血管形成的过程

• 血管发生：在早期胚胎发育时，血管发生是从头开始形成最初血管的过程。血成血管细胞从侧板中胚层迁移到中线聚集，形成单一血管索，同时在卵黄囊血岛也有聚集。随后，这些细胞分化为内皮细胞，经过极化、液体积累（源于细胞内或细胞间囊泡融合），形成血管腔、细胞间连接和基底膜。像主动脉和大脑中动脉就是由血管发生形成的。在血管索空心化过程中，主动脉腹侧底部和血岛中的内皮细胞构成首个造血区域，产生的成红细胞进入血管腔，形成机体血液。
• 血管生成：主要动脉形成后，血管生成负责进一步的血管发育。这是一个多步骤过程，首先是质膜降解和血管周围细胞覆盖减少，使血管内的内皮细胞能够长出新的子血管。内皮细胞的迁移和增殖是新血管生长的关键，迁移主要由前端的顶端细胞（tip cell）控制，柄细胞（stalk cells）则连接顶端细胞和已有的血管。顶端细胞感知周围环境，确保新血管按预定命运发育，新血管的管腔在顶端细胞后通过细胞和索空心化形成。之后，管腔化的血管会形成新的基底膜并招募新的周细胞来维持稳定。当两个新的血管芽通过吻合连接，巨噬细胞作为 “伴侣” 促进连接，此时血管生成完成，这有助于建立循环，对血管存活以及分化为动脉和静脉至关重要。
• 套叠式生长：是指血管沿长度分裂形成两个新血管的过程，常见于肝脏和肺等血管丰富的组织在初始血管生成扩张之后。在这个过程中，内皮细胞向管腔内生长形成内皮腔柱，这些腔柱相互融合形成跨腔柱，再通过胶原蛋白沉积和壁细胞招募加固。多个腔柱靠近并融合，最终导致血管纵向分裂。

血管重塑

• 血管修剪：分为套叠式修剪和反向血管生成修剪。套叠式修剪是在两个血管分支点形成并融合跨腔柱，使一个血管从循环中分离；反向血管生成修剪则是血管先阻塞管腔，两端形成顶端细胞，然后向已有血管回缩。不过，关于反向血管生成过程留下的空基底膜袖套能否为新血管生长提供低阻力 “通道” 存在争议，有研究发现完成反向血管生成后，空基底膜袖套会被基底膜栓封闭，无法再利用。
• 动脉生成：是指毛细血管分化为动脉的过程，涉及血管直径增大、壁增厚、肌肉增多和血流速度加快。研究发现，斑马鱼中高血压会激活内皮纤毛，诱导 Notch 信号通路，该通路对招募壁细胞到动脉命运的血管很重要，保证了高血流血管的动脉命运，但缺血性动脉生成是否有类似机制还需进一步研究。另外，血管紧张素（Ang） - Tie 信号通路也参与调节血管直径，Ang1 - Tie2 信号通常导致血管扩张和动脉生成，而 Ang2 - Tie2 信号则使血管收缩并抑制动脉生成。

血管生成的调节

• 生理和病理生理调节：血管生成主要在发育、再生（如女性月经周期增殖期子宫内膜黏膜的再生）、缺氧和炎症等情况下开启。在发育过程中，血管生成对器官形成和生长以及组织的氧气和营养供应至关重要，此时促血管生成和抗血管生成因子保持平衡且稍偏向促血管生成，使血管有序形成且成熟稳定。组织缺氧会强烈上调促血管生成因子，促进缺氧组织新血管生长，同时还会增加血液生成和血管直径，以重新建立组织的灌注和氧合。近期研究发现，生物钟与缺氧诱导因子转录机制相似，对缺氧信号和血管生成能力有重要影响，这解释了为什么血管生成在夜间更活跃，因为生物钟在夜间诱导组织处于假缺氧状态，上调促血管生成因子。炎症也会诱导血管生成，炎症因子通过破坏基底膜和减少壁细胞覆盖来激活血管生成过程，使血管渗漏，便于免疫细胞和炎症蛋白渗出，持续的炎症会促使招募的炎症细胞表达促血管生成因子，进一步诱导血管生成和增加组织灌注。
  在类风湿性关节炎、肥胖、糖尿病、心血管疾病、呼吸系统疾病、眼部疾病和癌症等多种常见疾病中，持续的缺氧和炎症会导致血管生成失控，形成不稳定、不成熟且功能不良的异位血管，这些血管渗漏会导致间质液积聚，压迫成熟血管，减少组织灌注，形成恶性循环，推动疾病进展。
• 促血管生成因子：血管内皮生长因子（VEGF）是研究最多的与健康和病理血管生成相关的因子。缺氧时，VEGF 高度上调，因为其受体（VEGFR）基因启动子中有四个缺氧反应元件（HREs），可被缺氧诱导因子（HIF） - 1 结合，HIF - 1 在无氧依赖的羟基化和泛素化作用下稳定。炎症细胞（主要是巨噬细胞）在损伤或病原体相关分子模式刺激下也会大量产生 VEGF。在发育过程中，组织血管化前 VEGF 表达高，血管化完成后关闭。VEGF 主要通过 VEGFR1 和 VEGFR2 发挥作用，VEGFR1 主要在内皮细胞中隔离 VEGF，抑制 VEGFR2 信号传导，但在免疫细胞、癌细胞和内皮细胞中也有不同功能；VEGFR2 则诱导细胞增殖、迁移和表达基质金属蛋白酶，促进血管生成芽的形成。VEGF 还会诱导 Delta 样经典 Notch 配体 4（Dll4）表达，对内皮细胞分化为顶端细胞很重要，顶端细胞表达血小板衍生生长因子（PDGF） - B，用于招募壁细胞和促进芽成熟，稳定血管，因此 PDGF - B 也被视为促血管生成因子。不过，Dll4 激活相邻柄细胞的 Notch 信号，发挥侧向抑制作用，防止过度的顶端细胞形成，在病理条件下，VEGF 水平过高或 Dll4 - Notch 信号抑制会导致异位顶端细胞分化和芽形成，此时 Dll4 和 Notch 可被视为抗血管生成因子。
  除 VEGF 外，成纤维细胞生长因子 2（FGF - 2）、白细胞介素（IL） - 8、肿瘤坏死因子 α（TNF - α）和转化生长因子 β（TGF - β）等也是促血管生成因子。FGF - 2 可诱导新血管形成和血管成熟，在细胞死亡或濒死时释放，启动包括新血管形成的再生过程；IL - 8、TNF - α 和 TGF - β 在低剂量时有促血管生成活性，但 TNF - α 和 TGF - β 在高剂量时具有抗血管生成作用。
• 抗血管生成因子：平衡的血管生成过程需要适量的内源性抗血管生成因子来对抗促血管生成因子。细胞外基质降解产生的血管抑素（angiostatin）和血小板反应蛋白（thrombospondin）可抑制过度的血管芽生长。此外，IL - 10 和 IL - 4 等抑制组织损伤炎症的细胞因子也有抗血管生成作用，但可能因环境和浓度而异，在某些情况下它们也有促血管生成功能。

血管生成的模型

• 体外模型：体外模型大多聚焦于血管生成过程的特定环节，如内皮细胞增殖、迁移和管腔形成等。内皮细胞增殖实验通常将少量内皮细胞接种在合适容器（如多孔板孔）中，添加促或抗血管生成处理因素，观察细胞数量变化，可直接或间接计数细胞，还能对细胞进行基因或表观遗传修饰研究特定信号通路，也可在孔表面包被相关分子研究其对内皮细胞的影响。内皮细胞迁移实验常用二维迁移实验（刮除单层细胞形成 “伤口”，观察相邻细胞迁移情况）和改良 Boyden 小室或 Transwell 实验（通过在上下储液池间放置有孔膜，检测趋化因子对细胞迁移的影响）。研究发现内皮细胞可在合适基质中自发组织成血管样结构，因此基于此的研究受到关注，常用 Matrigel 作为基质接种内皮细胞，也有将包被内皮细胞的珠子浸入纤维蛋白凝胶的实验，模拟新血管从已有血管垂直生长的过程。更复杂且接近体内情况的是在类器官系统中研究血管生长，胚胎干细胞在合适基质中可生长为包含血管的类胚胎结构，通过特定抗体的组织病理学技术研究其中的血管。
• 体内模型：动物模型可用于研究体内完整的血管生成过程。斑马鱼是研究发育性血管生成的常用模型，利用转基因 fli1a:EGFP 品系，可高时空分辨率观察血管，有助于发现血管血管生成过程、血管模式形成关键因素以及 Notch 在限制顶端细胞形成中的作用。斑马鱼还可用于研究再生性血管生成（如尾鳍再生）、病理性血管生成（如糖尿病视网膜病变、肿瘤转移相关的血管生成）。在相关实验中，斑马鱼暴露于类似人类疾病的病理刺激下，观察血管变化，如 pdx1 突变的斑马鱼会出现高血糖，3 个月后出现糖尿病视网膜病变，12 个月进展为涉及病理性血管生成和血管渗漏的新生血管疾病；成年斑马鱼暴露于严重缺氧 6 - 10 天，会出现与糖尿病视网膜病变和年龄相关性黄斑变性相关的病理性视网膜血管生成和脉络膜血管生成；在斑马鱼肿瘤异种移植模型中，缺氧可通过诱导 VEGF - VEGFR2 信号促进肿瘤血管生成和转移。
  小鼠也是常用的体内血管生成研究模型，有多种实验方法可用于研究不同组织（如眼、缺血组织、皮肤、肿瘤）的血管生成以及组织损伤、炎症、缺氧等病理生理刺激的作用。角膜因其无血管特性，常被用于评估天然或合成因子及药物的血管生成或抗血管生成特性，通过植入含促血管生成因子的颗粒、缝合或碱烧伤等方法诱导角膜炎症，3 天后可检测到血管向内生长。小鼠出生后视网膜血管的发育是研究血管生成分子调控的理想模型，通过分离新生小鼠视网膜，用内皮细胞标记物染色并平铺，利用共聚焦显微镜量化血管相关指标，有助于理解顶端细胞调控的分子机制。

结论