胎盤生長因子在炎癥性腸病血管生成和炎性反應中作用的研究進展

?

綜述

胎盤生長因子在炎癥性腸病血管生成和炎性反應中作用的研究進展

周怡劉紅春

(復旦大學附屬中山醫院消化科，上海200032)

Advances in the Effects of Placental Growth Factor on Angiogenesis and Inflammation in Inflammatory Bowel Disease

ZHOUYiLIUHongchun

DepartmentofGastroenterology,ZhongshanHospital,FudanUniversity,Shanghai200032,China

胎盤生長因子(placental growth factor, PlGF)是一種分泌型的同源二聚體糖蛋白，是血管內皮生長因子(VEGF)家族中的一員。多項研究發現，PlGF在腫瘤和炎性疾病等的病理性血管生成中發揮重要的作用；而遺傳學研究顯示，內源性的PlGF對健康個體的血管生成和生理性血管維持不發揮作用。基于這些研究， 血清PlGF不僅可以作為監測炎性反應和血管生成的一種有效標志物，還為腫瘤和炎性反應提供了新的治療靶點。本文就PlGF的分子與生物學特點及其在腫瘤及炎性疾病，尤其是炎癥性腸病血管生成和炎性反應中的作用作一綜述。

1PlGF的分子特點

PlGF最初是在1991年從人胎盤cDNA文庫中純化而得到的[1]，是VEGF家族中第二個被發現的成員。人類plgf基因位于染色體14q24，通過選擇性剪接編碼4種不同的PlGF異構體，即PlGF-1、PlGF-2、PlGF-3和PlGF-4，其中，PlGF-2和PlGF-4與肝素有較強的結合能力[2]。與人類不同，小鼠plgf基因僅編碼PlGF-2，其也具有肝素結合域[3]。

PlGF可以結合VEGF-A的受體神經菌毛素-1(NRP-1)和NRP-2，并介導VEGF-A與VEGFR-1及VEGFR-2形成復合體[4]；與VEGF-A不同，PlGF與VEGFR-1即fms樣酪氨酸激酶-1(Flt-1)的親和力較高，但不與VEGFR-2即胎肝激酶-1(Flk-1)結合[5]。此外，PlGF還可以與可溶性酪氨酸激酶-1(sFlt1，缺乏跨膜和細胞內結合域)結合并置換出VEGF-A。因此，PlGF可通過多種作用機制參與調控血管生成：(1)PlGF可通過結合并激活Flt-1直接發揮其促血管生成的作用；(2)PlGF通過與sFlt-1結合置換出VEGF-A，使更多的VEGF-A與VEGFR-2結合，并開啟VEGFR-1、VEGFR-2之間的串話，從而放大VEGFA/VEGER-2的血管生成信號；(3)PlGF通過與同一個細胞上表達的VEGF-A形成異二聚體，結合并激活VEGFR-1，進而通過誘導VEGFR-1/VEGFR-2二聚化，間接激活VEGFR-2，發揮調控血管生成的作用[6-7]。

2PlGF的生物學特點

PlGF最初是從人胎盤cDNA文庫中純化得到的，主要由滋養層細胞產生，在整個妊娠期間，PlGF在胎盤中處于高表達狀態[1]。但對plgf基因敲除小鼠的研究顯示，缺乏PlGF不影響小鼠胚胎的發育及其娩出后的生長發育[7]。在生理條件下，PlGF在心臟、肺、甲狀腺等多種組織器官中的表達水平較低[8]。而在病理情況下，其在血管內皮細胞、血管平滑肌細胞、巨噬細胞等多種細胞中的水平增加，且可通過作用于不同類型細胞上的Flt-1和NRP發揮不同的生物學效應，例如：通過與內皮細胞上的Flt-1結合而刺激內皮細胞生存、增殖和遷移，促進血管生成[9]；通過作用于平滑肌細胞上的Flt-1促進血管平滑肌細胞的增殖及側枝循環形成[10]；通過作用于巨噬細胞上的Flt-1和NRP募集和激活巨噬細胞，使其分泌促炎細胞因子如TNF-α等，進而促進炎性反應[11]。

3PlGF與血管生成

血管生成是指源于已存在的毛細血管和毛細血管后微靜脈的新的毛細血管的生長。Ziche等[12]在1997年第一次指出PlGF是一種促血管生成因子，他們發現在兔角膜及雞胚絨毛尿囊膜中，PlGF可以劑量依賴性地誘導血管生成。其后，多項對plgf基因敲除小鼠的實驗顯示，PlGF對健康個體的血管生成及生理性血管維持沒有作用[7,13]，但在多種病理情況如腫瘤形成、子癇前期中促進血管生成[9,14]。

3.1PlGF與腫瘤血管生成血管生成在腫瘤發病中起重要的作用，并可促進腫瘤的轉移[15]。研究[16-17]顯示，腫瘤組織中PlGF水平明顯上調，且腫瘤組織中PlGF的mRNA和蛋白水平與腫瘤的進展及預后密切相關。在腫瘤中，PlGF不僅可由腫瘤細胞產生，還可由內皮細胞、腫瘤相關成纖維細胞、腫瘤相關巨噬細胞以及腫瘤基質中的多種炎性細胞產生。惡性腫瘤中，PlGF刺激內皮細胞的生長、增殖和遷移，募集和激活巨噬細胞，促使巨噬細胞釋放促血管及淋巴管生成因子，抑制樹突狀細胞的分化等，促進腫瘤自身的生長、血管生成，并抵抗常規抗血管生成的治療[18-19]。

此外，抗-PlGF抗體治療腫瘤的研究同樣證明了PlGF在腫瘤血管生成中的重要作用。Fisher等[18]對患有不同腫瘤的小鼠應用抗-PlGF抗體，結果顯示，其可通過抑制腫瘤的血管和淋巴管生成以及腫瘤細胞的活性，抑制腫瘤的生長和轉移，且不影響正常的血管功能。Zins等[20]對移植性腫瘤小鼠模型的研究顯示，PlGF可刺激腫瘤細胞的增殖，而減少PlGF表達可降低腫瘤負荷、抑制腫瘤細胞增殖、減小腫瘤血管密度。

3.2PlGF與子癇前期在妊娠期間，人體胎盤可產生較高水平的PlGF，而胎盤中豐富的PlGF在妊娠期間子宮血管重建中發揮重要的作用[1,21]。胎盤PlGF水平異常與多種妊娠期疾病有關，其中最常見的是子癇前期。盡管敲除plgf基因的小鼠未出現子癇前期癥狀[7]。但是，子癇前期患者血清PlGF水平在患者妊娠早期出現子癇前期癥狀前已明顯降低，sFlt水平則明顯升高[14]；出現子宮-胎盤低灌注及高血壓的子癇前期患者血清中PlGF水平也明顯降低，同時伴有sFlt水平的升高[14]。盡管PlGF水平異常是否會導致子癇前期的發生目前尚未明確，但許多研究顯示血清中PlGF水平的降低及sFlt的升高可作為預測早發性及遲發性子癇前期發展的有效指標。

4PlGF與炎癥性腸病

炎癥性腸病(IBD)是一種慢性非特異性胃腸道炎性疾病，包括潰瘍性結腸炎(UC)和克羅恩病(CD)。IBD的發病機制尚未明確，目前認為由遺傳、微生物、環境等因素之間的相互作用使腸道黏膜免疫系統處于持續激活狀態所致。近年來，大量臨床和動物實驗發現，隨著IBD疾病進展，腸道膜微血管密度也隨之增加，且新生血管結構發生了改變，伴有滲透性增加，提示病理性血管生成在IBD的發病中起關鍵作用[23]。血管生成在IBD中的作用可能是雙重的，一方面，新生的血管可以提供營養物質和氧氣，從而促進受損黏膜的愈合；但另一方面，血管生成可促進炎性細胞的遷移、浸潤，導致炎性反應持續存在，臨床上常見CD腸段的病變系膜側炎性反應往往比對側系膜更為明顯；而特異性黏附分子α4β7抗體Vedolizumab通過減少腸道特異的淋巴細胞可有效抑制IBD，提示病變黏膜血管增生及炎性細胞浸潤使局部黏膜炎性反應加重[24]。

血管生成在IBD發病中的重要作用，而PlGF在病理性血管生成和炎性反應中發揮重要作用，因此，有研究探索了PlGF在IBD血管生成和炎性反應中的作用，但迄今研究有限且結果不盡一致。Kader等[25]通過蛋白微陣列分析方法發現，CD患者血清中PlGF水平明顯升高，而患者緩解期血清中PlGF水平較活動期更高。Pousa等[26]對70例CD緩解期患者和30名健康人血清中血管生成因子水平研究的結果顯示，與健康人相比，CD緩解期患者血清中PlGF、VEGF水平明顯升高，且與緩解持續時間無關。而對UC活動期患者和26名健康人血清中PlGF水平的研究顯示，UC活動期患者血清中PlGF、Flt1水平與健康人相比無明顯差異，應用激素治療后，未獲得緩解者血清中PlGF水平較治療前無明顯變化，而獲得緩解的UC患者血清中PlGF水平高于治療前[27]。在急性結腸炎小鼠模型中，PlGF在腸黏膜炎性反應處水平明顯升高，在黏膜損傷的恢復早期進一步升高；與plgf轉基因小鼠相比，plgf基因敲除的小鼠病變腸黏膜血管生成明顯減少，疾病活動度增加，且能觀察到明顯的結腸上皮損傷及上皮細胞凋亡；向plgf基因敲除的結腸炎小鼠中導入外源性plgf基因后，疾病活動度顯著減輕，與plgf轉基因小鼠相比無明顯差異，提示PlGF可能具有緩解結腸炎性反應的作用[28]。這些研究結果提示，PlGF可能對IBD活動期腸黏膜炎性反應進展發揮一定的作用，而在緩解期則可能刺激血管生成及促進腸道受損黏膜修復。Hindryckx等[28]的實驗顯示，PlGF在小鼠結腸炎的發生發展中明顯升高，提示PlGF可能促進IBD的炎性反應進展，因此，仍需要更多的研究進一步探討PlGF在IBD血管生成和炎性反應中的作用及變化。

5總結與展望

PlGF作為一種具有多種生物效應的細胞因子，可通過激活表達于不同類型細胞表面的Flt-1或NRP-1發揮其促血管生成和促炎作用。大量研究顯示PlGF在腫瘤和炎性反應等多種病理狀態下表達水平明顯上調，并促進病理性的血管生成，從而促進疾病的進展。已有研究發現，IBD活動期血清PlGF表達水平上調而緩解期進一步上調，但結果缺乏一致性且多為小規模研究，需增加病例數進一步探討PlGF在UC和CD不同疾病分期時的表達以及與疾病活動度的相關性，從血管生成和炎性反應的角度監測IBD的活動，并優化PlGF表達水平評價IBD疾病活動進展和預后的效能。I期臨床試驗[29]已探討了抗PlGF抗體的安全及劑量問題，為抗PlGF抗體在腫瘤和炎性反應中的應用奠定了基礎，但尚需進一步評價應用抗PlGF治療時可能存在的不良反應和個體差異。此外，鑒于PlGF在不同的組織中發揮不同的功能，需進一步評價PlGF對不同疾病及疾病進展的不同階段可能產生的影響。因此，仍需深入探討內源性PlGF的生理功能、在疾病不同階段的表達和效應以及對不同組織不同類型細胞的作用。鑒于PlGF在腫瘤治療中的成功經驗，抗PlGF將為IBD的治療提供新的方向，通過抑制病理性血管生成和炎性反應，使炎性反應處于可控狀態，以延緩疾病的進展、預防并發癥，從而改善患者的預后。

參考文獻

[ 1 ]Maglione D, Guerriero V, Viglietto G, et al. Isolation of a human placenta cDNA coding for a protein related to the vascular permeability factor[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 1991,88(20):9267-9271.

[ 2 ]Yang W, Ahn H, Hinrichs M, et al. Evidence of a novel isoform of placenta growth factor (PlGF-4) expressed in human trophoblast and endothelial cells[J]. J Reprod Immunol, 2003,60(1):53-60.

[ 3 ]De Falco S. The discovery of placenta growth factor and its biological activity[J]. Exp Mol Med, 2012,44(1):1-9.

[ 4 ]Gaur P, Lu J, Ellis LM, et al. Role of class 3 semaphorins and their receptors in tumor growth and angiogenesis[J]. Clinical Cancer Research, 2009,15(22):6763.

[ 5 ]Park JE, Chen HH, Winer J, et al. Placenta growth factor. Potentiation of vascular endothelial growth factor bioactivity, in vitro and in vivo, and high affinity binding to Flt-1 but not to Flk-1/KDR[J]. J Biol Chem, 1994,269(41):25646-25654.

[ 6 ]Tarallo V, Vesci L, Capasso O, et al. A placental growth factor variant unable to recognize vascular endothelial growth factor (VEGF) receptor-1 inhibits VEGF-dependent tumor angiogenesis via heterodimerization[J]. Cancer Res, 2010,70(5):1804-1813.

[ 7 ]Carmeliet P, Moons L, Luttun A, et al. Synergism between vascular endothelial growth factor and placental growth factor contributes to angiogenesis and plasma extravasation in pathological conditions[J]. Nat Med, 2001,7(5):575-583.

[ 8 ]Persico MG, Vincenti V, DiPalma T. Structure, expression and receptor-binding properties of placenta growth factor (PlGF)[J]. Curr Top Microbiol Immunol, 1999,237:31-40.

[ 9 ]Schmidt T, Kharabi MB, Loges S, et al. Loss or inhibition of stromal-derived PlGF prolongs survival of mice with imatinib-resistant Bcr-Abl1(+) leukemia[J]. Cancer Cell, 2011,19(6):740-753.

[10]Bellik L, Vinci MC, Filippi S, et al. Intracellular pathways triggered by the selective FLT-1-agonist placental growth factor in vascular smooth muscle cells exposed to hypoxia[J]. British Journal of Pharmacology, 2005,146(4):568-575.

[11]Yoo SA, Yoon HJ, Kim HS, et al. Role of placenta growth factor and its receptor flt-1 in rheumatoid inflammation: a link between angiogenesis and inflammation[J]. Arthritis Rheum, 2009,60(2):345-354.

[12]Ziche M, Maglione D, Ribatti D, et al. Placenta growth factor-1 is chemotactic, mitogenic, and angiogenic[J]. Lab Invest, 1997,76(4):517-531.

[13]Gigante B, Tarsitano M, Cimini V, et al. Placenta growth factor is not required for exercise-induced angiogenesis[J]. Angiogenesis, 2004,7(3):277-284.

[14]Furuya M, Kurasawa K, Nagahama K, et al. Disrupted balance of angiogenic and antiangiogenic signalings in preeclampsia[J]. J Pregnancy, 2011,2011:123717.

[15]Kerbel RS. Tumor angiogenesis[J]. N Engl J Med, 2008,358(19):2039-2049.

[16]Wei SC, Tsao PN, Yu SC, et al. Placenta growth factor expression is correlated with survival of patients with colorectal cancer[J]. Gut, 2005,54(5):666-672.

[17]Zhang L, Chen J, Ke Y, et al. Expression of Placenta growth factor (PlGF) in non-small cell lung cancer (NSCLC) and the clinical and prognostic significance[J]. World J Surg Oncol, 2005,3:68.

[18]Fischer C, Jonckx B, Mazzone M, et al. Anti-PlGF Inhibits Growth of VEGF(R)-Inhibitor-Resistant Tumors without Affecting Healthy Vessels[J]. Cell, 2007,131(3):463-475.

[19]Selvaraj SK, Giri RK, Perelman N, et al. Mechanism of monocyte activation and expression of proinflammatory cytochemokines by placenta growth factor[J]. Blood, 2003,102(4):1515-1524.

[20]Zins K, Thomas A, Lucas T, et al. Inhibition of Stromal PlGF Suppresses the Growth of Prostate Cancer Xenografts[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2013,14(9):17958-17971.

[21]Osol G, Celia G, Gokina N, et al. Placental growth factor is a potent vasodilator of rat and human resistance arteries[J]. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2008,294(3):H1381-H1387.

[22]Noori M, Donald AE, Angelakopoulou A, et al. Prospective study of placental angiogenic factors and maternal vascular function before and after preeclampsia and gestational hypertension[J]. Circulation, 2010,122(5):478-487.

[23]Chidlow JH, Shukla D, Grisham MB, et al. Pathogenic angiogenesis in IBD and experimental colitis: new ideas and therapeutic avenues[J]. AJP: Gastrointestinal and Liver Physiology, 2007,293(1):G5-G18.

[24]Jovani M, Danese S. Vedolizumab for the treatment of IBD: a selective therapeutic approach targeting pathogenic a4b7 cells[J]. Curr Drug Targets, 2013,14(12):1433-1443.

[25]Kader HA, Tchernev VT, Satyaraj E, et al. Protein microarray analysis of disease activity in pediatric inflammatory bowel disease demonstrates elevated serum PLGF, IL-7, TGF-beta1, and IL-12p40 levels in Crohn’s disease and ulcerative colitis patients in remission versus active disease[J]. Am J Gastroenterol, 2005,100(2):414-423.

[26]Pousa ID, Maté J, Salcedo-Mora X, et al. Role of vascular endothelial growth factor and angiopoietin systems in serum of Crohn's disease patients[J]. Inflammatory Bowel Diseases, 2008,14(1):61-67.

[27]Pousa ID, Algaba A, Linares PM, et al. Corticosteroids modulate angiogenic soluble factors in ulcerative colitis patients[J]. Dig Dis Sci, 2011,56(3):871-879.

[28]Hindryckx P, Waeytens A, Laukens D, et al. Absence of placental growth factor blocks dextran sodium sulfate-induced colonic mucosal angiogenesis, increases mucosal hypoxia and aggravates acute colonic injury[J]. Lab Invest, 2010,90(4):566-576.

[29]Martinsson-Niskanen T, Riisbro R, Larsson L, et al. Monoclonal antibody TB-403: a first-in-human, Phase I, double-blind, dose escalation study directed against placental growth factor in healthy male subjects[J]. Clin Ther, 2011,33(9):1142-1149.

中圖分類號R574

文獻標志碼A