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VEGF-A的研究进展及在脑缺血缺氧中的保护作用

2020-03-19 来源:汇智旅游网
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临床和实验医学杂志2007年3月 第6卷 第3期 ・151・ VEGF—A的研究进展及在脑缺血缺氧中的保护作用 周欣 综述段耀奎审校(泰山医学院生理学教研室 山东 泰安一271000) 近年来,血管内皮细胞生长因子(Vascular endothelial growth 2的调节机制更为复杂。Waltenberger发现,缺氧时人脐静脉 factors,VEGF)在脑缺血缺氧中的治疗作用倍受关注。明确 内皮细胞中VEGFR一2水平上升,而VEGFR一2 mRNA仍保持稳 VEGF在其中的具体作用及其机制有着很强的临床实用价值。 定甚至有所下降。这说明可能存在某种转录后调节机制。目前 本文就此作综述如下。 1 VEGF—A结构与理化特性 认为,缺氧所致VEGFR一2的上调属于间接上调,可能是缺氧组 织释放的一种尚不确定的旁分泌因子所致。 VEGF家族包括6种亚型:VEGF—A、VEGF—B、VEGF—C、 2.2癌基因和抑癌基因 部分癌基因和抑癌基因也影响VEGF VEGF—D、VEGF—E以及胎盘生长因子(placental gr州h factor, PGF),序列呈高度同源性。VEGF—A发现最早,故多数文献中 的VEGF即指VEGF—A。1989年由Ferrara等人从牛垂体的滤 泡星状细胞中提取。人体多种组织细胞中均有不同程度表达。 1.1结构特征人类VEGF—A基因定位于6号染色体的短臂 1区2带(6p21),全长28 kb,其中编码基因长约14 kb,由8个外 显子和7个内含子组成,经剪接后形成6种单体,根据氨基酸数 目命名为VEGF121、VEGF145、VEGF165、VEGF189、VEGF206以 及VEGF115。外显子1~5编码被VEGF—A受体识别的结构 域。外显子6和7编码肽段的存在与否是VEGF—A各单体的主 要区别。各单体功能上的差异主要是它们与细胞表面和细胞外 基质中肝素的亲和力不同。 1.2功能特点VEGF165在组织和细胞含量最丰富,功能最 强,其次是VEGF121。VEGF—A的肝素结合区域与促有丝分裂 活性有关。VEGF121缺乏肝素结合域,其促内皮细胞分裂的能 力显著弱于VEGF165…,故VEGF—A生物功能方面的研究大都 使用VEGF165及其重组基因。但相对于VEGF165,VEGF121更 能特异性地结合在内皮细胞上,应用VEGF165的研究中引发的 炎症现象在给予VEGF121后会有显著的改善。VEGF145、 VEGF189、VEGF206对VEGF165、VEGF121有协同作用。 VEGF115新近才发现,其性质尚有待阐明。 1.3受体VEGF—A的受体主要有VEGFR一1、VEGFR一2和 VEGFR一3。VEGFR一1和VEGFR一2主要分布于血管内皮细胞 膜,VEGFR一3主要存在于淋巴管内皮细胞。各单体与它们的亲 和力不同,其中VEGF121只能与VEGFR一2结合。 1.4分布及表达在血供丰富、代谢旺盛的组织,如胚胎组织、 增殖期子宫内膜,由于血管生长需要,血管内皮细胞的VEGF—A 表达水平较高。生理情况下,VEGF—A及其受体的表达水平均 很低,且只有在内皮细胞才会有增殖效应。 2 VEGF—A及其受体的表达调控因素 2.1缺血缺氧缺血缺氧是VEGF—A最强有力的调控因素。 VEGF—A基因的启动子序列中含有一个缺氧诱导因子(hypoxia inducible factor,HIF)序列,缺氧时可诱导VEGF—A mRNA的表 达。体外细胞培养中发现的一种因子HuR可在缺氧条件下与 VEGF—A mRNA的非翻译区结合,特异地增加了VEGF—A mR- NA的稳定性 ]。故缺氧诱导VEGF—A基因表达是在转录激活 和增加mRNA的稳定性两方面进行的。VEGF家族其他成员如 VEGF—B、VEGF—C、PGF几乎不受缺氧影响。 缺氧对受体表达也起重要调节作用。缺氧可直接上调VEG- FR一1基因表达:该基因启动子区域中存在一个4O bp的片段, 含HIF一1结合位点,在缺氧条件下起转录增强子作用。VEGFR —A的表达。野生型p53能够抑制VEGF—A的表达,而p53突 变或缺失则引起VEGF—A的上调,促进肿瘤血管生成。但亦有 相反报道。VHL是另一种可抑制VEGF—A表达的抑癌基因。 VHL基因产物pVHL与hCUL一2形成酶复合物,可以特异性降 解HIF一1亚基使其失活,降低VEGF—A的表达。 2.3激素雌激素E2诱导VEGF120、VEGF164及VEGF189表 达,孕激素诱导VEGF121及VEGF164表达。VEGF—A启动子 中缺乏类固醇反应元件,因此雌激素往往通过非直接方式诱导 VEGF—A表达。 2.4细胞因子及胞外因子某些些细胞因子及受体分子如bF- GF、PDGF、EGF、TNF— 、TGF—B、IGF一1、KGF、EGFR一2等都 具有上调VEGF—AmRNA表达的作用。此外,一氧化氮(NO)也 可调节VEGF—A的表达,两者存在正性反馈回路。 2.5其他VEGF—A可使VEGFR一2表达上调。通过对新生 鼠脑切片中内皮细胞进行研究后发现:向培养液中加人VEGF— A,可使正常情况下几乎不表达VEGFR一2的内皮细胞产生表 达,且应用抗体中和VEGF—A可阻断VEGFR一2表达。这表明 VEGF—A可直接诱导VEGFR一2表达上调。另外,高酸和(或) 低糖的微环境也可能对VEGF—A表达及血管生成有调节作用。 3 VEGF—A在脑缺血缺氧的作用 3.1 VEGF—A与血脑屏障VEGF—A具有强大的增强微血管 通透性的作用 J,特别是毛细血管后微静脉和小静脉。机制与 炎症介质所介导的微血管通透性增强有明显不同,可能与以下因 素有关:( ̄)VEGF—A增强了微血管内皮细胞中葡萄簇样的囊一 泡小体(vesiculo—vacuolar organelles,VVOs)的功能活动,由 VVOs组成了血浆成分外渗的通道;②VEGF—A作用的新生血管 的血管壁存在功能缺陷;③VEGF—A会刺激内皮细胞产生基质 降解蛋白酶,降解微血管基底层和细胞外基质成分,破坏血管壁 的完整性;@VEGF—A诱导血小板激活因子的合成增加,介导血 管通透性的改变;⑤Ca 内流增强,破坏了内皮细胞间的连 接 ]。病理情况下,如缺氧、外伤、肿瘤等,神经元、神经胶质及 血管内皮细胞内的VEGF—A及受体可呈反应性增高,通过上述 机制,破坏血脑屏障的完整性,参与脑水肿的形成。对VEGF—A 在其中所起的作用,研究结果不尽一致。如Nags等发现,大鼠皮 质冷冻伤模型中的软脑膜血管及小动脉上VEGF—A表达增强, 相应部位水肿明显,据此推测VEGF—A是导致水肿形成的因素 之一。但Hayashi等在大鼠缺血再灌注脑组织表面加人外源性 VEGF—A后,却发现梗死体积显著缩小,组织水肿明显减轻。因 此.VEGF—A是否直接参与或加重卒中后脑水肿的形成尚有待 于深人探讨。 3.2 VEGF—A与血管再生血管形成的方式有两种,即血管发 维普资讯 http://www.cqvip.com

・152・ Journal ofClinical and ExperimentalMedicine Vo1.6,No.3 Mar.2007 生(vasculogensis)和血管再生(angiogenesis)。后者指在原有毛细 Akt激活NFKB,后者促进凋亡蛋白抑制剂的表达,也可直接激活 血管的基础上通过“发芽”长出,是慢性组织缺血时侧支循环代 凋亡对抗基因Bcl一2的同系物的表达。 偿性增多的主要形式。这两种方式均有VEGF—A的参与。与 3.4.2 VEGF—A与血红素加氧酶缺氧在诱导VEGF—A产生 脑损伤康复有关的主要是血管再生。 的同时也可诱导血红素加氧酶一1(HO一1)产生。VEGF—A与 血管再生是一个复杂的过程,涉及内皮细胞分裂、血管基底 HO一1之间存在着正反馈效应。后者参与血红素的代谢,产物 膜及细胞外基质的降解和内皮细胞迁移等。VEGF—A可直接或 包括CO、Fe“和胆绿素等。其中,CO是细胞内重要的第二信使, 间接地影响血管再生的各个环节。例如,VEGF—A通过增加血 Fe“参与铁蛋白的合成,而铁蛋白和胆绿素是体内重要的抗氧化 管的通透性,使血浆蛋白外渗到血管外并凝结,对血管再生起到 剂,对神经细胞起保护作用。 了支持作用;VEGF—A还可诱导组织因子、基质胶原酶在血管内 3.4.3 VEGF—A与脑内葡萄糖转运 脑细胞必须经细胞膜上 皮细胞的表达,并诱使Ⅷ因子从内皮细胞释放。这些作用均可改 的葡萄糖转运蛋白(glucose transporters,GLUTs)来协助摄入葡萄 变细胞外基质结构,使增殖的内皮细胞迁移、粘着、排列并最终形 成管腔样结构。故VEGF—A正逐步应用于缺血性疾病的治疗, 包括缺血性脑血管疾病。但由于重组人VEGF—A蛋白半衰期 短,价格昂贵,已逐渐淘汰,人们转而求助于转基因方法,即将编 码VEGF—A的DNA导入机体,获得VEGF—A的持久表达。 1994年,Isner首次给一例下肢动脉缺血患者进行VEGF—A基因 导入治疗并获得成功。迄今为止,人VEGF121、VEGF165、 VEGF189的cDNA质粒均已在冠状动脉和周围动脉缺血治疗试 验中得到成功应用。在脑缺血治疗方面,刘艳秋等 将转移性 peD2/hVEGF121真核表达质粒直接注射到大鼠脑皮质治疗大鼠 脑缺血并获得成功。 脑动静脉畸形和海绵状血管瘤的内皮细胞、内皮细胞下层及 其周围脑组织均有大量VEGF—A表达,提示VEGF—A可能与 异常血管的发生、发展有关系。原因可能是血管的再生是一个复 杂的过程,涉及到众多细胞因子间协同作用。促血管生成素 (Angiopoietin,Ang)是新发现的一族可特异性作用于血管内皮细 胞的生长因子。与VEGF—A不同的是,Ang家族不在血管生成 的早期阶段起作用,而是在后期的血管重建和稳定中发挥关键作 用 ],同时活化内皮细胞磷脂酰肌醇激酶(PB),使凋亡抑制剂 survivin生成增多,对抗内皮细胞凋亡。进一步的研究显示,Ang 一1促进血管生成,而Ang一2拮抗此作用…,二者和VEGF—A 的水平共同决定了血管发展方向。在缺血性疾病,尤其是脑缺血 的治疗中联合应用VEGF—A和Ang,有可能减少脑水肿、血管畸 形等不良反应,使新生血管获得持久稳定的结构,达到理想的远 期疗效 。 3.3 VEGF—A与神经发生 神经元的产生多集中在胚胎期。 近年研究表明,成年哺乳动物脑内的特定部位,如海马齿状回和 侧脑室周边区也存在神经元再生现象,在脑缺血、癫痫发作、神经 元凋亡时可被诱导。动物的在体实验表明,VEGF—A有直接或 间接促神经元再生的作用,体外细胞培养也证实了这一点。Yon- shua等在神经前体细胞培养中加入2 550 100 ns/ml的VEGF— A,作用不等时间,发现Brdu表达明显升高,48 h后达到高峰,且 呈剂量依赖性,说明VEGF—A有促进神经前体细胞增殖的作 用。E2F转录因子与细胞增殖、凋亡及癌变密切相关,VEGF—A 可上调E2F1、E2F2、E2 的表达,特别是在公认的神经元发生 区,如室管膜下区、海马齿状回。 3.4 VEGF—A与神经保护 3.4.1 VEGF—A抑制凋亡caspase一3对凋亡的完成起着促 进作用。体外神经元培养显示:caspase一3 mRNA在VEGF—A 组表达下调,在VEGF—A拮抗组中表达增高,且VEGF—A拮抗 组的神经元凋亡明显高于VEGF—A组,提示VEGF—A可抑制 凋亡,其作用可能是由Caspase一3介导。VEGF—A还可通过 糖。目前已有六种葡萄糖转运蛋白被鉴定,在血脑屏障的毛细血 管壁上,GLUT1表达量非常高。缺血缺氧使脑内VEGF—A的表 达增高,后者可以增加GLUT1的基因表达并促使胞内的GLUT1 转移到细胞膜上,利于葡萄糖的转运 。此外,VEGF—A还可通 过增加血脑屏障的通透性及其侧支循环的形成,使脑内血糖不至 于过低,起到神经保护的作用。 4问题与展望 迄今为止,VEGF—A在缺血性相关疾病的治疗中取得了一 些阶段性成果,但仍面临一些亟待解决问题,特别是在脑缺血疾 病的治疗中。如VEGF—A是否足以引起治疗所需的动脉血管 生成?如何避免治疗中出现的血管畸形、血管发育不良等不良后 果?病毒转染的效率虽高,但产生的部分病毒蛋白可能会引起机 体的免疫反应等,也应引起研究者的注意。此外,针对除VEGF —A外的各亚型的研究以及它们在神经再生、神经保护方面的作 用还有待深入。例如,缺氧后第3、4天脑组织中的VEGF—A达 到高峰,第6天基本恢复;而VEGF—B的高峰相对滞后,持续时 间较长,提示VEGF—A与VEGF—B之间可能存在协同效应 。 随着研究的进一步深入,VEGF—A及其亚型可能会在不远的将 来广泛应用于缺血性疾病,特别是脑缺血的治疗中。 参考文献 [1]Neufeld G,Cohen T,Gengrinovitch s,et 1a.Vascular endothelial growth factor(VEGF)and its receptors[J.FASEB J,1999,13(1):9—22. [2]Hippenstiel S,Krull M,Ikemann A,et 1a.VEGF induces hyperperme’ ability by a dierct aciton on endohtelial cells[J].Am J Physiol,1998, 274(5):678—684. [3]Weis SM,Cheresh DA.Pathophysiological consequences of VEGF—in— duced v ̄ulra permeabiilty[J].Nature,2005,437(7058):497—504. [4] 李强,陆兵勋.脑水肿的发病机制研究进展[J].中国实用神经疾病 杂志,2006,1998,9(2):97—98. [5]刘艳秋,周爱儒,牛大地,等.血管内皮生长因子治疗大鼠脑缺血 的实验研究[J].中国生物化学与分子生物学报,1999,15(5):681 —686. [6]webb CP,Vande Woude GF.Genes htat ergulate metastasis nad ansio- genesis[J].Neurooncol,2000,50(1—2):71—87. [7]Kieran MW,Bilett A.Antiangiogenesis hterapy:current nad future a’ gents[J].Hematol Oncol Clin North Am,2001,15:835—851. f8] Storkebaum E.Lambrechts D,Carmeliet P.VEGF:once regarded as a sepciifc nagiogenic factor.now implicatde in neuroprotection[J].Bicos’ says.2004,26(9):943—954. 『9] CDantz D。BewersdorfJ,Fmehwald—Schultes B,et a1.Vascular endo- htelial growth factor:a novel endocrine defensive ersponse to hypoglyce- mia[J].Clin Endocrinol Metab,2002,87(2):835—840. flO]Nag S.Eskandarina MR,Davis J,et 1a.D ̄erentila expression of Vas— culra endothelila growthfactor—A(VEGF—A)and VEGF—B after brain injury[J].Neuropahtol Exp Neurol,2002,61(9):778—788. (收稿日期:2007—02—13) 

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