血管發育（VASCULAR DEVELOPMENT）
在胚胎發生期間，最早的血管是透過血管生成（vasculogenesis）而形成，其定義為未分化的成血管細胞（angioblasts）分化為內皮細胞，並形成原始血管網絡。
成血管細胞源自卵黃囊（yolk sac）胚外中胚層中的血島（blood islands）。血島是類上皮細胞的聚集；外層細胞分化為成血管細胞，而內層細胞則分化為原始造血細胞，顯示兩種細胞類型皆源自共同的胚胎前驅細胞——成血管母細胞（hemangioblast）（圖 102.6）。成血管母細胞是在纖維母細胞生長因子（fibroblast growth factors, FGFs）的影響下由更早期的前驅細胞衍生而來，而且它們已經表現血管內皮生長因子-A（vascular endothelial growth factor-A, VEGF-A）的高親和力受體——血管內皮生長因子受體-2（vascular endothelial growth factor receptor-2, VEGFR-2；KDR〔人類〕；Flk-1〔鼠類〕）。
成血管細胞在 VEGF-A 刺激的影響下發育，並表現數種血管內皮細胞標記，包括 Tie-1 與 Tie-2 受體、血管內皮（vascular endothelial, VE）-cadherin，以及高親和力的 VEGF 受體 1（Flt-1）、2（KDR）與 3（Flt-4）。在胚胎內，沿著前腸門（anterior intestinal portal）與體節（somites）外側邊緣出現的成血管細胞會融合，形成背主動脈（dorsal aorta）與身體的大血管原基。成血管細胞是高度遷移性的「前血管」內皮細胞，除了軟骨與上皮等組織之外，可見於整個胚胎。
當成血管細胞形成管腔時，它們便成為具有極化表型並產生基底層（basal lamina）的內皮細胞。內皮表面的整合素受體（integrin receptors）與基底膜的交互作用對於原始血管叢的形成至關重要，而血管內皮（VE）-cadherin 則是內皮細胞間黏著連接（adherence junctions）形成所必需。早期的血管系統由排列成多角形蜂巢狀的竇狀微血管（sinusoidal capillaries）組成（見圖 102.6）。此原始血管叢隨後被間葉細胞包圍，這些間葉細胞將形成周細胞（pericytes）與血管平滑肌細胞。下一步，原始血管叢在 VEGF-A、angiopoietins 與 ephrins 的影響下發生深度重塑（見下文）。重塑涉及血管的形成與退縮，以及血管內皮細胞的凋亡。
血管新生（angiogenesis），即自既存原始血管萌芽出新血管，是新血管形成的主要機制。在此過程中，特化的內皮細胞——所謂的尖端細胞（tip cells）——伸出絲狀偽足（filopodia），感知環境中的導引訊號如 VEGF-A（圖 102.7）。尖端細胞後方跟隨著莖細胞（stalk cells），莖細胞藉由增生延伸芽體並形成管腔。尖端細胞可與鄰近的尖端細胞相連，形成新的血管分支。尖端細胞與莖細胞的分化命運由 Notch 訊息傳遞調控。VEGF-A 活化尖端細胞上的 VEGFR-2，導致 Notch 配體 Delta-like 4（Dll4）表現增加，Dll4 會與鄰近莖細胞上表現的 Notch 結合。莖細胞中的 Notch 訊息傳遞導致 VEGFR-2 表現降低，使這些細胞對 VEGF-A 的反應性減弱（見圖 102.7）。這是一個高度動態的過程，其中內皮細胞彼此競爭尖端細胞的位置。此外，糖解作用（glycolysis）與遺傳訊號並行，在血管萌芽的調控中扮演關鍵角色。
存在於內皮細胞上的 Tie-2 受體酪胺酸激酶（receptor tyrosine kinase），在早期胚胎血管新生的血管萌芽與重塑中也扮演關鍵角色。周細胞衍生的 angiopoietin-1（Ang-1）活化 Tie-2 受體，而 Ang-2 在血管新生狀態下可作為 Ang-1 的抑制劑（圖 102.8）。此外，Eph–ephrin 受體交互作用透過雙向訊息傳遞，在血管重塑與血管身分（vascular identity）的決定上扮演重要角色。Ephrin B2 專一性地由動脈內皮表現，而其受體 Eph-B4 則由靜脈內皮表現。這兩種分子都參與動脈與靜脈內皮細胞間界線的界定。
還有其他分子參與胚胎期血管新生與血管重塑的調控，包括 semaphorins、轉化生長因子-β（transforming growth factor-β, TGF-β）、endoglin（TGF-β 的低親和力受體），以及 activin receptor-like kinase-1。後兩種蛋白的功能失常見於遺傳性出血性毛細血管擴張症（hereditary hemorrhagic telangiectasia）（見下文）。由內皮細胞分泌的血小板衍生生長因子次單元 B（platelet-derived growth factor subunit B, PDGF-B），在周細胞與內皮周圍平滑肌細胞的招募與分化上扮演關鍵角色，這些細胞有助於成熟血管的穩定。
皮膚血管新生的調控（Regulation of Skin Angiogenesis）
血管新生是胚胎發生期間發育中皮膚的共同特徵。相對地，健康成人皮膚中的血管大多處於靜止狀態，除了毛髮週期中毛囊周圍血管的擴張與退縮之外。然而，成人皮膚保有在傷口癒合、發炎與腫瘤生長情況下迅速啟動血管新生的能力。血管新生的發生方式為：(1) 自既存微血管後小靜脈萌芽長出新微血管；或 (2) 既存血管的非萌芽式重塑，透過周徑生長／血管增大，或透過血管內內皮細胞柱的形成（套疊式，intussusception）。血管新生是一個多步驟過程，其第一步常涉及微血管高通透性的誘導，亦即血管滲漏增加，導致 fibrinogen 與 prothrombin 等血漿蛋白外滲（表 102.2）。Fibrinogen 隨後進一步被處理成 fibrin，作為遷移中內皮細胞的暫時性基質；而 thrombin 的生成則作為外在凝血級聯反應的啟動者，導致數種基質蛋白的裂解與活化。這些過程共同導致高度促血管新生基質的產生。
周細胞的主要功能似乎是維持成熟且靜止的血管（此功能在血管新生期間會被中斷）。
VEGF-A 活化血管尖端細胞上的 VEGFR-2，促進絲狀偽足形成並增加 Notch 配體 Delta-like 4（Dll4）的表現。Dll4 活化鄰近莖細胞中的 Notch 訊息傳遞，導致 VEGFR-2 表現降低以及對 VEGF-A 的敏感度減弱。
在正常成人皮膚中，周細胞分泌 Ang-1，導致 Tie-2 受體（僅表現於內皮細胞的受體）磷酸化，並維持具有低血管通透性的成熟血管構築（見圖 102.8）。反過來，內皮細胞分泌可媒介周細胞招募的生長因子，包括與周細胞上 PDGFR-β 結合的 PDGFB。在血管新生期間，內皮細胞表現大量的 Ang-2，其在活化的內皮中是 Ang-1 的功能性拮抗劑，因而阻斷 Ang-1 誘導成熟的效應，並導致周細胞自血管內皮細胞脫離。在 VEGF-A 存在下，內皮細胞接著進行血管新生的後續步驟；而在缺乏 VEGF-A 時，血管內皮細胞則會凋亡（見圖 102.8）。VEGF-A 與 Ang-2 的表現在具血管新生的皮膚疾病中皆上調，包括乾癬；而角質形成細胞衍生的 VEGF-A 與胎盤生長因子（placental growth factor, PlGF；見下文）兩者皆能強力誘導真皮微血管內皮細胞中 Ang-2 的表現。骨髓衍生的前驅細胞也參與血管新生反應，其中大多數此類細胞分化為血管周圍巨噬細胞，分泌包括 VEGF-A 在內的血管新生因子。
血管基底膜作為天然屏障，防止內皮細胞自靜止血管萌芽，而周細胞則協助維持此靜止狀態。血管新生反應的早期步驟涉及血管基底膜成分（如第 IV 型膠原蛋白）的降解，此由包括基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase, MMP）-2 與 MMP-9 在內的活化蛋白酶協同作用完成。活化內皮細胞表面的整合素受體，特別是 αβ、αβ 與 αvβ 整合素，接著與天然或降解後的基質分子（例如第 I 型膠原蛋白、fibronectin）交互作用，以促進內皮細胞遷移。內皮細胞的遷移朝向血管新生因子的濃度梯度，這些因子通常由表皮產生，但也可能由巨噬細胞及其他基質細胞分泌。內皮細胞隨後進行一系列細胞分裂，由 VEGF-A 與鹼性纖維母細胞生長因子（basic fibroblast growth factor, bFGF）等強效血管新生因子所促進。最後，內皮細胞形成血管管腔，並成熟為具有基底膜與周細胞的新血管。
在正常皮膚中，血管的靜止狀態係藉由強效內源性血管新生抑制因子對血管新生刺激的主導性影響而得以維持。血管新生的誘導來自血管新生因子分泌增加，以及／或血管新生抑制因子的下調。主要的皮膚血管新生因子 VEGF-A，最初因腫瘤細胞條件培養基誘發腹水積聚的活性而被發現為血管通透因子（vascular permeability factor, VPF）。VEGF-A 是一種同源二聚體、可結合肝素（heparin-binding）的醣蛋白，在人類皮膚中至少有 121、165、189 與 201 個胺基酸的四種異構型（由於替代性剪接）。VEGF-A 與兩種主要表現於血管內皮細胞的第 III 型酪胺酸激酶受體結合：Flt-1／VEGF receptor-1（VEGFR-1）與 KDR／Flk-1／VEGFR-2（圖 102.9）。此外，VEGF-A165 也與內皮細胞及其他細胞上的 neuropilin-1 受體結合。
在體外，VEGF-A 對人類真皮微血管內皮細胞而言是專一性的促分裂原（mitogen），並可誘導內皮細胞遷移。在體內，VEGF-A 增強微血管通透性與血管新生。VEGF-A 在正常表皮中表現量低，而在癒合中的傷口以及與血管新生和血管高通透性相關的皮膚疾病中——特別是乾癬——表皮角質形成細胞的 VEGF-A 表現則顯著增加。VEGF-A 的表現與生物活性受數種不同的分子機制所控制。缺氧導致轉錄活化（經由缺氧誘導因子，hypoxia-inducible factors）以及 VEGF-A mRNA 的穩定化。在皮膚中，缺氧導致表皮角質形成細胞、真皮纖維母細胞與真皮內皮細胞的 VEGF-A 表現上調。此機制對於傷口癒合期間及皮膚癌缺氧區域中表皮 VEGF-A 表現的誘導，可能相當重要。
角質形成細胞的 VEGF-A 表現也可被媒介表皮增生的生長因子所誘導。在乾癬、癒合中的傷口與鱗狀細胞癌（squamous cell carcinomas, SCCs）中，TGF-α 及其他表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor, EGFR）的配體由基底層上方的角質形成細胞釋放。在自分泌迴路中，這些生長因子誘導表皮增生。同時，它們也誘導表皮角質形成細胞的 VEGF-A 基因表現與蛋白分泌，進而透過與皮膚微血管上的 VEGF 受體交互作用，以旁分泌方式誘導血管新生（見圖 102.9）。此機制將表皮增生與血管化增加連結起來，從而提供增強的血管支持，以滿足增生中角質形成細胞增加的營養需求。其他數種刺激角質形成細胞增生的生長因子，包括角質形成細胞生長因子（keratinocyte growth factor, KGF）、bFGF 與肝細胞生長因子（hepatocyte growth factor, HGF），也可促進表皮角質形成細胞產生 VEGF-A。
表皮來源的 VEGF-A 對體內皮膚血管新生的生物學重要性，已在設計為於表皮角質形成細胞中過度表現 VEGF-A 的基因改造小鼠模型中獲得證實。VEGF-A 轉殖基因小鼠的特徵為真皮血管拉長且迂曲，對循環血漿蛋白呈高通透性。這些小鼠無法下調實驗誘發的皮膚發炎，並發展出與人類乾癬極為相似的慢性發炎性皮膚病灶。許多人類癌症的特徵是腫瘤細胞的 VEGF-A 表現增加，以及腫瘤相關血管的 VEGF 受體表現增加。VEGF-A 也促進皮膚致癌作用，因為在表皮角質形成細胞中選擇性轉殖過度表現 VEGF-A，導致腫瘤發展與轉移增強。
胎盤生長因子（PlGF）是 VEGF 家族的成員，人類皮膚中表現兩種異構型：PlGF-1（149 個胺基酸）與 PlGF-2（170 個胺基酸）。與 VEGF-A 類似，PlGF 的表現在皮膚 SCCs、傷口推進邊緣的表皮角質形成細胞，以及乾癬增生表皮中上調。與 VEGF 不同的是，PlGF 不活化 VEGFR-2（KDR），而是選擇性地與 VEGFR-1 結合（見圖 102.9）。此外，可結合肝素的異構型 PlGF-2 會與 neuropilin-1 受體結合。來自基因改造小鼠模型的證據顯示，PlGF 與 VEGF-A 協同作用以誘導血管新生與血管滲漏，且 PlGF 具有促發炎效應。在具血管新生的皮膚狀況中，還有數種其他促血管新生分子上調，包括 interleukin-8、PDGF、bFGF 及數種促血管新生的趨化因子。
Thrombospondin（TSP）-1 與 TSP-2 是表現於正常人類皮膚中的主要皮膚血管新生抑制因子。這些基質細胞蛋白（matricellular proteins）媒介細胞外基質分子與細胞整合素受體之間的交互作用。TSP-1 在體外抑制內皮細胞增生，在體內抑制血管新生。在正常人類皮膚中，TSP-1 由真皮細胞與表皮角質形成細胞表現。它沉積於真皮－表皮基底膜區內，構成防止血管長入表皮的屏障之一部分。TSP-1 的表現在皮膚 SCCs 中下調，而將 TSP-1 重新導入 SCCs 可抑制小鼠中的腫瘤生長，並伴隨腫瘤血管新生的抑制與腫瘤細胞死亡的增加。在轉殖基因小鼠皮膚中過度表現 TSP-1 導致肉芽組織形成與傷口血管化受損、皮膚致癌作用延遲且減少，以及慢性 UVB 照射造成的光傷害減輕。有趣的是，人類皮膚接受 UVB 照射會導致血管新生開關的啟動，伴隨 VEGF-A 上調與 TSP-1 下調。TSP-1 抑制皮膚血管新生的機制包括：透過與內皮 CD36 受體的特異性交互作用誘導內皮細胞凋亡、活化潛伏型 TGF-β，以及抑制基質金屬蛋白酶的活性。
TSP-2 也作為內源性的血管新生抑制因子。缺乏 TSP-2 的小鼠顯示皮膚血管化增加、發炎反應增強且延長，以及皮膚致癌作用增加，證實內源性 TSP-2 在控制皮膚血管新生上的重要角色。因此，在鼠類表皮內標的性過度表現 TSP-2 可保護免於皮膚癌的發生，並抑制已形成皮膚癌的生長。在血管基底膜中表現的分子，其數種裂解產物也被報告具有抗血管新生活性，包括第 IV 型（tumstatin）、第 XV 型與第 XVIII 型（endostatin）膠原蛋白的片段。
血管新生與傷口癒合（Angiogenesis and Wound Healing）
自既存血管系統長出微血管，是皮膚傷口癒合增生期的必要組成（見圖 141.3）。暴露於 thrombin 後，內皮細胞釋放基質金屬蛋白酶-2（gelatinase-A），造成基底膜與細胞外基質（extracellular matrix, ECM）的局部溶解，使內皮細胞得以穿越基底膜遷移。微血管芽隨後侵入傷口床中的 ECM 與 fibrin 血塊，並於數日內形成新的基質。此所謂的肉芽組織（granulation tissue）以血管增生、纖維母細胞遷移與膠原蛋白合成為特徵。在此新生基質中，血管新生芽組織成緻密的微血管網絡，從而為細胞提供養分與氧氣。
未成熟傷口基質內的血管萌芽過程受數種因子控制，包括缺氧（因微血管損傷所致），以及在傷口癒合發炎期由血小板釋放或由嗜中性球、巨噬細胞、纖維母細胞與角質形成細胞產生的各種生長因子與細胞激素（圖 102.10）。受損組織與健康組織之間的低氧梯度誘導轉錄活化因子缺氧誘導因子-1（hypoxia-inducible factor-1, HIF-1），HIF-1 透過多重機制促進血管新生。後者包括：(1) 大量促血管新生標的基因的上調；以及 (2) 促血管新生生長因子的產生，如 VEGF-A 與基質細胞衍生因子-1（stromal cell derived factor-1, SDF-1 或 CXCL12；見圖 102.10）。除缺氧之外，細胞破裂也透過釋放纖維母細胞生長因子（FGF-1/2）啟動血管新生。內皮前驅細胞也被招募至傷口部位，在該處分化為成熟的內皮細胞。
在傷口癒合的這些初期階段，促血管新生的環境形成一個以高度血管迂曲為特徵的未成熟微血管網絡，常導致死路式的血流路徑。新形成的微血管網絡其血管密度超過正常皮膚。然而，在初期階段達到此最大血管密度之後，由於數種抗血管新生因子的釋放，包括色素上皮衍生因子（pigment epithelium-derived factor, PEDF）、IFN-γ 誘導性蛋白-10（CXCL10）或 Sprouty-2，可觀察到微血管的退縮。
同時，包括平滑肌細胞與周細胞在內的血管間質細胞，穩定新形成的微血管。支持此新血管網絡穩定化的主要生長因子是 PDGF-B，它刺激周細胞分化，並已在糖尿病傷口的治療中被用於臨床。此外，angiopoietins Ang-1 與 Ang-2 連同其受體 Tie-2，於整個皮膚傷口癒合過程中調控血管新生反應。
其他被報告參與統籌皮膚傷口修復血管新生期的可溶性因子，描繪於圖 102.10。皮膚血管新生的缺陷會損害肉芽組織的形成並延遲癒合，導致數種慢性皮膚傷口中不癒合環境的形成。
白血球－內皮細胞交互作用的調控（Regulation of Leukocyte–Endothelial Cell Interactions）
白血球的聚集是急性與慢性發炎性皮膚疾病的顯著特徵，並且是發炎反應中的速率限制步驟。白血球的招募是一個多步驟過程，受白血球與血管內皮細胞上多種黏附分子的依序活化所控制，也受數種發炎性細胞激素與趨化因子所控制。白血球外滲主要發生於皮膚的微血管後小靜脈，因為它們對黏附分子的誘導特別敏感。參與白血球－內皮細胞交互作用的主要黏附分子，其特定細胞類型表現、配體與功能整理於表 102.3。
作為白血球外滲的第一步，白血球與內皮細胞之間相對微弱的黏附交互作用（涉及不同的選擇素〔selectins〕及其配體），導致白血球在血管壁上的繫留（tethering）與滾動（rolling）（圖 102.11）。第二步，白血球牢固地附著於血管壁，此主要由免疫球蛋白超家族的黏附分子及其配體的交互作用所媒介。從滾動期轉換至牢固的管腔內黏附與爬行，需要整合素的活化，使其由低親和力構型轉換為高親和力構型。此活化由趨化因子的訊息傳遞所媒介，這些趨化因子或由內皮細胞本身表現並呈現於其表面，或由血管周圍細胞表現並經內皮進行跨細胞轉運（transcytosed）。
最後，白血球經由相鄰內皮細胞之間的空隙遷移進入真皮。內皮細胞之間的連接通常因血管內皮（VE）-cadherin、連接黏附分子（junctional adhesion molecules, JAMs）及其他分子的交互作用而非常緊密，必須暫時打開，白血球才能夠穿越遷移。在此過程中，血管內皮蛋白酪胺酸磷酸酶（vascular endothelial-protein-tyrosine phosphatase, VE-PTP）扮演主要角色。VE-PTP 正常時與 VE-cadherin 相結合，但在白血球穿越遷移期間會暫時與之分離。
圖 102-6：胚胎發生期間血管生成與早期血管新生的連續步驟：原始血管網絡的形成與重塑。
圖 102-7：萌芽性血管新生中尖端細胞形成的機制。
圖 102-8：Angiopoietins 在靜止血管與血管新生血管中，內皮細胞與周細胞交互作用中的角色。由周細胞（PC）衍生的 angiopoietin-1（Ang-1）活化內皮 Tie-2 受體，維持血管成熟。血管新生內皮細胞（EC）中 angiopoietin-2（Ang-2）的上調，透過內皮 Tie-2 受體阻斷周細胞衍生 Ang-1 的血管穩定效應。VEGF-A 與 Ang-2 的表現在具血管新生的皮膚疾病中皆上調，包括乾癬。
圖 102-9：血管內皮生長因子-A（VEGF-A）與胎盤生長因子（PlGF）對皮膚血管新生的分子調控。
圖 102-10：參與皮膚傷口癒合期間血管新生的可溶性因子。組織受損後，多種促血管新生與抗血管新生因子調控皮膚傷口癒合。Ang-1/2，angiopoietin-1/2；CXCL4/10/12，C-X-C motif chemokine ligand 4/10/12；FGF-1/2，fibroblast growth factor-1/2；HIF-1，hypoxia-inducible factor-1；IL-8，interleukin-8；MMP-2，matrix metalloproteinase-2；PEDF，pigment epithelium-derived factor；PlGF，placental growth factor；PDGF-B，platelet-derived growth factor-B；TSP-1/2，thrombospondin-1/2；TGF-β，transforming growth factor-β；VEGF-A，vascular endothelial growth factor A。基質細胞衍生因子-1（SDF-1）亦稱為 CXCL12。
圖 102-11：導致白血球被招募進入發炎皮膚的白血球－內皮細胞交互作用之多步驟過程。白血球外滲涉及繫留與滾動，主要由選擇素及其配體媒介。接著是牢固黏附與穿越遷移，主要由黏附分子及其整合素配體媒介。白血球上的選擇素配體包括 E-selectin ligand-1（ESL-1）與 P-selectin glycoprotein ligand（PSGL-1）。
表 102-1：淋巴管與血管的免疫組織化學標記。中等深度網底與深色網底分別突顯可區分血管與淋巴管的標記。LYVE-1，lymphatic vessel endothelial hyaluronan receptor-1；PAL-E，Pathologische Anatomie Leiden-Endothelium；PECAM-1，platelet-endothelial cell adhesion molecule-1；Prox1，prospero-related homeobox 1；PV-1，plasmalemma vesicle-associated protein-1；VEGFR，vascular endothelial growth factor receptor。
表 102-2：血管新生的逐步誘導。
表 102-3：參與白血球－內皮細胞交互作用的主要黏附分子：細胞類型特異性表現、配體與功能。CLA，cutaneous lymphocyte-associated antigen；ESL，E-selectin ligand；GlyCAM，glycosylation-dependent cell adhesion molecule；ICAM，intercellular adhesion molecule；JAM，junctional adhesion molecule；LFA，lymphocyte function-associated antigen；Mac-1，macrophage-1 antigen；MAdCAM，mucosal addressin cell adhesion molecule；PECAM，platelet–endothelial cell adhesion molecule；PSGL，P-selectin glycoprotein ligand；VCAM，vascular cell adhesion molecule；VLA，very late activation antigen。