胶原蛋白（一）
胶原蛋白是一种非常硬的蛋白质，具有限制血管扩张的生理作用。根据血管结构和功能的不胶原蛋白包括至少24种不同的亚型和38条不同的多肽链。不同类型的细胞也表达不同类型的胶原蛋白。在正常和受损的动脉壁，I型和III型胶原蛋白是血管中膜和外膜的主要胶原蛋白类型。动脉损伤可能会改变这两种类型胶原蛋白之间的平衡。例如，健康动脉中I 型胶原是一个α1(I)2α2(I)异源三聚体，发育的皮肤或愈合的伤口含少量的I型胶原同型聚体α1(I)3。缺血性心脏病患者冠状动脉活检的免疫组化显示III型胶原表达显著减少，III型胶原/I型胶原比下降，弹性蛋白 /型胶原蛋白比增加。胸主动脉夹层患者的手术标本与正常的主动脉壁相比，I型胶原和山型胶原的mRNA和蛋白质水平均升高（分别为3.2倍和3.7倍)。
一、胶原蛋白与血管细胞的相互作用
胶原蛋白同样与血管细胞（如乎滑肌细胞、肉皮细胞和成纤维细胞）相互作用，并对它们的细胞生物学和病理学特性有重要作用。胶原蛋白参与平滑肌细胞的分化、黏附、迁移、增殖和细胞调亡过程，β1整合素和盘状结构域受体(discoidin domain receptor, DDR）家庭成员介导这出胶原蛋白的特性。α1β1整合素通过激活MAPK 信号通路的 BRK 刺激平滑肌细胞增殖。α2β1整合素信号通路对聚合纤维胶原蛋白上平滑肌细胞的黏附、增殖和分化起着重要作用。α10β1 和α11β1整合素介导依赖胶原蛋白的骨髓间充质非肌细胞的黏附和超化作用。在体内实验中，平滑肌细胞分化开始时耗尽β1整合素，导致主动脉弓中断、动脉瘤，无法整合细胞外基质，从而导致出生 前死亡。DDR1 与胶原蛋白之间的相互作用调节平滑肌细胞迁移、增殖和基质金属蛋白酶的产生。Ddrl-/-小鼠在血管损伤后，平滑肌细胞发生增殖，新生内膜形成减少。
生理条件下活跃的平滑肌细胞收缩基因启动子，在血管损伤或动脉粥样硬化时会暂时沉默。用IV型胶原蛋白和I型胶原单体培养大鼠主动脉平滑肌细胞，只有IV型胶原蛋白刺激血清应答因子(serum response factor, SRF）结合到平滑肌细胞肌动蛋白和肌球蛋白重链，刺激心肌素（平滑肌细胞基因表达所需要的 SRF 共激活因子)表达。但I型胶原蛋白单体刺激平滑肌细胞的炎症黏附分子 VCAM1 的表达，I型胶原蛋白单体的这一活性可以被 NF-κB 抑制剂SN50抑制。聚合I型胶原而非I型胶原蛋白单体可调节平滑肌细胞调亡。当用聚合胶原蛋白或单体胶原蛋白培养人平滑肌细胞时，聚合胶原蛋白通过增加活性基质金属蛋白酶 1 (matrix metalloproteinase1, MMP1）的产出从而增加平滑肌细胞凋亡。
这些 MMP 胶原酶可降解聚合胶原蛋白，诱导X染色体关联的凋亡抑制剂(X-linked inhibitor of apoptosis, XIAP ）水解。因此，细胞外基质中由 MMP 释放的胶原蛋白片段可能通过钙蛋白酶介导抗调亡蛋白 XIAP 失活，从而扩散平滑肌细胞的调亡。在炎症条件下平滑肌细胞表达胶原蛋白，胶原蛋白基质刺激平滑肌细胞表达胶原蛋白、弹性蛋白和整合素。高浓度葡萄糖 (22 mM）或血管活性物质血管紧张素1 (100 nM)能增加小鼠血管平滑肌细胞的 ERK1/2 磷酸化诱导血管中膜的休眠型 TGFβ1 、αVβ3整合素的表达增加和I型胶原释放。用不同组合的I型胶原和纤维蛋白的 2D 或 3D 混合物培养大鼠主动脉平滑肌细胞7天，3D组的平滑肌细胞比 2D组表达更多的III型胶原、弹性蛋白原和α1、β1、β3整合素。平滑肌细胞的弹性蛋白原和β1整合素在胶原基质上表达最高，III型胶原和β3整合素在纯纤维蛋白上表达最高，而I型胶原在I型胶原/纤维蛋白复合基质上的表达则最高。
用I型胶原培养人脐静脉内皮细胞与用IV型胶原培养相比，亚硝酸盐的合成减少，一氧化氮合酶（NOS）的活性下降，内皮型一氧化氮合酶(eNos）的蛋白质和mRNA 含量降低。这种I型胶原蛋白的活性是由其与内皮细胞上整合素的相互作用介导的。通过整合素干扰肽D6Y 或抗整合素抗体（抗α1或β1）干扰I型胶原蛋白依赖的信号通路，能阳断下游信号调节。当用天然或糖化胶原蛋白培养的猪主动脉内皮细胞，暴露于体外平行板系统产生的剪切应力，天然胶原蛋白组的细胞在24 小时 20 dynes/cm2的应力下拉长并且在流动方向上对齐，但糖化胶原蛋白组并无此现象。糖化胶原蛋白组细胞剪切应力介导的内皮细胞内一氧化氮(NO）的释放较天然胶原蛋白组减少 50%，并与eNOS 磷酸化减少相关，可能是糖化胶原蛋白组抑制了剪切应力诱导的黏着斑激酶活化。在一项类似的实验中，用天然和糖化胶原蛋白涂层基板在低糖、正常、高糖条件下培养猪主动脉内皮细胞，内皮细胞在糖化胶原蛋白基板上的黏附比天然胶原蛋白更加紧密。内皮细胞通过αVβ3整合素与糖化胶原蛋白相互作用，通过α2β1与天然胶原蛋白结合。除了 NO的产生和细胞黏附，胶原蛋白在血管生成中也会影响内皮细胞活性。在体外用 3D 胶原基质培养人脐带血内皮祖细胞 ( endothelial progenitor cell,EPC）18小时，无论是直接分析还是皮下植人到免疫缺陷小鼠 14 天后分析，都显示胶原蛋白的浓度增加，单位面积的血管数量减少，但血管大小却有所增加。
成纤维细胞对不同的胶原蛋白类型反应也不尽相同。在培养的大鼠成纤维细胞中，IV型胶原蛋白诱导成纤维细胞分化为肌成纤维细胞，而I型胶原和III型胶原蛋白诱导成纤维细胞增殖。I型胶原激活成纤维细胞中的ERK1/2。
二、胶原蛋白片段的生物活性
完整的胶原蛋白会影响血管细胞活动，IV型和XVIII型胶原蛋白水解片段也有生物活性特征。IV型胶原蛋白有6条链（α1~α6），每一条都有3个功能结构域：N-端富含半胱氮酸的7S结构域、中间三重螺旋结构域和C-端球状的非胶原区结构域(non-collagenous domain, NCl domain)。NC1结构域对细胞相互作用、基质结合和网络组装都起着至关重要的作用。三条α链形成了IV型胶原原体，这是IV型胶原结构的基本单位。人的α1(IV)、α2(IV)和α3(IV）内源性NC1片段有抗血管生成作用，分别相当于26000的血管生成抑制因子 (arresten）、24000的血管能抑素（canstatin）和 28000的肿瘤抑素（tumstatin )。将α2(IV)NCI 加人牛视网膜微血管内皮细胞，将抑制内皮细胞早期黏附、增殖和体外血管生成，在氧诱导视网膜病变模型中诱导内皮细胞凋亡和抑制血管生成。Pentastatin是从IV型胶原蛋白α5纤维提取的一个20个氨基酸的肽链，在血管新生的体外实验和肿瘤模型（小细胞肺瘤移植瘤）的在体实验中抑制血管生长。
XVIII型胶原是133000大小的形成。链三聚体的非纤维状胶原蛋白，主要位于血管周的基底膜，也出现在成年和胚胎的基底层中。XVIII型胶原缺陷的人和小鼠表现为眼部俠陷和眼部血管生长较差。不同于IV型胶原，XVIII型胶原N-末端的选择性剪接可产生多出外域(20000）和N-未端肽（44000）的变异体。内皮抑素是XVIII型胶原蛋白C-末端的20000 大小片段，具有肿瘤抑制特性。弹性蛋白酶或半胱氨酸组织蛋白酶L(cathepsin L, CatL）在关联城和内皮抑素域之间的铰链域剪切XVIIIx型胶原。内皮抑素与肝素具有高亲和力，是发挥其抗血管生成作用的必要条件。内皮抑素结合内皮下基质抑制LDL潴留。内皮抑素还能抑制巨噬细胞摄取二聚糖相连的LDL。在人和小鼠的动脉粥样硬化中，二聚糖是一种硫酸皮肤素蛋白聚糖，通过离子相互作用与LDL结合，包括载脂蛋白B100中特异性碱性氨基酸和二聚糖的硫酸化糖修饰。内皮抑素或X型胶原缺失都会导致动脉粥样硬化小鼠的脂质斑块新生血管和血管通透性增强，增加内皮下基质和二聚糖中LDL潴留。Neostatin是XVIII型胶原的MIMP源性裂解产物。Neostatin7是MMP7裂解XVIII型胶原蛋白产生的28000大小C-端跨内皮抑素的片段。MMP14(也被称为MT1-MMP）裂解N型胶原产生23000大小的Neostatinl4。 鼠Neostatin7可抑制小牛肺动脉内皮细胞增殖。微注射Neostatin7和Neostatin14裸DNA至角膜基质中可减少FGF诱导的新生血管。
（摘自《血管生物学》第2版）
