Ang-1、Ang-2/Tie2信號通路在血管生成中的研究進展

張小芳 劉 丹綜述 姚寶珍審校

促血管生成素-1、-2及其受體 Tie2(Angiopoietin-1、Angiopoietin-2/ tyrosine Kinase Receptors 2,Ang-1、Ang-2/Tie2)是近年來發現的一種除血管內皮生長因子(Vascular Endothelial Growth Factor,VEGF)之外的一條新的血管生成信號轉導通路[1],這條新的信號通路在人類生理性血管形成中發揮重要作用,另有研究表明,Ang-1、Ang-2/Tie2信號通路在腫瘤、創傷、炎癥等多種病變中也起一定作用。研究它們對疾病發生的影響有助于為相關疾病的治療提供新線索,本文就Ang-1、Ang-2/Tie2在血管發生發展中所起的作用作一綜述。

1 Ang-1、Ang-2/Tie2信號通路

1.1 Tie2

Tie2是酪氨酸激酶受體,其配體是 Ang-1、Ang-2,與免疫球蛋白及上皮樣生長因子(Epidermal Growth Factor,EGF)受體具有同源性,主要表達于血管內皮細胞[2]。Tie2基因定位于1p33～1p34,mRNA全長4.4 kb,該蛋白前體由1 124個氨基酸殘基組成。Ang-l和Tie2結合形成二聚體,使后者磷酸化而被激活,Ang-2與Tie2結合可抑制后者的活性[3]。

1.2 Ang-1/Tie2

Ang-1基因位于8q22.3～q23部位,由498個氨基酸組成,其中N端有一疏水分泌信號肽和α螺旋結構域,C端包含一纖維蛋白原類似結構域[4]。Ang-l在體外不能直接促進內皮細胞生長,可能與新生血管的啟動不同,但在新生血管管腔形成過程中起作用,使血管結構穩定[5]。Ang-l和受體結合后活化Tie2,Tie2活化的內皮細胞可吸引血管平滑肌細胞、周細胞等包圍、支持內皮細胞形成完整的血管壁,從而促進血管生成,同時通過細胞與細胞、細胞與基質等相互作用維持血管結構的穩定[5～7]。因此,Ang-1主要與維持內皮細胞和周圍的支持細胞之間的相互作用有關,在維持血管結構的穩定中起重要作用。

1.3 Ang-2/Tie2

Ang-2基因位于8p23.1,在正常成人中主要分布于卵巢、子宮和胎盤,可能與這三種組織中血管再建較多有關[6]。Ang-2由 496個氨基酸組成,與 Ang-1有60%的同源性,也可與受體Tie2結合。多數學者認為Ang-2為無信號傳導功能的Tie2配體,它不引起Tie2受體的磷酸化,可以競爭性地阻斷Ang-1的效應,有促進內皮祖細胞(Endoth elial Progenitor cells,EPC)移行的作用,Ang-2與內皮祖細胞間的相互作用可能是新生血管形成的始動環節[3]。但也有報道認為,在高濃度時Ang-2與Ang-1類似,使受體磷酸化后促進內皮細胞的存活[7]。還有研究認為,Ang-2在調節血管生成過程中并不調控內皮細胞增殖,而是與內皮特異性Tie2結合,促進或抑制Tie2的磷酸化,并通過受體下游途徑調節血管的成熟[8]。故Ang-2/Tie2信號通路在血管形成中作用復雜,具體機制還有待進一步研究。

2 Ang-1、Ang-2/Tie2在生理性血管生成中的功能

大鼠卵巢VEGF的表達早于血管形成,Ang-2的表達以新生血管網的前沿最豐富,而Ang-1的表達和血管生成一致,隨著卵巢周期的變化,三者協同調節血管的生長和消退。排卵后,隨著VEGF水平降低,Ang-2又通過抑制Ang-1的作用而促進血管消退。胚胎發育早期,Ang-2在心臟和毛細血管床周圍不表達,只在主動脈和大的動脈分支中表達,相比于Ang-1的廣泛分布,Ang-2主要呈點狀分布,僅局限在內皮細胞和相關的外周細胞中[9]。剔除Ang-1基因小鼠其胚胎在第12.5天死亡,解剖發現胚胎多數臟器中的血管密度降低,部分內皮細胞變圓,支持細胞(如周細胞、平滑肌細胞)減少[9]。由此可見Ang-1、Ang-2在生理性血管生成和穩定中起重要作用。

3 Ang-1、Ang-2/Tie2在病理性血管生成中的作用

3.1 Ang-1、Ang-2/Tie2與腫瘤

病理性血管生成包括關節炎、糖尿病視網膜病變、腫瘤的生長和轉移等新血管的生成。腫瘤生長依賴于新生血管為其提供足夠的養料。近年來研究表明,在多種腫瘤血管中,Ang-1、Ang-2和Tie2的表達不同。生理狀態下,Ang-1/Tie2途徑受到嚴格的調控,而在腫瘤組織中,缺氧及巨噬細胞分泌的腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白介素-1β(IL-1β)等因子可造成周細胞凋亡,并誘發Ang-1表達增加而促進腫瘤組織中的血管生成[10]。但 Ang-1在不同腫瘤中表達并不一致,如Ang-1在肝癌組織、癌旁組織及正常肝組織中的陽性表達率無顯著性差異[8],在膀胱癌患者血清中Ang-l明顯高于非腫瘤組織和正常對照組[11],增生期血管瘤組織的Ang-1 mRNA表達則低于正常組織[12]。胃癌、腸癌、喉癌中也有Ang-2的表達,但這種表達多在癌組織而非血管新生內皮細胞,還有研究表明Ang-2有利于腫瘤的轉移。喉癌組織中Ang-2和基質金屬蛋白酶-7(MMP-7)表達的陽性率明顯高于癌旁喉黏膜組織,且Ang-2表達與腫瘤分級及臨床分期相關[13]。Ang-2及Tie2在肝癌組織中的陽性表達率明顯高于癌旁組織,而癌旁組織的陽性表達率又高于正常肝組織[11]。

Ang-2通過結合Tie2,競爭性抑制Ang-1促 Tie2磷酸化作用,破壞血管穩定性,增加VEGF血管生成作用,促進腫瘤生長;Ang-2的表達增加可促進腫瘤血管新生和新的毛細血管再建及形成[12,14]。正常組織中Ang-1 mRNA廣泛表達,而Ang-2表達量較低或者不表達;在增生期血管瘤,Ang-2 mRNA表達顯著高于正常組織[11]。Park等[14]研究認為腸腺瘤中Ang-2和VEGF表達可能是腸腺瘤惡變的標志物之一。是否能通過阻斷Ang-2/Tie2信號通路抑制腫瘤的生長及轉移需進一步的研究。

3.2 Ang-1、Ang-2/Tie2與損傷、炎癥、缺血缺氧性疾病

Ang-2是重要的血管損傷因子,能引起內皮細胞腫脹、變性,進而出現細胞壞死和凋亡。在高氧的刺激下,Ang-2及其受體Tie2被激活,而Ang-1被抑制。Heijden等[15]研究發現,急性肺損傷(Acute Lung Injury,ALI)和急性呼吸窘迫綜合征(Acute Respiratory Distresssyndrome,ARDS)患者循環中Ang-1的表達水平無差別,而 Ang-2表達和Ang-2/Ang-1比值在ALI/ARDS患者中明顯增高,且和肺水腫及ALI/ARDS的嚴重程度平行。Willam等[16]發現,低氧和炎癥刺激因子TNF-α、IL-1可誘導人冠脈微血管內皮細胞和人臍帶靜脈內皮細胞株Ang-1及其受體Tie2基因的表達。在糖尿病腎病動物模型中,腎小球內皮細胞Ang-2表達上調,并伴有細胞凋亡增多和尿蛋白增加,Ang-2轉基因模型動物中也有明顯的蛋白尿和腎小球細胞凋亡[17]。異位子宮內膜碎片仍可分泌Ang-1和Ang-2,種植后的子宮內膜碎片仍有血管生成活動,推測含有大量Ang-1、Ang-2的內膜碎片進入腹腔后,以其很強的血管生成能力獲得血供,并進一步侵襲、發展,使病灶不斷擴大[18]。子宮內膜異位癥的發生發展可能與在位內膜組織中高水平的Ang-1和Ang-2有關。

4 Ang-1、Ang-2/Tie2在疾病治療中的作用

腫瘤性血管屬于高度不成熟血管,其生成依賴腫瘤組織產生的促血管生成因子,后者作用的發揮需要克服保持血管穩定的因素。已有不少針對Ang-1、Ang-2/Tie2信號通路抑制腫瘤生長及轉移的相關研究報道,但由于Ang-1、Ang-2/Tie2信號通路的具體機制還不是很明確,因而限制了其在臨床上的應用。

Ang作為重要的血管內皮調節因子,在移植物排斥反應和移植物血管病變中的作用已引起移植學界的關注,并且在心臟移植領域的一些研究中初步顯示了其潛在的重要價值[19,20]。Nykanen等[19]在對大鼠移植心臟血管病變模型的研究中,利用腺病毒介導的Ang-1和Ang-2轉基因表達,發現Ang-1和Ang-2在移植心臟中有著相似的抗炎癥和抗凋亡效應。在同種異體腎移植大鼠術后4周、8周和12周,移植腎組織中Ang-1、Ang-2和Tie2 mRNA的表達差異有統計學意義。與同種同基因腎移植大鼠比較,同種異基因腎移植大鼠術后8周、12周的 Ang-l mRNA表達下降,而Ang-2 mRNA和Tie2 mRNA表達升高[20]。

血管新生療法指的是用內生的或使用外源性的生長因子等方法促進新血管生成,包括缺血組織中的側支循環建立。目前已有Ang-1/Tie2信號通路在創傷修復、血管再通及減輕水腫和神經修復的研究。Ang-1能有效促進新生的脈絡膜新生血管形成和成熟,促進疤痕形成[21]。Ang-2基因敲除大鼠和使用Ang-1寡核苷酸干預大鼠可以避免高氧所致的急性肺損傷[22];McCarter等[23]還發現使用Ang-1治療脂多糖(LPS)所致的急性肺損傷可以明顯減輕炎癥反應;Joussen等[24]研究結果表明Ang-1治療組與糖尿病性視網膜病變對照組相比,視網膜表面細胞水腫明顯減輕。最近有研究表明激光光凝誘導的大鼠脈絡膜新生血管在Ang-1處理組的發生率及晚期滲漏率明顯低于對照組,其機制可能是Ang-1通過促進血管內皮細胞的聚集與重塑,維持了新生血管的穩定性,有效防止了炎癥反應和血管通透性增加。研究還發現,腦缺血再灌注后Ang-1表達增加,當Ang-1與Tie2結合后可以抑制腦微血管內皮細胞的凋亡,從而減輕VEGF產生的血管通透作用,減少腦缺血后血腦屏障的滲漏,降低腦水腫程度[7]。

5 展 望

Ang-1、Ang-2/Tie2信號轉導通路在人類生理性和病理性血管生成過程中均起到重要作用。該通路是除VEGF之外的新的信號轉導通路,對它們的研究有助于闡明血管生成的機制,并且為利用這些靶點進行相關疾病的治療打下基礎。Ang-1有促進血管生成、穩定血管結構的作用,可以利用Ang-1的這一特性與VEGF共同來治療血管退化性疾病;Ang-1可增加內皮細胞間連接的緊密性,可以利用這一特性減少血管的滲漏,減輕炎癥反應。Ang-2對血管生成的作用是雙重的,如何合理利用Ang-2促血管退化作用來治療血管異常增生性疾病是值得研究的課題。通過抑制Ang-1、Ang-2/Tie2信號通路減少血管生成進行腫瘤的治療也是可期的有效途徑之一 。但Ang-1、Ang-2/Tie2信號通路在臨床實踐中的應用還有待進一步研究。

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