促血管生成素-2的研究進展

張　杰，余曉嵐

(湖北大學生命科學學院 工業生物技術湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430062)

促血管生成素(angiopoietin,Ang)是一類作用于血管內皮細胞的細胞調節因子，在新血管生成過程中起重要作用。目前已知的促血管生成素家族成員包括Ang-1、Ang-2、Ang-3 和Ang-4[1]。它們均能識別酪氨酸激酶-2受體(Tie-2)，但在血管再生中效應不同[2]。其中Ang-1和Ang-4是Tie-2的激動劑，能誘導Tie-2的酪氨酸磷酸化作用[3]。而Ang-2和Ang-3是Tie-2的拮抗劑，他們與Tie-2結合不誘導Tie-2的酪氨酸磷酸化作用，因而封閉了對血管再生、周細胞更新和造血作用必須的信號傳導。現階段對于Ang-1和Ang-2的作用研究較多，Ang-1、Ang-2和血管生成關系密切，尤其是Ang-2，在炎癥所致的血管重構及腫瘤血管生成和增長中發揮重要作用，參與腫瘤新生血管的形成、延續，影響腫瘤的生長、轉移[4]。作者在此簡述了Ang-2與Ang-Tie信號通路的關系，探討了Ang-2在炎癥所致血管重構和腫瘤血管形成中的作用，展望了Ang-2在腫瘤診斷和治療中的應用前景。

1　Ang-2與Ang-Tie信號通路的關系

血管生成素蛋白由促進高階聚類形成的氨基末端結構域、促進多聚體形成的超螺旋結構域以及包含與Tie-2結合位點的羧基端纖維蛋白同源結構域組成。血管生成素蛋白能形成含3～6個或更多的單體蛋白的同源多聚體蛋白。一般而言，血管生成素蛋白是相當黏性的蛋白，尤其是Ang-1，有報道能與細胞外基質相互作用。

Ang-1最初被認為是Tie-2的活化配體。Ang-2與Ang-1的同源性為60%，Ang-2以與Ang-1相似的親和力與Tie-2結合，但被認為是Tie-2的拮抗劑。Ang-1主要由血管周細胞(如周皮細胞和平滑肌細胞)表達，在成熟的血管中維持內皮細胞的生存和靜止狀態。相反，Ang-2是由進行血管重構的組織中活化的內皮細胞分泌的，它能通過拮抗Ang-1介導的內皮細胞靜止來促進血管生成。在靜止的非變化組織中，Ang-2水平較低。Ang-2的表達受到強烈的監管：在靜止的成熟血管中其表達量通常是很低的，但在許多炎癥和血管生成背景下[5]表達量會顯著增加。如Ang-2在培養的內皮細胞中的表達量會因為腫瘤壞死因子(TNF)、血管內皮生長因子(VEGF)、缺氧等而增加。在培養的內皮細胞中,Ang-2蛋白通常儲存在細胞內顆粒中。這些顆粒可以釋放Ang-2以應對諸如聚丙烯酸甲酯(PMA)的刺激。

Ang-Tie信號系統被認為是在血管生成中起到重要作用的血管特異性受體酪氨酸激酶途徑。這個信號系統的核心組成是Ang-1和Tie-2，Ang-1是激活途徑的決定性的受體激動劑，Tie-2是同源受體。當Ang-1與Tie-2結合時，Tie-2幾個胞質酪氨酸殘基磷酸化，激活下游信號通路包括PI3-kinase/AKT和細胞外信號調節激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)。與Ang-1不同的是，外源的Ang-2只提供很弱的激活內皮細胞上Tie-2的作用。當外源性Ang-2和Ang-1加在一起時，Tie-2磷酸化的水平比單獨添加Ang-1時減少，表明Ang-2是一種Tie-2拮抗劑[6]。在低濃度時，Ang-2 不能使內皮細胞中的Tie-2磷酸化從而拮抗Ang-1的激動作用；但最近的一項研究顯示，Ang-2充當一個興奮劑在Ang-1缺失或Ang-1存在時的劑量依賴抑制劑。

2　Ang-2與炎癥所致血管重構及腫瘤血管形成的關系

2.1　Ang-2 在炎癥所致血管重構中的作用

研究表明，在許多疾病和因素下的血管重構中，Ang-2的表達量明顯增加。早前的研究發現，以重組Ang-1處理內皮細胞會降低對VEGF和TNF等介體的炎癥反應[7]。同樣的，機體血管置身于Ang-1環境下也會較少地滲漏VEGF和其它急性炎癥介質。這些研究結果與炎癥疾病中Ang-2表達量的增加，使Ang-Tie系統與血管內皮細胞對炎癥刺激的應答連接起來。除了血液和淋巴脈管系統的畸形，Ang-2基因缺陷的小鼠在炎癥背景下白細胞的快速補充存在不足。在感染中阻斷Ang-2會導致幾乎完全抑制血管重建和浸潤白細胞顯著減少。Ang-2阻斷也減少了炎癥相關內皮表型的變化，如P-和E-選擇素表達增加。

在炎癥環境下，Ang-2看似始終如一的作為Tie-2的拮抗劑。總的來說，在這些模型中，Ang-2是促炎因子，能促進血管的不穩定性。以前的工作顯示Ang-1可以穩定血管，減少炎癥。假設是，Ang-2必須通過行動抑制Tie-2信號(雖然其效果在Tie-2磷酸化和下游信號并沒有被完全記錄)。有解釋認為Tie-2通過Ang-1或Ang-2激活，并不普遍地導致血管穩定，它可以產生不同的表型結果，這取決于環境中其它細胞和分子因素。因為Ang-2通常在較低的Ang-1條件下產生高水平的內皮細胞激活因子，Ang-2表達的時候Tie-2信號通常可以非常不同于靜內皮細胞[7]。

就炎癥與動脈粥樣硬化等多種疾病的密切聯系而論，Ang-2作為炎癥過程的代理的理論具有重要的臨床意義。由于內皮細胞是Ang-2的主要產生地點，Ang-2作為一個獨立的炎癥觸發劑，意味著內皮細胞不僅僅作為鏈接器傳送傳播有害刺激導致炎癥，也可以在適當的情況下作為整體炎癥過程的罪魁禍首。因此，Ang-2應該作為一個消除最初的促炎焦點的治療目標得到認可和積極評估[8]。

2.2　Ang-2 在腫瘤血管形成中的作用

Ang-2優先在血管重構內皮細胞中表達，例如在腫瘤中。一些原位雜交研究表明，不同來源的腫瘤疾病中，Ang-2的表達量都有增加，包括神經內分泌腫瘤[9]、肝癌[10]、胃癌[11]、血管肉瘤[12]、癌肉瘤[13]和星形細胞瘤[14]。最初的Ang-2在腫瘤中的功能模型建立血管退化前Ang-2的高表達，Ang-2作為Tie-2拮抗劑的作用，即Ang-2介導的Tie-2信號抑制是血管不穩定的必要因素，導致血管在VEGF存在時生長或VEGF不存在時退化[6]。

Ang-2在腫瘤生長中的決定性作用通過特定抑制劑綁定到Ang-2并防止其與Tie-2相互作用而建立。全身性的給予Ang-2阻滯劑會導致顯著但局部的抑制人移植瘤(包括直腸癌、乳腺癌和表皮樣癌)的增長[15]。盡管一些研究中使用的阻滯劑會同時抑制Ang-1和Ang-2，使用完全特定的Ang-1和Ang-2抑制劑清晰地表明，在腫瘤中Ang-2是占主導地位的Tie-2配體[16]。與抗血管生成作用機制相符的是，Ang-2阻滯劑減少腫瘤血管分布，顯然通過抑制血管萌芽和/或縮小血管的大小。以前的研究表明，Tie-2的激活會引起正常組織的血管擴張，這通過增加內皮細胞增殖來實現。在腫瘤中，Ang-2的阻滯顯著抑制內皮細胞增殖和顯著縮小血管的大小，這與Tie-2活動減少相一致。由此確定，Ang-2與Tie-2 相互作用能促進內皮細胞生存，促進腫瘤的生長和血管生成。

Ang-2的作用效果與環境高度依賴，也與VEGF的水平相關。一個合理的解釋是，Ang-2通過擾亂內皮細胞(ECs) 和peri-ECs之間的相互作用造成血管破壞，導致Ang-2在缺乏VEGF時加快血管的退化。然而，在VEGF存在時，Ang-2提高VEGF刺激并促進破壞的血管萌芽新的血管。事實上，在非小細胞肺癌患者中，Ang-2對于血管生成的影響只有當高表達VEGF才看的見。根據這一假說，超表達Ang-2和抑制VEGF可能在抑制腫瘤的生長上有互補效應。然而，一些研究表明，Ang-2限制了VEGF抑制的抗血管生成影響。抑制Ang-2和VEGF的表達，對血管的萌芽和退化有加性效應，導致進一步減緩腫瘤的生長。Ang-2功能的復雜性與細胞環境高度依賴，尚未充分探究。目前尚不清楚Ang-2如何和VEGF協作。對Ang-2在腫瘤血管生成以及VEGF與Ang-2的協作理解的提高將促進有效的抗血管新生和抗癌療法進一步發展。

Ang-2的表達量在腫瘤形成的早期會有所上調。這是因為在共擇血管中，相比于正常細胞，腫瘤組織生長較快，代謝旺盛，引起機體分泌Ang-2進行自殺式防御，破壞共擇血管，抑制腫瘤生長。此時VEGF的表達量不變，導致腫瘤組織中血管的退化，造成腫瘤組織死亡。但在缺氧的環境下，一些殘存的腫瘤組織會產生大量的VEGF[17]。同時由于Ang-2的表達量增加，促進血管退化，對早期腫瘤的生長起到遏制作用，但它也造成血管的不穩定，激活了內皮細胞。活化的內皮細胞對于VEGF的作用極為敏感，在VEGF由于缺氧而大量分泌的情況下，迅速增殖形成新的血管[18],因而促進了腫瘤的生長。而新生的血管由于Ang-2的大量存在而導致血管壁不完整，通透性較高，致使腫瘤細胞容易擴散轉移。

3　Ang-2與腫瘤的診斷及治療的關系

腫瘤的早期診斷對于提高治療效果具有重要意義，隨著醫學科學的發展，腫瘤的診斷方法取得了非常巨大的進步。腫瘤在其生長過程中會產生一些特殊物質釋放到血液中，例如甲胎蛋白、癌胚抗原等。通過檢查血液中的這些物質可以對腫瘤進行診斷。

Ang-2在腫瘤細胞中廣泛表達，但在正常組織中卻表達有限。國外研究表明，Ang-2的高表達是腫瘤血管生成和侵襲的早期表現。在分別檢測癌癥患者和正常人群血清中Ang-2含量時，前者血清Ang-2水平明顯高于后者。而且血清中Ang-2的含量與癌癥的惡化程度相關，血清中 Ang-2水平的上調也預示著癌癥的進一步惡化。目前此方面的研究主要是檢測腫瘤組織或腫瘤患者血清中Ang-2的水平來診斷腫瘤。

近年來，通過抑制或破壞腫瘤血管生成成為腫瘤治療新方法和關注的熱點[19]。越來越多的實驗表明，Ang-2可能代表一個有效的抗血管新生和抗腫瘤治療途徑。Ang-2阻滯能限制原發性腫瘤的腫瘤細胞內滲，通過減少腫瘤血管的數量和增加周皮細胞覆蓋可以限制腫瘤細胞傳播。血管生成素的單克隆抗體能夠有效地抑制血管生成素的生血管活性，因此人們已開始致力于研究血管生成素的單抗。這為進一步研究新型生物靶向藥物和設計特異性藥物提供基礎。同時通過基因工程技術和RNAi技術，構建Ang-2-siRNA表達載體，抑制Ang-2基因表達，能夠顯著抑制裸鼠移植性惡性黑色素瘤增殖及其血管的生長、生成，Ang-2-siRNA可為基因治療惡性黑色素腫瘤開辟新的途徑。

4　展望

越來越多的關于Ang-2在血管生成中的作用和治療應用說明，Ang-2 在腫瘤血管生成和腫瘤生長中具有復雜功能。Ang-2與Tie-2依賴的傳導通路以及與VEGF的相互作用調節腫瘤血管生成。在各類腫瘤組織中，Ang-2的表達量明顯提高，同時在早期腫瘤發生過程中，血清中Ang-2含量較正常人要高，因此Ang-2可作為腫瘤早期檢測的指標。Ang-2阻滯手段可以用來直接抑制腫瘤的血管生成和腫瘤生長，這包括Ang-2單抗的研發和Ang-2干擾技術的探索。 Ang-2 功能及其調節的復雜性具有高度的細胞環境依賴性。有關Ang-2在腫瘤的血管形成和發展中的作用的理解將有助于研究有效的腫瘤治療新方法。

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