血管內(nèi)皮生長因子多效性及其機(jī)制的探討

胡 玥，胡麗娜

(桂林醫(yī)學(xué)院，廣西 桂林 541199)

血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)的發(fā)現(xiàn)改變了我們對血管生成以及生理穩(wěn)態(tài)的認(rèn)知。在短短的二十年里，我們對VEGF協(xié)調(diào)血管內(nèi)環(huán)境平衡的分子機(jī)制的理解逐漸清晰，VEGF在多種新生血管性疾病的發(fā)病機(jī)制中的中心作用也已變得非常明顯。闡明

VEGF的分子調(diào)控以及直接或間接靶向VEGF的多種治療途徑的變革性發(fā)展顯得愈發(fā)重要。本文將重點(diǎn)介紹VEGF生物學(xué)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，包括新生血管性疾病的多靶點(diǎn)治療方法。

1 VEGF概述

1.1 VEGF家族

VEGF(現(xiàn)稱為VEGF-A)家族由多個成員組成：VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E、VEGF-F和胎盤生長因子(PlGF)。最近，這個家族又增加了一個新成員，命名為內(nèi)分泌腺源性血管內(nèi)皮生長因子(EG-VEGF)。VEGF經(jīng)歷選擇性外顯子剪接，產(chǎn)生多種亞型，包括VEGF121、VEGF165、VEGF189和VEGF206，其中VEGF165是組織中最常表達(dá)的亞型，也是最具生理相關(guān)性的亞型。VEGF的幾種抑制亞型近年來也被描述，包括VEGF165b和VEGF-Ax，但關(guān)于抑制機(jī)制存在一些爭議，目前已證明VEGF-Ax實(shí)際上具有促血管生成和促進(jìn)通透性特征[1]。

1.2 VEGF受體及受體表達(dá)

VEGF受體(VEGFR)主要包括VEGFR-1(Flt-1)、VEGFR-(KDR)和VEGFR-3(Flt-4)，均為受體酪氨酸激酶。VEGF與VEGFR-1和VEGFR-2結(jié)合，VEGF-B和PlGF與VEGFR-1結(jié)合(涉及VEGF誘導(dǎo)的趨化性和炎癥反應(yīng)以及競爭性抑制VEGFR-2的生物學(xué)效應(yīng))，VEGF-C和VEGF-D與VEGFR-3結(jié)合(涉及淋巴管生成)。此外，內(nèi)皮細(xì)胞也表達(dá)VEGFR共受體，如神經(jīng)纖維蛋白-1(NRP-1)和神經(jīng)纖維蛋白-2(NRP-2)，它們調(diào)節(jié)酪氨酸激酶受體的活性，可以增強(qiáng)VEGF和VEGFR的結(jié)合以及信號傳導(dǎo)[2]。VEGFR-2是主要的信號受體，酪氨酸激酶活性高于VEGFR-1，介導(dǎo)與血管生成和神經(jīng)保護(hù)作用有關(guān)的細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)。

2 VEGF與心血管系統(tǒng)

2.1 VEGF促進(jìn)血管新生的正調(diào)節(jié)作用

VEGF是一種具有重要促血管生成活性的生長因子，通過維護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)，調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮張力，維持血管正常功能，積極參與調(diào)節(jié)正常和病理性血管生成過程，在心血管疾病中起重要作用。《中國心血管病報告2018》指出，我國心血管疾病(CVD)死亡率占居民疾病死亡構(gòu)成的40%以上。在動脈粥樣硬化中，VEGF通過增加抗凋亡蛋白的表達(dá)水平和NO的合成來保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞。有研究表明，冠心病患者血清和血漿中VEGF水平升高，且與IL-18濃度相關(guān)[3]。這種增加說明當(dāng)冠狀動脈損傷嚴(yán)重時，VEGF可被視為血運(yùn)重建的標(biāo)志物。因此，治療性血管生成可以改善冠心病患者的心肌缺血再灌注。一項(xiàng)在大鼠模型上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)顯示，血清VEGF水平與梗死區(qū)微血管密度增加呈正相關(guān)，表明VEGF在心肌重塑和血管生成中起作用[4]。我們先前的研究揭示了組織蛋白酶K(CatK)在缺血誘導(dǎo)的新生血管形成中起作用， CatK缺乏可降低缺血肌肉VEGF、Flt-1和磷酸化Akt蛋白的水平[5]。我們還觀察到慢性應(yīng)激降低了腹股溝脂肪組織中胰島素受體底物1和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4基因的表達(dá)，與對照組小鼠相比，應(yīng)激小鼠缺血肌肉中p-AMPKa、VEGF、PPAR-c和PGC-1a蛋白水平較低，提示在新生血管形成過程中，脂肪1/AMPKa信號和PPAR-c/PGC-1a軸的慢性應(yīng)激相關(guān)失活。此外，心肌梗死后血漿中也檢測到VEGF水平的改變，并且與高炎癥細(xì)胞因子濃度相關(guān)，這表明VEGF水平的增加是持續(xù)炎癥活動的一部分。

2.2 VEGF對血管新生的負(fù)調(diào)節(jié)作用

越來越多的證據(jù)表明，VEGF和VEGFR剪接在各種病理?xiàng)l件下都能產(chǎn)生抗血管生成作用[6]。可溶性VEGFR1(sFlt1)也被稱為VEGF拮抗劑，可引起內(nèi)皮功能障礙、抑制血管生成、減少毛細(xì)血管修復(fù)和增加蛋白尿。此外，非典型Wnt-sFlt1信號通路已被證明是對髓細(xì)胞血管生成的負(fù)調(diào)節(jié)通路[7]。

VEGF165b具有抗血管生成和抑制癌細(xì)胞發(fā)生發(fā)展的作用，而wnt5a能夠上調(diào)VEGF165b的表達(dá)，在這種條件下，加強(qiáng)了抑制血管再生恢復(fù)的作用。VEGF165b可能代表了一種新的藥理學(xué)靶點(diǎn)來治療外周動脈疾病患者的肢體缺血。相應(yīng)的，肥胖狀態(tài)下的系統(tǒng)代謝功能失調(diào)，肌肉組織中的wnt5a浸潤增加，缺血再灌注、毛細(xì)血管再生功能會受到抑制。同時，代謝功能障礙導(dǎo)致了促血管增生的VEGF表達(dá)減少，抑制其促進(jìn)毛細(xì)血管內(nèi)皮再生作用。2014年的一項(xiàng)血管生物學(xué)研究也表明，Wnt5/SC35的激活可導(dǎo)致人和動物外周動脈疾病血管化受損。

2017年，我們的實(shí)驗(yàn)研究了與衰老相關(guān)的 sFlt1 變化及其對缺血誘導(dǎo)新生血管的影響[8]。衰老已經(jīng)被證明會削弱哺乳動物身體在缺血性病理?xiàng)l件下形成新血管的能力， 導(dǎo)致新生血管生長減慢，組織再生能力降低。在缺血性壓力時，老化會引起過度的炎癥反應(yīng)，低氧誘導(dǎo)下，激活的老年巨噬細(xì)胞中Wnt5a/SC35軸可促進(jìn)sFlt1釋放，抑制VEGFR-2/AKt信號通路，影響新生血管生成。與衰老相關(guān)的新生血管損傷的機(jī)制可能是血管內(nèi)皮細(xì)胞(ECs)功能的下降和內(nèi)皮祖細(xì)胞(EPCs)數(shù)量的減少。詳見圖1。

圖1 VEGF對血管新生負(fù)調(diào)節(jié)作用的細(xì)胞及分子機(jī)制

3 VEGF與神經(jīng)系統(tǒng)

過去二十年的研究已經(jīng)確定了VEGF在腦功能和病理學(xué)中的多重作用。VEGF通過對神經(jīng)細(xì)胞的直接作用和對腦灌注的間接作用來促進(jìn)應(yīng)激環(huán)境(如缺血、缺氧、氧化應(yīng)激等)條件下神經(jīng)細(xì)胞的存活，進(jìn)而起到神經(jīng)保護(hù)作用[9]。此外，VEGF還可通過增加血管的灌注促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞存活，刺激內(nèi)皮細(xì)胞分泌神經(jīng)源性生長因子以及維持血-腦屏障的完整性等來發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[10]。但在某些應(yīng)激情況下，病理性升高的VEGF水平會增加血管的通透性和滲漏，破壞血-腦屏障的完整性，影響神經(jīng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)[11]。有研究表明，VEGF165通過與VEGFR-2以及NRP-1共受體結(jié)合誘導(dǎo)血管通透性增高和血管滲漏，造成相關(guān)組織水腫[12]。VEGF還可通過刺激神經(jīng)干細(xì)胞的增生和分化以及影響其血管微環(huán)境來誘導(dǎo)神經(jīng)再生[13]。腦出血損傷后的血管生成可以有效減輕腦損傷并改善神經(jīng)功能，HIF-2α是重要的血管生成調(diào)節(jié)劑，在多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病中顯示保護(hù)作用。2020年最新發(fā)表的一項(xiàng)研究探討了HIF-2α是否通過促進(jìn)血管生成而減輕腦出血損傷，結(jié)果表明，HIF-2α可以通過VEGF / Notch1途徑促進(jìn)血管生成，從而減輕ICH損傷[14]。COVID-19大流行對全球公共衛(wèi)生構(gòu)成了巨大威脅，越來越多的證據(jù)表明COVID-19患者發(fā)生神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。最新的一項(xiàng)研究表明，細(xì)胞因子導(dǎo)致腦部炎癥，并隨后在COVID-19爆發(fā)期間觸發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)。在大腦中廣泛分布的VEGF可能通過促進(jìn)炎癥細(xì)胞的募集和調(diào)節(jié)血管生成素Ⅱ的水平在腦部炎癥中起關(guān)鍵作用。因此，VEGF被認(rèn)為是抑制COVID-19感染伴有神經(jīng)系統(tǒng)癥狀期間炎癥的治療靶標(biāo)[15]。

4 VEGF與腫瘤免疫

VEGF mRNA在大多數(shù)人類腫瘤中過度表達(dá)，與腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)和預(yù)后相關(guān)。VEGF可直接作用于多種參與免疫的細(xì)胞，如樹突狀細(xì)胞、T細(xì)胞[16]，腫瘤微環(huán)境中高水平的VEGF可進(jìn)一步刺激髓源性抑制細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的增殖，這兩種細(xì)胞都表達(dá)VEGFR[17]。VEGF與VEGFR-2在淋巴管中結(jié)合，促進(jìn)腫瘤組織新淋巴管的形成，增加癌細(xì)胞淋巴轉(zhuǎn)移的可能性。因此，阻斷VEGF和VEGFR可以抑制腫瘤組織新生血管的形成，對有效抑制腫瘤的發(fā)展和抗血管治療起到靶向作用。1997年，為創(chuàng)造一種適合臨床試驗(yàn)的抗體，小鼠抗人單克隆抗體被人源化，由此產(chǎn)生的重組抗體即今天所知的貝伐單抗，于2004年被美國食品藥品管理局批準(zhǔn)用于先前未經(jīng)治療的轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌，隨后被擴(kuò)展到其他惡性腫瘤的治療中，如腎細(xì)胞癌、卵巢癌和宮頸癌。貝伐單抗的批準(zhǔn)為其他VEGF途徑抑制劑的開發(fā)鋪平了道路，包括小分子VEGF受體酪氨酸激酶抑制劑(TKIs)、靶向VEGFR2的抗體(主要信號VEGF受體)和嵌合可溶性VEGF受體[18]。近年來，免疫檢查點(diǎn)抑制劑與TKIs的結(jié)合已成為未接受治療的晚期腎細(xì)胞癌患者的新治療標(biāo)準(zhǔn)[19]。近期的臨床研究也進(jìn)一步支持了VEGF在抗癌免疫中的作用[20]。此外，單克隆抗體和納米抗體是治療癌癥的有效藥物之一，由于成本高昂，研究人員近年來正在考慮設(shè)計和生產(chǎn)肽作為替代方法。最近，有實(shí)驗(yàn)室設(shè)計了一種針對VEGF的模擬表位，并評估了其對HUVEC細(xì)胞系中細(xì)胞增殖和管形成的影響。結(jié)果表明，該肽能夠通過抑制VEGF來抑制HUVEC細(xì)胞增殖和管形成[21]。

5 VEGF與骨組織

骨組織是一個高度血管化的器官，骨組織的生長發(fā)育和骨折后的愈合與血管形成密切相關(guān)，調(diào)節(jié)骨骼中的VEGF水平是治療受損骨修復(fù)和改善骨再生的潛在策略。成骨細(xì)胞中VEGF水平降低的小鼠在出生后表現(xiàn)為骨質(zhì)疏松癥。據(jù)報道，包括間充質(zhì)祖細(xì)胞在內(nèi)的骨系細(xì)胞中的VEGF水平隨著年齡增長或在某些合成代謝紊亂中降低，這種降低可能與骨折風(fēng)險增加或?qū)窃偕^程無效有關(guān)。因此，提高成骨細(xì)胞中VEGF水平的方法可能對老年性骨質(zhì)疏松癥或骨愈合不良有積極作用。由于成骨細(xì)胞在代謝上高度活躍，已知能上調(diào)成骨細(xì)胞中VEGF水平的藥物(如他汀類藥物)[22]，可能對研究此類疾病具有一定價值。

綜上所述，VEGF作為特異性最強(qiáng)的促血管生成因子，在對心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、腫瘤疾病等各種疾病中血管及淋巴管生成和生長中起到重要調(diào)節(jié)作用。在這篇綜述中，我們整理了有關(guān)VEGF家族及其受體的最新資料，以及它在血管新生過程中發(fā)揮的作用及其機(jī)制。我們認(rèn)為，通過適當(dāng)設(shè)計和進(jìn)行臨床試驗(yàn)，治療性血管生成可以提高相關(guān)患者生活質(zhì)量。此外，VEGF還有一些常見的副作用，例如VEGF通過激活蛋白激酶Akt促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞存活和血管生成，其又激活內(nèi)皮NO合成酶并增加NO產(chǎn)生，引起短暫性低血壓[23]。因此，靶向VEGF的抗血管生成治療，其安全性還需要未來做進(jìn)一步研究。