMC 特化通路的关健靶点。近期证据表明，一种称为垂体同源盒蛋白-2（Pitx2）的 DNA 结合同源域蛋白与 SRF 物理性结合，并将组蛋白乙酰转移酶活性招募至 SMC 靶基因。Pitx2 还结合 WD 重复蛋白 5（WDR5），后者是混合谱系白血病甲基转移酶家族的组分，并介导 SMC 标志基因位点的组蛋白甲基化。随着 SMC 特化的分子机制和信号通路被更全面地理解，将有可能通过体内靶向 SMC 前体细胞亚型来更特异性地促进或干扰 SMC 分化。

平滑肌组织的治疗性靶向新方法：细胞迁移的化学排斥信号通路（Chemorepulsive Signaling Pathways for Cell Migration）

SMC 及其前体细胞的迁移是平滑肌发育、组织损伤修复以及多种平滑肌组织疾病进展中的重要步骤。多年来，细胞-基质黏附受体和基质降解酶一直是研究焦点，其目标是确定血管平滑肌组织以及非血管平滑肌组织中细胞迁移的机制。对平滑肌中编码化学排斥配体及其受体的庞大基因家族关注甚少。SMC 对该基因家族分子在发育中平滑肌组织组装以及体外和体内 SMC 迁移中的依赖性已在少数几个家族成员中得到证实。例如，ephrin B2 缺失的 SMC 在体外的扩散、黏着斑形成和极性细胞迁移方面存在缺陷。Ephrin-B2 选择性表达于血管系统中的动脉平滑肌，而非静脉平滑肌。此外，ephrin-B2 在体内由壁细胞表达是血管发育和血管生成所必需的。Ephrin-B2 缺失的 SMC 和周细胞与微血管内皮细胞的相互作用存在缺陷，导致血管网络组织不良和通透性增加以及小鼠围产期致死。Slit/Robo 基因家族成员也在平滑肌组织中表达。分离的气道 SMC 表达 Slit2、Slit3、Robo1、Robo2 和 Robo4。在体外添加外源性可溶性 Slit2N 以激活 Robo 受体可抑制气道 SMC 增殖，并通过部分抑制 PDGF 诱导的 WASP 和 Arp2/3 蛋白（肌动蛋白为基础的细胞骨架重组所需）的激活，减少 PDGF 刺激的层状伪足形成、肌动蛋白重排和细胞迁移。类似地，向大鼠血管 SMC 培养物中添加可溶性 ephrin A1 强烈抑制细胞扩散，这一效应与 Rac1 和 p21 活化激酶（PAK1）活性的抑制相关。Liu 等报告完整血管表达 Slit2 和 Robo 受体，并观察到重组 Slit2 通过抑制 Rac1 激活而阻断体外 PDGF 刺激的 SMC 迁移。这些发现提示，导向神经系统发育的化学排斥引导机制在气道和血管系统的平滑肌组织组装中发挥功能保守的作用。

力学化学信号传导：初级纤毛（Mechanochemical Signaling via the Primary Cilium）

初级纤毛几乎在一个世纪前即被发现，但多年来一直被视为非运动型运动纤毛的进化残余。我们现在知道，初级纤毛是专门适应于脊椎动物力学化学信号传导的基于微管的细胞器。嗅受体和视杆外节中的视色素是被运输入初级纤毛的感觉分子实例。初级纤毛功能的重大进展由两项重要发现推动。一项是多囊肾病中见到的多种缺陷被证明源于初级纤毛结构或功能的缺陷。另一项是基于小鼠全基因组诱变筛选的发现，即脊椎动物 hedgehog（Hh）形态发生素家族需要初级纤毛进行信号传导。随后的报告显示，初级纤毛还介导通过 PDGF α-受体（一种配体激活的酪氨酸激酶，但不通过 PDGF β-受体）以及 G 蛋白偶联受体（GPCR）血清素 HTr6 受体和生长抑素 Sstr3 受体的信号传导。

初级纤毛含有称为轴突的基于微管的核心结构，由九对外周微管双联体组成。纤毛从基体延伸，基体是由母中心粒衍生的结构，在细胞中作为 MTOC（微管组织中心）。基于微管的运动系统将蛋白运往纤毛顶端（前向运输，驱动蛋白-2 运动蛋白，以及鞭毛内运输（IFT）B 复合体蛋白）以及运离纤毛顶端（逆向运输，动力蛋白运动蛋白，以及 IFT A 复合体蛋白）。脊椎动物 Hh 信号蛋白 smoothened（Smo）被认为是功能性的，当其被运输至初级纤毛的顶端区域以接合位于该处的信号转导机制时。Smo 具有 GPCR 的分子结构，最近的研究显示 Smo 信号传导由异源三聚体 G 蛋白介导。此外，Smo 活性由 G 蛋白偶联受体激酶-2 和 β-arrestin-2 调节，部分通过与前向纤毛运输系统的驱动蛋白 Kif3A 相互作用促进 Smo 运输进入初级纤毛。

血管和气道 SMC 均被报告在体内含有初级纤毛。Lu 等显示动脉壁中的血管 SMC 含初级纤毛，且纤毛的长轴沿一定角度投射进入细胞外基质（ECM），与动脉横截面呈约 58 度角。这些纤毛含有 α2β1 整合蛋白，当用胶原（α2β1 整合蛋白的同源配体）刺激时，或当机械诱导初级纤毛偏转时，可观察到细胞内 Ca²⁺ 浓度的瞬时升高。这些数据表明，血管 SMC 中的初级纤毛可能直接与 ECM 连接，因此可作为动脉壁形变的重要机械感受器，从而在响应径向和纵向壁应力变化时成为动脉壁稳态、生长和重塑的重要信号元件。在气道平滑肌中可见与 ECM 的类似相互作用，体内初级纤毛中存在 α2β1 和 α5β1 整合蛋白的定位。体外细胞迁移实验显示，随着 SMC 开始迁移，初级纤毛在迁移方向上重新定位，且含纤毛的细胞比无纤毛的细胞迁移效率更高。先前的观察亦曾注意到体外划痕损伤后 SMC 细胞骨架在迁移过程中存在极性。Langille 及其同事使用 γ-微管蛋白抗体显示，母中心粒和基体重定向至迁移 SMC 的前沿。由于初级纤毛是由微管基础的细胞骨架延伸并由基体定位，这可解释为何在体外初级纤毛被发现沿细胞迁移方向定向。这些发现将初级纤毛的作用扩展至体内的第二种平滑肌类型，并进一步支持初级纤毛在平滑肌组织稳态和创伤修复中的机械感受作用。

总结与结论（SUMMARY AND CONCLUSIONS）

由于 SMC 亚型在其胚胎起源和谱系历史上的差异，可在其间发现相当大的内在多样性。这种表观遗传多样性在成体组织中显而易见，并对同一刺激（如 TGF-β 信号通路激活）的反应进行预模式化。SMC 亚型的这些内在差异构成了有吸引力的治疗靶点，因为相对于当前广泛作用的全身性药物，它们具有内在特异性的优势。对小鼠和人动脉壁外膜中驻留 SMC 前体细胞的最新表征为血管平滑肌退行性疾病的新型治疗方法提供了启示。这些 SMC 前体细胞依赖于外膜中的 Shh 信号进行增殖和存活。指导性扩增该前体细胞库可能提供额外工具以修复因中膜夹层、进行性钙化或动脉瘤样扩张而完整性或功能受损的大动脉壁。对人多囊肾病的遗传学分析和鼠神经轴的模式形成研究共同得出一个普遍性发现：初级纤毛是存在于多种细胞类型（包括平滑肌）中的特化的脊椎动物力学化学信号传导细胞器。初级纤毛在平滑肌组织中的功能刚刚开始被定义，但其作为机械力生物传感器的潜在作用提示了一个值得未来研究的领域。最后，对胚胎和成体前体细胞中阶段特异性 SMC 特化的分子遗传机制认识的进展，将提供必要的信息，以便在不久的将来将定向体细胞重编程方法和基于细胞的治疗靶向于平滑肌组织。

本章个人批注

本章作为全书的收官章节，承担着"把 SMC 生物学的治疗潜力整合到一个统一框架"的功能。作者 Majesky 以血管平滑肌发育学家身份写作，整章给我留下印象最深的是他对"谱系多样性作为治疗靶点"的核心论点的清晰陈述：SMC 不是一种细胞，而是来自至少八个独立胚胎起源的镶嵌组织；这种镶嵌性意味着不同亚型对同一刺激（TGF-β、AngII、S1P）反应不同，因此"血管床特异性治疗"在原理上可行，远优于当前系统性施药的粗放方式。这一论点贯穿本章的多个小节——从 Smooth Muscle Lineage Diversity 中的 Hox 编码、到 AdvSca1 祖细胞的 Shh 生态位、到初级纤毛的力学化学信号，整合得相当紧密。

AdvSca1 这一节是我个人最感兴趣的章节。它把外膜祖细胞（AdvSca1，CD34⁺，c-kit⁺，CD44⁺）的发现历史（2004-2008 Hu、Zengin、Pasquinelli、Passman）整合在一起，并以"Shh 信号区作为外膜祖细胞生态位"作为机制核心。50% 分化 / 25% 自我更新 / 25% 既非 SMC 也非内皮的异质性数据对祖细胞群的功能异质性是直接证据。Pitx2-WDR5-MLL 甲基转移酶复合物对 SMC 标志基因座 H3K4Me2 修饰的调控是一个特别优雅的机制发现——它把表观遗传学（SMC 特化）直接连接到转录因子机器（SRF-myocardin）。

化学排斥信号一节把神经生物学中的"导向分子"概念（ephrin/Eph、Slit/Robo）移植到 SMC 迁移领域，这是令人耳目一新的视角。Ephrin-B2 在动脉而非静脉平滑肌中的选择性表达、其在血管发育中的必要性、以及 ephrin A1-Rac/PAK 通路对 SMC 扩散的抑制作用，共同说明了发育神经生物学的工具箱在平滑肌研究中仍然有富矿。

初级纤毛一节对非血管平滑肌研究者可能比较新颖。其核心论点是：纤毛不只存在于肾脏、Charndry 和神经管中——血管和气道 SMC 也含有初级纤毛，且这些纤毛含有 α2β1 和 α5β1 整合蛋白，能通过 ECM 接触或机械偏转触发细胞内 Ca²⁺ 升高。本质上，初级纤毛是 SMC 中整合"力学-化学"信号的关键细胞器——它连接 ECM 与细胞骨架，与 Shh/Hh、PDGFα、GPCR（HTr6、Sstr3）信号共享这一空间。Kif3A-驱动蛋白前向运输 Smo 至纤毛顶端、Gαi 信号下游于 Smo、GRK2-β-arrestin 介导 Smo 内化入纤毛——这些分子细节清晰地把"纤毛是信号传导整合器"的概念具体化。

本章与 Ch107（Schober/Zhe/Weber 平滑肌祖细胞）形成有趣对照：Ch107 着重讨论"循环 SPC 是否参与动脉粥样硬化与新生内膜"的争论（争议极大，0.7%–82% 范围），而 Ch108（Majesky 写的章节）则重点讨论"血管壁驻留 SMC 祖细胞"作为治疗靶点——特别是 AdvSca1 群。Ch107 偏重循环与骨髓来源、Ch108 偏重外膜与血管壁驻留；两者结合构成了 SMC 祖细胞研究的完整图景。

本章与全书的关系：作为 Part IV（Smooth Muscle）的最后一章，本章把全书关于 SMC 的分子生物学、信号转导、发育和疾病机制（Ch82-107）的内容收束到"治疗靶点"这一应用层面。它没有引入太多新机制（与 Ch103 肺部循环或 Ch99 高血压相比），但提供了"如何把 SMC 基础研究转化为临床干预"的整合视角。

与上下章的衔接（一段话）

本章（Majesky 平滑肌：新型靶点与治疗策略）作为 Part IV 平滑肌部分的收官章节，系统整合了 SMC 治疗干预的多个新兴方向：血管 SMC 的胚胎谱系多样性（8 个独立起源 + Hox 编码前后位置同一性）、血管壁驻留 SMC 祖细胞（AdvSca1 + Shh 信号生态位 + 表观遗传 Pitx2-WDR5-MLL 通路）、细胞迁移的化学排斥信号（ephrin/Eph + Slit/Robo 神经导向分子在 SMC 中的功能保守）、以及初级纤毛作为力学化学信号整合器（含 α2β1/α5β1 整合蛋白、Smo/Shh/Hh、PDGFα、GPCR/HTr6/Sstr3 信号汇聚于纤毛顶端，Kif3A 前向运输、Gαi-GRK2-β-arrestin 调控）。本章上承 Ch107（Schober/Zhe/Weber 循环与血管壁祖细胞争论，0.7%-82% 报道范围）但视角不同：Ch107 着重讨论循环与骨髓来源 SPC 在动脉粥样硬化与移植动脉硬化中的贡献度争议，本章则把焦点放在血管壁驻留 SMC 祖细胞（特别是外膜 AdvSca1 群）作为治疗靶点——两者形成"循环-驻留"互补视角；本章与 Ch106（Demer/Tintut 血管钙化）形成"治疗应用"与"病理机制"的呼应：Ch106 解释 SMC 如何在骨形成程序下沉积钙盐，本章则提供祖细胞扩增与表观遗传重编程作为修复此类 SMC 退行性病变（包括进行性中膜钙化）的潜在治疗途径；本章与 Ch103-105（Yeager 肺循环、Gunst 气道、Spagnoli 衰老）的连接体现于"血管床特异性治疗"这一贯穿全章的核心论点——SMC 谱系多样性赋予不同血管床（肺动脉、气道、主动脉、淋巴管）的治疗特异性，远优于系统性药物；本章还作为 Hill/Olson 教科书平滑肌部分的收官章节，把全书的 SMC 基础研究整合到"治疗靶点"应用层面，为该卷划上句号。