成大研發快訊 - 文摘
成大研發快訊 第六卷 第一期 - 2008年十月十日
[ http://research.ncku.edu.tw/re/articles/c/20081010/1.html ]
在小鼠主動脈結紮模式中血栓調節素的表現會隨著頸動 脈的重塑而增加
李貽恆1,2,*、謝宗佑3、王寧3、鍾幸君1,2、劉淑琳4,5、趙庭興1,2、施桂月2,4、吳 華林2,4
1國立成功大學醫學院內科學科
2國立成功大學心血管研究中心
3中央研究院生物醫學研究所
4國立成功大學分子生物暨生化學研究所
5國立成功大學基礎醫學研究所 heng@mail.ncku.edu.tw
Thrombosis & Haemostasis 2007; 97:658-664.
研究背景
動脈血管的重塑(remodeling)是血管因應局部血流及剪應力 (shear stress)的改變而發生的一種重要生理現象；血管重塑現象和動 脈硬化的形成有密切的相關性。過去的研究已經證實，在動脈硬化造 成血管管腔狹窄後，動脈為了維持血管管腔及血流的暢通，都會發生 擴張性的血管重塑。介於血管壁表面的內皮細胞對於血管重塑的發 生，扮演了重要的角色；內皮細胞可以做為血流動力學改變的接受 器，來調整血管的大小。血栓調節素(thrombomodulin) 是附著於內皮 細胞表面的一種醣化蛋白質。正常情況下，血栓調節素只有在血管內 皮細胞表現；而血管壁中層的平滑肌細胞是沒有血栓調節素的。傳統 上認為，血栓調節素主要的生理功能是負責抗凝血；血栓調節素是內 皮細胞表面凝血脢(thrombin)的接受器及抑制劑，它能抑制凝血機制
的活化；血栓調節素和凝血脢結合後，也可以活化蛋白質C，進一步分解第五和第八凝血因子，從而達到 抗凝血的功能。除此抗擬血作用外，最近的研究也發現血栓調節素對於細胞複製，黏著和發炎也有重要的 生理作用。本研究的目的在探討血栓調節素在血管因應局部血流及剪應力的改變而發生血管重塑時，所可 能扮演的角色。
研究方法及結果
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圖一
本研究的第1部份，我們對於培養的血管內皮細胞，施予不同的剪應力，然後利用定量性聚合脢連鎖 反應，來偵測內皮細胞血栓調節素的表現。我們發現血管內皮細胞接受6個小時25 dyne/cm2的剪應力刺激 之後，血栓調節素的信使核糖核酸(mRNA)，會比沒有接受應力刺激的對照組，增加2.6倍左右。在本研究 的第2部份，我們進行了小鼠主動脈結紮的動物實驗手術，因為主動脈結紮的位置，是在左右兩側頸動脈 分支之間，因此主動脈結紮所造成的狹窄會引起兩側頸動脈完全不一樣的血流和剪應力反應(圖1)。在這個 實驗中，我們利用杜卜勒超音波(引用白努利定律：壓力差= 4[血流速度]2來計算)，可以測量主動脈結紮造 成狹窄所形成的壓力差；在手術後7天是28 ± 10 mmHg；在手術後28天則是30 ± 12 mmHg。雙側頸動 脈，在主動脈結紮後，發生明顯血流動力學的改變；在右頸動脈，也就是主動脈狹窄的上游，血流和剪應 力有明顯的增加；而在左頸動脈，也就是主動脈狹窄的下游，血流和剪應力則明顯的減少(表1)。右頸動脈 也發生明顯血管重塑的現象；我們利用組織染色檢查的方法，在顯微鏡下測量頸動脈的管徑；我們發現右 頸動脈的管腔明顯增大，而右頸動脈的管壁中層明顯變厚。組織染色檢查也同時顯示血栓調節素不只出現 在原來右頸動脈的血管內皮細胞上，血栓調節素也在增厚的管壁中層大量表現。在手術後不同的時間點，
我們取出兩側的頸動脈，然後利用定量性聚合脢連鎖反應，來偵測頸動脈血栓調節素的表現。我們發現右 頸動脈的血栓調節素信使核糖核酸，在手術後14天，會大量增加為沒有手術對照組的11倍之多(11.0 ± 0.22)；到手術後28天，血栓調節素信使核糖核酸雖然減少，但仍然是對照組的5倍之多(5.34 ± 0.25)。而 在血流和剪應力明顯減少的左頸動脈，血栓調節素信使核糖核酸，在手術後7天，和沒有手術的對照組比 較，則明顯減少了61% (0.39 ± 0.04)；到了手術後14及28天，血栓調節素信使核糖核酸的表現才慢慢回復 到原來對照組的程度。
表一 主動脈結紮後 兩側頸動脈呈現不一樣的血流和剪應力變化
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討論
我們的研究同時在培養的細胞和動物實驗模式證實，血栓調節素會因應血管血流及剪應力的改變而有 不同的表現；這個現象也是伴隨血管重塑一起發生。我們培養細胞實驗的結果和之前Takada等人所做的研 究結果類似。他們對培養的內皮細胞，施予15 dyne/cm2的剪應力衝擊，同樣可以觀察到內皮細胞血栓調 節素的表現明顯增加。但是畢竟培養皿裏面的內皮細胞行為，沒有辦法完全反應出生物體內血管壁上面的 內皮細胞行為；因此我們進一步利用動物實驗模式，來證實培養細胞實驗所看到的變化。小鼠接受主動脈 結紮手術造成狹窄後，位於主動脈狹窄上游的右頸動脈，接受了大部份的心輸出量；右頸動脈為了因應此 一血流及剪應力的增加，發生血管重塑；管腔增大同時管壁變厚。伴隨右頸動脈此一變化的發展，右頸動 脈壁上的血栓調節素的表現也明顯增加。這一動物實驗的結果，也印證了我們之前細胞培養的實驗結果。
我們也觀察到另外一個有趣的現象，就是右頸動脈壁上的血栓調節素的表現，不僅是在原來的內皮細胞而 已；增厚的血管壁中層也出現大量的血栓調節素。正常的動脈，只有在內皮細胞有血栓調節素的表現；而 血管壁中層的平滑肌細胞是沒有血栓調節素的。而在本研究中，血管壁中層平滑肌細胞所表現的血栓調節 素，大概並非直接來自於血流剪應力的增加；因為過去的研究已經證實，對於培養的動脈平滑肌細胞，直 接施予剪應力的衝擊，並沒有辦法增加平滑肌細胞中血栓調節素信使核糖核酸的表現。我們猜測，小鼠右 頸動脈血流剪應力增加所造成的中層平滑肌細胞表現血栓調節素，應該還是來自內皮細胞的作用。因為血 流剪應力的增加也會促使內皮細胞表現和分泌一些生長因子，例如血小板生長因子(platelet-derived growth factor)等；這些生長因子滲透到血管壁中層，作用在平滑肌細胞上，促使其表現大量的血栓調節 素。血管重塑過程中，血管壁中層的平滑肌細胞表現出血栓調節素，其真正的生理意義，其實仍然並不完 全瞭解。血管重塑的過程牽涉到血管壁中層平滑肌細胞的複製、移行及基質的分泌；因此，平滑肌細胞表 現出血栓調節素，仍然應該和這些平滑肌細胞的生理功能有關。我們最近的研究，已經初步證實了這一 點。
結論
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因此根據這個研究的結果，我們認為原本只表現在血管內皮細胞的血栓調節素，可以因為血管血流及剪 應力的改變，而在血管壁中層的平滑肌細胞大量表現；而此一現象的發生和血管重塑的現象有密切的關 係。
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