類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎血管增生的機制研究進展

章 敏，高 梅，陳鏡宇 綜 述 宋禮華，魏 偉 審校

血管增生是一種程序化的級聯(lián)反應(yīng)，通常是各種原因引起的促血管生成因子增加，激活血管內(nèi)皮細胞進而產(chǎn)生一些蛋白水解酶包括基質(zhì)金屬蛋白酶及纖溶酶原激活物等，其降解血管基底膜及血管周圍的細胞外基質(zhì)，同時血管內(nèi)皮細胞通過增殖和遷移至血管周圍區(qū)域形成毛細血管袢進而形成新生血管。血管的過度增生廣泛存在于類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis, RA)等自身免疫病中[1]。RA是一種慢性進行性多系統(tǒng)受累的自身免疫病，其關(guān)節(jié)局部基本病理變化是滑膜細胞進行性增生肥大、滑膜組織新生血管致血管翳的形成。滑膜血管的增生可能是RA難以得到根治的原因之一，此特點與惡性腫瘤中血管增生類似，RA患者血中一些促血管生成因子常常升高，其關(guān)節(jié)微環(huán)境常常表現(xiàn)為關(guān)節(jié)腔內(nèi)的低氧、大量致炎因子及血管活性分子浸潤等[2]。因此，如何抑制RA患者滑膜血管增生是RA研究的熱點與難點，本文就目前RA中滑膜血管增生的分子機制及其作為治療靶點的研究進展作一綜述。

1 血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)和缺氧誘導(dǎo)因子1(hypoxia-inducible factor-1, HIF-1)

在一些惡性腫瘤及炎性疾病中VEGF可能是影響血管增生獨立的重要因素。在體外實驗中，VEGF可以促進血管內(nèi)皮細胞的增殖、遷移及成管[3]。VEGF與血管內(nèi)皮細胞的相應(yīng)受體結(jié)合產(chǎn)生的信號過程參與血管增生的全過程，包括血管內(nèi)皮細胞的增殖、分化遷移等。VEGF蛋白家族主要包括有VEGF-A、B、C、D、E五種，其與血管內(nèi)皮細胞膜上相應(yīng)受體結(jié)合產(chǎn)生不同的作用，如：VEGF-A選擇性的與VEGFR1和VEGFR2結(jié)合促進內(nèi)皮細胞的再生，VEGF-C特異性的與VEGFR3結(jié)合參與調(diào)解淋巴管的再生，VEGFR2磷酸化后激活下游的MAPK與ERK1/2則參與內(nèi)皮細胞的增殖與成管[4]。VEGF在血管增生中扮演著極為重要的角色，與血管內(nèi)皮細胞增殖、遷移、成管及凋亡均密切相關(guān)[5]。一些促炎細胞因子如腫瘤壞死因子-α (tumor necrosis factor-α, TNF-α)、白細胞介素-1(interleukin-1, IL-1)、IL-6、IL-17、 IL-18、NO、肝細胞生長因子(hepatocyte growth factor, HGF)、巨噬細胞遷移抑制因子(macrophage migration inhibitory factor, MIF)、內(nèi)皮素-1(endothelin-1, ET-1)及前列腺素均可促進滑膜成纖維細胞釋放VEGF，進而促進血管的再生[6]。在動物實驗中，針對VEGF及其受體治療的研究顯示，在膠原誘導(dǎo)性關(guān)節(jié)炎(collagen-induced arthritis, CIA)的動物模型中應(yīng)用VEGFR蛋白激酶抑制劑PTK787、VEGFR1單克隆抗體均可延緩CIA滑膜炎的發(fā)病時間、減少炎性細胞的浸潤及血管內(nèi)皮細胞的活化[7]。

關(guān)節(jié)炎關(guān)節(jié)內(nèi)常常由于代謝活躍使局部處于缺氧狀態(tài)，局部缺氧的微環(huán)境致內(nèi)皮細胞質(zhì)內(nèi)的HIF-1α轉(zhuǎn)到細胞核內(nèi)與HIF-1β相結(jié)合，促進巨噬細胞及滑膜成纖維細胞分泌VEGF。體外細胞實驗表明HIF-1α促進血管增生的機制主要依賴于VEGF作用，另外，HIF不僅參與RA中的血管增生，同時也參與了滑膜炎性反應(yīng)及軟骨的破壞[8]。

2 血管生成素

在RA患者的滑膜組織、巨噬細胞及血管內(nèi)皮細胞中，血管生成素1(Ang1)及其酪氨酸激酶受體2(Tie2)明顯升高。采用腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)刺激RA滑膜成纖維細胞，Ang1表達明顯升高，但采用TNF刺激血管內(nèi)皮細胞，Ang1的表達并無明顯變化。Ang1在血管形成中的作用不同于VEGF，其主要作用是維持血管形成的穩(wěn)定性，而且，阻斷Ang1的受體Tie2能抑制VEGF的促血管生成作用，說明Ang與VEGF信號通路存在著交集[9]。采用腺病毒表達的可溶性Tie2受體能明顯減輕膠原誘導(dǎo)大鼠關(guān)節(jié)炎模型中的關(guān)節(jié)滑膜組織血管增生、腫脹及骨質(zhì)破壞。抗血管生成蛋白DAAP可與Ang1、Ang2及VEGF特定的結(jié)構(gòu)域相結(jié)合，能顯著降低膠原誘導(dǎo)大鼠關(guān)節(jié)炎模型中的關(guān)節(jié)滑膜組織血管增生[10]。AMG386是一種抑制血管新生的藥物，通過抑制Ang1/2與Tie2受體的結(jié)合從而抑制新生血管的生成，廣泛用于惡性腫瘤的治療中，但目前其在RA中的作用尚不明確。

3 趨化因子及其受體

趨化因子是指一類具有趨化細胞定向移動的小分子化學(xué)誘導(dǎo)物，分子量在8～14 ku。人類的趨化因子約50余種，根據(jù)其結(jié)構(gòu)和功能的不同分為4個亞類：CXC類、CC類、CX3C類及C類，其與細胞表面的趨化因子受體結(jié)合后發(fā)揮生物學(xué)功能。

3.1CXC類的趨化因子CXC類的趨化因子促進血管生成的特性取決于其氨基端CXC結(jié)構(gòu)域之前的谷氨酸-亮氨酸-精氨酸(ELR)結(jié)構(gòu)域，根據(jù)是否含ELR結(jié)構(gòu)域分為CXC-ELR(+)和CXC-ELR(-)。前者主要有IL-8/CXCL8、上皮中性粒細胞活化肽-78(ENA-78)/CXCL5、生長調(diào)節(jié)致癌基因α(groα)/CXCL1、結(jié)締組織活化肽-Ⅲ(CTAP-Ⅲ)/CXCL7等。抑制血管增生的趨化因子多為CXC- ELR(-)，如：血小板因子4(PF4)/CXCL4、γ-干擾素誘導(dǎo)單核細胞因子(MIG)/CXCL9、γ-干擾素誘導(dǎo)蛋白10(IP-10)/CXCL10，這些趨化因子主要通過負反饋抑制VEGF誘導(dǎo)的血管增生。

但基質(zhì)細胞衍生因子-1(SDF-1)/CXCL12例外，其不含有ELR結(jié)構(gòu)域，卻在RA滑膜血管增生中起促進作用，RA時關(guān)節(jié)的局部缺氧微環(huán)境中滑膜纖維細胞大量分泌CXCL12，CXCL12與其受體CXCR4結(jié)合參與血管重塑和生成，并能促進各種內(nèi)皮細胞的遷移，從而促進毛細血管形成。用AMD3100阻斷CXCL12/CXCR4軸后發(fā)現(xiàn)，血管重塑障礙，新生的內(nèi)皮細胞形態(tài)異常，毛細血管的生長亦受到抑制[11]。在膠原誘導(dǎo)大鼠關(guān)節(jié)炎模型中，應(yīng)用CXCL12的拮抗劑普樂沙福(plerixafor，AMD3100)可明顯緩解大鼠關(guān)節(jié)的腫脹，但其在減少關(guān)節(jié)滑膜血管增生方面并未發(fā)現(xiàn)有明顯作用。現(xiàn)AMD3100已用于治療非霍奇金淋巴瘤、多發(fā)性骨髓瘤等[12]；CXCR4的拮抗劑BMS-936564可特異性的與CXCR4相結(jié)合從而抑制CXCL12誘導(dǎo)的細胞遷移，目前用于多發(fā)性骨髓瘤的一期臨床試驗中[13]。但這兩種藥物對RA關(guān)節(jié)滑膜血管增生的影響尚未明確。

CXCL16作為促進血管增生的趨化因子，可促進人臍血管內(nèi)皮細胞的血管形成，其主要是通過自分泌的形式激活ERK1/2、AKt及p38信號來升高HIF-α，促進VEGF的分泌致血管增生[14]。

3.2CC類趨化因子CC類趨化因子絕大部分也是由RA關(guān)節(jié)組織中的巨噬細胞和滑膜成纖維細胞在受一些促炎細胞因子如TNF、IL-6、IL-8、IL-17等刺激后分泌，在CIA動物模型中，滑膜組織中高表達CCL2、CCL3及CCL5，而采用其阻斷劑可減輕動物模型中關(guān)節(jié)炎的癥狀，其主要治病機制可能是趨化單核細胞在關(guān)節(jié)組織中聚集及浸潤。CCL21、CCL28也參與了RA中的血管增生，其促進血管增生主要是間接通過增加滑膜組織中的巨噬細胞和成纖維細胞分泌一些促血管形成因子，如：VEGF、IL-8及血管緊張素1等[15]。

3.3CX3C類趨化因子CX3CL1是目前發(fā)現(xiàn)的唯一的CX3C類趨化因子，在RA患者外周血的單核細胞、滑膜組織中的巨噬細胞、成纖維細胞及內(nèi)皮細胞均有表達，一些促炎細胞因子如TNF、IL-1β、IFN-γ均可增加其在內(nèi)皮細胞上的表達，采用其阻斷劑可降低單核細胞和內(nèi)皮細胞的遷移能力。

4 促炎性細胞因子

在RA血管增生中，TNF、IL-1、IL-6、IL-8、IL-17、IL-18、MIF等促炎性因子均扮演著重要角色，既可通過直接途徑作用于血管內(nèi)皮細胞，也可間接作用于滑膜中的其他細胞產(chǎn)生一些促血管增生因子，如：VEGF、HIF等，從而促進血管再生。

4.1TNFTNF與其受體TNFRII結(jié)合后明顯促進血管內(nèi)皮細胞的增殖與遷移，同時其自身及與IL-1、IL-17協(xié)同作用促進滑膜細胞分泌VEGF間接促進血管增生，其主要通過血管生成素1-酪氨酸激酶2-VEGF(Ang1-Tie2-VEGF)系統(tǒng)促進VEGF增加[16]。在RA患者中應(yīng)用TNF阻滯劑后，患者血漿中的VEGF水平明顯下降，同時發(fā)現(xiàn)其Ang1/Tie2表達也明顯降低，提示TNF一定程度上通過VEGF和Ang1/Tie2通路調(diào)節(jié)RA患者的血管增生。另外，TNF與IL-1、IL-6及IL-23一起促進Th-17細胞的分化，促進IL-17的分泌，而IL-17在RA的血管增生中起著重要的作用[17]。同時，RA患者應(yīng)用TNF阻滯劑后，Th-17細胞數(shù)量明顯減少，血漿中的IL-17、 IL-6、IL-21及 IL-23亦明顯降低。TNF還可以通過調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細胞分泌一些促血管再生的細胞黏附分子和趨化因子，如ICAM1、VCAM1、CXCL1、CXCL5、 CXCL8、 CCL2及CCL5進而影響RA患者的血管增生[18]。

4.2白細胞介素(interleukin,IL) IL-1本身并不直接促進RA血管增生，其促進血管增生主要是通過與IL-17協(xié)同作用增加Ang1-Tie2-VEGF信號中分子的表達，同時增加關(guān)節(jié)滑膜成纖維細胞分泌一些趨化因子如CCL21，還可促進CXCL16與其受體CXCR6結(jié)合從而間接促進血管增生[19]。IL-6同IL-1類似，其促進RA血管增生主要是通過與TNF、IL-1及IL-17的協(xié)同作用而增加VEGF及CCL28的表達，同時其與IL-1一起在Th17細胞的分化中起著重要作用[20]。IL-8是ELR(+)CXC類趨化因子，其促進血管增生主要通過與血管內(nèi)皮細胞上對應(yīng)的CXCR1及CXCR2受體相結(jié)合發(fā)揮生物學(xué)作用，同時TNF、IL-1及IL-17均可促進滑膜成纖維細胞分泌IL-8。IL-17亦通過血管內(nèi)皮細胞上CXCR2受體發(fā)揮血管增殖的作用，同時其在破骨細胞生成中發(fā)揮重要作用，可誘導(dǎo)骨母細胞表面的核因子κ-B配體(RANKL)的表達，促進破骨細胞生成[21]。RA滑膜液內(nèi)的中性粒細胞、巨噬細胞、成纖維細胞及血管內(nèi)皮細胞均可分泌IL-18，IL-18刺激滑膜成纖維細胞可釋放很多炎性因子，如血管黏附分子、細胞間黏附分子1、趨化因子(CXCL1、CXCL 5、CXCL 12、CXCL 20)、VEGF、IL-8等，在RA早期可以促進中性粒細胞遷移，在RA活動期時在關(guān)節(jié)內(nèi)招募骨髓細胞促進炎癥的發(fā)展及觸發(fā)血管的增生。

IL-35是IL-12細胞因子家族中的一種抗炎因子，包括有IL-12、IL-23及IL-27等。在體外實驗中，IL-35能抑制VEGF誘導(dǎo)的人臍靜脈血管內(nèi)皮細胞遷移、成管及Ang2的分泌，IL-35亦能明顯抑制Ang2的促人臍靜脈血管內(nèi)皮細胞新生作用。另外，IL-35抑制VEGF或Ang2誘導(dǎo)的人臍靜脈血管內(nèi)皮細胞分泌基質(zhì)金屬蛋白酶2 (matrix metalloproteinase-2, MMP-2)、MMP-9、IL-6、IL-8[22]。

5 基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMP)與黏附分子

5.1MMPMMP是一類需要鋅離子、鈣離子等金屬離子作為輔助因子的家族蛋白酶類，正常關(guān)節(jié)組織即有表達，但在RA患者中其表達明顯升高。RA滑膜組織中巨噬細胞、成纖維細胞及內(nèi)皮細胞均可表達MMP-2、MMP-9，其與MMP-1、MMP-13一起參與RA中的血管內(nèi)皮的增生。不同種類的MMP在RA的發(fā)生發(fā)展起著不同的作用，在動物模型中，研究[23]顯示缺少MMP-2、MMP-9、MMP-13的大鼠的關(guān)節(jié)血管增生及骨生長明顯受到抑制，缺少MMP-3、MMP-7并無此現(xiàn)象，而MMP-3與RA的活動情況有一定的相關(guān)性。但以MMP作為作用靶點的藥物卻不能取得滿意的效果，阿雷司他(apratastat)和西馬司他托卡特(cipemastat trocade)均為MMP抑制劑，其對RA的治療作用也未能通過臨床試驗[24]。

5.2連接黏附分子(junctionaladhesionmolecule,JAM) 連接黏附分子廣泛分布于細胞表面或細胞外基質(zhì)中，RA的滑膜成纖維細胞、巨噬細胞高表達連接黏附分子-C(junctional adhesion molecule C, JAM-C)，使用IL-1、IL-17、TNF刺激內(nèi)皮細胞、滑膜成纖維細胞時其明顯升高[25]。動物關(guān)節(jié)炎模型研究[26]顯示，應(yīng)用單克隆抗JAM-C抗體能明顯降低模型組的關(guān)節(jié)炎癥狀，減輕滑膜的炎性反應(yīng)，但并不能明顯影響內(nèi)皮細胞的遷移能力，而在JAM-C缺陷小鼠卵巢腫瘤模型中，其血管增生作用明顯弱于野生型小鼠和關(guān)節(jié)滑膜液，中和可溶性黏附分子1 (soluble intracellular adhesion molecule, sICAM-1) 亦能明顯降低滑膜中的血管增生。

sICAM-1和sICAM-3在RA的滑膜成纖維細胞、巨噬細胞中均高表達，同時TNF的刺激可以促進其表達。RA患者關(guān)節(jié)滑液中發(fā)現(xiàn)sICAM1、sICAM3及可溶性血管細胞黏附分子1(soluble vascular cell adhesion molecule，sVCAM1)明顯升高，血漿中的sICAM1、sVCAM1濃度與血漿中的VEGF、紅細胞沉降率、C-反應(yīng)蛋白呈正相關(guān)。那他珠單抗是一種作用于VCAM1受體α4整合素的單克隆抗體，在體外實驗及動物腫瘤模型中，能明顯降低VEGF的表達及抑制關(guān)節(jié)滑膜血管的增生[27]。

參考文獻

[1] Tas S W,Maracle C X,Balogh E, et al. Targeting of proangiogenic signalling pathways in chronic inflammation[J]. Nat Rev Rheumatol,2016,12(2):111-22.

[2] Semerano L, Clavel G, Assier E, et al. Blood vessels, a potential therapeutic target in rheumatoid arthritis [J]. Joint Bone Spine, 2011, 78(2):118-23.

[3] Umaru B, Pyriochou A, Kotsikoris V, et al. ATP-sensitive potassium channel activation induces angiogenesisinvitroandinvivo[J]. J Pharmacol EXP THER, 2015,354(1):79-87.

[4] Su C M, Huang C Y, Tang C H. Characteristics of resistin in rheumatoid arthritis angiogenesis[J]. Biomark Med, 2016,10(6):651-60.

[5] Marrelli A, Cipriani P, Liakouli V, et al. Angiogenesis in rheumatoid arthritis: a disease specific process or a common response to chronic inflammation [J]. Autoimmun Rev, 2011,10(10):595-8.

[6] Szekanecz Z, Koch A E. Macrophages and their products in rheumatoid arthritis [J]. Curr Opin Rheumatol, 2007,19(3):289-95

[7] Grosios K, Wood J, Esser R, et al. Angiogenesis inhibition by the novel VEGF tyrosine kinase inhibitor, PTK787/ZK222584, causes significant anti-arthritic effects in models of rheumatoid arthritis[J]. Inflamm Res, 2004, 53(4):133-42.

[8] Hua S, Dias T H. Hypoxia-inducible factor (HIF) as a target for novel therapies in rheumatoid arthritis[J]. Front Pharmacol,2016,7(286):184-92.

[9] Daly C, Eichten A, Castanaro C, et al. Angiopoietin-2 functions as a Tie2 agonist in tumor models, where it limits the effects of VEGF inhibition[J]. Cancer Res, 2013, 73(1):108-18.

[10] Hah Y S, Koh Y J, Lim H S, et al. Double-antiangiogenic protein DAAP targeting vascular endothelial growth factor A and angiopoietins attenuates collagen-induced arthritis[J]. Arthritis Res Ther, 2013, 15(4):1-10.

[11] Kanbe K， Chiba J， Inoue Y, et al. SDF-1 and CXCR4 in synovium are associated with disease activity and bone and joint destruction in patients with rheumatoid arthritis treated with golimumab[J]. Mod Rheumatology, 2016,26(1): 46-50.

[12] Fruehauf S. Current clinical indications for plerixafor [J]. Transfu Med Hemoth, 2013,40(4):246-50.

[13] Kuhne M R, Mulvey T, Belanger B, et al. BMS-936564/MDX-1338: a fully human anti-CXCR4 antibody induces apoptosisinvitroand shows antitumor activityinvivoin hematologic malignancies[J]. Clin Cancer Res, 2013, 19(2):357-66.

[14] Yu X, Zhao R, Lin S, et al. CXCL16 induces angiogenesis in autocrine signaling pathway involving hypoxia-inducible factor 1α in human umbilical vein endothelial cells[J]. Oncology Reports, 2015,35(3):1-9.

[15] Chen Z, Kim S J, Essani A B, et al. Characterising the expression and function of CCL28 and its corresponding receptor, CCR10, in RA pathogenesis[J]. Ann Rheum Dis, 2015,74(10):1898-906.

[16] Honorati M C, Neri S, Cattini L, et al. Interleukin-17, a regulator of angiogenic factor release by synovial fibroblasts[J]. Osteoarthr Cartilage, 2006, 14(4):345-52.

[17] Pickens S R, Chamberlain N D, Volin M V, et al. Anti-CXCL5 therapy ameliorates IL-17-induced arthritis by decreasing joint vascularization[J]. Angiogen, 2011, 14(4): 443-55.

[18] Shu Q, Amin M A, Ruth J H, et al. Suppression of endothelial cell activity by inhibition of TNFα [J]. Arthritis Res Ther, 2012, 14(2):1-15.

[19] Isozaki T, Arbab A S, Haas C S, et al. Evidence that CXCL16 is a potent mediator of angiogenesis and is involved in endothelial progenitor cell chemotaxis: studies in mice with K/BxN serum-induced arthritis[J]. Arthritis Rheum, 2013, 65(7):1736-46.

[20] Schinnerling K,Aguillón J C,Catalán D, et al. The role of interleukin-6 signaling and its therapeutic blockage in skewing the T cell balance in rheumatoid arthritis[J]. Clin Exp Immunol， 2017, 189(1):12-20.

[21] Kuwabara T, Ishikawa F, Kondo M, et al. The role of IL-17 and related cytokines in inflammatory autoimmune diseases[J]. Mediat Inflamm, 2017, 2017 (12):1-11.

[22] Jiang S, Li Y, Lin T, et al. IL-35 inhibits angiogenesis through VEGF/Ang2/Tie2 pathway in rheumatoid arthritis[J]. Cell Physiol Biochem, 2016, 40(5): 1105-16.

[23] Skacelova M, Hermanova Z, Horak P, et al. Higher levels of matrix metalloproteinase-3 in patients with RA reflect disease activity and structural damage[J]. Biomed Pap, 2017, 161(1):1-10.

[24] Dorman G, Cseh S, Hajdu I, et al. Matrix metalloproteinase inhibitors: a critical appraisal of design principles and proposed therapeutic utility[J]. Drugs, 2010, 70(8):949-64.

[25] Umar S, Hedaya O, Singh A K , et al. Thymoquinone inhibits TNF-α induced inflammation and cell adhesion in rheumatoid arthritis synovial fibroblasts by ASK1 regulation[J]. Toxicol Appl Pharmacol, 2015,287(3):299-305.

[26] Koch A E, Halloran M M, Haskell C J, et al. Angiogenesis mediated by soluble forms of E-selectin and vascular cell adhesion molecule-1[J]. Nature, 1995, 376(6540): 517-9.

[27] Podar K, Zimmerhackl A, Fulciniti M, et al. The selective adhesion molecule inhibitor Natalizumab decreases multiple myeloma cell growth in the bone marrow microenvironment: therapeutic implications[J]. Br J Haematol, 2011, 155(4):438-48.