血管內皮生長因子、內皮抑素與冠心病的關系

孔菁,毛威

1 血管內皮生長因子和內皮抑素的概述

血管內皮生長因子 (vascular endothelial growth factor,VEGF),又稱為血管通透因子,是 Ferrara等[1]于 1989年首次在牛垂體星狀濾泡細胞體外培養液中純化獲得的一種分子量為34～45kDa二聚體糖蛋白,由內皮細胞和單核巨噬細胞合成和分泌,目前發現的 VEGF家族包括 VEGF-A,B,C,D,E及胎盤生長因子。

內皮抑素 (Endostatin,ES)是一種內源性的強效血管生成抑制劑,由哈佛大學 O′Reillly等[2]于 1997年首次從小鼠血管內皮瘤中分離純化獲得的一種分子量約 20kDa的蛋白質,含 184個氨基酸,其 N端第1,3,11位 3個組氨酸及第 76位的天冬氨酸殘基組成的鋅離子結合位點,是膠原 XVIII羧基末端裂解片段,分布在許多血管壁內和其他一些基底膜區域,是血管壁彈力纖維的重要組分[3],同時也位于一些胞內細胞器中 (肝細胞內質網、高爾基復合體),通過不同的方式和胞外基質結合而發揮其生物學功能。

2 VEGF和 ES的生物學功能及作用機制

VEGF具有特異地與其受體結合,增加微血管與小靜脈血管的通透性,誘導血管內皮細胞的形態學變化并促進血管內皮細胞分裂增殖以及誘導血管生成等作用[4],促進動脈粥樣硬化 (atherosclerosis,AS)的發生發展,導致冠狀動脈內皮依賴的舒張反應,活化 VEGFR-2提高內皮細胞抗凋亡能力,加速損傷內皮損傷的修復,防止血小板黏附和血栓形成,防治再狹窄。低氧、氧化型低密度脂蛋白、腫瘤壞死因子、白細胞介素-1、胰島素樣生長因子、成纖維細胞生長因子、一氧化氮等均能夠上調 VEGF的表達,同時,一些血管生成抑制劑Avastin(阿瓦斯丁)、ES等可以下調 VEGF的表達。

ES的主要作用為拮抗 VEGF對內皮的作用,選擇性調節內皮細胞功能,特異性抑制內皮細胞增殖,有效抑制血管生成。ES的作用機制較為復雜,迄今未被明確闡明。Abdollahi[5-6]等應用覆蓋超過 90%人類基因組的經典微陣列技術,報告了在暴露于 ES的人微血管細胞內皮細胞中全部基因的 12%受到顯著調節,上調基因包括已知的血管生成抑制劑,下調的基因包括已知的刺激因子,顯示出 ES的作用是多基因效應的網絡模式。

3 VEGF和 ES在冠心病 (coronary heart disease,CHD)中的作用

VEGF在 CHD的全過程 (即 AS的發生、發展到最后斑塊破裂并發血栓形成,側支循環建立以及冠脈介入術后再狹窄的所有階段)中發揮了一定的作用,其機理尚不完全清楚。ES作為第一個抗血管生成藥已被美國 FDA批準用于治療某些癌癥,呈劑量依賴性,對其他細胞無作用,無副作用,無耐藥性,其最顯著的特點為主要抑制病理性血管生成 (包括增殖性視網膜病變、類風濕性關節炎等),而且似乎對傷口愈合或復原等生理性血管新生幾乎或完全沒有作用,國內恩度已進入聯合治療非小細胞肺癌的Ⅲ期臨床研究階段中,但 ES與冠心病的關系還知之甚少,其在 AS中所起的作用尚無定論。

3.1 VEGF、ES與 AS 在 AS整個過程中,VEGF起到了一定的作用。Inoue等[7]發現,VEGF及其受體在斑塊形成處表達明顯增加,而正常動脈則無 VEGFmRNA表達;VEGF經 VEGFR-1介導對單核/巨噬細胞的趨化作用,使其在斑塊部位進一步聚集,刺激平滑肌細胞增殖,參與 AS發展。大量研究表明,正常人血清中僅存在極低水平的 VEGF,在心肌梗死的病例中梗死周圍的血管平滑肌細胞、心肌和受損心肌中均有VEGF基因的高表達[8],

Moulton等[9]研究發現內皮他汀和煙曲霉素類似物 TNP-470分別使斑塊進展減少 85%和 70%(P＜0.0001),內膜血管明顯減少,但不會影響泡沫細胞和早期的纖維肌性斑塊,也不影響平滑肌細胞的含量,提示 ES通過抑制內膜血管對 AS有一定的抑制作用。雖然動物試驗有此結果,然而從另一種角度思考,ES特異性地抑制內皮細胞的生長、促進其凋亡,選擇性抑制內皮功能,反而會促進 AS,這與上述研究結果矛盾。因此,ES與 AS的關系,值得進一步深入研究。

3.2 VEGF、ES與斑塊穩定性 VEGF促進 AS斑塊內單核/巨噬細胞聚集、金屬蛋白酶合成增多和 (或)內源性金屬蛋白酶組織抑制物減少的作用是造成斑塊纖維帽厚度、抗損傷強度降低和穩定性下降的機制之一[10]。同時斑塊內新生血管幼稚易破裂致斑塊內出血,加速粥樣斑塊的生長、重構和破裂,血小板局部聚集發生血栓,加重管腔阻塞,導致梗死。另外附壁性血栓脫落可致栓塞,引起急性冠脈綜合征 (acute coronary syndrome,ACS)[11]。Kranz等[12].觀察發現,急性心肌梗死后3天患者血漿 VEGF水平輕度升高,7天后明顯上升,10天后可達到能夠刺激內皮細胞增生的水平。

ES具有抑制內膜血管新生的作用,理論上推測其必然能抑制冠狀 AS斑塊內血管新生,從而增強斑塊穩定性,對 ACS有防治作用,具體尚需進一步臨床試驗論證。

3.3 VEGF、ES與側支循環 應用外源性 VEGF后可使狗缺血區側支循環的血管數量及血流量增加,心功能明顯改善[13],可見 VEGF在促斑塊內血管新生的同時也促進冠脈的側支循環(血管新生和動脈生成)。近年來人們對實驗性缺血動物開展了 “治療性血管新生”的研究,目前 VEGF已進入臨床試驗,大多數研究提示使用 VEGF治療后患者癥狀減輕,運動時間延長,心肌灌注和左心室功能改善,病死率降低。

Seko等[14]觀察到急性心肌梗死患者的外周循環中ES水平升高,再灌注后明顯降低,與 VEGF的變化一致,表明 ES可能與 VEGF共同參與缺血心肌血管新生的調節。然而 ES與冠狀動脈側支循環的關系目前尚有爭議。Liou[15]觀察了 24例冠心病患者和 15例非冠心病患者血漿和心包液中 ES和 VEGF水平,認為冠心病患者側支循環是否豐富與血清 VEGF水平有關,與血清 ES水平以及心包液中這兩種物質的濃度無關。也有研究表明膠原 XVIII和 ES基因缺陷會增加小鼠 AS斑塊和動脈損傷后的血管新生過程[16],[17],提示抑制 ES的產生可能會促進缺血心肌的血管新生和側支循環的形成。

3.4 VEGF、ES與介入術后再狹窄 Shibata等[18]觀察豬冠狀動脈左前降支 PCI術后 VEGF變化,術后 1周開始增高,維持4周,損傷血管再內皮化需要 2周,而平滑肌細胞增生貫穿其始終,并且 4周后在支架周圍出現巨噬細胞和內皮細胞。冠狀動脈介入治療在人體不可避免造成損傷,推測 PCI引起的血管損傷是術后 VEGF水平逐漸升高的主要原因,VEGF通過介導單核/巨噬細胞趨化以及與血小板衍化生長因子的協同作用參與再狹窄的發生。Kornowski等[19]研究發現 VEGF導致動脈急性損傷部位新生內膜過度增厚,可見術后 VEGF峰值水平對再狹窄有獨立預測價值,介入術后引發大量 VEGF釋放,使血管內膜過度增生參與了再狹窄的形成。另一方面,VEGF通過強烈的促進內皮細胞增殖,再內皮化作用具有預防術后再狹窄的功效。KAT(Kuopio Angiogenesis Trial)研究是第一個經冠狀動脈轉導 VEGF基因治療冠心病及預防 PCI術后再狹窄的隨機、雙盲、安慰劑對照的臨床試驗,該研究提示經冠狀動脈內基因轉導是安全的,VEGF基因治療不加重再狹窄,并且能改善缺血心肌的血流灌注[20]。

加速再內皮化,恢復內皮功能,抑制損傷內膜增生,可能會預防冠脈介入術后的再狹窄。ES在血管介入治療后再狹窄的作用,尚不明確。有研究發現[21]大劑量的抗血管生成治療可能干擾介入術后冠脈急性期的內皮修復,長時間失去內皮完整性導致新生內膜明顯增生,伴隨 ES過度表達的內膜增生不是 ES的直接刺激作用,而是抑制內皮細胞增生的后果。

4 討論

VEGF促進血管內皮細胞增殖的不同后果即促進粥樣斑塊進展和促進側支循環之間的動態平衡是決定其臨床意義的重要因素,目前對于其在冠心病中的作用尚存在爭議。檢測血清VEGF水平不僅可以了解冠狀動脈病變程度及心肌缺血程度,而且還可作為觀察血運重建效果,了解有無再狹窄,預測急性心梗等并發癥的良好指標。同時我們始終存在著一些問題:(1)VEGF誘導產生的新生血管是否具有真正的血管功能。(2)VEGF介導生理性及病理性血管增生,可能與心肌肥厚有關[22]。(3)VEGF不僅能促進缺血心肌新生血管的形成,還能增強正常心肌的血液灌注,因此在早期非缺血狀態下給予VEGF是否有望成為預防冠心病發生的有效措施[23]。

由于缺血、缺氧等因素觸發血管新生、降解內皮細胞周圍基底膜的同時,膠原 XⅧ等前體蛋白也被水解成血管新生抑制因子 ES,制約新生血管的過度形成。ES基因在人類基因組進化的過程中長期存在,缺血心肌的血管新生可能具有與腫瘤相似的調控機制,ES的產生增加可能是促血管生長作用的代償性反應,以調節血管新生過程、拮抗促血管生成因子的過度作用。正常情況下內皮細胞表達 VEGF和 ES處于一種平衡狀態,一旦平衡打破,內皮細胞進入活躍狀態,這可能是血流動力學改變、損傷等多種有害因素作用下內皮功能紊亂的一個表現。通過調節內皮生長因子和抑制因子的動態平衡去促進血管內皮功能的恢復,或者通過促進或者抑制內皮細胞的凋亡來維護內皮細胞正常的生理學功能,可能是治療、預防冠心病更 “自然”、更安全的方法,也是值得我們共同探討的難題。

抑制血管內膜及斑塊內的血管再生對緩解 AS的嚴重程度,防治 ACS有著積極的意義。但 ES這-公認的強效血管抑制劑是否可用于 CHD的臨床治療目前尚存爭議,如何及何時調節 AS過程中的血管新生、“休眠斑塊”,改善血流灌注,將是一個非常重要而艱難的課題。特別是有關 ES在缺血心肌血管新生過程中的作用,抗病理性血管新生的作用是否同時會影響生理性心肌側支循環的形成,還有待進一步臨床試驗的研究。ES對冠脈介入治療后再狹窄的影響目前研究甚少,研究ES與內皮功能相互作用的調控機制,將有助于理解其在再狹窄中的作用。同時在使用 ES的同時我們是否應該注意一些問題:(1)體內 ES的過高表達是否會導致某些血管抑制性疾病的發生如系統性硬化等;是否可用于其他血管依賴性疾病如風濕性關節炎,糖尿病患者的視網膜病,與年齡相關的黃斑退行性病變等;(2)使用 ES是否會產生心血管系統的不良反應如心肌缺血、心律失常、藥物性血壓升高等;(3)某些口服的小分子會增加特異性血管生成抑制劑的內源性表達,或可能是一種代償性升高的方式,比如從基質或血小板移出提高其血漿或血清水平。如:西樂葆可增加血清 ES水平;潑尼松龍和柳氮磺胺吡啶可提高關節液內的 ES水平;多西環素和羅格列酮可增加血小板反應蛋白-1的表達。

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