血管內皮生長因子在腦缺血再灌注損傷中的作用研究進展

張海濤，張平綜述 蔣傳路，李永利審校

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綜 述

血管內皮生長因子在腦缺血再灌注損傷中的作用研究進展

張海濤，張平綜述 蔣傳路，李永利審校

腦缺血；血管內皮生長因子；血管再生；神經保護；腦水腫

【DOI】 10.3969 / j.issn.1671-6450.2015.07.033

血管內皮生長因子又稱(vascular endothelial growth factor，VEGF)血管調理素因子(vascutotropin)或血管通透因子(vascular permeability factor)，是內皮細胞產生的特異性促有絲分裂原，具有促進內皮細胞增生、遷移，增加血管通透性及加速新血管形成的作用[1]。腦缺血后，VEGF不僅在慢性期能夠促進血管及神經再生，參與神經保護，增強神經干細胞移植效用，而且在急性期對于促進血管通透性，破壞血腦屏障，誘發腦水腫也起著重要作用。此外，腦缺血后神經元凋亡對于損傷腦組織區域神經血管的可塑性調節也逐漸成為近年來的研究熱點[2]。VEGF信號通路在腦缺血后作為一個重要的治療靶點，在急性期和慢性期具有不同作用，其多效性仍需要進一步進行研究[3]。越來越多研究表明，VEGF及其受體的表達調控可能是腦缺血后神經血管修復機制中的一個關鍵環節[4]。

1 VEGF及其受體概述

1.1 VEGF及其同源異構體的結構特征 VEGF家族主要包括VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E、胎盤生長因子(placenta growth factor，PIGF)及蛇毒源性VEGF(snake venom VEGF)7個不同的同源二聚體蛋白。人VEGF基因位于染色體6p21.3，由7個內含子分隔8個外顯子所組成。在轉錄時經過剪切，又產生6個亞型，即VEGF121、VEGF145、VEGF165、VEGF183、VEGF189和VEGF206，分別由121、145、165、183、189、206個氨基酸組成[5]。VEGF189和VEGF206是肝素結合蛋白，與細胞外肝素蛋白多糖結合；VEGF121具有可溶性，易于向周圍組織彌散，不能與肝素結合；VEGF165作為分泌性可溶蛋白，主要通過與細胞外基質中特定成分結合發揮媒介作用；VEGF145與VEGF183比較少見，主要構成血管生成亞型家族；而VEGF(121)b、VEGF(145)、VEGF(165)b構成抗血管生成亞型家族[6]。

1.2 VEGF受體家族 VEGF受體家族主要包括2類：酪氨酸激酶受體與非酪氨酸激酶受體。酪氨酸激酶受體包括VEGFR-1(Flt-1)、VEGFR-2(Flk-1/KDR)及VEGFR-3，非酪氨酸激酶受體包括神經纖毛蛋白-1(neuropilin-1，NP-1)和神經纖毛蛋白-2(neuropilin-2，NP-2)。VEGF通過蛋白激酶/磷酸肌醇3-激酶/絲裂原活化蛋白激酶等信號通路與相應的受體結合引發受體磷酸化，進而激活絲裂原活化的蛋白激酶，誘導內皮細胞的增殖才能產生促進血管生成等一系列效應。VEGFR-2是VEGFR家族中發揮主要作用的受體，主要與VEGF-A、VEGF-E結合；VEGFR-1則以誘餌受體的形勢通過阻止VEGF與VEGFR-2的結合而抑制血管再生[7]；VEGFR-3主要調控淋巴管內皮細胞的生長和功能，同時可促進神經再生[8]。神經纖毛蛋白主要以協同受體的形式增強VEGF信號通路的作用，NP-1和NP-2均能夠增強VEGF121誘導的VEGFR-2磷酸化作用及內皮細胞增殖作用[9]。

2 腦缺血再灌注損傷后VEGF的表達調控

腦缺血后4 h內缺血半暗帶區域神經元、星形膠質細胞、小膠質細胞、脈絡叢上皮細胞以及遠端皮質區域即大量表達VEGF[10]。此外，腦缺血后24 h內VEGFR開始表達，在第3～5天達到高峰，VEGFR-2在缺血半暗帶區域表達升高[11]。

腦缺血后VEGF的表達調控極其復雜，其中缺血缺氧是誘導VEGF表達的最主要因素。目前認為，缺血后低氧誘導因子-1(hypoxia-inducible factor-1，HIF-1)或低氧誘導因子-2(HIF-2)通過與VEGF基因5′端低氧反應元件結合，以環磷酸鳥苷途徑調節VEGF的表達,進而促進內皮細胞增殖、血管出芽以及提高毛細血管滲透性。

3 VEGF/VEGFR在腦缺血再灌注損傷中的作用

3.1 影響血管通透性與腦水腫 除了作為血管內皮生長因子促進血管再生，VEGF還是目前最強的可增加血管通透性的物質之一，作用強度為組胺的5萬倍。VEGF通過促進血管通透性可以誘發組織水腫，與腦缺血后腦水腫的形成密不可分。目前認為，VEGF可以促進小分子溶質通過胞質小窗及質膜小凹而進行內皮轉運，同時各種水蛋白及血漿蛋白漏出增加以及內皮細胞緊密連接通透性增加，進而誘發腦水腫等一系列病理生理過程[12]。此外，VEGF可以通過激活各種組織分泌降解酶、基質金屬蛋白酶，酶解微小血管，進而削弱血管壁完整性誘發水腫。近期研究發現，腦缺血后立即給予VEGF可通過調節血清類黏蛋白-1的表達導致血管通透性明顯增加，誘發腦水腫[13]。因此在腦缺血急性期VEGF大量表達可能是誘發腦水腫、影響預后的一個關鍵因素。

3.2 促進血管再生 腦缺血再灌注損傷后修復的關鍵環節之一是血管再生，需要眾多作用于血管內皮細胞和血管平滑肌細胞的調節因子，這些調節因子共同構成了復雜的信號網絡[14]。腦缺血后VEGF可以通過vWF途徑激活血管內皮細胞增殖遷移，激活細胞內的酪氨酸激活酶誘導多重下游信號促進血管生成，此外也可以通過一氧化氮(NO)途徑促進缺血后血管再生。近期研究發現，PIGF基因敲除小鼠在缺氧性損傷后血管再生能力明顯低于正常小鼠[15]，因此PIGF可能是影響血管再生的另一重要因素，但VEGF-A與PIGF對缺血后血管再生的具體關系有待進一步闡明。

作為血管再生過程中發揮主要作用的受體，VEGFR-2在受到刺激后通過磷酸化形成酪氨酸產物進而介導管壁通透性改變、內皮細胞增生、遷移、浸潤及重構等一系列細胞內反應。而VEGFR-1主要通過競爭性結合阻止VEGF與VEGFR-2的結合發揮作用[7]。

3.3 促進神經再生與神經保護 VEGF最初作為血管內皮因子而為人所知，近年來發現VEGF對于神經細胞同樣具有重要作用。VEGF可直接作用于中樞及外周神經系統的神經元及膠質細胞，促進神經元的增殖、存活、突觸生長，促進膠質細胞增殖、遷移等。腦缺血后VEGF-A大量表達，通過激活VEGFR-2、PI3K及ERK1/2等信號通路抑制神經元凋亡，促進神經再生。此外，PIGF可以通過與VEGFR-1結合激活一系列下游信號通路而發揮神經保護作用[16]。研究發現腦缺血2～3 d后通過給予VEGF治療可明顯改善神經功能，而抑制VEGF后腦組織損害加重[17，18]。

在哺乳動物體內，神經再生主要發生于海馬齒狀回(hippocampal dentate gyrus，DG)及側腦室下區(subventricular zone，SVZ)。腦缺血后VEGF不僅能促進神經前體細胞的增殖與遷移，同時也能促進缺血區神經元軸突的生長，誘導神經再生。Herz等[19]在腦缺血后3 d給予VEGF治療發現損傷神經元軸突再生增強，運動功能及協調能力得到明顯改善。Clarkson等[20]認為興奮性神經遞質與抑制性神經遞質之間的平衡調節對于神經軸突再生并向缺血區域的遷移至關重要。

3.4 抑制細胞凋亡 VEGF在某些病理條件下可以拮抗細胞凋亡、刺激內皮細胞增殖，參與神經系統修復。VEGF的神經保護作用主要與VEGFR-2相關，通過調節PI3/AkT信號通路、抑制Caspase-3的活性以及抑制胱天蛋白酶-3 mRNA的表達，從而減少細胞凋亡。在VEGF對海馬神經元缺氧以及NMDA興奮性毒性損傷的保護機制研究中發現，VEGF通過直接抗興奮性毒性作用抑制細胞凋亡，這也提示VEGF通過多個信號通路誘導抗凋亡基因及蛋白表達進而逆轉細胞凋亡。

3.5 提高神經干細胞移植效用 除了對于神經及血管的各種作用，近年來隨著神經干細胞移植研究的深入，人們逐漸發現VEGF在神經干細胞移植中同樣具有重要作用。神經干細胞移植后能夠大量表達VEGF-A，通過與VEGFR-2結合誘導NGF、BDNF等各種神經營養因子的釋放，進而提高移植神經干細胞的生存率。最近研究發現，大鼠腦缺血進行神經干細胞移植治療后VEGF表達明顯增加，同時梗死體積減小、神經功能得到明顯改善[21，22]。而Horie等[23]用VRGF單克隆抗體抑制VEGF作用后，發現神經干細胞移植的神經保護作用明顯減弱。因此可以推測，VEGF在神經干細胞移植過程中可能是一個重要的作用靶點，但其具體作用機制有待進一步研究。

4 展 望

VEGF與腦缺血再灌注損傷的關系錯綜復雜，VEGF在腦缺血后發揮的促進血管再生、神經再生及神經保護等作用作為腦組織內源性反應對于機體神經功能恢復至關重要，加之近年來在神經干細胞移植中研究的深入，VEGF越來越被認為是改善腦缺血預后的一個重要治療靶點。但同時由于VEGF在腦缺血急性期與血管通透性增加、血腦屏障破壞及腦水腫形成密切相關，因此作為一把雙刃劍，在腦缺血的不同時期，VEGF的不同作用需要區別對待，這對于指導腦缺血臨床治療，進一步改善預后可能會具有重要意義。

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