PDGF- C 和PDGF- D 對心血管系統疾病影響的研究進展

錢丁丁 周建慶

血小板源性生長因子在20 世紀70 年代被首次發現，從那以后該因子得到了研究人員廣泛的研究[1]。PDGF 主要包括PDGF-A、PDGF-B、PDGF-C 和PDGF-D。人們先發現了PDGF-A 和PDGF-B，那時認為PDGF 僅涵蓋了這兩種[2-3]。直到2001 年和2002 年PDGF-C 和PDGF-D 被相繼發現人們才改變了這個看法[4-5]。PDGF 主要通過與兩個PDGF 酪氨酸激酶受體結合從而發揮它的生物學效應（PDGF-A 只能和PDGF-α 結合，PDGF-B 和PDGFR-α、PDGFR-β 都能結合，PDGF-C只能和PDGFR-α 結合，PDGF-D 只能和PDGFR-β 結合）。傳統意義上，PDGF 被認為是間充質來源細胞（如成纖維細胞、平滑肌細胞和膠質細胞）的有絲分裂原。然而，最近有研究表明PDGF 的功能比以前認為的要廣泛得多，這些蛋白對多種細胞類型有直接影響，包括干細胞/祖細胞、神經元細胞、血管內皮細胞和炎癥細胞[6]。由此可見，PDGF 在生理和病理條件下發揮著重要作用。此外，由于其強大的作用，PDGF 及其受體被認為是治愈很多疾病的一個靶點。

1 PDGF-C 和PDGF-D 的結構和生物學功能

PDGF-C 和PDGF-D 屬于PDGF/血管內皮生長因子家族，分別存在于4 號染色體和11 號染色體上[7]。PDGF-C 和PDGF-D 除了具有經典PDGF 的共同結構（即PDGF-A 和PDGF-B）外，還有一個額外的獨特的n端幼崽結構域（補體亞組分c1r/c1s、海膽表皮生長因子樣蛋白和骨形態發生蛋白1）與細胞外基質結合防止擴散[8-9]。CUB 結構域蛋白（CUB domain-containing protein，CDCP）阻斷了n 端生長因子結構域受體的結合，需要體外裂解生長因子結構域才能激活并誘導受體信號傳導[10-11]。PDGF-C 和PDGF-D 的鉸鏈區位于幼崽結構域和生長因子結構域之間，含有幼崽結構域在受體結合前蛋白水解去除的裂解位點。PDGF-C 和PDGF-D 是同源二聚體（PDGF-CC 和PDGF-DD），在蛋白水解激活前以全長形式分泌。細胞外裂解是由絲氨酸蛋白酶進行的。纖溶酶和組織纖溶酶原激活劑（Tissue plasminogen activator，tPA）裂解PDGF-C，而纖溶酶、尿激酶纖溶酶原激活物（Urokinase plasminogen activator，uPA）和基質酶可裂解PDGF-D[11-13]。Riehle 等[13]用tPA 敲除小鼠與過表達PDGF-C 的轉基因小鼠雜交，結果顯示分裂的PDGF-C水平仍然很高，提示其他蛋白酶也可能參與PDGF-C的裂解。一項研究還表明，使用基質酶去除CUB 結構域增加了PDGF-DD 與細胞外基質的結合，而生長因子域的裂解降低了PDGF-D 的締合和細胞外基質，這可以作為顯性負配體防止PDGF-B 和PDGFR-β 的激活介導[14-15]。最近的研究表明，通過修改neuropilin-1 PDGF 受體信號，從而影響PDGF-D 和PDGFR-β 信號的傳導[16]。PDGF-C 和PDGF-D 在許多不同類型的細胞和組織中都有廣泛的表達。人類PDGF-C 表達為3.9 kb 和2.8 kb兩個轉錄本[16]。PDGF-C 能促進巨噬細胞、平滑肌細胞、內皮細胞的增值和遷移[17-19]。通過對多種細胞類型的影響，PDGF-C 已被證明對胚胎發育、纖維化、傷口愈合和血管再生有著很大影響[20-21]。PDGF-D 主要表達于內皮細胞和平滑肌細胞[22]，它還在傷口愈合、纖維化以及癌癥和心血管疾病中有著重要的作用[23-25]。下面筆者對PDGF-C 和PDGF-D 對各種心血管系統疾病的影響作一概述。

2 PDGF-C 和PDGF-D 在心肌梗死中的作用

心肌梗死的定義為心肌細胞因長期缺血而死亡，它占缺血性心臟病的10%左右[26]。它發生在血液供應被阻斷到心肌的一段，這導致心肌壞死和凋亡。心肌梗死通常是由冠狀動脈粥樣硬化病變的破裂引起的，這會導致血栓的形成、堵塞動脈，使其無法向心臟區域供血,導致心肌細胞缺血壞死[27-28]。因此，需要能夠減少壞死和凋亡、增加細胞存活和血管重建、減少膠原沉積和炎癥的治療干預。而血管生成因子的組合基因治療可能是改善梗死心臟功能的一種有前途的治療策略。事實上，已有研究表明PDGF-CC 蛋白治療可增強心肌梗死小鼠缺血后的血運重建[28-29]。還有研究發現心肌梗死后，梗死區PDGF-A 和PDGF-D 表達水平升高，而梗死周圍正常心臟PDGF-B 和PDGF-C 表達水平降低[30]。此外，PDGF-D表達水平在梗死晚期增加，并持續升高6 周，邊緣區及梗死心肌染色較強。在心肌梗死的早期和晚期階段均可檢測到PDGFR-α 和PDGFR-β 表達水平上升[30]。使用PDGFR-α 和PDGFR-β 中和抗體會抑制這些受體并減少膠原蛋白沉積在梗死的區域。PDGFR-β 抑制導致有缺陷的血管生成和新生成的血管的滲透性增加。相比之下，PDGFR-α 抑制沒有這種效果。此外，在誘導產生心梗后的第7 天，在小鼠使用PDGFR-β 抑制區域顯示出梗死心臟中含有紅細胞的出血性區域，說明PDGF 介導的信號通路在梗死后修復的調控中發揮著重要而獨特的作用。另一方面，研究表明PDGF-C 和PDGF-D 可能是心肌缺血梗死后修復所必需的，例如有研究表明，PDGF-C 蛋白治療可促進心肌缺血小鼠模型的再血管化，從而增加梗死心臟的血管密度和平滑肌細胞的覆蓋[31-32]。

3 PDGF-C 和PDGF-D 在心肌纖維化的作用

心肌纖維化是心肌細胞外基質（Cardiomyocyte extracellular matrix，ECM）蛋白的病理擴展，發生于大多數類型的心臟病[33]。這種情況常見于許多心臟疾病，如心肌梗死后、心力衰竭、高血壓和糖尿病性心肌病。心肌梗死會導致心肌細胞的突然丟失，并引發炎癥，從而導致ECM 替代壞死心肌[34]。此外，由高血壓引起的持續性壓力過載可導致廣泛的心肌纖維化，這可能導致心室擴張、合并舒張和收縮期心力衰竭。此外，代謝壓力、肥胖和毒性損害（如酒精）可以誘導心肌纖維化的進展變化。α-肌球蛋白重鏈（α-Myosin heavy chain，MHC）啟動子驅動的小鼠心臟中PDGF-C 的過度表達可誘導心臟纖維化、心肌病和脈管系統的改變。如微血管擴張和血管滲漏，增加了心肌中平滑肌包裹血管的密度[34-35]。類似地，表達由心臟特異性α-MHC 啟動子驅動的PDGF-D 核心結構域的PDGF-D 轉基因小鼠顯示心臟纖維化，隨后是擴張型心肌病并顯示血管重塑，例如血管擴張，平滑肌細胞（smooth muscle cell，SMC）覆蓋血管密度升高和血管SMC 的增殖，導致動脈壁增厚[36]。另外，PDGF-C刺激內皮祖細胞從骨髓中募集[37]。使用PDGF-D 處理的大鼠心臟成纖維細胞的體外研究表明，隨著金屬基質蛋白酶-1（MMP-1）、MMP-2、MMP-9，金屬蛋白酶組織抑制因子1（Metalloproteinase tissue inhibitor-1，TIMP-1）和TIMP-2 的表達增強，心臟成纖維細胞增殖和肌成纖維細胞分化增加[31]。有趣的是，PDGF-D 處理的心臟成纖維細胞表現出轉化生長因子β1（transforming growth factorβ1，TGF-β1）表達增加，TGF-β1 的沉默消除了PDGF-D誘導的TGF-β1 產生及其促纖維化作用，表明PDGF-D通過TGF -β1 信號通路在纖維發生中起作用。

4 PDGF-C 和PDGF-D 在心臟重塑中的作用

PDGF-D 也被認為參與大鼠梗死心臟的心臟重塑和心臟修復。所有PDGF 配體和受體均在正常心肌中表達。心肌梗死后，梗死心肌中PDGF-D 表達增加，主要由內皮細胞、巨噬細胞和肌成纖維細胞表達，而PDGFB 和PDGF-C 表達減少[30]。PDGF-C 在心臟特異性轉基因小鼠中的過度表達也誘導了較不發達的心肌纖維化，伴有成纖維細胞樣細胞和擴張型心肌病的增生[37-38]。冠狀動脈內腺相關病毒介導的PDGF-C 和PDGF-D 轉移增強了心臟同種異體移植物炎癥、纖維化和慢性排斥。基于這些結果，PDGF-A，PDGF-C 和PDGF-D 信號傳導的抑制可能抑制心臟同種異體移植物的慢性排斥反應。Fan 等[38]和Thomas 等[39]建立脫氧皮質酮誘導的高血壓、鹽敏感模型大鼠，探索了大鼠心肌纖維化中PDGF信號通路的調節機制。PDGF 家族的所有成員表達增加，PDGF-D 除外，其保持不變。使用抗炎藥法舒地爾抑制心肌炎癥和PDGF-A 和PDGF-B 的表達，PDGF-C 和PDGFR-α 降低，而PDGFR-β 未改變。

5 PDGF-C 和PDGF-D 在動脈粥樣硬化中的作用

在動脈粥樣硬化血管壁中，PDGF-C 和PDGF-D 均增加并主要由內皮細胞、血管SMC 和巨噬細胞分泌。PDGF-D 在暴露于動脈粥樣硬化血流的內皮細胞中表達上調，并在巨噬細胞分化期間被誘導。PDGF-D 在脂肪條紋中強烈表達，其增加的表達通過抑制多種SMC基因的表達促進血管SMC 表型轉換，包括平滑肌α-肌動蛋白（Smooth muscle α- actin，α-SMA）和平滑肌肌球蛋白重鏈[38]。此外，在血管成型術后的頸動脈粥樣硬化大鼠頸動脈內膜中PDGF-D 表達上調，并且已應用于大鼠頸動脈模型中[40]，PDGF-C 和PDGF-D 在血管的外膜層中的表達被上調。由于巨噬細胞積聚，PDGF-C 水平在動脈壁中增加，導致SMC 增殖[41]。結果表明，PDGFC 和PDGF-D 可能通過刺激MMP-9 的活性和影響單核細胞遷移從而在動脈粥樣硬化中發揮重要作用。PDGF-C 和PDGF-D 與血管損傷誘導的新內膜增生的形成有關，并且其可能成為預防血管再狹窄的靶標。

6 小結與展望

大量研究表明，PDGF-C 和PDGF-D 是心血管系統的關鍵調節因子。PDGF-C 和PDGF-D 在許多不同類型的細胞中廣泛表達，具有多向作用。體內和體外研究均已證明PDGF-C 和PDGF-D 治療可改善心臟功能并增加血管生成，并且PDGF-C、PDGF-D 和PDGF 受體的拮抗劑可在抑制纖維化或動脈粥樣硬化中具有治療用途。希望未來的研究可以更好地揭示PDGF-C和PDGF-D 在心血管系統中的功能和調節機制的分子基礎，這可能有助于開發治療人類疾病的新型治療策略。