第二章　血管生物学

血管壁由内皮细胞、血管平滑肌细胞、结缔组织（弹性纤维和胶原纤维）、细胞外基质组成。血管壁中这些成分的相对含量由于血管大小、位置、功能不同而有很大变化。例如，大的弹性动脉，比如主动脉和髂总动脉，含有血管平滑肌细胞合成的弹性纤维和胶原纤维。这种弹性结缔组织有利于帮助血管在高压力下，从左心室把血液连续不断地运输到中等大小的分配动脉中。而毛细血管由于其首要功能是大分子的运输和扩散，几乎只由内皮细胞和基底膜组成。虽然血管壁的细胞组成有所不同，但内皮对于血管树的每一个节段来说都是连续的。

内皮作为所有血管最内层的组织，是体内最大的“器官”，重1.0～1.8kg，包含大约1×10 ¹³个细胞，有6～8个网球场那么大。一般来说，内皮是一个连续的单层，是内膜的主要细胞成分。在血管腔面，内皮细胞直接暴露于搏动的循环血液中的成分和大分子；在血管内膜的外侧面，它们与基底膜及相应的细胞相互作用。另外，除了作为具体的解剖边界外，内皮还作为一个生物界面，主动地转导两个隔室之间的生化和生物机械信号。

20世纪下半叶，我们对内皮及其在血管疾病中作用的认识已经发生了巨大变化。不久前，内皮还被认为是无活动力的、同质的、被动的血液容器。内皮的微观特征，与免疫系统成分的相互作用，其分泌产物对血管紧张度、通透性、止血的调节作用等的研究加深了我们对于内皮在血管健康和疾病中主动作用的理解。随着细胞分子生物学的发展，以及病理学家、血管生物学家、心脏病学家的不断努力，内皮的概念得到了发展，即通过动态、可塑的界面与局部和系统环境相互作用，从而调节表型改变、维持血管稳态或者导致疾病。这一章将介绍内皮的关键生物学概念及其在血管病中的作用。

内皮是一个异质性器官，由内皮细胞群组成，有助于满足局部环境的需要，同时保持其严密性。尽管存在异质性，但实际上，所有的内皮细胞均执行多重的、共同的重要功能。

首先，内皮是一个不引起血栓的血液贮器，能够很好地保持血液的流动性，从而使必需的元素和营养成分在体内运输。静息的、正常的内皮促进纤维蛋白溶解（简称纤溶），但却抑制血小板的聚集和防止凝固级联被激活。内皮通过产生细胞表面相关的抗凝因子，如血凝调节素、组织因子途径抑制物（TFPI）、蛋白质C、硫酸乙酰肝素蛋白多糖（HSPG）等实现这些作用。可溶性因子如前列环素（PGI ₂）、一氧化氮（NO）、组织型纤溶酶原激活剂（tPA）、CD39等的主动合成和分泌也能引发上述作用。这些分子能够调节凝固级联和血小板激活机制。例如，血栓调节素和蛋白质C在调节凝固级联反应中起关键作用，后者的遗传缺陷与血栓形成有关。CD39是一个分泌的外在ADP酶，能够降解ADP促凝。

另一方面，内皮通过局部调控机制在急性血管创伤或破损时实现快速凝血。这种作用伴随着促凝因子的合成和释放，如组织因子和von Willebrand因子（vWF）。组织因子是一种内在的膜糖蛋白，参与外源性凝血途径的激活，它不被正常内皮细胞表达，而被激活的内皮细胞和内皮下细胞（如成纤维细胞和平滑肌细胞）表达。这样，创伤或破损（如球囊成形术）导致的内皮细胞激活以及炎性介质（如细菌脂多糖[LPS]）能够使内皮下层的组织因子暴露于血液，或者能够诱导内皮细胞表面的组织因子快速表达。大的多聚糖蛋白vWF由血小板和内皮细胞合成，在内皮细胞中，贮存vWF独特的棒状颗粒被称为Weibel-Palade小体。这些贮存池能够在各种可溶性因子，如组胺和血凝素的作用下快速移动到内皮表面的血管损伤位点。释放的vWF能够促进血小板黏附以及血栓的形成。这样，内皮的促凝和抗凝功能可分别用于维持血液流动性和血管损伤时的生理性止血，这种紧密调节的平衡对于正常的内皮功能非常重要。

内皮作为血管内、外的解剖界线是一种选择通透性屏障，调节水、溶质和大分子的运输，这种作用是通过合成并维持特殊的细胞间的连接实现的，也通过囊泡、通道、转运体参与的跨细胞途径完成。内皮屏障的选择性功能在脉管系统中不断变化，局部特异性取决于内皮结构，也取决于转运溶质的特性（例如大小、电荷、代谢过程等）。

在宏观结构水平上，内皮可以是连续的、间断的、有孔的。连续的内皮是最常见的内皮类型，存在于心内膜、动脉、静脉、微动脉、微静脉的腔内；也存在于皮肤、结缔组织、肌肉、肺、视网膜、脊髓、大脑、肠系膜的毛细血管腔中。一般说来，它是选择通透性最强的内皮单层。除了能够被动扩散通过胞浆膜的溶质，物质要通过连续的内皮细胞单层需要使用特殊的结构，比如外胞浆膜泡和紧密连接。有孔的内皮在肾的滑膜、肾小球、直小血管升支、毛细血管周膜可以观察到；在内、外分泌腺和小肠绒毛、脑的脉络丛中也可以发现。这种单层内皮有跨细胞的直径50～80nm的圆形开口（如窗孔），能够促进分泌、过滤、吸收，使内皮单层更容易通透水、离子和小分子溶质。不连续的内皮单层位于骨髓、脾、肝血窦，这种内皮允许通过细胞间缝隙进行广泛的细胞转运。

在超微结构水平上，内皮通透性受细胞间连接、囊泡、通道／转运体、糖萼、细胞表面受体的调节。通过内皮进行的细胞间转运仅限于直径在1～4nm的小分子，在很大程度上由细胞连接控制。内皮上有3种主要的细胞间连接复合体：缝隙连接、紧密连接、黏附连接。大血管和微动脉的内皮细胞被发现具有缝隙连接和紧密连接。如其名称，缝隙连接创造的相邻内皮细胞间的通道允许细胞间进行通讯。这些独特的结构分为两部分，每一部分被称为半通道，它由邻近的内皮细胞，或者内皮细胞与邻近的血管平滑肌细胞或周细胞之间的成分构成。紧密连接由蛋白质构成，比如黏附素超家族、结合黏附分子（JAMs）、ZO家族成员，紧密连接蛋白。这些复合体封闭了邻近细胞间的各种缝隙，这样就避免了那些不受调控的细胞间物质交换，维持了细胞的极性。黏附连接为所有内皮细胞所共有，由钙依赖的整合膜内在蛋白质——钙黏蛋白家族构成，如E-钙黏蛋白、VE-钙黏蛋白和连环蛋白家族。作为内皮细胞中普遍存在的复合体，黏附连接加强了细胞之间的连接，并参与信号转导。细胞间连接的选择性／紧密性由一系列可溶性因子调控，比如缓激肽、凝血酶、细胞因子和氧化剂。

跨细胞的溶质及可溶性因子的交换由外胞浆膜泡、通道／转运体、细胞表面受体、膜表面糖萼来调节，虽然个别机制的作用还有争议。细胞内的外胞浆膜泡（如细胞膜穴样凹陷）是球形或烧瓶形的膜内陷，直径大约70nm。这些膜相关的囊泡以簇或链的形式存在，与包括离子和胆固醇在内的大分子复合物的机械传导、信号转导、胞吞／胞转作用等有关。跨内皮细胞的通道网络包括排在细管上的孔，直径为50～70nm的有隔膜的窗孔，专一的溶质转运体／通道（如水通道）。这些结构可以是跨细胞的，也可以组成腔内或离腔的通道系统，从细胞内运输物质到细胞外（反之亦然）。同样地，细胞表面受体参与受体介导的胞吞作用。所有这些结构的表达根据血管床的变化而不同，反映了适应环境的目的。

起初人们认为只有血管平滑肌细胞（SMC）通过配体-受体相互作用和自主神经系统的交感、副交感部分来调节血管紧张度。现在人们认为内皮通过产生和分泌血管调节物质来调节血流和血压。1975年，Gimbrone和Alexander发现培养的人脐静脉内皮细胞（HUVEC）能够分泌前列腺素，因此提出假说，认为内皮细胞产生的前列腺素或可调节血管紧张度、血管通透性以及血小板依赖性凝血。5年后，在研究鼠胸主动脉切片对乙酰胆碱的血管舒缩反应时，Furchgott和Zawadzki注意到血管扩张依赖于完整的内皮层。他们提出可能存在内皮源性的舒张因子（EDRF），后来证明这种因子是一氧化氮（NO）或含亚硝基的化合物。内皮依赖性的血管调节机制的进一步阐明，证明了血管紧张度由可调节的分泌物来维持，如NO和前列环素（PGI ₂）等血管扩张剂、血管紧张素Ⅱ和内皮缩血管肽Ⅰ等血管收缩剂。

内皮依赖的血管扩张主要由NO和前列环素来调节。NO由3种结构相似的一氧化氮合酶（NOS）的同工酶产生，这些酶表现出不同的调节类型并倾向于在3种不同的组织表达（NOS1、神经型；NOS2，单核-吞噬细胞型；NOS3，内皮型）。NOS3也称为内皮型或结构型NOS，虽然其表达的水平可以被多种刺激所调节（如剪切力、缺氧、细胞因子等），但主要在内皮细胞呈现出结构性表达。这种酶也可以通过磷酸化、乙酰化、棕榈酰化、豆蔻酰化、蛋白间相互作用，以及在专门的细胞器（细胞膜穴样凹陷）中区室化等进行转录后调节。它催化L-精氨酸转变为L-瓜氨酸，同时产生副产物NO。内皮细胞释放NO的过程由多种激动剂调节，如乙酰胆碱、凝血酶、加压素，以及生物机械因素如剪切力。NO易溶解，能够通过扩散产生旁分泌效应；然而，NO的效应因其具有不稳定性和易被含血红素化合物（如血红蛋白）淬灭而受限制。内皮源性的NO有3种重要的旁分泌效应器：SMC、血小板和白细胞。SMC的松弛和因此产生的血管舒张效应由SMC中NO诱导的环鸟苷酸（cGMP）的升高所致。有趣的是，NO的长期慢性暴露能够调节血管平滑肌的增生和迁移状态。血小板的激活、黏附和聚集也被内皮源性的NO抑制。这些作用通过血小板激活途径的表观抑制，最终阻止糖蛋白构象的改变，这种构象改变是血纤蛋白原结合必需的。白细胞的黏附和激活可被NO抑制。除了作为血管紧张度的调节剂，NO在维持血管壁稳态方面起广泛作用。

前列环素，也就是PGI ₂，是一种使血管扩张的类花生酸，由内皮细胞中环加氧酶的花生四烯酸代谢作用产生。同NO一样，PGI ₂的血管生物作用远远超过简单的血管扩张。SMC和血小板都有PGI ₂的受体。在SMC中，PGI ₂可引起强有力的血管舒张反应；而在血小板中，PGI ₂看来能抑制聚集，但是对黏附并没有显著效应。

内皮缩血管肽-1（ET-1）、血管紧张素Ⅱ、血小板源性生长因子（PDGF）和血小板激活因子（PAF）是所有内皮源性或内皮代谢的旁分泌因子，能够产生生理性血管收缩。ET-1为21个氨基酸组成的多肽，有强大的血管收缩作用，是一个大的前体肽（前内皮缩血管肽原-1）产生的。它是一个三基因家族中的一员，主要存在于内皮细胞中。ET-1不贮存在颗粒体中，其在内皮的产生是在一定刺激下由前内皮缩血管肽原-1基因转录驱动的，这种刺激包括缺氧、转化生长因子-β（TGF-β）和剪切力等。一旦合成、处理并释放后，ET-1就会结合到血管平滑肌细胞的内皮缩血管肽受体分子上，发挥血管收缩的作用。综上所述，内皮能够产生强大的血管扩张因子和血管收缩因子，这些因子之间的平衡对维持血管紧张度起关键作用。

内皮既可以发挥免疫监视器官的作用，又可发挥免疫调节器官的作用。它持续地暴露于血液或组织中的病原体（如细菌或病毒的产物）、炎性细胞（如单核细胞／巨噬细胞、中性粒细胞、淋巴细胞等）、病理生理的刺激（如终末期糖基化终产物、炎性细胞因子、趋化因子、不均一的血流状态、氧化应激等）。在正常的生理条件下，内皮主动地维持抗炎表型。然而，在暴露于促炎症反应刺激物后，内皮细胞会启动可调控的免疫炎性反应来抑制损伤和恢复稳态。

为了维持抗炎表型，内皮细胞能够产生抗炎细胞因子，利用这些可溶性因子的保护性作用，并激活细胞保护基因（如氧化还原酶）。其中研究最多的具有抗炎特征的细胞因子是TGF-β ₁。TGF-β ₁是3个结构相关的TGF-β信号配体家族成员之一，能结合到特异的细胞表面受体上，激活细胞内效应器蛋白Smad。在应对诸如剪切力、生长因子等的刺激反应时，内皮细胞会合成和分泌TGF-β。在内皮细胞中，TGF-β被认为有减少细胞因子（如MCP1、IL-8）的产生，降低细胞因子受体（如TNF受体）的表达，减轻白细胞黏附等作用。许多抗炎效应是通过抑制Smad蛋白调节的促炎核因子kB（NFkB）途径来实现的。这种抗炎细胞因子在内皮生物学中的重要性是通过研究TGF，基因敲除小鼠明确的——小鼠死于子宫内或围生期，原因是明显的、未受抑制的血管炎。其他的循环或旁分泌因子，如高密度脂蛋白和IL-4、IL-10、IL-13、IL-1受体拮抗剂，被认为能够减轻内皮炎症反应。另外，内皮能够激活基因转录，产生一系列的细胞保护性蛋白。这些保护性基因产物包括NFkB抑制基因产物，比如Bcl-2和TGF-α诱导的蛋白质3（A20），大量的氧化还原酶如血红素氧化酶-1、NOS3、Cu／Zn超氧化物歧化酶和葡萄糖-6-磷酸脱氢酶。

同抗炎作用同样重要的是，内皮一旦被激活就能够快速促进炎症反应，这个过程依赖于趋化因子（趋化吸引的细胞因子）和趋化因子受体／呈递者，它们能够调节白细胞和内皮细胞间的相互作用。趋化因子可由许多种细胞分泌，包括血小板、白细胞和内皮细胞，使细胞产生趋化吸引的梯度。在内皮细胞的腔内或离腔的表面上表达的细胞因子受体，可特异性地结合细胞因子并将其转运到对侧的表面上，或在需要时将细胞因子呈递给效应器细胞。已经证明表皮细胞能表达许多细胞因子受体，如CXCR4、CCR2和CCR8。多糖中的糖胺聚糖，如硫酸肝素，以蛋白聚糖的形式包被在内皮表面，也可以作为趋化因子呈递者。这些多聚阴离子被认为是通过静电作用与碱性的趋化因子连接。趋化因子呈递者／受体-配体相互作用激活了细胞信号途径，促进和调节内皮细胞-白细胞相互作用。不过，白细胞的组织趋化由内皮表达的各种细胞表面黏附分子直接调节。

内皮细胞能表达两种主要类型的细胞表面黏附分子（选择蛋白和免疫球蛋白超家族分子），以此来控制内皮细胞-白细胞相互作用。凝集素样分子、E-选择蛋白和P-选择蛋白，虽然它们的表达类型不同，但都在内皮细胞表面表达来应对炎性刺激。这些选择蛋白通过结合特异性的白细胞上的sialyl-Lewis X配体来调节白细胞的滚动。P-选择蛋白贮存在内皮的Weibel-Palade小体中，会很快移动到内皮表面来应对炎性刺激。相反，E-选择蛋白需要转录激活以及从头合成蛋白质来使其表达。在内皮细胞上表达的免疫球蛋白样黏附分子，包括ICAM-1、ICAM-2、PECAM-1（CD31）和VCAM-1。ICAM-2和PECAM-1在内皮细胞的表达是结构性的。ICAM-1在不同组织的内皮细胞上呈异质性表达模式，其表达水平可以在细胞因子的作用下提高。VCAM-1在正常内皮细胞上的表达很低，接近于不表达。然而，损伤刺激，如细胞因子、高脂血症或非均一的剪切力等，能够明显地上调其在内皮的表达。

作为抗炎的表型，正常内皮表面是非黏附性的，使白细胞保持在循环中。在炎性刺激下，内皮很快被激活，开始用趋化因子和上述分子以一种高度协调的过程来主动聚集白细胞并促进其滚动、黏附和渗出到外围组织。激活的内皮表达选择蛋白（P-选择蛋白和E-选择蛋白），启动了白细胞的滚动、聚合和黏附过程。聚合导致趋化因子的释放，通过VCAM-1和ICAM-1使白细胞更稳定地黏附到内皮上。紧密的黏附导致内皮细胞和白细胞发生一系列的改变，允许白细胞跨过内皮细胞迁移到内皮下层间隙。这个过程依赖于各种分子间的相互作用。影响白细胞通过内皮单层渗出的极为关键的因素是，内皮表面的PECAM-1与白细胞表面的PECAM-1相互作用。为了调节免疫炎症过程，白细胞聚集级联反应主动性地下调，下调的机制还未完全明了。这些机制似乎能限制炎性反应，最终恢复和保持非黏附性的内皮表面，这样能够避免适应不良的或病理性的内皮激活。

血管生长和重塑是被严密调控的生理和病理生理过程。内皮在血管发生过程（如源于成血管细胞的原位发育）、血管再生（如从现有血管中萌生的新毛细血管）和现有毛细血管的重塑过程中都起了重要作用。血管发生和主要的血管生理性再生是在发育过程中实现的。在成人的脉管系统，正常血管壁细胞增生很少发生，除非在生理过程中，如伤口愈合或月经。大部分血管静止期看来被内皮所调控。生化因素（如氧化脂蛋白和细胞因子）或者生物机械力（如非均一的剪切力和球囊血管成形术）对内皮单层产生的扰动能够损伤或激活内皮细胞，破坏这种抗增生状态，导致内皮细胞损耗或剥蚀，以及接下来的内膜增生。这个过程在血管手术后的再狭窄中会看到，如经皮冠状动脉介入操作后。为了应对生理和病理条件的改变，血管壁会经历依赖于功能性血管内皮的慢性适应性改变（如血管重塑）。例如，为了应对血流量的慢性升高（如在动、静脉造瘘过程中），血管壁会生长、扩张。这些适应性改变在缺乏功能性内皮时将不会发生。此外，血管生长和重塑也会被缺氧所调节。因为正常的内皮通常是处于休眠状态的器官，生长、有丝分裂、血管生长因子和内皮上相应受体的表达等，都能刺激和调节内皮迁移和增生。缺氧或血流等刺激能够激活内皮细胞的遗传程序，这对内皮的迁移和增生过程是必需的。其中的分子机制涉及促血管生成的可溶性因子的可调控表达，如VEGF、碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）、血小板源性生长因子（PDGF）、胰岛素样生长因子-1（IGF-1）、负性的生长调节因子（如TGF-β和血管生成抑制素）等。除了基于配体-受体的过程，许多蛋白酶的表达及其活性，如尿激酶型纤溶酶原激活剂（uPA）和基质金属蛋白酶（MMPs）和它们相应的抑制剂，如纤溶酶原激活物抑制剂-1（PAI-1）以及组织型基质金属蛋白酶抑制剂（TIMPs），也被这些刺激调节，导致基底膜和细胞外基质的降解，产生内皮细胞迁移的途径。有趣的是，有证据不断证明，内皮来源的循环细胞（可能来源于骨髓）可能参与剥脱的血管节段的再生，促进新生血管生成。这样，促进和抑制血管生长的物质之间的平衡既能使内皮保持血管稳定，又能在生理或病理的刺激后将平衡转向生成新血管和重塑旧血管的过程。

内皮作为生物感受器和换能器，能感受到局部和系统的环境，进而通过调节各种功能来适应环境变化。内皮细胞通过表达各种细胞因子（如TNF-α、IL-1、TGF-β）的表面受体、生长因子、激素（如bFGF、VEGF、胰岛素），以及细菌产物（如革兰阴性菌的内毒素和相关的结合蛋白）等来实现重要的组织反应调节者的功能，包括细胞因子（如TNF-α、IL-1、TGF-β）、生长因子、激素（bFGF、VEGF，胰岛素）、细菌产物（如革兰阴性菌的内毒素和相关的结合蛋白）。这些配体-受体相互作用偶联细胞内的第二信使，导致基因转录和生物效应器的重新合成。许多效应器使内皮发挥执行其共同功能或调整其功能的特点以适应特定的环境。在整个循环系统，内皮能感受局部的生理和（或）病理环境，并对其作出反应，并将这些反应从毛细血管管腔表面传到邻近的组织间质（如心内膜），或从内膜表面传到更大的血管（如冠状动脉）壁。这种感觉和转导功能超越了标准的激素刺激，而可以通过搏动血流产生机械力，如跨膜压、流体剪切力、室壁压力等，构成生物传导的不同类型。内皮应对刺激而产生的局部或系统激活的能力，能够引起功能状态（如表型调节）的剧烈变化，这是内皮的生物学和病理生物学的重要方面。从最起初的T淋巴细胞产物引起MHC-Ⅱ组织相容性抗原的上调，然后扩展到细菌的LPS和炎性细胞因子诱导的内皮细胞-白细胞黏附分子的表达和促凝血的组织因子活性的产生。在生物化学刺激和（或）生物机械力作用下的“内皮激活”现象，已经成为一种我们认识内皮表型调节及其在血管健康和血管疾病中作用的重要方式。

在发育过程中，内皮表型细胞来源于成血管细胞系。当这些分化的内皮细胞在各种组织中迁移、成熟时，能够保留许多前述共同的重要功能。然而，成体内皮也能在各种血管床和组织中表现出在结构和功能方面的局部不同。局部环境信号被认为能够调节内皮表型。这种内皮异质性的概念被称为“局部特异性”，是一种全身特定环境的功能体现。

内皮有一个巨大的生物效应器库来维持非凝血性的界面，然而效应器分子在小血管和大血管以及不同组织血管床的表达不同。例如，内皮细胞表面与选择通透性、凝血平衡、免疫功能等有关的糖胺聚糖的总量和比例，由血管大小决定。人主动脉内皮细胞（HAEC）和HUVEC都能合成硫酸乙酰肝素；然而，HUVEC比HAEC产生更多的皮肤素和硫酸软骨素。其他体外研究证明脂肪垫的微血管内皮细胞产生的硫酸乙酰肝素是主动脉内皮细胞的5～10倍。组织因子途径抑制剂（TFPI）在微静脉和毛细血管的内皮细胞中表达，但在大血管中并没有发现。vWF在静脉中的表达比在动脉中多，在小的微动脉、毛细血管以及肝血窦的内皮细胞中则不存在。已经证明组织特异性蛋白表达参与纤溶平衡：PAI-1在主动脉表达最高，uPA在肾的表达最高，tPA在脑和心表达最高。内皮的产物tPA在支气管中能观察到，但不能在肺循环中观察到。这些局部特异性表达促进／抑制凝血因子及促进／抑制纤溶因子的现象，提示各种血管床的内皮细胞能独特地适应相应环境，维持血液流动和止血的平衡。

内皮宏观和微观的结构元素在脉管系统中的不同组成，导致不同血管床通透性不同。脑和肾小球的血管床是两个有显著区别的血管床。血-脑屏障早在一个多世纪前已被描述：当把染料注入脉管系统时，除了脑之外，其他组织都能很快聚集染料。相反，把染料注射到脑脊液中，会使神经组织染色，但染料并不能自由进入脑的血液供应系统。特殊的内皮单层构成了血-脑屏障，在很大程度上，其选择通透性被特化的分子转运系统和具有高电荷抗性、几乎没有窗孔的缝隙连接以及胞饮泡所调控。血-脑屏障的内皮衬里是连续的，但脉络丛上有窗孔。功能上，内皮将血液同神经组织分开，代谢血源性或者脑源性物质，选择性地把分子转运入／出脑脊液。这种特化的内皮细胞的诱导，在一定程度上是由邻近的星形胶质细胞调控的。

肾小球能过滤循环废物，辅助维持适当的电解质平衡。肾小球由有孔内皮组成，允许离子、溶质、水的滤过，而阻止血浆蛋白的丢失。另外，这些毛细血管内皮细胞的腔表面和窗孔被由糖蛋白和硫酸蛋白聚糖组成的糖萼所覆盖，糖萼也被认为参与了血浆的超滤过程。这些独特的内皮单层即是内皮应用其通透性和选择性特点全面适应特殊环境的例子。

虽然血管平滑肌细胞能改变血管壁的血管紧张度，但这个过程在一定程度上是通过释放内皮源性的血管活性介质，如NO来调节的。内皮细胞通过改变NOS3的活性或底物、辅因子和抑制剂的可用性来迅速调节NO的生成，而NOS3的合成速率或翻译后的改变缓慢地影响NO的产生。值得注意的是，动脉内皮表达的NOS3比静脉内皮多（证据来自猪心外膜微动脉表达的NOS3要比微静脉多）。在动脉树中，NOS3的表达有局部异质性；在冠状动脉和主动脉中，NOS3的表达比支气管和颈动脉中多。然而，在猪心外膜的管道动脉和阻力动脉中观察到NOS3的表达和活性的改变，此系统的活性在脉管系统中并不统一，如前文所述。血流调控的血管扩张（NO产生／生物利用度的标志）的敏感性，由于血管和血管床类型的不同而不同。阻力血管依靠血流调控下的血管扩张来维持血管紧张度，然而管道血管较少依赖这种机制。脑小动脉和微动脉可自我调控直径来适应系统动脉压的变化，从而维持恒定的脑血流量。类似地，心肌膜的阻力血管能够根据局部代谢需要的改变调节局部血流量。上述两个过程在一定程度上依赖于血管床的NOS系统。

如前文所述，脉管系统的生长状态由生长抑制剂和促进剂之间的平衡来维持。在正常生理条件下，成体组织并不形成新的血管，然而，子宫内膜的内皮能够特异地适应月经时的生理性血管生成。月经周期中，子宫内膜血管经历协调有序的血管生长和衰退。子宫内膜包括两部分：一是基底层，一是功能层。基底层含有微动脉丛，其中含有内皮细胞，微动脉丛被厚的平滑肌所覆盖。这种血管丛能在月经周期中相对抵抗增生性改变。功能层位于腔内皮的下面，由少量平滑肌细胞包被的小动脉和没有平滑肌细胞包被的毛细血管丛供应。这一层在雌激素和孕激素的作用下产生剧烈的血管生长和增生。随后，在缺乏有效的受精卵植入时，这些新生的血管迅速消失，该过程涉及广泛的细胞凋亡。VEGF的时间和空间分布对功能层中血管的生长和分解起重要作用。值得注意的是，与间质细胞（如SMC或外膜细胞）无接触的内皮细胞的增生对VEGF水平变化的敏感程度要比已建立联系的内皮细胞敏感。环境成分可能解释了功能层内皮细胞在VEGF诱导下的增生和在VEGF消退时的凋亡反应。

上一部分讲述了内皮细胞的共同特点，即适应其独特的血管床而发挥位点特异性功能。然而，环境的刺激有时能够导致内皮的适应不良性表型变化，引起血管病的发生和演变。当遇到病理生理刺激时，内皮能够调整其表型而活化。内皮活化包括白细胞黏附力的增强，血浆蛋白通透性的升高，血管活性物质生成平衡的改变，以及促凝和抗凝物质、血管生长因子和抑制因子等生成平衡的改变。活化的内皮可以引起恰当的生理适应，也可引起不恰当、病理生理性的不良适应。生理适应时，内皮反应可被概括为针对并抑制刺激，重新建立稳态；最终结果是内皮的功能状态完整，继续促进血管健康。在病理生理性适应不良时，激活的内皮表型扩散对宿主有害的反应，导致内皮结构和功能发生慢性改变，以致不能重建血管稳态。这种不良适应被称作内皮功能障碍，可导致各种血管病时发生的病理生理改变。内皮功能障碍在血管病过程中的作用如下节所述。

血管腔血栓形成是发生在血管损伤内皮表面的过程。损伤刺激导致血栓形成可以是一个慢性过程，如进行性的斑块侵蚀性动脉粥样硬化；也可为急性过程，如感染／败血症、血管损伤或血管手术相关的机械损伤。急性和慢性的血管损伤导致血栓形成的机制是通过凝血级联反应和血小板的激活实现的。正常的健康内皮保持非血栓性表面，但病理生理的刺激如活性氧物质（ROS）、炎性细胞因子和非均一的剪切力，能破坏凝血平衡，通过激活内皮向血栓形成方向运行，导致内皮功能障碍。例如，通常组织因子的表达及其活性在内皮细胞中检测不到，然而，在机械力或可溶性因子如凝血酶或炎性细胞因子（如TNF-α、IL-1、LPS）作用下内皮细胞被激活，表达组织因子。内皮功能障碍时产生的NO很少，而NO有很强的血小板抑制作用。另外，除了内皮的激活和功能障碍，内皮单层的剥脱或破坏也使内皮下的促凝物质（如组织因子、vWF、胶原）暴露于血小板和凝血因子。内皮单层完整性的损失在动脉粥样硬化斑块和急性血管介入治疗后可见。

败血症是一种病理综合征，由宿主对感染的反应触发和传播。循环的微生物及其产物（如LPS）和宿主产生的可溶性因子（如TNF-α、IL-1、补体）对内皮表型有强大效应；在结构水平，内皮细胞表现出胞浆水肿和断裂、核空泡化、脱落。然而，败血症对内皮细胞功能的影响更为剧烈，包括通透性的升高、促凝因子表型的产生、白细胞黏附性和活动性的增加、血管紧张度的变化、细胞凋亡等。内皮细胞选择通透性屏障的改变在一定程度上是由于内皮单层的破坏，凋亡／细胞损失以及细胞连接成分的改变均会造成此种破坏。在败血症早期，凝血级联反应和血小板被激活，内皮表型向促凝方向转化。这种激活的内皮表现为PAI-1、组织因子及可能的促凝微颗粒等的表达增多，表面硫酸乙酰肝素、血栓调节素、tPA等的表达减少。抗凝血酶和TFPI的损失，蛋白酶C的失活也被认为是促进了凝血状态。活化的内皮单层也表达一系列的细胞表面黏附分子，包括选择蛋白家族，如P-选择蛋白和E-选择蛋白，以及免疫球蛋白样受体，如ICAM-1和VCAM-1。这些物质能调节不恰当的、适应不良的激活及炎性白细胞的聚集，此现象被认为是败血症病理生理反应的一个重要推动因素。内皮源性的血管收缩物质和扩张物质的平衡在败血症时也被破坏，败血症动物模型提示内皮NOS3水平的下调或活性改变可能导致了NO产量的下降；败血症及其相关炎性介质被认为与内皮细胞的凋亡有关。最近，一项全新的包括激活蛋白酶C的治疗措施被证明增加了这种综合征的死亡率，调控内皮功能障碍和控制细胞凋亡的措施似乎对治疗有效，至少是部分有效。所以，内皮功能障碍（既包括结构方面又包括功能方面）是败血症的关键因素。

原发性系统性血管炎根据受累血管的大小而分类。例如，大血管性血管炎包括大动脉炎，侵犯主动脉及其主要分支；小血管炎包括Wegener肉芽肿病，主要侵犯肾和肺。这些异质性疾病均表现为血管壁的异常免疫性炎症。在这些疾病过程中，内皮既作为靶标，又作为炎症反应的扩增调节者。事实上，许多条件下，如系统性红斑狼疮与抗内皮抗体有关。免疫复合物沉积、中性粒细胞介导的损伤、补体介导的溶解／损伤都会导致内皮表型的改变。许多内皮细胞发生不可逆的损伤或凋亡，而活下来的内皮细胞则被激活并表达黏附分子以募集中性粒细胞。活化的内皮细胞能够产生一系列的细胞因子、生长因子和趋化因子。细胞因子包括IL-1、IL-6、IL-8、MCP-1、RANTES和集落刺激因子等，这些介质能扩散炎性环境。异常炎性反应的后果包括血管阻塞、侧支血管的生成以及异常的血管重塑。

动脉粥样硬化是一种中等动脉和大动脉的进行性疾病，以血管壁的脂质沉积为主要特征，最终导致心、脑或四肢的缺血或梗死。这种慢性炎症和血栓形成过程以初始的内皮功能障碍为特征。有证据表明早期内皮下有脂质聚集，以及T淋巴细胞和单核细胞源性巨噬细胞的浸润。各种环境因素参与了启动的过程，典型心血管危险因素包括糖尿病、吸烟、高脂血症、高血压，所有这些因素都能诱导内皮功能障碍。虽然存在这些系统性危险因素，典型的早期动脉粥样硬化病变起始于血管分叉处、分支点和曲率大的地方，动脉的这些局部区域会产生复杂的和不均匀的血流。这种明显非随机分布的早期动脉粥样硬化性病变促使调查者检查血流动力对内皮表型的影响。通过这些研究，我们已经了解生物机械力能够调节内皮的结构和功能，在动脉粥样硬化中起重要作用。除了对动脉粥样硬化早期的启动过程起核心作用外，内皮在疾病进展过程中也有重要作用。例如，不断地聚集炎性细胞造成损伤；不能产生NO；产生促凝物质。所有这些都对斑块的进展、成熟以及临床转归（如组织缺血）发生作用。上述病理过程为活化后又出现功能障碍的内皮所调控。

如前所述，除了在生理性血管生成的条件下，成体血管树中的内皮通常处于休眠状态。将促进和抑制血管生成的平衡因素向抑制血管生长／生成的方向倾斜，可维持内皮休眠。在肿瘤血管生成中，这种调控平衡被打破，向血管生长／生成的方向进行，激活相应因子，如血管生成素-1、VEGF-A、胎盘生长因子。肿瘤血管和糖尿病性视网膜病变相关的新生血管类似，是无序、弯曲、扩张的血管网络，缺乏明确的动静脉机构和等级分支类型。肿瘤内皮的超微结构成分也异常。在许多位点，可以观察到内皮细胞层，而在另一些区域，内皮单层是不连续的。肿瘤血管渗漏可以导致出血和血浆蛋白的丢失，被认为是VEGF（起初被命名为血管通透因子）过量引起的，也可能是由于内皮单层缺乏完整性。肿瘤内皮的表型在内皮标志物（如PECAM-1和黏附分子）的表达上是异质性的。许多内皮镶嵌物可能因为肿瘤内微环境所引起，而肿瘤因其细胞和生化环境不同而不同。目前，有许多肿瘤治疗方法试图改变血管生成的平衡，使之回到内皮休眠的状态。

在体内，内皮依赖的血管扩张可以作为内皮NO产生和生物利用度的度量，这两者是血管健康和稳态的重要环节。在此检查中，可以评价阻力动脉在生物物理因素（如剪切力）和药物（如乙酰胆碱、缓激肽、血清素）的刺激下，其扩张能力是否适当。正常情况下，注入乙酰胆碱会使健康内皮释放NO，随后导致SMC的舒张和血管扩张。在NO活性降低的病变动脉中，由于内皮不能产生NO或存在可溶性的NO猝灭剂（如ROS），在注入乙酰胆碱后可见反常的血管收缩和迟钝的扩张现象。

对受损的内皮依赖性血管运动和内皮功能障碍的观察，已经从临床上有明显动脉粥样硬化的患者扩展到有心血管危险因素而尚没有明显动脉粥样硬化的患者。越来越多的证据表明，受损的内皮依赖性血管运动反应可以作为动脉粥样硬化危险的预后指标。这些研究已经表明对冠状动脉疾病有益的治疗，如血管紧张素转化酶抑制剂和3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶（他汀类药物），能逆转这些异常反应和治疗内皮功能障碍。

一旦活化，内皮细胞可以表达多种细胞黏附分子和促血栓或抗血栓物质。许多物质从内皮细胞表面解离并进入循环。在人体和动物的研究中，发现病理条件下，许多黏附分子和血栓因子在循环中的水平升高，如心脏移植、血脂障碍、血管炎、肺纤维化和动脉粥样硬化。例如，高水平的可溶性ICAM-1（sICAM）、vWF和可溶性血栓调节蛋白，已经在动脉粥样硬化患者的心、脑、外周脉管系统中检测到。值得注意的是，应用他汀类药物治疗能减少一些循环黏附分子的水平。已经有人假设循环内皮产物能够作为感染、内皮激活、内皮功能障碍的代表性标志物，然而，它们的意义，即在血管病发病机制或预后方面的作用还是未知的。

虽然对循环中的内皮细胞已经研究了30余年，但近年来我们对循环内皮细胞（CEC）生物学产生兴趣的原因是，其可能作为内皮功能的诊断性标志物、心血管危险因素的预后指标和缺血性动脉疾病和血友病的新的治疗选择。循环内皮细胞起源于血管壁或骨髓，这些细胞的真正来源是一个争论已久的问题，因为表型根据分离培养程序以及所用的细胞及分子标志物的特点而不同。然而，有可能是血管壁和骨髓源性的CEC构成了循环内皮细胞库。源于血管壁的CEC表现出成熟的表型，生长相对静止，表达标志物如VE-钙黏蛋白、vWF和CD146。一项关于骨髓移植患者CEC表型的评估发现，在新鲜血液中，血管壁源性的CEC比骨髓源性的更具代表性。骨髓源性的CEC与内皮祖细胞（EPC）同义，这些成体骨髓中未分化、未成熟的细胞源于成血管细胞，表达干细胞标志物（CD34或CD133）。在培养中，这些EPC表达成熟内皮标志，如VE-钙黏蛋白、vWF。

在健康成人的每微升外周血中有2～5个CEC。在导致内皮损伤和活化的疾病过程中，这一数目明显增高，这些疾病包括急性冠状动脉综合征、糖尿病、镰状细胞危象和活动期的系统性红斑狼疮。Hill和他的同事们最近评估了一组有心血管危险因素而无明显心血管疾病人群的CEC数目，以及该人群的内皮依赖性／内皮非依赖性血管运动功能，发现CEC的数目与患者累积的心血管危险因素呈负相关，而与血流调节的血管扩张呈正相关。与上文所述研究比较，发现CEC数目减少与高心血管危险相关。值得注意的是，高危个体的CEC与低危个体的CEC相比较为衰老。合理的解释可能是：与高水平的CEC有关的急性病理过程与在长期心血管危险因素背景下的血管内环境相比有更大的不同。有确切证据证明Hill和他的同事们观察到的CEC的降低可能是总胆固醇（除了与增高的累积心血管危险和降低的血流介导的前臂血管功能活性相关，它也与CEC的降低强烈相关）升高的结果，或是NO生物活性不足的结果。

CEC可能有许多治疗性作用。基于血管生成的动物模型，EPC看似与新血管生成有关，构成大约10%的新内皮细胞。这些细胞有能力修复许多重要缺陷，如凝血因子的缺陷，因而具有广泛的治疗前景。进一步研究这些细胞的分子特征将会加深我们对CEC生物学的理解，能够产生新的诊断、预后和治疗的方法。

随着人类基因组计划的完成、分子生物学的发展、新技术如DNA微阵列的出现，内皮细胞的基因表达谱在基因组层次上的特性研究得到了促进。最近已鉴定了许多培养内皮细胞或非内皮细胞的转录谱，期望确定体内内皮细胞的分子标记物，这些研究已经证实许多内皮丰富的基因在体内的表达对内皮是有用的。决定内皮的转录谱对理解血管发育（如血管定型、分化）、血管稳态以及心血管疾病患者的诊断、预后和治疗选择有潜在的广泛筛查意义。当基因列表的内在生物学被进一步描述，我们会得到更多的有关体内维持内皮表型的分子机制的知识。

血管内皮构成了一个在血液与所有体内组织之间动态的、多功能的界面，其最基本的功能是对血管通透性、血栓形成、止血、感染和血管紧张度的调节。根据局部和系统环境的不同，这些功能可发生相应调整。这种适应解释了内皮在脉管系统的广泛局部特异性／异质性，以及维持血管稳态或促发／促进血管病的重要作用。内皮适应／活化发生在生理和病理生理刺激的情况下，能够引起表型改变，从而维持内皮功能稳态或引起内皮功能障碍。衡量体内内皮功能以及在分子水平上鉴定内皮表型的进展，加深了我们对体内内皮表型调节的理解，有希望产生对血管病患者预后的新认识和新的治疗方法。

虽然内皮功能不全常预示着动脉粥样硬化，但由于其临床用途尚不确定，故适合的检测方法很有限。目前，已有多种用于检测内皮舒缩功能不全的有创性和无创性方法，每种方法都具有相应的优点和不足之处。

这种检测方法评估了冠状动脉内皮系统对乙酰胆碱等血管扩张因子的反应，被认为是评估内皮功能不全的“金标准”。正常平滑肌对乙酰胆碱的反应是舒张，而内皮功能不全患者通常表现为反常的收缩或舒张减弱。相反的，内皮功能不全时，那些被认为是非内皮依赖性的扩张药物仍然可以扩张血管，如硝酸甘油、腺苷等。冠状动脉内应用激动剂造影并进行定量冠状动脉造影，其优点：直接定量测定靶血管床内皮功能，显示内皮激动和阻滞药物的量效关系，显示基础的内皮功能（应用NOS阻滞剂）。缺点：有创检查，昂贵，冠状动脉导管术的风险（脑卒中、心肌梗死、感染、血管损伤）。

该方法用于评估外周动脉的内皮功能不全。动脉内注射血管活性药物用于评估血流动力学状况。通过体积描记术或超声可计算出FMD。其优点：比冠状动脉介入更易操作，显示内皮激动和阻滞药物量效关系，显示基础的内皮功能（应用NOS阻滞剂）。缺点：有创检查，正中神经损伤、感染、血管损伤的风险。不幸的是，该技术是有创检测，需要借助动脉导管，尚需进一步的批准。

无创检查，较有创性方法安全而快捷，与肱动脉超声相比，对操作员的依赖较小，可以反映基础的内皮功能。

受血管床结构（内皮系统以外）影响较大。

肱动脉超声是最普遍、最常规使用的测定内皮功能不全的无创技术。其优点：无创检查，较有创性方法安全而快捷，与冠状动脉内皮功能相关，与乙酰胆碱等激动剂相比，血流是生理性血管扩张刺激物。缺点：血管大小的相对分辨率低，测定结果易变，对操作员依赖性高。虽然它与功能性冠状动脉造影具有很好的相关性，但需要精细的专业技术且受很多相关条件（诸如拟交感药物、食物、给药方法、月经周期和体温）的影响，因此，临床应用受到了一定的限制。为了控制这些因素，环境条件应当标准化。

通过有创和（或）无创的方法检测循环中的生物标志物，可作为评估内皮功能不全的补充方法，具有重要的预测价值。一些涉及血管收缩（内皮素）、血管炎性反应（可溶黏附分子和细胞因子）及凝血系统（血液学标志物）的分子有助于更准确地预测内皮功能不全的状况。

另一个有潜在价值的内皮功能不全的标志物是循环中的内皮祖细胞。当内皮受损需要修复时，通过骨髓动员将内皮祖细胞释放至循环中，随后移行到内皮受损区域。不幸的是，持续的血管修复过程会耗竭祖细胞或导致储存的祖细胞功能不全。研究发现，内皮祖细胞的数量和心血管危险因素及心血管疾病呈明显负相关。目前，将内皮祖细胞作为内皮功能不全代表性标志物的研究正在进行中。

虽然内皮功能不全似乎发生于动脉粥样硬化发病前，但尚无直接证据表明，逆转内皮功能不全本身对未来的心血管事件有直接作用。而且，尚未证实上述治疗可改善更为严重的内皮功能不全。目前，有一些改善内皮功能不全的疗法正在评估中，可能使患者获益。

常规治疗的目标为：减少传统的心血管危险因素，如高血压、高血脂、糖尿病、吸烟过多等。指南强调了进行有氧锻炼和低脂饮食以降低体重的重要性。这些措施可改善内皮功能不全，减少心血管事件的风险，被认为是内皮功能不全的一线治疗方案。

低密度脂蛋白颗粒的氧化和泡沫细胞的形成是动脉粥样硬化发生、发展的重要机制；相应地通过改善生活方式和（或）药物治疗降低低密度脂蛋白是阻止未来心血管事件发生的关键。虽然单纯降低低密度脂蛋白就可使患者获益，但近期的研究强调了HMG CoA还原酶抑制剂（他汀类）多效影响的重要性。这类药物可改善内皮功能，提高NO的生物利用度，同时还具有抗氧化和抗炎作用。最新研究发现，他汀类改善内皮功能不全的作用独立于降低低密度脂蛋白作用之外。

自由基和过氧化刺激是内皮功能不全的重要触发机制。因此，人们对使用抗氧化剂治疗内皮功能不全和动脉粥样硬化很感兴趣，如维生素E、维生素C、p-胡萝卜素、N-乙酰半胱氨酸，虽然这些药物在体外试验和一些小型临床试验中表现出有益的作用，但大型随机试验并未显示明显的益处。

血管紧张素转换酶抑制剂和血管紧张素n受体阻滞剂通过作用于内皮衍生的NO而保持血管的稳态。大型临床试验显示，在高危患者或急性冠状动脉综合征患者中，使用此类药物可明显获益。此类药物显示了对内皮功能的有益作用，此作用独立于降血压作用之外。因此，阻断肾素-血管紧张素-醛固酮系统有益于保持内皮系统健康，降低心血管事件风险。

女性绝经后心血管疾病风险增高。已有研究显示，单纯雌激素替代疗法可增加NO合成，增强内皮依赖性血管扩张，改善内皮功能不全。不幸的是，黄体酮可能抵消了雌激素的有益作用，大型临床试验并未显示联用黄体酮和雌激素替代疗法对于绝经后女性心血管疾病的预防有任何益处。选择性雌激素受体调节剂的作用目前正在研究中，如他莫昔芬（tamoxifen）和雷洛昔芬（raloxifene）。

在血管外科领域，自体血管（静脉）在数量、长度、管径匹配性、顺应性等方面的局限性，预示了人工血管出现的必然性。人工血管出现于20世纪中叶，当时的血管替代物仅仅被认为是物理学的管道。随着临床资料的积累，出现了更多重要而且是基础性的发展。其中之一便是涉及移植物与自体血管的交界面吻合口附近组织过度增生，血液涡流及其与组织增生的关系逐渐被认识。血小板在血栓形成中的重要性也被逐渐认识，同时还发现，新生内皮细胞向人工血管爬行不会超过吻合口以远10mm。随着细胞培养、电子显微镜和免疫组织化学的应用，内皮细胞、平滑肌细胞和成纤维细胞之间的区别才逐渐被澄清。总之，随着血管外科专业的发展，人们才逐渐认识到血液-血管界面绝对不仅仅是一个被动的关系，而是相关组织之间的动态交互过程。在人工血管内表面种植一层内皮细胞，可以模拟天然血管的构造，发挥内皮细胞复杂的凝血和抗凝血功能的平衡，更好地提高人工血管的通畅率。

1977年，Burkel和Kahn首先报道在体外将一系列细胞和组织碎片种植于人工血管或人工装置上，试图产生内膜，但是没有成功。实际上，早在1976年，Hemng等使用机械法获取静脉内皮细胞，将其与血液混合后预凝涤纶人工血管，并即刻移植入动物体内，结果获得了成功。因子相关抗原检测显示，所获取的细胞正是内皮细胞。因此，这一工作正是内皮细胞种植的开端。之后，应用Burkel创立的酶消化法获取内皮细胞，Graham和Stanley证实在涤纶和膨体聚四氟乙烯人工血管种植内皮细胞的可能性。他们同时也证实，操作前后应用抗血小板制剂能够提高狗体内涤纶人工血管的通畅率。

受Herring思想的鼓励，当时多采用“一步法”内皮化，即术中获取的静脉内皮细胞即时通过手工旋转的方法铺植于人工血管腔面，然后再将种植的人工血管植入体内取代病变血管。尽管这种方法在动物实验取得了成功，但是因获取的细胞数量有限，导致临床应用失败。基于此，又出现了两种改良方法：①网膜、皮下脂肪或心包脂肪来源微血管内皮细胞一步种植法；②内皮细胞体外扩增后再铺植人工血管的“二步法”。前者获取的内皮细胞数量大大增加，但临床附加手术较大，患者不易接受，且内皮细胞需要提纯，方法也较复杂，临床应用困难。后者的进一步发展则为组织工程血管的构建奠定了基础。还有人用取自腹膜和心包的间皮细胞种植于人工血管，也可以在人工血管内表面形成一层能分泌前列环素，具有纤溶功能的细胞。但是间皮细胞并非内皮细胞，其具体功能及作用机制有待于进一步研究。

完全均匀的内皮化依赖于种植物表面的预处理、细胞种植密度和细胞在种植物表面的均匀分布。种植物腔面的预处理多为预衬天然生物活性成分，例如明胶、Fn、血清、多聚赖氨酸、生长因子、胶原、层粘连蛋白、纤维蛋白胶、纤维蛋白原复合物等，这些物质多数为内皮细胞外基质成分，天然含有与内皮细胞黏附有关的成分，例如精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）序列等，它们对于增加内皮细胞的黏附率是必需的。Kempczinski等通过实验数据证实，预衬纤维连接蛋白明显增加细胞黏附率，这些细胞包括内皮细胞和血小板。同时还证实，预衬纤维连接蛋白后种植内皮细胞，恢复血流后的前24小时，内皮细胞存留率高于未预衬的对照组6倍。究竟哪种物质预衬效果更好，报道说法不一，目前一般应用纤维连接蛋白和层粘连蛋白作为预衬物质。关于种植细胞的密度，早期低密度种植的通畅率没有明显改善，而当高密度种植法，亦称作铺植被采用时，通畅率得到了明显改善。目前多采用数量为正常血管内皮细胞密度5～10倍的高密度铺植法，以期达到一期完全内皮化。

细胞在管状支架内表面均匀分布对管状支架完全内皮化至关重要。混合均匀的单细胞悬液是首要的前提，这一点不难做到，主要是用胰蛋白酶-EDTA消化贴壁生长的细胞时，作用时间稍长一些，但要保证不对细胞体造成重大损伤为度。另外，吸管吹打散细胞时也要尽可能彻底一些。在内皮细胞铺植研究的早期，研究者多将细胞和未肝素化的全血混合，通过预凝的方式在血管内腔面形成薄层血栓层的同时，内皮细胞也被固定于凝血块内而达到均匀铺植的目的。但是这种方法的效率较低，倘若人工血管不能将细胞悬液全部固定吸收，许多细胞将会被弃去。通过这种方法，大量细胞被包埋于血栓层下面，铺植后并不能移行至管腔内表面。Kesler等探讨凭借细胞自身重力的沉淀种植方法，对比360°1.5转／分钟的一次旋转种植组、180°两次静态种植、120°三次静态种植和90°四次静态种植的效率，结果证实，90°四次静态种植铺植均匀、黏附细胞数量最多，但此方法略显复杂。对于有孔隙的支架材料如膨体聚四氟乙烯（ePTFE）和涤纶人工血管，“二步法”种植时多采用机械压力灌注法，例如Stanley等用内皮细胞悬液和自体血混合后，用注射器向另一端夹闭的涤纶人工血管内加压注入，混合液体通过人工血管孔隙溢出，反复注射22次，直至混合液体在人工血管孔隙凝固，这样既均匀种植了细胞，又用自体血预凝了涤纶人工血管以便使用。Williams等用60ml注射器在恒定压力（5psi）下，将1.3ml细胞悬液反复推注ePTFE人工血管4次，借此将所有细胞过滤到人工血管内表面而完成铺植。这种压力灌注法仅适用于有孔隙的人工血管，而且压力对细胞有无损伤尚需进一步研究。Pasic等则采用低速离心的方法铺植细胞。2ml内皮细胞悬液加入15ml自体血浆，旋转装置45g离心20分钟，细胞借助离心力贴附于有孔的涤纶人工血管内壁完成铺植。

在手工旋转铺植的基础上，目前更多的研究采用微电脑控制的水平旋转装置（生物反应器）铺植内皮细胞，在可调控的转速下，管状支架在其中沿长轴旋转，在悬液中的细胞凭借自身重力和细胞与支架（或预衬基质）间黏附分子（如整合素家族、细胞表面多糖和凝血素等）的相互作用完成黏附贴壁的过程。在组织工程血管的构建中，越来越多的实验应用了加用脉动流和蠕动泵的生物反应器。脉动流产生的剪切力模拟体内环境，可将种植的细胞重新塑形，使种植的内皮细胞长轴沿液流纵向排列，使内皮化进一步增加，同时暴露在剪切力下的内皮细胞增殖减慢，有助于体外构建产物的成熟。

内皮细胞铺植人工血管的临床反馈使人们逐渐认识到，单纯内皮细胞铺植并不能将移植血管的通畅率提高到原本的期望值。譬如人工血管与自体血管的顺应性匹配问题，往往导致吻合口周围组织增生、钙化等诸多不良事件的发生。于是，研究的热点转向新的人工血管构建模式——组织工程血管。无论如何，内皮细胞铺植的经验直接或间接地已经或正在应用到这一新的构建模式之中。

干细胞是近10年来生命科学领域又一新的研究热点。自1997年Asahara等首次从外周血中分离EC的前体细胞——血管内皮祖细胞（endothelial progenitor cell，EPC）以来，国内外对此已经做了相当数量的研究并有应用于临床的报道。对EPC研究的讨论不在本章讨论的范围之内，但是内皮祖细胞自骨髓和外周血中分离、培养和扩增的成功，无疑为临床大量应用自体内皮细胞铺植人工或组织工程血管指明了方向。

内皮细胞铺植的目的是为了提高所附载的人工血管的通畅率，对其验证也只有通过移植到动物或人体内得以证实，最终目的是移植到人体替代病变的血管。实际上，自从开始内皮细胞铺植研究之初，铺植后的移植工作一刻也没有停止过。手术技巧和移植后的形态学检查包括超微结构的检查标准已经被普遍接受，这里不再赘述。值得注意的是，铺植细胞的人工血管移植物应该被看作有生命的移植物，操作中应注意保护。有资料显示，细胞暴露于干燥环境1～2分钟后即启动凋亡程序，开始失去活力。

实验动物之间也有一些差别，移植中应该受到重视。猪特别是小型猪，由于其解剖的关系，麻醉和手术都有相当的难度，一般认为是较难处理的物种。移植物的愈合过程比在人体迅速得多，移植物的钙化现象也比较突出。与人体比较，移植物在狗体内更容易血栓形成。不使用任何抗凝药，直径4mm的PTFE人工血管在狗体内仅保持数小时的通畅性，在人体却能保持相对更长时间的通畅，便是一个很好的例子。羊血液中缺乏纤维蛋白溶解活性，一些研究者更喜欢利用羊作为人工移植材料的极端实验动物。一般认为，选择血管移植物的实验动物品种，不应当仅仅从血液学、血流动力学或其与人体的相似性来考虑，还要从实际应用如实验动物的大小、拟移植的血管替代物的口径、手术和麻醉的难易程度、购买和饲养动物的费用等方面综合考虑。根据这一原则，大多数研究选择狗作为血管移植的最佳实验动物。

铺植的细胞命运究竟如何？应该认识到，动脉系统血液流速快，血管壁承受的剪切力要比静脉系统大，移植后铺植的细胞首先要经受这一考验。有资料显示，在移植早期，铺植细胞的丢失速率最高，前30分钟丢失率可达22%～30%，在以后的24小时内，铺植细胞以每小时2.2%～3.7%的速度进行性脱落，在24小时末，铺植细胞的滞留率仅达3.4%～21.3%，后者之间的差值较大可能与预衬的基质不同有关。从这一角度讲，铺植的人工血管-细胞复合体在生物反应器中的成熟过程有其必要性。在体外模拟体内流体力学环境，促进铺植细胞的成熟和细胞间连接，以及细胞-基质间连接的建立，是伴随着组织工程的出现而出现的。实践证明，经过体外生物反应器培养，移植人体内后，铺植细胞的滞留率有很大提高。移植前取得了满意的内皮化效率，经过3个月的体内植入，移植物内表面形成一层瓷白色内膜。扫描电镜证实移植物（长度4cm）中段内皮细胞覆盖完全，内皮细胞长轴沿血流方向排列。

对铺植细胞进行标记也许是最直接的检测铺植细胞命运的方法了。传统方法是铺植前细胞的基因转导，如绿色荧光蛋白基因重组。不过这一步骤比较复杂，100%的转导也有很大困难。更加简便的方法是细胞直接标记，例如用Hoechst 33258、BrdU等物质标记，尽管效率较高，可是标记时间又受到限制。我们曾经利用一种红色荧光染料——PKH26-GU通过其末端长脂链掺合入细胞膜脂质区，达到稳定结合标记铺植细胞的目的，它可用于体内标记活细胞长达100天，而且无明显染料脱落或细胞间迁移现象。我们的实验证实，自体狗体内植入3个月后，发现PKH26-GL阳性细胞仍有多量存留于移植物管腔内表面，这说明铺植的细胞仍保持活力，并参与维持移植血管内皮的完整性。同时，应用1因子免疫荧光染色，不仅证实所有PKH26-GL阳性细胞为内皮细胞，而且在移植物管腔表面还锚着PKH26-GL阴性1因子阳性细胞，这些被标记的内皮细胞可能来源于狗自体的循环内皮细胞和（或）EPC。

用内皮细胞、骨髓细胞、干细胞种植、高密度种植和铺植人工血管研究已有20多年的历史，一些临床工作也取得了不错的结果，但是组织离体后提取细胞的临床应用合法性还没有得到解决，希望此项目能够与血管组织工程研究一样受到人们的重视。也许有一天人们会明白，在血管的三层解剖结构中，唯一需要解决的是血管内膜层，也就是说本文所用的方法大有前程。必须了解人工血管在植入宿主体内并愈合后，其中膜和外膜层问题均自动得到解决，而且包括血管滋养血管的形成在内。当然，组织工程型人工血管如果在植入宿主体内之前能够符合宿主要求，具有血管的三层解剖结构，包括滋养血管，并终身耐受血压，则是众望所归。