《Annual Review of Physiology》：Role of Diverse Smooth Muscle Cell Phenotypic Transitions in Atherosclerosis Development and Late-Stage Pathogenesis
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尽管他汀类药物等强效降脂疗法广泛应用，但动脉粥样硬化斑块不稳定导致的主要不良心血管事件仍是全球首要死因。本文综述了平滑肌细胞（SMC）在斑块形成与稳定性中的核心作用，探讨了PDGF、TGFB、IL1B等关键细胞因子调控SMC向纤维帽生成、炎症及钙化等不同表型转换的机制，并分析了为何靶向炎症的疗法在临床试验中收效甚微，为未来开发旨在稳定斑块的新疗法提供了方向。
动脉粥样硬化是影响全球数十亿人的一种慢性疾病，其特征是动脉壁中脂质、免疫细胞和平滑肌细胞的积累，最终形成动脉粥样硬化斑块。尽管强效降脂药物（如他汀类药物和PCSK9抑制剂）的应用已大幅降低心血管事件风险，但由斑块破裂导致的主要不良心血管事件（MACE）仍是全球范围内的首要死亡原因。这表明，除了降低血脂之外，我们需要新的治疗策略来进一步降低剩余风险。过去几十年，针对炎症的疗法被寄予厚望，但一系列临床试验的结果令人失望，提示我们需要更深入地理解动脉粥样硬化晚期斑块稳定性的复杂生物学机制。
临床动脉粥样硬化的表现
动脉粥样硬化的发生始于慢性的高脂血症和未缓解的炎症。健康的大动脉从管腔向外依次是内皮层、中层（含有平滑肌细胞）和外膜。疾病始于内皮细胞将富含胆固醇的脂质颗粒转运至内皮下间隙，在氧化脂质等刺激下，内皮细胞表达黏附分子，吸引循环中的单核细胞等免疫细胞进入血管壁。单核细胞分化为巨噬细胞，试图清除沉积的脂质。但在脂质过度累积的个体中，巨噬细胞的清除速度跟不上脂质沉积速度，形成了动脉粥样硬化的前体——脂纹。
许多巨噬细胞会转变为充满脂质的泡沫细胞，并进入促炎状态，分泌大量白细胞介素1β（IL1B）等细胞因子，进一步招募免疫细胞。同时，中层和内层的平滑肌细胞开始去分化，失去平滑肌细胞的标志性蛋白（如MYH11、ACTA2）表达。这些平滑肌细胞来源的细胞迁移并构成了纤维帽——一个位于富含脂质的病变和内皮之间的富含细胞外基质（ECM）的区域。关键性的临床病理研究发现，死于心肌梗死的患者其冠状动脉斑块的纤维帽更薄，而死于非心血管原因的患者纤维帽则更厚。因此，斑块的组成（特别是纤维帽的厚度和强度）对破裂风险的影响超过了斑块的大小本身。
尽管在缺血组织的再灌注、降脂药物和公共卫生项目方面取得了显著进展，心血管疾病（CVD）及其并发症的死亡率仍然居高不下。临床数据显示，针对炎症的整体性疗法并未能显著降低患者的MACE风险。例如，使用糖皮质激素、非甾体抗炎药（如罗非昔布）、甲氨蝶呤、IL1受体拮抗剂阿那白滞素、IL1B中和抗体卡纳单抗等药物的临床试验，要么未能带来心血管获益，要么甚至增加了心血管事件或致命感染的风险。秋水仙碱的部分试验显示出一定益处，但其获益机制似乎独立于其对炎症标志物的影响，且存在非心血管死亡风险升高的担忧。这些结果强烈提示，全局性地抑制炎症可能并非治疗动脉粥样硬化的有效策略，甚至可能干扰了维持斑块稳定所必需的修复过程。
斑块形成与稳定性的机制性见解
PDGF促进平滑肌细胞的去分化和干细胞样状态
多种因素调控着平滑肌细胞的表型和功能。其中，血小板衍生生长因子（PDGF）是关键信号。它驱动平滑肌细胞进入去分化状态，使其失去收缩蛋白的表达。利用谱系示踪技术的研究发现，平滑肌细胞特异性地缺失PDGFRB会阻碍平滑肌细胞向病变的募集，最终导致斑块稳定性指标下降，如斑块内出血增加和纤维帽胶原含量减少。有趣的是，当平滑肌细胞被剔除时，内皮来源的细胞会暂时性补偿纤维帽的形成，但这种补偿是有限的。这些研究证实PDGF信号对于平滑肌细胞“投资”于纤维帽至关重要。长期抑制PDGF信号（如使用伊马替尼等受体酪氨酸激酶抑制剂）可能导致斑块不稳定，这与临床观察到的用药患者MACE风险增加相一致。
平滑肌细胞的去分化和表型重编程需要干细胞多能性因子的参与。其中，Krüppel样因子4（KLF4）和OCT4的作用被深入研究。平滑肌细胞特异性敲除Klf4会导致斑块中巨噬细胞减少，而平滑肌细胞来源的ACTA2+细胞在纤维帽区域增多，斑块整体变小但纤维帽面积增大，表现为更稳定的斑块表型。相反，敲除Oct4则导致斑块变大、巨噬细胞增多、平滑肌细胞来源的ACTA2+细胞减少，斑块更不稳定。染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）分析揭示了大量KLF4和OCT4在平滑肌细胞中的潜在靶基因，其中许多与炎症和细胞代谢通路相关，并且与人类冠状动脉疾病的全基因组关联研究位点存在重叠。
TGFB程序性驱动平滑肌细胞产生稳定斑块的细胞外基质
在众多细胞因子中，转化生长因子β（TGFB）被认为是最有效的促纤维化信号之一。研究表明，全身性降低TGFB活性（如使用中和抗体或可溶性受体）会导致斑块胶原含量大幅减少、脂质核心增大、斑块内出血增加，形成典型的不稳定斑块。相反，在载脂蛋白E敲除（Apoe-/-）小鼠中，在髓系细胞中过表达TGFB能减少斑块大小和巨噬细胞含量，但增加了ACTA2+细胞和胶原含量。这些证据表明，TGFB信号是纤维帽适应性胶原和ECM产生所必需的。
为了验证平滑肌细胞产生ECM对纤维帽形成至关重要的假设，研究人员创建了平滑肌细胞特异性敲除Col15a1的小鼠模型。与野生型对照相比，敲除小鼠在西方饮食喂养后未能形成具有纤维帽的复杂病变，病变停滞在巨噬细胞和脂质丰富的脂纹阶段。这表明像COL15A1这样的非原纤维胶原是平滑肌细胞形成斑块稳定纤维帽所必需的。此外，蛋白聚糖（如核心蛋白聚糖和润滑素）也被证明在动脉粥样硬化中发挥作用，但具体角色尚不完全清楚。总体而言，胶原蛋白具有高度的斑块稳定作用。
表型各异的平滑肌细胞调控晚期斑块的形成与稳定性
平滑肌细胞具有显著的表型可塑性，使其在动脉粥样硬化病变的生成和维持中扮演核心角色。在病变内多种信号驱动下，平滑肌细胞可分化为几种主要的表型。
1. 向促炎状态转换的平滑肌细胞驱动动脉粥样硬化的发生和晚期发病
转录谱分析证实，IL1B能将平滑肌细胞重编程为依赖核因子κB（NF-κB）的促炎状态，而PDGF则诱导不依赖NF-κB的增殖状态。临床前研究显示，敲除IL1B或其受体IL1R1可减少病变面积。然而，细胞特异性敲除研究揭示了IL1B信号在动脉粥样硬化中的双重角色。内皮细胞特异性敲除IL1R1会导致斑块更大、更不稳定，提示内皮细胞的IL1B信号可能通过招募清除脂质的髓系细胞而起到保护作用。相反，平滑肌细胞特异性敲除IL1R1则导致病变面积减少70%，但斑块稳定性下降，表现为病变和纤维帽中平滑肌细胞来源的细胞显著减少。在已形成晚期斑块的小鼠中给予抗IL1B抗体治疗，同样会减少纤维帽的胶原含量和平滑肌细胞数量。因此，平滑肌细胞的IL1R1信号具有双重效应：一方面加剧病变发展，另一方面又对形成和维护保护性的纤维帽至关重要。这或许解释了为何全局性抗炎疗法未能显著降低MACE风险——它们同时抑制了有害和有益的炎症反应。
2. 平滑肌细胞来源的纤维化细胞产生并维持纤维帽
单细胞测序研究发现了表达大量ECM基因的平滑肌细胞来源的细胞簇，表明其具有纤维化表型。这些平滑肌细胞来源的纤维化细胞与肌成纤维细胞有许多共同特征，可称为成肌纤维细胞样细胞或纤维肌细胞。它们不仅产生胶原，还表达多种与ECM相互作用的糖蛋白。纤维帽ECM的一个关键成分是骨桥蛋白（SPP1），它是一种有效的抗钙化蛋白。平滑肌细胞来源的纤维化细胞在产生有组织ECM的同时，还能通过表达SPP1等蛋白维持强效的抗钙化环境，从而稳定斑块。
3. 具有成骨细胞样特征的平滑肌细胞源自平滑肌细胞的钙化细胞
动脉粥样硬化斑块的钙化被认为是病变区域存在的成骨细胞样细胞所致。大量结合谱系示踪的单细胞转录组学分析表明，这些成骨细胞样细胞的来源之一是平滑肌细胞。体外研究表明，用地塞米松等糖皮质激素刺激平滑肌细胞，可在数周后诱导产生钙结节。向钙化状态的表现转换涉及经典的成骨标志物，如RUNX2、BMP2、SPP1和骨钙素。然而，钙化的平滑肌细胞与真正的成骨细胞存在关键差异：它们无法形成含胶原的骨骼，只能形成小的钙化结节；其碱性磷酸酶（ALP）表达水平远低于成骨细胞，且钙化不依赖于ALP；它们的转录谱与成骨细胞重叠很少；最值得注意的是，钙化会显著增加平滑肌细胞的死亡，而这对成骨细胞无影响。这种由钙化诱导的细胞凋亡可能通过产生损害纤维帽结构完整性的钙化结节、引发促炎信号以及减少可能贡献于ECM生产的平滑肌细胞密度，从而损害斑块稳定性。
讨论与展望
总之，尽管炎症是斑块形成的关键驱动因素，但临床和临床前证据表明，在晚期动脉粥样硬化中，某些炎症通路（如平滑肌细胞中的IL1B信号）对维持纤维帽的修复和稳定至关重要。全局性抗炎疗法未能成功，部分原因在于它们不加区分地抑制了这些有益途径。未来治疗动脉粥样硬化的策略需要从单纯抑制炎症，转向更精细地调控平滑肌细胞的表型转换，特别是促进其向产生稳定ECM的纤维化表型发展，同时抑制其向促炎或促钙化表型转换。对PDGF、TGFB、KLF4/OCT4等关键通路，以及COL15A1、SPP1等特定基质成分的深入研究，有望为开发全新的斑块稳定疗法带来希望，从而最终降低动脉粥样硬化带来的全球疾病负担。
