SDF—1/CXCR4軸及其抑制劑AMD3100調控Tip內皮細胞成血管效應的研究進展

孫英倫　楊鏞

【摘要】 SDF-1/CXCR4軸近年來被廣泛研究，它在調控Tip內皮細胞遷移及成血管等過程中起著重要的作用。AMD3100為SDF-1/CXCR4軸的抑制劑，可以選擇性抑制SDF-1與CXCR4結合，在血管形成中受到廣泛研究。本文對SDF-1/CXCR4軸及其抑制劑AMD3100在調控Tip內皮細胞成血管效應中的最新研究進展進行綜述。

【關鍵詞】 SDF-1/CXCR4軸； Tip內皮細胞； AMD3100； 血管形成

doi：10.14033/j.cnki.cfmr.2017.5.087 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6805（2017）05-0160-03

近年來Tip內皮細胞在血管新生中的作用日益成為人們研究的熱點，通過調控它的功能進而正性或負性影響新生血管的進程，這對缺血性疾病、腫瘤疾病等都有著重要的意義。

1 Tip內皮細胞及血管形成

新生血管形成是一個復雜的過程，它起始于胚胎發育期中胚層的血管內皮祖細胞（endothelial progenitor cells，EPCs），通過它增殖、遷移、聚集等形成初級血管叢，這一過程被稱為血管發生（vsaculogenesis）。再通過初級血管網進一步生長、分化、塑型等，形成不同等級的動靜脈、毛細血管網等，這一過程被稱為血管形成（angiogenesis）。同時EPCs也在血管內皮損傷后的修復中起著重要作用[1]。它可以遷移到缺血損傷、炎癥及腫瘤組織中形成新生血管，并分泌多種生長因子，包括血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、粒細胞集落刺激因子（granulocyte colony stimulating factor，G-CSF）、白細胞介素-8（nterleukin-8，IL-8）等促進新血管形成過程和組織再生[2]。其中VEGF-A起著關鍵作用，它與VEGFR2結合并激活Dll4/Notch信號通路，使原處于休眠狀態的內皮細胞轉化為Tip內皮細胞，作為整個新生血管的開端。Tip內皮細胞也叫尖端細胞，最初是由Kurz等[3]在鵪鶉胚胎細胞血管發生的最前端發現的。隨后由Gerhardt等[4]于2003年提出Tip內皮細胞這一概念。它是一種獨特的內皮細胞，具有高度遷移能力但無增殖性，可伸出大量的絲狀偽足到周圍組織中充分接受各種生長因子、化學信號的刺激，調控新生血管的數量和生長方向。且這些絲狀偽足可與鄰近的Tip內皮細胞相互識別并融合，進而形成穩定的血管連接。而Tip內皮細胞之后的部分被稱為莖細胞（stalk cell），它構成了出芽血管的體部且在VEGF-A促進下具有增殖性，使新生血管向下生長。Yana等[5]研究證實，通過Tip內皮細胞產生的Ⅰ型膜結合型基質金屬蛋白酶（membrane type Ⅰ metal loprotease，MTI-MMP）來水解內皮基底膜，從而在血管生芽起始階段給莖細胞提供生長所需的空間生成管腔，進而形成結構完整、功能健全的血管，即管腔化（tubulogenesis）的過程。它的發現也證實了莖細胞是在Tip細胞帶領下增殖分化，從而形成新的血管。有研究證實，Dll4/Notch信號通路對Tip內皮細胞的偽足形成和遷移能力有一定的抑制作用，并可調節VEGF因子的表達，降低其活性，以調控新生血管的穩定[6]。最近的研究表明，活化的轉錄因子Nrf2能夠阻斷內皮細胞中的PI3K/AKT信號通路，進而引起Dll4-Notch通路功能受到抑制，促進Tip內皮細胞在新生血管中出芽[7]。此外有研究證實，存在于莖細胞內的Notch受體的另一配體Jagged-1，能夠抑制Notch/Dll4信號通路，從而確保從Tip內皮細胞向莖細胞生長的血管萌芽過程順利進行[8]。通過VEGF-VEGFR/Dll4-Notch/Jagged1-Notch三組信號通路使Tip內皮細胞和莖細胞的相對數目處于一個平衡狀態，保證了正常的血管新生過程。

2 SDF-1/CXCR4軸

趨化因子屬于細胞因子大家族中的亞家族，它可以通過與靶細胞上合適的跨膜G蛋白受體結合促進細胞的聚集和遷移。根據其N端前兩個半胱氨酸在氨基酸序列中的位置，趨化因子可以分為四種亞型：（X）C，CC，CX3C and CXC[9]。趨化因子CXC的配體SDF-1，又名CXCR12或前B細胞刺激因子（Pre-B cell stimulatory factor，PBSF），是第一個被證實在造血、心臟發育、血管形成、神經發育和組織干細胞形成中其重要作用的因子[10]。SDF-1最早是在小鼠骨髓基質細胞分泌的產物中被發現的。現已證實它在骨髓、心臟、腎臟、肝臟、胸腺、眼部和中樞神經系統等組織中廣泛表達。人類SDF-1基因是一種位于染色體10q11.1位點，編碼89和93個氨基酸多肽的封閉型基因。它有6種同分異構體：SDF-1α、SDF-1β、SDF-1γ、SDF-1δ、SDF-1ε、SDF-1ψ，其中前三種被證實來自于選擇性mRNA剪接，同時也說明SDF-1是在剪接過程而不是轉錄水平被調節[11]。在這些同分異構體中，SDF-1α被廣泛研究。通過構建心肌缺血的大鼠模型，證實了SDF-1α可促進干細胞遷移至遠端缺血部位新生血管進行修復，同時它也可促進組織缺血再灌注損傷的修復[12]。

CXCR4是SDF-1特異性趨化因子受體，是一種有7個跨膜區域的G-蛋白-耦聯化學因子受體。其基因編碼352個氨基酸，編碼基因位于人染色體2q21。SDF-1與CXCR4結合激活CXCR4受體偶聯的G蛋白，繼而激活下游信號轉導途徑，發揮免疫及炎癥修復，調節細胞趨化性、遷移、黏附、存活和增殖等眾多生物學作用。最早的關于CXCR4的研究集中在它對人類免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）感染的病理作用上。它是T型熱帶（X4）HIV病毒進入CD4+T細胞的一個共受體[13]。CXCR4在絕大多數間充質干細胞不表達，而在EPCs中高度表達。之后的研究發現，在造血細胞、內皮細胞、癌干細胞等一系列前體細胞中，CXCR4均有表達并且對胚胎發育中的細胞遷移和器官生長均有重要作用[14]。尤其在腫瘤細胞的研究中發現，CXCR4在多種人類癌癥中出現，如乳腺、腎臟、肺、結腸和大腦的癌癥上。在幾種惡性血液病，如白血病、骨髓瘤中，也可見高表達水平的CXCR4[15]。這種表達在晚期和轉移癌中尤為突出，推測這是與腫瘤發生的機制和結果有關。此外新的研究表明，CXCR4并不是SDF-1唯一的受體，SDF-1同樣能與另外一種7次跨膜蛋白受體CXCR7相結合[16]。但是CXCR4與CXCR7二者間的相互關系還沒被完全闡明。

3 SDF-1/CXCR4軸與Tip內皮細胞及血管形成

歸納總結近年來的研究，可以把SDF-1/CXCR4軸的生物學功能概括為以下幾點：（1）參與胚胎發育過程。（2）介導免疫及炎性反應。（3）介導HIV感染。（4）參與惡性腫瘤的生長、浸潤、轉移等。（5）調控多種干細胞遷移及歸巢。（6）參與新生血管形成。其中調控多種干細胞遷移及歸巢和新生血管形成，日益成為人們研究的重點。人們發現可以通過調節SDF-1/CXCR4軸的功能及表達，進而調控干細胞及其前體細胞的遷移，達到促進受損組織血管等再生重建的目的。SDF-1/CXCR4軸能促進各種內皮細胞，包括Tip內皮細胞的遷移，從而促進血管新生和組織修復。研究表明，通過分別應用50、100、200 ng/ml的SDF-1誘導Tip內皮細胞遷移，證實了SDF-1可促進Tip內皮細胞的遷移，且呈濃度依賴性[17]。多種干細胞或祖細胞的遷移具有SDF-1濃度依賴性的特點，即CXCR-4陽性表達的細胞具有向高濃度SDF-1趨化性移動的能力。通過構建大鼠心肌缺血模型，發現SDF-1在缺血部位大量表達，誘導干細胞聚集于損傷處新生血管，減輕心肌損傷[18]。

研究表明，CXCR4在多種人類癌癥細胞中過度表達，其中SDF-1/CXCR4軸介導的旁分泌和內分泌等過程對腫瘤細胞的增殖、侵襲、代謝和血管再生等起著重要作用。它也與腫瘤干細胞的再生密切相關[19]。此外在腫瘤細胞內，SDF-1/CXCR4軸也可激活多種影響細胞存活和增殖的信號傳導通路，如PI3K/AKT和MAPK就是兩個重要通路。最新的研究證實，血清應答因子（serum response factor，SRF）過度表達可以促進SDF-1因子表達，進而增強胃癌細胞的代謝水平。應用SDF-1/CXCR4軸拮抗劑AMD3100可降低SRF引起的胃癌細胞的活性[20]。現今SDF-1/CXCR4軸拮抗劑在腫瘤治療中的應用成為人們研究的熱點。最新的研究推測AMD3100主要通過兩種途徑抑制SDF-1/CXCR4軸在急性淋巴細胞白血病（acute myeloid leukemia，AML）中的功能：（1）通過AMD3100干擾AML細胞在化學治療中由基質成分引起的接觸性依賴和非依賴抵抗性；（2）通過影響SDF-1和激活其下游信號傳導通路，包括PI3K/AKT和MAPK信號通路，進而干擾SDF-1/CXCR4軸功能。

4 問題與展望

SDF-1/CXCR4軸能夠調節Tip內皮細胞的功能，進而影響血管再生這一過程。AMD3100可選擇性抑制SDF-1與CXCR4結合。研究SDF-1/CXCR4軸和AMD3100對Tip內皮細胞生血管過程的影響，對明確血管生成的機制及有效調控血管再生，尤其是腫瘤血管的生成有重要的意義。但目前尚有許多問題待解決：SDF-1/CXCR4軸誘導Tip內皮細胞遷移的具體機制；CXCR4在癌癥細胞中過表達的原因；是否有更適合人體的SDF-1/CXCR4軸拮抗劑及其療效等。所以還需更加深入研究，以便更好地服務于臨床。

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（收稿日期：2016-10-30）