新生血管无论是生理性还是病理性，其进展顺序似乎相同，其形成过程大致可分为5个阶段。
1．第一阶段为母本血管内皮细胞的渗透性增加 新生血管总是起源于微血管（毛细血管或小静脉），绝不会起源于大血管（小动脉、动脉或静脉）。在新生血管刺激因子（如血管内皮生长因子）存在的情况下，附近的微血管充盈，渗透性增加。
2．第二阶段为母本血管基底膜和细胞外基质（extracellular matrix，ECM）崩解 血管的基底膜主要含有Ⅳ型胶原纤维和基膜连接蛋白。微血管面对新生血管刺激因子，血管内皮细胞变厚，经过包括内质网增加在内的一系列细胞内变化。各种酶释放出来，包括基质金属蛋白酶，例如Ⅳ型胶原酶和血浆蛋白酶如纤溶酶原激活剂，导致基底膜和周围ECM破坏。
3．第三阶段为穿过基底膜和ECM的内皮芽形成 此阶段内皮细胞通过基底膜内间隙朝向新生血管刺激因子伸出伪足芽。
4．第四阶段为内皮细胞移行和分裂 伸出伪足芽后，出现内皮细胞移行，形成两极对齐的细胞柱。与此同时，朝向这些细胞柱的底部，靠近母本血管出现细胞分裂。
5．第五阶段为内皮细胞分支和管腔形成 细胞分裂不出现在新生血管的前端，而分支出现在前端，伴随着管腔的形成，此处血流开始。毛细血管襻可以生出新的血管芽，周细胞从母本血管伸出，覆盖这些新生血管，新的基底膜生成，从而形成成熟的新生血管。
血管树中的内皮细胞正常情况下由静止的单层细胞所组成，起到血液与组织间选择性屏障的作用。这些细胞正常更新周期很长，时间需要1年以上，但在血管形成因子的刺激下，出现快速增殖，更新时间少于5d。疾病和健康的主要区别在于，健康情况下血管形成处于平衡和可控制状态，而疾病情况下则调节异常。
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