中醫藥對血管新生相關信號通路的影響

劉磊，劉健，萬磊，縱瑞凱，曹云祥

(1.湖北中醫藥大學，武漢 430065; 2.安徽中醫藥大學第一附屬醫院風濕科)

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·綜述·

中醫藥對血管新生相關信號通路的影響

劉磊1，劉健2，萬磊2，縱瑞凱2，曹云祥2

(1.湖北中醫藥大學，武漢 430065; 2.安徽中醫藥大學第一附屬醫院風濕科)

[摘要]血管新生是機體常見的重要生理、病理過程，其過程涉及多種細胞、細胞因子及相關信號通路，多種疾病的發生發展均血管新生密切相關。細胞因子通過信號轉導通路調節血管新生相關細胞的遷移、增殖、凋亡影響血管新生。近年來對血管新生機制的最新研究表明，VEGF通路、Notch通路、PTEN/PI3K/AKT通路、JAK/STAT通路參與調節血管新生。中醫藥可通過調節信號轉導通路調節血管新生，在治療以血管新生為主要病變基礎的疾病上取得了一定成績。

[關鍵詞]血管生成調節劑;新生血管化，生理性；信號傳導；中草藥

血管新生是機體常見的重要生理、病理過程，腫瘤組織生長、類風濕關節炎血管翳形成等病理變化，血管新生均涉及其中。血管新生過程涉及細胞(內皮細胞、平滑肌細胞、成纖維細胞等)、細胞因子(生長因子、炎性因子、趨化因子等)、細胞外基質及多種信號傳導通路，是各種因素、多個環節共同參與的錯綜復雜的過程。中醫藥在治療血管新生相關疾病上存在一定優勢，現從血管新生相關信號傳導通路及中醫藥對其調控方面進行概述。

1血管新生過程

血管新生是指在原有血管床基礎上的血管發芽，從現已存在的血管系統中形成新的血管是血管由少到多的過程，涉及到多種信號分子的共同參與[1]。在組織缺血缺氧、炎細胞浸潤誘導及細胞因子如血管新生因子等多種因素的作用下，原組織微血管內皮細胞激活，合成釋放如金屬蛋白酶等可降解原血管基底膜，使原有血管基底膜及基地部發生降解，血管通透性增加。在多種生長因子及趨化因子的作用下血管內皮細胞穿過原血管壁發生遷移、增殖，形成芽生血管腔，新生血管芽相互融合形成血管網，趨化周圍細胞進一步包裹構建血管結構[2]。血管新生過程是一系列調控因子共同作用的結果，如血管內皮生長因子(VEGF)結合VEGFR-2激活p38MAPK通路、RAS-MEK-ERK通路、P13K-Akt /PKA途徑促進內皮細胞的增殖、分化。轉化生長因子β(TGF-β)可激活TGF-β/Smad信號通路,可調節細胞核的轉錄活動,促進血管內皮細胞的增殖和遷移，誘導新生血管的形成。內皮抑素與整合素α5β1結合，可下調粘著斑激酶活性，影響MAP通路中ERK1/P38的磷酸化,抑制內皮細胞的遷移，血小板反應蛋白-1(TSP-1)可降低細胞凋亡相關蛋白bcl-2的表達，提高bax的表達進而抑制內皮細胞增殖，以構建新生的穩態血管結構[3-4]。

2血管新生信號通路

2.1VEGF信號通路與血管新生VEGF是由二硫鍵連接而成的二聚體糖蛋白，VEGF家族有VEGF-A、B、C、D、E、F及胎盤生長因子(PIGF)7個亞型。VEGF主要有VEGFR-1、VEGFR-2、VEGFR-3 3種酪氨酸激酶受體及NP-1、NP-2兩種非酪氨酸激酶的跨膜受體。VEGFR-1主要表達于血管內皮細胞。VEGFR-2表達于內皮細胞、單核細胞、干細胞。VEGFR-3僅表達于成年期淋巴管內皮細胞及胚胎靜脈內皮細胞。NP-1、NP-2表達于神經軸突、血管內皮細胞及各種腫瘤細胞。VEGFR-2與VEGF的親和力雖低于VEGFR-1，但VEGFR-2活化后產生的酪氨酸激酶生物效應更強，因此VEGFR-2在VEGF信號轉導中起主導作用[5]。VEGF與VEGFR-2結合后形成二聚體，激活并將細胞膜/細胞質激酶級聯反應信號傳遞到細胞核，通過抗凋亡等機制調節內皮細胞的存活，促進血管新生并維持其完整性。VEGFR-2主要是通過PLC-γ-PKC-Raf-MEK-MAPK信號通路促進內皮細胞增殖。VEGFR-2活化后磷酸化PLC-γ，增強水解4，5二磷酸磷脂酰肌生成DAG、IP3。DAG是PKC的生理激活劑，而IP3可增加細胞內的鈣離子濃度，介導生成NO與前列腺素影響血管通透性[6]。VEGF與VEGFR-2結合后可激活鳥嘌呤三核苷酸酶，最終可通過引起內皮細胞張力纖維中肌動蛋白的重塑，使內皮細胞遷移。通過黏附分子整合蛋白與其配體結合或VEGF與其受體結合后可激活黏著斑激酶FAK，FAK激活細胞內MAPK、JNK通絡，進一步實現對細胞生長、凋亡、粘附及遷移的影響。研究表明佐劑性關節炎大鼠滑膜組織VEGF表達水平與滑膜微血管計數及關節炎指數成正相關[7]，說明VEGF介導的血管新生與關節炎的發病密切相關。

2.2Notch信號通路與血管新生Notch 信號通路是一種進化上高度保守的信號機制，是細胞之間直接作用的主要信號通路之一。Notch信號通路由Notch受體(Notch1-4)、配體(Del11、Del14、Jagged1、Jagged2)和靶基因轉錄因子(HES1)等組成。Notch家族是作為高度保守的跨膜蛋白，可以廣泛調節細胞的發育和分化。Notch信號通路是調控體內穩態和細胞分化的重要信號通路，Notch信號由兩個鄰近細胞的Notch受體與配體相互作用而激活，釋放出Notch的胞內段(NICD)，NICD在細胞核內與轉錄抑制因子RBP-JK結合、招募共活化物如組蛋白乙?；D移酶P /CBP等，可活化分化拮抗基因的轉錄，表達產物與相應的分化效應基因的啟動子特異性結合，并募集 Groucho/TLE等轉錄共抑制因子，最終影響細胞的分化、增殖和凋亡[8-9]。Notch配體和受體在內皮細胞或周細胞及平滑肌細胞表達,提示Notch信號途徑在血管發育中發揮重要作用。有研究表明敲除Notch配體Del14基因小鼠，其動脈血管內皮細胞Del14蛋白表達減少，小鼠可出現背主動脈血管狹窄閉鎖或破裂、動脈分支缺陷等血管畸形的發生[10]，說明該信號途徑涉及血管形成。使用Del14/FC融合蛋白 、抗Del14體阻斷異種移植瘤小鼠模型的Notch-Del14信號通路后可促進內皮出芽從而增加血管密度，但非功能血管增多，功能血管相對減少。研究發現缺失配體Jagged1將會激活Notch信號，而導致內皮細胞出芽減少從而抑制血管新生[11]。尖細胞和莖細胞由內皮細胞分化而來，是具有高度遷移活性，其增殖可促進血管芽延伸、延長形成新血管管腔網絡，而Notch信號通路及VEGF共同調控了內皮細胞向尖細胞和莖細胞分化的過程[12]。Notch信號激活可以限制管腔的擴大和血管萌芽，繼而抑制血管新生；而通過阻斷Notch信號可誘發血管內皮細胞增生，因此，可調控Notch號通路開放，抑制血管內皮細胞增生和凋亡，影響血管新生。

2.3PTEN/PI3K/AKT信號通路與血管新生磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B (PI3K/AKT)信號通路在細胞的凋亡、存活、增殖等活動中發揮重要的生物學作用[13]。PI3K 是由一個催化亞基 p110 和一個調節亞基 p85 構成的二聚體蛋白。PI3K可將其分為 I、II、III 3 個亞型。在 PI3K 家族中，研究最廣泛的是I型PI3K。p85亞基與蛋白激酶C、RAS 等激活蛋白的相互作用，激活催化亞基 p110，從而活化 PI3K。PI3K其主要通過在磷脂酰肌醇的肌醇環三位進行磷酸化產生胞內重要的第二信使—磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸(PIP3) 而發揮作用[14]。Akt 是一種絲氨酸 / 蘇氨酸蛋白激酶，有三個家庭成員 AKT1、AKT2 和 AKT3。Ser473 和 (或)Thr308 位點的磷酸化是 Akt 激活的必要條件?；罨?Akt 通過磷酸化作用激活或抑制其下游靶蛋白的表達，引起信號傳導通路的級聯反應，進而調節細胞周期蛋白，維持細胞存活與凋亡的動態平衡?；罨腁KT可磷酸化內皮型一氧化氮合酶(eNOS)使之激活，產生NO，NO可刺激血管舒張、血管重塑和血管生成[15]；PI3K/AKT信號還可通過多種途徑上調缺氧誘導因子1α(HIF-1α)[16]，HIF-1α可促進VEGF及其他血管生成因子的表達和分泌，VEGF是一個強大的血管生成誘導劑，同時其本身又可活化PI3K/AKT信號通路，從而通過自分泌和旁分泌兩種途徑刺激血管生成；活化的AKT還可通過磷酸化IKKs，使I_κB降解，激活NF_κB，從而上調血管生成因子。PTEN是PIP3的主要負性調節蛋白，其主要功能是使PIP3去磷酸化，從而拮抗PI3K/AKT通路的活化[17]。PTEN通過PIP3調節包括AKT在內的許多下游信號蛋白，過度表達PTEN或使用PI3K抑制劑可使VEGFmRNA表達減少。PTEN抑制內皮細胞VEGF的主要受體VEGFR2與PI3K的結合。說明作為血管生成開關的調控軸心，PTEN/PI3K的活性狀態決定促進/抑制血管的生成，PTEN通過抑制PI3K/AKT信號通路抑制血管形成，PTEN表達缺失和PI3K/AKT通路的過度活化必然促進血管的新生。有研究表明佐劑性關節炎大鼠的滑膜組織及前列腺癌組織中微血管密度表達升高并與PI3K/AKT通路相關基因、蛋白的表達成正相關，亦證明該通路與血管新生密切相關[18]。

2.4JAK/STAT信號通路與血管新生JAK激酶/信號傳導與轉錄活化因子(JAK/STAT)信號通路是重要的信號轉導途徑之一，其廣泛參與調節疾病的病理生理過程[19]。JAK家族是一類非跨膜型的酪氨酸激酶，迄今為止共發現4個成員：JAK1、JAK2、JAK3和TYK2。JAK家族有7個高度保守的功能結構區JH1-JH7，JH1，JH2起催化作用,JH3-JH7的氨基端同源區域主要是受體結合區域。STAT家族已發現有7個成員，分別為STAT1-4、STAT5a、STAT5b、STAT6。JAK激酶選擇性地與跨膜細胞因子受體結合，誘導受體發生二聚化，激活JAK激酶啟動磷酸化，隨后招募一個或者多個STAT。之后JAK催化STAT發生磷酸化，活化的STAT蛋白以二聚體的形式進入核內，與DNA靶序列特異性結合，調節相應基因表達，完成細胞因子介導的信號由胞外傳至胞內的全過程。對體外內皮細胞實驗證實[20]，抑制STAT3化能顯著降低VEGF和HIF-1α表達水平，同時miRNA-9能下調內皮細胞中的細胞因子信號轉導抑制因子(SOCS5)，激活JAK/STAT信號通路，增加內皮細胞遷移和增殖。有研究表明多種細胞因子(PDGF、PIGF)可通過JAK/STAT誘導了平滑肌細胞的增殖與遷移，與動脈粥樣硬化病病變密切相關，而抑制JAK2/STAT3信號通路可誘導平滑肌細胞凋亡。

3中醫藥對血管新生信號通路的調節

許多疾病如類風濕關節炎、腫瘤等疾病的發病均伴隨有血管新生，特別是微血管新生更是與疾病的發展、發展密切相關。在中醫學傳統理論“扶正祛邪”及“活血通絡”理論指導下，結合辨病與辨證，中醫藥在治療以血管新生為主要病變基礎的疾病上取得了一定成績。

3.1中醫藥對VEGF通路的影響有研究表明中藥復方制劑新風膠囊(藥物組成：黃芪、薏苡仁、雷公藤、蜈蚣)能有效降低AA大鼠足跖腫脹度、關節炎指數、滑膜微血管密度MVD，該藥物影響滑膜血管翳形成的主要機制與新風膠囊能有效降低AA大鼠滑膜VEGF-A mRNA的表達有關[21]。臨床研究證明消痰散結方[22](藥物組成：制南星、制半夏、枳實、陳皮、茯苓、全蝎、蜈蚣、土鱉蟲、炙甘草)對胃癌患者胃癌組織、胃癌癌旁近端、胃癌癌旁遠端組織微血管密度MVD和VEGF-A/VEGF-2 有不同程度的下調作用，消痰散結方治療胃癌的部分作用機制可能與其抑制VEGF-A/VEGF-2信號通路，降低微血管密度有關。

3.2中醫藥對Notch通路的影響研究表明蝎毒多肽提取物[23]可能通過抑制腫瘤微環境中Notch1和Del14的表達，從而發揮抑制腫瘤新生微血管功效。中藥化痰消瘀方[24](藥物組成：陳皮、半夏、半枝蓮、貓爪草﹑雞內金、紫丹參、薏苡仁、蒲黃粉、蒲公英)可顯著改善胃癌前病變模型大鼠胃黏膜組織病理學狀況，逆轉癌前病變，其機制可能是通過下調Notch1表達，從而促使細胞增殖與凋亡的狀態平衡有關。

3.3中醫藥對TEN/PI3K/AKT通路的影響有研究表明在肺腺癌移植瘤裸鼠模型中,瘤裸鼠脾、胃、肺組織中PI3K，AKT蛋白和基因表達增加，順鉑聯合補中益氣湯[25](藥物組成：黃芪、甘草、人參、當歸、橘皮、升麻、柴胡、白術)可降低肺腺癌移植瘤裸鼠脾、胃、肺中PI3K、AKT蛋白及基因的表達，從而保護脾、胃、肺的功能，PI3K/AKT信號通路上可能有補中益氣湯作用的靶點。

3.4中醫藥對JAK/STAT信號通路的影響研究表明[26]益氣活血解毒方(藥物組成：銀花藤、黃芪、薏苡仁、南星、乳香、沒藥、川芎、歸尾、赤芍、姜黃、生地黃、防風)能明顯抑制膠原誘導性關節炎大鼠關節滑膜組織增生，緩解炎性滲出，并顯著降低CIA大鼠血清中白細胞介素、基質金屬蛋白酶(MMP)2、MMP13，升高基質金屬蛋白酶的組織抑制劑(TIMP)1、TIMP3的含量，益氣活血解毒方能夠抑制IL-6介導的Jak/Stat細胞信號通路活性，調節MMP/TIMP的失衡狀態，抑制關節軟骨及骨質的炎性損傷。

血管新生過程中涉及細胞因子網絡如炎性細胞因子、生長細胞因子等互相交織，信號傳導通路通過激酶相互聯系和作用，不同信號通路之間信息交互作用存在的可能的“cross-talk”等因素決定了血管新生的繁瑣復雜。這些因素決定了對疾病血管新生病變開展研究不能流于單一方法、角度、單種細胞的研究，應開展體內與體外實驗相結合的實驗研究，實驗應采用先進的、不同層次檢測方法，同時高度注重局部病變與整體的聯系。

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基金項目:國家臨床重點專科中醫風濕病科建設項目(財社[2013]239號)；國家中醫藥重點學科中醫痹病學建設項目(國中醫藥發[2009]30號)；“十二五”國家科技支撐計劃項目(2012BAI26B02)；安徽省重點實驗室建設項目(1306c083035); 安徽省科技計劃項目(11010402170)

作者簡介：劉磊,博士在讀，Email：dr_tcm_liu@126.com 通信作者：劉健，主任醫師，教授，博士生導師,Email：liujianahzy@126.com.cn

中圖分類號:R285；R331.3

文獻標識碼:A

DOI:10.3969/J.issn.1672-6790.2016.03.031

Corresponding author:Liu Jian,Email：liujianahzy@126.com.cn

(收稿日期：2016-02-17)

Effects of traditional Chinese medicine on angiogenesis related signaling pathway

LiuLei*,LiuJian,WanLei,ZongRuikai,CaoYunxiang

(*HubeiUniversityofChineseMedicine,Wuhan430065,China)

[Abstract]Angiogenesis is a common and important process of physiological and pathological.The process involves a lot of cells,cytokines and related signaling pathways.The development of many diseases are closely related to angiogenesis.Cytokines can affect angiogenesis by signaling pathways to mediate migration,proliferation,apoptosis of angiogenesis-related cell.In recent years,new research about mechanism of angiogenesis shows that VEGF pathway,Notch pathway,PTEN/PI3K/AKTpathway,JAK/STAT pathway involved in regulating angiogenesis.Chinese medicine can be regulating angiogenesis by adjusting signal transduction pathways,and had made certain achievements in the treatment of angiogenesis-based diseases.

[Key words]Angiogenesis modulating agents;Neovascularization,physiologic;Signal transduction；Drugs,Chinese herbal