血管平滑肌细胞（VSMC）的最新研究进展为我们提供了VSMC前体分化和血管组建的机制，探讨VSMC作为血管紧张度和血压调节者的功能。讨论VSMC在血管结构上的适应性调节作用，尤其是在如损伤、高血压、冠状动脉粥样硬化等病理条件下的结构适应性是本节的目的。

认识VSMC首先是根据它们的各种外表（长形的、双极的、含有锚定在致密体上的肌动蛋白-肌球蛋白纤维、栅栏样排列）和位置（中膜；损伤后在新的内膜），但人们很快认识到在同一位置VSMC也可以有不同的形态。这些细胞是VSMC吗？这个问题已通过蛋白质和基因表达的分化标志物帮助我们找到了答案，许多分化的VSMC的标志物反映了基因程序的激活，它们的综合就是VSMC的特征。分化的VSMC最典型的标志物是收缩蛋白。然而，在表型调整以后，许多标志物不再表达，所以，并不是总能够用它们来鉴定VSMC，尤其是在新内膜。

这些细胞是否具有VSMC的功能？因为VSMC除了收缩外还有很多功能，如基质生成、免疫调节、细胞因子生成。已知正常的VSMC在功能上是异质性的。有几种机制能解释这种异质性：①产生VSMC的前体细胞在发育过程中有不同来源。所以，发育过程中可能有留下的胚胎干细胞（前体细胞），类似于从胎儿动物中分离出的细胞。例如，Schwartz和他的同事们已经指出从主动脉分离的增殖VSMC表达独特的细胞色素P-450酶，这种酶在胚胎VSMC中很典型。另一种途径是，循环骨髓源性细胞也可能分化为VSMC。②可能有两种类型的VSMC，一种能进行去分化过程（一种局部干细胞），重演发育性增殖；另一种是终末期分化的细胞，可迁移但不能增殖。这两种类型可以是遗传决定的，也可以是环境修饰的结果。例如，炎性细胞或氧化的低密度脂蛋白能刺激VSMC表达生长因子受体，这样能够导致生长因子依赖性增殖。由于VSMC是许多自分泌生长因子的来源，它们可能会持续地暴露于潜在的有丝分裂原。③血管壁的异质性改变局部环境，这里举3个例子：（a）血流动力的变化能引起营养物质的局部梯度（如氧化脂的剩余时间增加）或局部代谢需要（例如能量代谢升高或细胞骨架排列方式改变）。血管感受到血流动力，数据表明内皮细胞产生和生长因子的释放是由剪切力调节的。（b）基质组成的变化可能是重要的因素。例如纤维连接蛋白促进生长，而层粘连蛋白则抑制生长。（c）循环细胞（如白细胞）或循环物质（如低密度脂蛋白）摄取的变异可能造成不同的局部环境。总之，VSMC作为多潜能细胞能够服务于血管壁的多种功能；VSMC的可塑性很可能是环境信号下的表型调整的结果。

血管形成、生长和重塑的胚胎过程为了解成体调节VSMC功能的机制提供了重要信息。胚胎的血管形成过程被称为血管萌芽（vasculogenesis），起初涉及血管母细胞分化为内皮细胞（EC）并组成原始的血管网络；继而，网络的生长和重塑产生成熟的脉管系统。在成体，形成新血管有以下3个过程：①血管萌芽（罕见）；②血管发生（angiogenesis）；③动脉形成。血管发生是指从已有血管中长出新血管，常常涉及从已有血管中出芽，生成内皮细胞的线性管状分支。动脉形成常被称为侧支血管生长，指小的微动脉扩大并长成更大的血管。因为这些过程已被广泛地叙述，这一节将主要探讨VSMC的发育特点，特别是与血管异质性和模式有关的VSMC分化和血管重塑。

VSMC生物学中一个非常重要的概念是表型调整，最初指VSMC从收缩（多利用肌动蛋白-肌球蛋白纤维）到合成（多数在内质网和高尔基复合体）的形态学改变。该词现在被用来从生物化学上（基于蛋白质和基因表达）定义VSMC在环境刺激下功能的改变。表型调整对解释VSMC的多样性和异质性极为有用，因为已经明确VSMC除了收缩和维持张力外还有多重功能。许多刺激已被认为有促进表型调整的功能，这些相同的因素在血管发育和VSMC对损伤和疾病的反应中发挥重要作用。

VSMC作用于血管形成的过程可以分为3个阶段：①聚集和生长；②分化；③重塑。对于每一个阶段，一系列特殊的信号事件调控着时空协调性，从而产生不同类型的有独特特点的血管（例如动脉和静脉）。这些谱系决定和分化的概念对理解血管形成中VSMC的功能有重要意义。谱系决定指能够分化成在形态、基因表达和功能上看似VSMC的前体细胞。谱系的标志物用于鉴定VSMC，以排除其他细胞类型，而分化的标志物有助于鉴定一种既定的细胞类型与成熟、可收缩的VSMC相似的程度。显然，许多条件下两种标志物相互重叠，因为收缩蛋白标志物同时表征了谱系和分化的特点。分化标志物包括α-肌动蛋白、SM22α（一种钙结合蛋白）、telokin（端蛋白，一种存在于肌球蛋白轻链激酶基因中的物质）、平滑素（一种细胞膜骨架蛋白）、平滑肌肌球蛋白重链（MHC）。大部分VSMC并不表达所有正常的VSMC标志物。因为这可能是疾病过程或对损伤的反映。许多VSMC分化的标志物也被其他细胞表达。例如，α-肌动蛋白是一个典型的VSMC分化标志物，因为它是VSMC发育过程中第一个已知的表达蛋白，在成体VSMC中选择性地高表达。然而，α-肌动蛋白也被发育中的骨骼肌和心肌细胞表达；在创伤愈合时被成纤维细胞表达；在血管重塑过程被内皮细胞（EC）表达。另一个重要的概念是区别分化和增殖，虽然许多细胞类型“去分化”后可增殖，但很可能是VSMC增殖而这些细胞分化（如VSMC特异标志物表征的那样）。

在原始血管形成过程中，首先起作用的细胞是内皮细胞。一旦原始EC管形成，内皮分泌因子导致平滑肌细胞聚集或诱导原始平滑肌生成，这个过程被称为血管肌形成。最近的综述详细收集了关于VSMC分化和生长形成血管中膜的过程。这个过程可能通过以下途径实现：①血管生成素-1介导EC产生VSMC诱导因子，这些物质能引起中胚层的分化；②血管生成素-1介导EC、骨髓前体细胞和进入VSMC的巨噬细胞分化（横向分化）；③心外膜细胞的转换形成冠状动脉VSMC；④神经新月体中外胚层的分化形成VSMC。这些例子清楚地显示VSMC有复杂的来源，取决于在脉管系统的位置。例如，冠状静脉的VSMC源于前房心肌膜，而冠状动脉的VSMC源于心外膜。这种区别提示各生长因子及其受体在不同的血管床对VSMC的生长和分化有不同的效应。

VSMC聚集的化学引诱物包括血小板源性生长因子（PDGF）-BB和VEGF。对缺少PDGF-BB和PDGFR-β的小鼠研究表明，PDGFR-β表达的VSMC前体形成特定的血管，此过程不依赖PDGFBB。这些细胞此后经历了血管发生时的出芽和血管扩大过程，这个过程既是PDGF-BB依赖的又是非依赖的，取决于组织背景。胚胎EC分泌生长因子，刺激VSMC增殖的观点，还有待于确认。有可能VSMC与胚胎EC相互作用，激活自分泌和旁分泌途径而使VSMC生长。TGF-β ₁和endolin（一种内皮TGF-β受体家族成员）的重要作用已经被建立，它们能刺激VSMC分化和细胞外基质沉积，增强EC-VSMC间的相互作用。内皮缩血管肽-1似乎在VSMC从神经新月细胞迁移和分化的过程中起重要作用。其他对VSMC聚集和生长有重要作用的生长因子包括组织因子、HBEGF和ephrin-Eph系统。

许多转录因子看似对发育中血管的VSMC聚集和生长起重要作用。HOX基因是细胞类型转换的重要调节者，可被同源异型突变（如在控制触角的基因中，正常身体的一部分可被正常身体另外一部分取代）所证明。HOX簇的许多成分在胚胎形成中的心血管系统表达，包括HOXA5，HOXA11，HOXB1，HOXB7和HQXC9。其中HOXB7和HOXC9在胚胎VSMC中的表达比在成体VSMC中高许多，提示其在胚胎形成过程中的增殖和重塑作用。另外，C3H10T1/2细胞的HOXB7的过表达导致增殖增加，诱导VSMC样形态改变，表达VSMC标志物。这些观察结果提示HOXB7和HOXC9可能在血管重塑和VSMC增殖中起作用。HOX基因对血管形成的作用证据包括发现HOXA3基因发生零突变（使一个基因完全失去功能的突变，通常为缺失所致）的转基因鼠，其出生后很快死于心室壁畸形、持续性动脉导管未闭和主动脉狭窄等缺陷。另一个重要的HOX样基因是Gax（也称Mox-2），编码含同源结构域的转录因子，转录因子的表达对血管表型有多重作用。Gax控制了VSMC向趋化生长因子的迁移，这是因为它改变了整联蛋白的表达。在VSMC，Gax的表达可被血清中的分裂素、PDGF、血管紧缩素Ⅱ等快速下调。Gax的表达诱导G0／G1细胞周期停滞，上调p21表达，这就解释了它的抗增殖活性。这些数据提示Gax可能以细胞周期依赖的方式通过调节整联蛋白表达来协调血管细胞的生长和活动。

如上文所述，VSMC在增殖的同时发生分化，其介导物包括VSMC生长因子。刺激VSMC从中胚层分化的重要的因子包括PDGF和TGF-β。TGF-β尤其重要，能影响MADS-box因子如SMAD5和MEF2C。关于参与VSMC分化的转录因子现在已有很多信息，VSMC分化涉及血清反应因子（SRF）、Prx-1和CRP2／SmLIM以及HOX、MEF2成员和GATA家族等。包含MADS（MDM1、agamous、deficiens，SRF）结构域的蛋白质（MEF2C、SMAD5和SRF）及其附属结合因子（共活化物和辅阻遏物）的一个重要作用最近已被确立。SRF是肌肉谱系从早期中胚层形成时所必需的。限制SMC中基因表达的转录控制由一个保守的、被称为CarG盒（CC[A／T]6GG）的顺式作用元件所控制。CarG盒结合SRF，SRF是多功能蛋白，结合DNA和组装附属辅因子。最近的研究数据表明，SRF依赖性的辅因子中，心肌素（myocardin）是VSMC分化的强有力调节剂。心肌素的表达限于发育中的鼠胚胎心脏和VSMC谱系，也在成体VSMC中表达。心肌素相关的转录因子（MRTFs）可能在维持VSMC分化中起作用。现在的数据表明心肌素功能的降低可减少VSMC特异基因如SM22、SMa-actin和SMMHC的表达。除了心肌素和MRTFs，SRF也与NK类具有同源结构域的蛋白质相互作用，包括Nkx2.5、Nkx3.1和Nkx3.2。其他与SRF-MADs结构域相互作用的因子包括GATA6、Phox1、homeodomain-only protein（HOP）、LIM domain-containing cysteine-rich proteins Crp1和Crp2，以及染色质组织因子（chromatin organizing factors，HMGI和SSRP1）。除了SRF家族，其他深入研究的转录因子包括dHAND和SmLIM。不表达dHAND的小鼠表型具有VSMC聚集正常，但不能产生分化的特点，提示这种转录因子在EC-VSMC相互作用中的重要作用。这些结合因子的多样性说明了信号的复杂性，这是血管异质性和空间-时间模式形成所必需的。

SRF附属蛋白受自身磷酸化的调节，这些磷酸化反应的激酶由典型的VSMC生长因子激活，生长因子结合于酪氨酸激酶受体和G蛋白偶联受体。Rho激酶和MAP激酶（BMK1或ERK5，ERK1/2，p38和JNK）的重要作用已经被阐明。例如，BMK1敲除的小鼠与MEF2C敲除的小鼠有相似的血管表型，这可以部分解释MEF2C是BMK的关键底物。一个重要的巧合是这些激酶在收缩、生长和迁移中都发挥重要作用，这可能反映了在VSMC分化中起关键作用的配体-受体结合对成体血管也有功能作用。

发育过程中的血管重塑包括已有血管的变化（血管大小的改变）和形成新的血管（血管生成），这两个过程都涉及生长因子和物理力量，后者还起很重要的作用。许多生长因子也是血管生成因子，如血管内皮生长因子（VEGF）。物理力量是血流启动的原因，对刺激原始的血管重塑有重要作用，尤其是通过调节NO的产生而起的作用。血管发生在很大程度上通过缺氧驱动，缺氧能够激活转录因子并刺激血管生成因子的产生。例如，缺氧诱导因子（HIF）-1α是一个转录因子，缺氧和蛋白质水解导致的VEGF和组织因子表达对此转录因子有高度调节作用。与SRF类似，HIF-1α可与接头蛋白（p300和CREB结合蛋白）相互作用，再与血管生成基因形成蛋白质／DNA复合体。缺氧诱导的HIF-1α有磷脂酰肌醇-3激酶（PI3K）和ERK1/2。HIF-1α也被蛋白水解迅速调节，蛋白水解是在肿瘤抑制蛋白von Hippel-Lindau介导的泛素化（ubiquitination）之后。

对基因敲除小鼠的研究发现，许多其他的转录因子参与重塑。主动脉弓畸形作为缺陷重塑例子，已用基因敲除动物证明，参与重塑的包括MFH-1、dHAND以及Msxl、Pax-3、Prxl、视黄酸受体、神经纤维瘤病pl型基因产物、Wnt-1、连接蛋白43和内皮缩血管肽-1的转录因子。另一类重要的调节者是有锌指结构的转录因子Krupple样家族。小鼠缺少LKLF类家族成员，表现出多重血管缺陷，分化的VSMC和周细胞数目减少。在表达突变ephrin B2受体的小鼠中观察到了相同的表型，提示ephrin B2传递的信号在血管重塑中可能激活了LKLF。总之，多种细胞-细胞、转录因子和生长因子相关的事件参与了VSMC形成血管中层的过程；在成体动脉生成和血管发生的过程中也有相似的过程。

血管树的最明显的功能异质性是动脉和静脉功能的差异。例如，静脉基本上不会产生粥样硬化，而管道动脉（尤其是冠状动脉）对病理过程极其敏感。与静脉VSMC相比较，动脉VSMC的特点已经有很多报道。虽然形成动脉、毛细血管、静脉的组织界面和形态定型的确切机制尚未明了，但许多概念业已清楚。可溶的、与基质相连的刺激使细胞增殖，为尚未分化的细胞提供合适的时空信息。这些细胞随后遇到位置性刺激，通过限制细胞和组织相互作用提供合适的局部形态模式。已知3个分子参与此过程：①可溶性调节因子如信号素和导素；②膜连接蛋白如ephrin-Eph系统；③细胞外基质蛋白。ephrin-Eph为动脉与静脉组织界面的理解提供了重要信息，它能介导细胞-细胞黏附（或黏附破裂），限制细胞混合并建立（维持）组织界面。Wang和他的同事们发现，ephrin-B2作为Eph家族的跨膜配体，是动脉内皮而不是静脉内皮的标志，在血管发生启动时即可显示。相反，Eph-B4作为ephrin-B2的受体，是静脉而不是动脉的标志。Ephrin-B2敲除的小鼠表现出毛细血管网络中动脉和静脉的缺陷。这些结果为动脉和静脉在部分遗传上的差异提供了证据，表明两种类型血管的交互信号对毛细血管床的形态形成有关键作用。另外，许多因子调节动脉和静脉的差异，包括转录因子、生长因子和基质。SM-22α只在动脉表达，提示调节SM-22α启动子的转录因子只在动脉有活性。因此，在上文描述的SRF和心肌素功能的众多生物学方面，动脉和静脉可能不同。除了动脉和静脉的差异，还有许多VSMC起源多样性的明确例子，例如在发育心脏的动脉极。与心脏相连的大血管包含有多种胚胎干细胞起源的VSMC，因为间质前体细胞起源于局部和远端。神经新月细胞从神经褶迁移到咽弓，并在此将每一个弓动脉和来自咽外胚层的主动脉囊分开。相反，神经新月细胞对静脉极不起作用。

血管树的另一个明显不同之处是微循环的独特性质。如细胞外基质蛋白fibulin-2由起源于神经新月细胞的发育中的主动脉弓血管VSMC前体细胞合成。心外膜细胞在迁移到心表面时产生fibulin-2，并在冠状动脉血管发生和血管合成过程中持续表达。Fibulin-2是冠状动脉和静脉EC的产物，而不是心肌的毛细血管EC的产物。Fibulin-2不仅是鼠胚胎心血管发育中间质细胞表型转化的独特标志，也是出生后冠状动脉和静脉血管内皮的标志。

前体细胞是血管发生、发育过程中血管VSMC的来源，但在成体中，创伤修复或重塑所需的新VSMC的来源尚不明确。成体血管的新VSMC的生成可能有以下3种假说：已经存在的VSMC发生表型调整；循环中存在骨髓源性VSMC前体细胞；有定居于血管的VSMC前体细胞。以下机制看似很好地支持了表型调整假说：收缩的VSMC能改变基因表达类型，出现一种能迁移和增殖的表型。基于血管球囊损伤后新内膜形成的研究显示，此过程看似重复了人类血管再狭窄过程中的许多事件。的确，当动脉VSMC进行组织培养时，表型调整的过程是增殖的前提和保证。

最近的研究表明，在血管损伤后的新内膜形成过程和在动脉粥样硬化过程中，循环中的前体细胞具有潜在的作用。在一项研究中，小鼠接受致死性的射线照射，用ROSA26鼠的细胞进行骨髓重建，这种细胞独特地表达β-半乳糖苷酶，可在LacZ存在下进行谱系示踪。在对严重股动脉损伤的研究中，数据显示4周内有60%的新生内膜细胞和大约45%的中膜细胞表达LacZ，提示骨髓源性的细胞对血管损伤修复起作用。Han和他的同事们得到了相似的结果，他们以雄性动物作为供者，雌性动物作为受者，利用骨髓重建方法鉴定谱系。在这项研究中，骨髓源性细胞的相对贡献与血管损伤和修复相关。最近，Caplice和他的同事们用性别不匹配的骨髓抑制物证明整个动脉粥样硬化的血管壁VSMC起源于供者骨髓。重要的是，他们证明了是在病变节段（而不是非病变节段）出现这些细胞的聚集；在对聚集的原因分析中也排除了细胞-细胞融合事件。Caplice的结果支持在不匹配的心脏移植血管（雌性受者心脏中有Y染色体阳性细胞）中进行的血管重塑的早期研究。在移植心脏，6%～60%新血管生长看似起源于骨髓。这些数据表明了骨髓源性细胞在VSMC对损伤和疾病的反应中的重要性。

VSMC在许多血管（尤其是微动脉）中的关键作用是为了维持张力。在阻力微动脉，维持血管紧张度是VSMC主要的任务，这需要持续不断地消耗能量；有效利用能量的结果是VSMC维持不间断的收缩。

引发收缩的第二信使是细胞内钙离子浓度的升高。钙离子浓度的升高，一部分是通过跨胞浆膜通道的钙内流，一部分通过细胞内钙储存的释放。肌球蛋白轻链激酶活性的升高（MLCK）和（或）肌球蛋白轻链磷酸酶活性的降低（MLCP）导致MLC磷酸化的升高和肌球蛋白ATP酶活性的升高。有许多改变这种钙通路敏感性的机制被称为钙敏化。除了钙依赖的许多事件，钙不依赖的许多事件也被Rho激酶途径调节。舒张是由多种机制调节的，如促进钙外流、钙隔离以及MLC的脱磷酸化。

电压依赖性的L形Ca ²⁺通道（VDCC）在膜去极化时开放，提示膜电位调节钙内流的重要性。在VSMC，膜电位由泵如钠-钾ATP酶（Na ⁺，K ⁺ATPase）和通道如Ca ²⁺敏感性K ⁺通道共同调节。钙火花（心肌细胞胞内钙释放的基本单位）的局部钙离子的变化是一个关键的调节机制，它由二氢吡啶敏感的VDCC的钙内流所激活，由肌浆网（SR）上一簇ryanodine敏感性钙释放通道的协调开放引起。钙火花作为一个正反馈元件可提高平滑肌的收缩性——直接方式是通过增加整个胞浆钙离子的浓度；间接方式是通过钙火花激活Cl ^-通道使膜电位去极化引起钙内流增多。钙火花也可对细胞收缩进行负反馈调节，通过膜电位超极化引起钙内流减少，超极化是因为激活了大电导的钙敏感K ⁺通道。磷脂酶C（PLC）的激活和肌醇-1，4，5-三磷酸（IP ₃）的形成是激素刺激VSMC中钙离子增高的早期关键步骤。G-蛋白激活的PLC催化磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸（PIP ₂）产生二酰甘油（DAG）和IP ₃，导致PKC的激活和细胞内Ca ²⁺的移动。激活的PLC与SR膜上相应受体结合产生IP ₃；IP ₃受体是一种通道蛋白，当与IP ₃结合时开放。IP ₃受体开放允许Ca ²⁺内流入胞浆，提高胞内Ca ²⁺浓度。

VSMC的收缩力主要取决于MLC的磷酸化状态，是由MLCK和MLCP的活性平衡调节的。MLCK可以由Ca ²⁺钙调蛋白激活；MLCK的激活导致MLC磷酸化，提高MLC ATP酶的活性，引起收缩。相反，MLCP的激活使VSMC松弛。MLCP是一个三聚体，由一个110kDa的调节性肌球蛋白结合亚基（MBS）、一个37kDa的催化亚基（PPlc）和一个20kDa的未知功能蛋白（M20）组成。MBS的磷酸化（如下所述）是MLCP的主要调节机制。

在钙非依赖性途径中，Rho激酶通过影响MLCP的效应产生重要的收缩调节功能。RhoA是一个小的GTP酶，其活性由鸟嘌呤交换因子（GEF）激活，被GTP酶活化蛋白（GAP）抑制。Rho激酶的激活被认为可以调节许多血管收缩因子引发的效应，如血管紧张素Ⅱ诱导的血管收缩和VSMC肥大。最近的一项重要发现是NO以cGMP／PKG依赖的方式使RhoA失活。特别是发现PKG通过磷酸化和RhoA的失活有抑制Rho激酶的作用，该作用对RhoA诱导的VSMC中Ca ²⁺的敏化非常关键。例如，MLCP的MBS调节亚基在695位的苏氨酸被Rho激酶磷酸化导致MLCP活性的抑制，诱导了收缩器官的Ca ²⁺敏化。相反，PKG使RhoA／Rho激酶失活，提高了MLCP的活性，抑制了收缩。

一氧化氮（NO）既通过直接效应又通过提高细胞内cGMP浓度和激活PKG来降低VSMC中Ca ²⁺浓度。外源性的NO和内源性的EDRF能够在无细胞的膜片上直接激活Ca ²⁺依赖性K ⁺通道而不需要cGMP。另外，Cohen和他的同事指出VSMC中NO引起的细胞内Ca ²⁺的下降，是由于SERCA摄取Ca ²⁺进入细胞内储存。他们进一步假设储量的重新充盈通过非L形Ca ²⁺传导离子通道抑制了Ca ²⁺内流，使细胞内Ca ²⁺维持在较低水平，促进血管舒张。通过NO使cGMP升高和PKG激活的作用，能以至少5种不同的途径调节Ca ²⁺：①下调IP ₃的水平；②通过IP ₃受体降低Ca ²⁺的移动性；③促进SR中Ca ²⁺的隔离；④降低Ca ²⁺内流；⑤提高Ca ²⁺外流。两个非常重要的PKG调节位点看似是IP ₃受体和受磷蛋白（phospholamban）。PKG使IP ₃受体磷酸化，降低通道活性，降低Ca ²⁺浓度。最近，一个称为IP ₃受体相关性cGMP激酶底物（IRAG）的蛋白质已被鉴定，看似在依赖于NO／PKG的IP ₃诱导Ca ²⁺释放的调节中是必需的。PKG通过激活SR中的Ca ²⁺泵（Ca ²⁺-ATP酶）来增加Ca ²⁺流入SR。Ca ²⁺-ATP酶在SR中的活性被受磷蛋白所调节。在VSMC，PKG使受磷蛋白磷酸化后，Ca ²⁺-ATP酶的活性增加并使进入SR的Ca ²⁺隔离的原因，可能是由于Ca ²⁺-ATP酶对Ca ²⁺的亲和力增加。PKGla刺激了浆膜Ca ²⁺-ATP酶，但没有改变磷酸化状态，提示激活Ca ²⁺-ATP酶的一种间接机制可能是通过激活Na ⁺，K ⁺ATP酶或通过激活K ⁺通道使细胞膜超极化。

另外，除了降低细胞内Ca ²⁺浓度，NO／cGMP也降低收缩蛋白对Ca ²⁺的敏感性。例如，在一定Ca ²⁺浓度下，cGMP通过改变MLCK和MLCP之间的活性平衡诱导Ca ²⁺脱敏。研究已证明，cGMP／PKG可诱导MLCP的活性而不影响MLCK的活性。PKG可以通过MLCP的MBS亚单位磷酸化，增加MLCP的活性。另外，已知PKGIα与VSMC收缩系统的连接是通过亮氨酸拉链与MLCP的MBS亚基相互作用实现的。断开PKGIα-MBS相互作用则阻止了cGMP依赖的MLCP去磷酸化，证明这种相互作用对于调节VSMC张力是必需的。如前所述，PKG使RhoA磷酸化激活了MLCP，促进了VSMC舒张。

许多生长因子已经被分离，并通过其刺激培养细胞生长的能力确定其特点。这种研究方法促使我们把损伤时由血小板释放的循环因子（如PDGF）或来源于循环激素前体的分子（如血管紧张素Ⅰ和Ⅱ、凝血酶原和凝血酶）视为生长因子。事实上，生长因子及其相应受体的时空表达在局部血管壁内是动态调控的。新的分子技术以及特异血管生长因子抗体的应用可以帮助我们确定对血管生长有重要意义的生长因子。

VSMC的一个显著特征是其生长反应的可塑性。VSMC通过3种方式应对环境的改变：增生、肥大、凋亡。在疾病状态下（如慢性高血压），所有这3种反应可能在不同大小的血管中观察到或者甚至在同一血管中看到。虽然VSMC的可塑性对它的适应性有益，这个过程在人却可能是病理性的。肥大是可逆转的，但增生和凋亡却不能逆转。

肥大被定义为细胞体积增大而没有细胞分裂（通常是没有DNA合成）。几种VSMC肥大的机制已建立，包括血管紧张素Ⅱ和转化生长因子β（TGF-β）的刺激。血压和中层VSMC的容积之间有强烈相关性。在兔高血压模型中，阻止VSMC肥大进展的药物（卡托普利、肼屈嗉）的疗效与降低血压的疗效相似。值得注意的是，氯沙坦和阿替洛尔的降压效果相似，而只有氯沙坦能减少原发性高血压患者的VSMC肥大。这些发现证明，血压自身是VSMC肥大的关键调节者，但是在作用于人肾素-血管紧张素系统的药物中，在调整肥大方面ACE抑制剂和血管紧张素Ⅱ受体抑制剂的作用比β受体阻滞剂要好。

VSMC增生是动脉粥样硬化、高血压和再狭窄等疾病的主要病变。在这些疾病中，也存在中层萎缩（由坏死和凋亡所致）相关的VSMC的损失。如果细胞在VSMC生长之前死亡，增生可被视为适应性改变；换言之，VSMC增生发生在中层萎缩之前。增生在人类慢性疾病中是一个漫长的过程。兔主动脉的VSMC每天生长0.01%；在高血压模型中，每天最快长1%。简单的计算提示如果持续这种速率，若中层厚20μm、细胞直径5μm，则直径30μm的微动脉将在40天内堵塞。这种结果暗示在细胞生长被抑制之前，只有一定比例的细胞能复制（VSMC异质性）或增生时间必定很短（例如环境刺激）。两个过程看似都能在高血压和再狭窄中作用于VSMC的增殖。另外，可能存在某些增生细胞的程序性细胞死亡（称为凋亡）。最近的研究表明，在动脉粥样硬化中VSMC的凋亡增加——提示当细胞进入细胞周期增生时，它们也倾向于死亡。

凋亡已被定义为无炎症的细胞死亡，是组织修复和重塑的关键因素。在动脉粥样硬化中凋亡的意义取决于斑块发展的阶段、细胞定位以及涉及的细胞类型。在动脉粥样硬化斑块中巨噬细胞和VSMC都发生凋亡。巨噬细胞凋亡主要在DNA合成速率高的区域。相反，VSMC凋亡主要在较少细胞区域，并且与DNA合成无关。最近的数据表明VSMC可能被激活的巨噬细胞杀死。VSMC的损失可能对斑块的稳定性有害，因大部分间质胶原纤维是由VSMC产生的，它对纤维帽的抗张强度有重要意义。斑块中未被清除的凋亡细胞激活凝血酶，进一步诱导血栓内斑块。我们可得出结论，在动脉粥样硬化中凋亡是有害的，因为其可导致斑块破裂和血栓形成。

100多种分子已被指出能促进VSMC的生长。这些分子分为以下几类：与G蛋白偶联受体结合的多肽（例如血管紧张素Ⅱ、去甲肾上腺素、凝血酶）；酪氨酸激酶偶联受体（如EGF受体、PDGF受体）；细胞因子受体（如toll受体、CD40配体）；整联蛋白（纤维连接蛋白、玻连蛋白）。虽然这些分子调节VSMC生长的过程是复杂的，但了解普遍化的规律仍然是有益的。G蛋白偶联受体促进疾病状态（如高血压和动脉粥样硬化）下的VSMC生长。生长调节一部分通过受体表达的增加实现，一部分通过改变激活细胞周期的下游信号实现。特别重要的是转录激活的过程，其中G蛋白偶联受体激活酪氨酸激酶，然后通过促进二聚化激活酪氨酸激酶偶联受体。另外，G蛋白偶联受体可以激活基质金属蛋白酶，能切开细胞和基质相连的激素前体，因而产生内源性配体如EGF。酪氨酸激酶偶联受体在细胞增殖和细胞迁移中起了重要作用。正常情况下在VSMC中表达酪氨酸激酶偶联受体的水平是很低的，但在VSMC去分化时，受体表达增加。这种表达的改变使VSMC对酪氨酸激酶偶联受体的配体（如EGF、PDGF）和G蛋白偶联受体的配体（如血管紧张素Ⅱ、内皮缩血管肽、通过转录激活的凝血酶等）反应性增高。另外除了多肽，有许多环境因素如氧张力、活性氧族（ROS）、血压、牵张和拉伸都能影响VSMC生长。

已有报道缺氧对VSMC生长引起了两种直接、明确的效应。暴露于极低氧张力可以诱导IL-1α的产生，而暴露于中度的低氧张力会诱导不依赖于IL-1的VSMC的增殖。在中度低氧中孵育的VSMC，与正常氧张力条件下相比，48小时后细胞内IL-1α和IL-1β的mRNA水平较高；IL-1α和IL-1β再充氧后都会降低。细胞相关的IL-IL-1α水平在低氧下48小时后持续升高，然而，培养的细胞不能检测到IL-1α的释放。

最近有证据证明活性氧族（ROS，包括 、H ₂O ₂和OH ^-）在控制体内和体外的VSMC增殖方面有重要作用。ROS增加细胞增殖，调节激素诱导的肥大，在一定条件下诱导凋亡。ROS直接刺激VSMC生长，也作为经典的G蛋白偶联受体和酪氨酸激酶偶联生长因子受体的第二信使。ROS刺激VSMC生长的直接效应是由信号转导事件激活的，如生长因子的表达和分泌的升高及酪氨酸激酶偶联受体的转录激活等。H ₂O ₂是一种重要的VSMC的生长因子，可激活自分泌的生长因子、蛋白激酶（如MAP激酶）和DNA合成。被H ₂O ₂调控的生长因子包括bFGF、IGF-1、VEGF、HB-EGF、cyclophilin A和HSP90。体内H ₂O ₂诱导的生长因子的相对作用仍未确定。

ROS作为更多经典的VSMC生长因子第二信使的作用已经建立。用细胞内的ROS作为调节剂的VSMC生长因子包括血管紧张素Ⅱ、胰岛素、IL-1、EGF、PDGF和TGF-β。有3条证据支持ROS作为生长因子自分泌调节剂的概念：①PDGF和血管紧张素Ⅱ增加VSMC中ROS的产生；②VSMC中产生的大部分O ₂看似由细胞内NAD（P）H氧化酶产生，包括一个全新的P91同系物，称为Nox1；③当细胞被超氧化物歧化酶或过氧化氢酶所转导，或者在用抗氧化剂治疗后，PDGF的信号转导被抑制。Sunckresan及同事们指出PDGF可暂时升高H ₂O ₂，H ₂O ₂是PDGF诱导的酪氨酸磷酸化和ERK1/2的激活所必需的。H ₂O ₂的升高可以被细胞内清除酶（过氧化氢酶）或化学抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸的浓度升高所钝化。VSMC对PDGF的反应，包括酪氨酸磷酸化、丝裂原激活蛋白激酶的刺激、DNA的合成和趋化性等，在生长因子刺激H ₂O ₂浓度升高的情况下被抑制。转录激活酪氨酸激酶偶联受体是H ₂O ₂作用的一种机制，首先被Rao所描述。他指出H ₂O ₂刺激多种蛋白的酪氨酸磷酸化，包括VSMC上的EGF受体。ROS已被证明能激活许多细胞内激酶，包括蛋白激酶C、ERK1/2和许多酪氨酸激酶。这样，ROS（尤其是H ₂O ₂）作为VSMC细胞内自分泌生长调节介质，对G-蛋白偶联受体和酪氨酸激酶偶联受体产生反应。

血管壁的VSMC不断暴露于机械力，机械力能调控其功能。除了调控血管紧张度，这些物理力通过改变VSMC的基因表达调整血管结构。Feng和他的同事们指出压力可能是一种很特殊的刺激，他们（用5000种基因的微阵列）观察到只有3种转录物被诱导的水平大于2.5倍：环加氧酶-1、黏蛋白、纤溶酶原激活物抑制剂-1。下调的转录物包括基质金属蛋白酶-1（MMP-1）和血栓调节素。早期研究表明暴露于机械压力使VSMC DNA合成的基本速率提高了3倍；与静止橡胶盘中生长的细胞相比细胞数增加了40%。压力看似可以诱导自分泌生长因子产生，因为暴露于压力的条件培养基中的细胞的DNA合成是对照组的4倍。对前者进行western blots分析，提示细胞分泌PDGF-A和PDGF-B以应对压力。机械压力下，也会发生血管紧张素Ⅱ产量的增加和细胞对血管紧张素Ⅱ反应性的升高。用相似的模型，Standley和他的同事们指出环形牵张提高IGF-Ⅰ的分泌，分泌量比对照细胞多20～30倍，牵张诱导的细胞生长会被加入的抗IGF-Ⅰ抗体完全阻断。已证明牵张VSMC增加胶原合成是由于血管紧张素Ⅱ和TGF-β的作用。升高压力已被认为可刺激IGF和PDGF的表达。有研究提示，压力可维持培养细胞分化的表型。在组织培养中，承受压力和牵张的血管不断表达高分子量的钙调素结合蛋白和丝蛋白。在体内，主动脉缩窄引起的压力增高与IGF-1表达增强有关。一般而言，压力刺激很少引起自分泌生长效应，而是引发应力改变。虽然VSMC通常并不暴露于液体的剪切力，但在血管损伤后，发育的新内膜缺少内皮，并暴露于血流，剪切力已被指出能够调节TGF-β表达和PDGF受体的磷酸化。暴露于液体流24小时的VSMC，其增生被显著抑制，同时TGF-β和组织型纤溶酶原激活物表达升高。

基质是重要的决定细胞生长和形状的因素。最具特点的VSMC和基质的相互作用是通过整联蛋白（细胞受体）和它们的配体（细胞外基质蛋白），包括整联蛋白异源二聚体与玻连蛋白、α ₅β ₁异源二聚体与纤维连接蛋白的相互作用。整联蛋白与其配体的相互作用刺激了许多信号转导事件，这是细胞生长和生存所必需的。有许多基质对VSMC生长产生效应的例子。当VSMC在塑料中培养，血管紧张素Ⅱ诱导的DNA合成只增加至1.6倍，但如在纤维连接蛋白或Ⅰ型胶原包被的塑料中培养，对血管紧张素Ⅱ的反应则增加至2～4倍。另外，血管紧张素Ⅱ能改变VSMC表达的基质。骨桥蛋白是一种基质分子，它的表达在血管紧张素Ⅱ的诱导下可以大幅提高。骨桥蛋白已被指出对VSMC生长有重要效应，动脉损伤可诱导骨桥蛋白的增加。有许多其他基质分子的表达可被包括纤维连接蛋白、玻联蛋白和Ⅰ型胶原在内的VSMC的生长因子调控。

基质装配的特点（原纤维对单体）也对VSMC生长极其重要。bFGF能对Ⅰ型胶原纤维的组装产生强大影响，这对VSMC生长有重要的含义，因为聚合Ⅰ型胶原纤维使VSMC静止于细胞周期的G1期，而单体胶原支持SMC增殖。尤其是纤维胶原调节早期的整联蛋白信号，可能导致cdk2抑制剂的上调，抑制VSMC的增殖。

应该注意到VSMC有许多可诱导的基质金属蛋白酶（MMPs），可以调节基质的性质。例如，VSMC在IL-1或TNF-α刺激下，开始合成92kDa的明胶酶、间质胶原酶和基质降解酶，总的来说，结构性的和细胞因子诱导的酶能消化所有的主要血管基质成分。细胞外基质和这些蛋白的受体代表重要的调节机制，能调整VSMC生长反应的性质。

以激活的单核细胞聚集为特征的炎症被认为对斑块破裂有重要影响，可抑制基质合成的VSMC的功能和生存状态，或促进其凋亡。这种影响通过蛋白酶的作用产生，如基质降解金属蛋白酶和其他蛋白酶。炎症可能也促进斑块破裂后血栓形成，在斑块中提供组织因子来源。斑块中炎症可能来自修饰的脂类、氧化剂、血流动力的压力和感染因素。VSMC自身在炎症中起作用，分泌吸引炎症细胞的细胞因子（如MCP-1）和调节炎症反应的细胞因子（如热休克蛋白、CD40配体、cyclophilins）。VSMC诱导的炎症的关键特征是NAD（P）H氧化酶调节的ROS的产生。这种生长因子反应性酶看起来是VSMC基因表达和炎性效应的关键介质。

为应对动脉损伤，一些机械和激素事件被激发，从而促进VSMC的生长，VSMC的增殖和迁移可促进新内膜形成。区别个别生长因子对于VSMC的这两种功能的贡献并不容易。一般来讲，PDGF主要参与趋化作用，而不参与增殖。对细胞增殖起重要作用的是血管紧张素Ⅱ和TGF-β，但不是bFGF。相反，生长停滞基因，在损伤血管中是下调的（除外Gax6）。已经证明这些生长因子对细胞介导的基质解离、MMPs和纤溶酶原激活剂（特别是uPA）的表达起关键作用。另外，前体细胞以及转分化（外膜细胞转变为肌纤维母细胞）和VSMC去分化也可能发挥显著的效应。

血管重塑是一种对血流、压力、疾病（如动脉粥样硬化）的生理反应。重塑涉及VSMC生长和迁移以及血管基质的改变。重塑可能根据血管直径变化（向外或向内）和血管质量的变化（增加=肥大、减少=萎缩、不变=正常状态）进行分类。例如，外向正常重塑时管腔直径增加，而不改变血管质量或特征（用内弹性膜[IEL]所含面积衡量），如在血流增加和动脉粥样硬化时发生。相反，内向肥厚重塑被定义为管腔直径的减少，管壁增厚，如在血压增高时发生。

Langille和Kohler指出：为了应对血流改变，重塑可能主要依赖于完整内皮。在内向重塑中，VSMC凋亡增加，增殖减少，这种改变使血管壁质量减少。单核细胞在重塑中的重要作用已被阐明，特别是在缺血反应中的作用，如供应动脉的阻塞。血压增高时发生的重塑看似基于自分泌基质的激活，刺激VSMC的生长和血管壁基质的改变重塑也发生在动脉粥样硬化时。虽然许多动脉粥样硬化的血管有VSMC增生和新内膜形成，而实际上发生的是外向血管重塑，这个过程被称为Glagov现象。

总之，VSMC的可塑性和多样性能使这些细胞应对多种环境刺激。损伤修复和血管重塑重演了发育过程。由此，基于发育过程中VSMC的多样性，我们可以预见病理条件下血管床的一些独特反应。