血管內(nèi)皮生長因子多效性及其機制的探討

胡 玥，胡麗娜

(桂林醫(yī)學院，廣西 桂林 541199)

血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)的發(fā)現(xiàn)改變了我們對血管生成以及生理穩(wěn)態(tài)的認知。在短短的二十年里，我們對VEGF協(xié)調(diào)血管內(nèi)環(huán)境平衡的分子機制的理解逐漸清晰，VEGF在多種新生血管性疾病的發(fā)病機制中的中心作用也已變得非常明顯。闡明

VEGF的分子調(diào)控以及直接或間接靶向VEGF的多種治療途徑的變革性發(fā)展顯得愈發(fā)重要。本文將重點介紹VEGF生物學的關鍵節(jié)點，包括新生血管性疾病的多靶點治療方法。

1 VEGF概述

1.1 VEGF家族

VEGF(現(xiàn)稱為VEGF-A)家族由多個成員組成：VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E、VEGF-F和胎盤生長因子(PlGF)。最近，這個家族又增加了一個新成員，命名為內(nèi)分泌腺源性血管內(nèi)皮生長因子(EG-VEGF)。VEGF經(jīng)歷選擇性外顯子剪接，產(chǎn)生多種亞型，包括VEGF121、VEGF165、VEGF189和VEGF206，其中VEGF165是組織中最常表達的亞型，也是最具生理相關性的亞型。VEGF的幾種抑制亞型近年來也被描述，包括VEGF165b和VEGF-Ax，但關于抑制機制存在一些爭議，目前已證明VEGF-Ax實際上具有促血管生成和促進通透性特征[1]。

1.2 VEGF受體及受體表達

VEGF受體(VEGFR)主要包括VEGFR-1(Flt-1)、VEGFR-(KDR)和VEGFR-3(Flt-4)，均為受體酪氨酸激酶。VEGF與VEGFR-1和VEGFR-2結(jié)合，VEGF-B和PlGF與VEGFR-1結(jié)合(涉及VEGF誘導的趨化性和炎癥反應以及競爭性抑制VEGFR-2的生物學效應)，VEGF-C和VEGF-D與VEGFR-3結(jié)合(涉及淋巴管生成)。此外，內(nèi)皮細胞也表達VEGFR共受體，如神經(jīng)纖維蛋白-1(NRP-1)和神經(jīng)纖維蛋白-2(NRP-2)，它們調(diào)節(jié)酪氨酸激酶受體的活性，可以增強VEGF和VEGFR的結(jié)合以及信號傳導[2]。VEGFR-2是主要的信號受體，酪氨酸激酶活性高于VEGFR-1，介導與血管生成和神經(jīng)保護作用有關的細胞內(nèi)信號傳導。

2 VEGF與心血管系統(tǒng)

2.1 VEGF促進血管新生的正調(diào)節(jié)作用

VEGF是一種具有重要促血管生成活性的生長因子，通過維護血管內(nèi)皮細胞形態(tài)，調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮張力，維持血管正常功能，積極參與調(diào)節(jié)正常和病理性血管生成過程，在心血管疾病中起重要作用。《中國心血管病報告2018》指出，我國心血管疾病(CVD)死亡率占居民疾病死亡構(gòu)成的40%以上。在動脈粥樣硬化中，VEGF通過增加抗凋亡蛋白的表達水平和NO的合成來保護血管內(nèi)皮細胞。有研究表明，冠心病患者血清和血漿中VEGF水平升高，且與IL-18濃度相關[3]。這種增加說明當冠狀動脈損傷嚴重時，VEGF可被視為血運重建的標志物。因此，治療性血管生成可以改善冠心病患者的心肌缺血再灌注。一項在大鼠模型上進行的實驗顯示，血清VEGF水平與梗死區(qū)微血管密度增加呈正相關，表明VEGF在心肌重塑和血管生成中起作用[4]。我們先前的研究揭示了組織蛋白酶K(CatK)在缺血誘導的新生血管形成中起作用， CatK缺乏可降低缺血肌肉VEGF、Flt-1和磷酸化Akt蛋白的水平[5]。我們還觀察到慢性應激降低了腹股溝脂肪組織中胰島素受體底物1和葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白4基因的表達，與對照組小鼠相比，應激小鼠缺血肌肉中p-AMPKa、VEGF、PPAR-c和PGC-1a蛋白水平較低，提示在新生血管形成過程中，脂肪1/AMPKa信號和PPAR-c/PGC-1a軸的慢性應激相關失活。此外，心肌梗死后血漿中也檢測到VEGF水平的改變，并且與高炎癥細胞因子濃度相關，這表明VEGF水平的增加是持續(xù)炎癥活動的一部分。

2.2 VEGF對血管新生的負調(diào)節(jié)作用

越來越多的證據(jù)表明，VEGF和VEGFR剪接在各種病理條件下都能產(chǎn)生抗血管生成作用[6]。可溶性VEGFR1(sFlt1)也被稱為VEGF拮抗劑，可引起內(nèi)皮功能障礙、抑制血管生成、減少毛細血管修復和增加蛋白尿。此外，非典型Wnt-sFlt1信號通路已被證明是對髓細胞血管生成的負調(diào)節(jié)通路[7]。

VEGF165b具有抗血管生成和抑制癌細胞發(fā)生發(fā)展的作用，而wnt5a能夠上調(diào)VEGF165b的表達，在這種條件下，加強了抑制血管再生恢復的作用。VEGF165b可能代表了一種新的藥理學靶點來治療外周動脈疾病患者的肢體缺血。相應的，肥胖狀態(tài)下的系統(tǒng)代謝功能失調(diào)，肌肉組織中的wnt5a浸潤增加，缺血再灌注、毛細血管再生功能會受到抑制。同時，代謝功能障礙導致了促血管增生的VEGF表達減少，抑制其促進毛細血管內(nèi)皮再生作用。2014年的一項血管生物學研究也表明，Wnt5/SC35的激活可導致人和動物外周動脈疾病血管化受損。

2017年，我們的實驗研究了與衰老相關的 sFlt1 變化及其對缺血誘導新生血管的影響[8]。衰老已經(jīng)被證明會削弱哺乳動物身體在缺血性病理條件下形成新血管的能力， 導致新生血管生長減慢，組織再生能力降低。在缺血性壓力時，老化會引起過度的炎癥反應，低氧誘導下，激活的老年巨噬細胞中Wnt5a/SC35軸可促進sFlt1釋放，抑制VEGFR-2/AKt信號通路，影響新生血管生成。與衰老相關的新生血管損傷的機制可能是血管內(nèi)皮細胞(ECs)功能的下降和內(nèi)皮祖細胞(EPCs)數(shù)量的減少。詳見圖1。

圖1 VEGF對血管新生負調(diào)節(jié)作用的細胞及分子機制

3 VEGF與神經(jīng)系統(tǒng)

過去二十年的研究已經(jīng)確定了VEGF在腦功能和病理學中的多重作用。VEGF通過對神經(jīng)細胞的直接作用和對腦灌注的間接作用來促進應激環(huán)境(如缺血、缺氧、氧化應激等)條件下神經(jīng)細胞的存活，進而起到神經(jīng)保護作用[9]。此外，VEGF還可通過增加血管的灌注促進血管內(nèi)皮細胞存活，刺激內(nèi)皮細胞分泌神經(jīng)源性生長因子以及維持血-腦屏障的完整性等來發(fā)揮神經(jīng)保護作用[10]。但在某些應激情況下，病理性升高的VEGF水平會增加血管的通透性和滲漏，破壞血-腦屏障的完整性，影響神經(jīng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)[11]。有研究表明，VEGF165通過與VEGFR-2以及NRP-1共受體結(jié)合誘導血管通透性增高和血管滲漏，造成相關組織水腫[12]。VEGF還可通過刺激神經(jīng)干細胞的增生和分化以及影響其血管微環(huán)境來誘導神經(jīng)再生[13]。腦出血損傷后的血管生成可以有效減輕腦損傷并改善神經(jīng)功能，HIF-2α是重要的血管生成調(diào)節(jié)劑，在多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病中顯示保護作用。2020年最新發(fā)表的一項研究探討了HIF-2α是否通過促進血管生成而減輕腦出血損傷，結(jié)果表明，HIF-2α可以通過VEGF / Notch1途徑促進血管生成，從而減輕ICH損傷[14]。COVID-19大流行對全球公共衛(wèi)生構(gòu)成了巨大威脅，越來越多的證據(jù)表明COVID-19患者發(fā)生神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。最新的一項研究表明，細胞因子導致腦部炎癥，并隨后在COVID-19爆發(fā)期間觸發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)。在大腦中廣泛分布的VEGF可能通過促進炎癥細胞的募集和調(diào)節(jié)血管生成素Ⅱ的水平在腦部炎癥中起關鍵作用。因此，VEGF被認為是抑制COVID-19感染伴有神經(jīng)系統(tǒng)癥狀期間炎癥的治療靶標[15]。

4 VEGF與腫瘤免疫

VEGF mRNA在大多數(shù)人類腫瘤中過度表達，與腫瘤細胞的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移、復發(fā)和預后相關。VEGF可直接作用于多種參與免疫的細胞，如樹突狀細胞、T細胞[16]，腫瘤微環(huán)境中高水平的VEGF可進一步刺激髓源性抑制細胞和調(diào)節(jié)性T細胞的增殖，這兩種細胞都表達VEGFR[17]。VEGF與VEGFR-2在淋巴管中結(jié)合，促進腫瘤組織新淋巴管的形成，增加癌細胞淋巴轉(zhuǎn)移的可能性。因此，阻斷VEGF和VEGFR可以抑制腫瘤組織新生血管的形成，對有效抑制腫瘤的發(fā)展和抗血管治療起到靶向作用。1997年，為創(chuàng)造一種適合臨床試驗的抗體，小鼠抗人單克隆抗體被人源化，由此產(chǎn)生的重組抗體即今天所知的貝伐單抗，于2004年被美國食品藥品管理局批準用于先前未經(jīng)治療的轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌，隨后被擴展到其他惡性腫瘤的治療中，如腎細胞癌、卵巢癌和宮頸癌。貝伐單抗的批準為其他VEGF途徑抑制劑的開發(fā)鋪平了道路，包括小分子VEGF受體酪氨酸激酶抑制劑(TKIs)、靶向VEGFR2的抗體(主要信號VEGF受體)和嵌合可溶性VEGF受體[18]。近年來，免疫檢查點抑制劑與TKIs的結(jié)合已成為未接受治療的晚期腎細胞癌患者的新治療標準[19]。近期的臨床研究也進一步支持了VEGF在抗癌免疫中的作用[20]。此外，單克隆抗體和納米抗體是治療癌癥的有效藥物之一，由于成本高昂，研究人員近年來正在考慮設計和生產(chǎn)肽作為替代方法。最近，有實驗室設計了一種針對VEGF的模擬表位，并評估了其對HUVEC細胞系中細胞增殖和管形成的影響。結(jié)果表明，該肽能夠通過抑制VEGF來抑制HUVEC細胞增殖和管形成[21]。

5 VEGF與骨組織

骨組織是一個高度血管化的器官，骨組織的生長發(fā)育和骨折后的愈合與血管形成密切相關，調(diào)節(jié)骨骼中的VEGF水平是治療受損骨修復和改善骨再生的潛在策略。成骨細胞中VEGF水平降低的小鼠在出生后表現(xiàn)為骨質(zhì)疏松癥。據(jù)報道，包括間充質(zhì)祖細胞在內(nèi)的骨系細胞中的VEGF水平隨著年齡增長或在某些合成代謝紊亂中降低，這種降低可能與骨折風險增加或?qū)窃偕^程無效有關。因此，提高成骨細胞中VEGF水平的方法可能對老年性骨質(zhì)疏松癥或骨愈合不良有積極作用。由于成骨細胞在代謝上高度活躍，已知能上調(diào)成骨細胞中VEGF水平的藥物(如他汀類藥物)[22]，可能對研究此類疾病具有一定價值。

綜上所述，VEGF作為特異性最強的促血管生成因子，在對心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、腫瘤疾病等各種疾病中血管及淋巴管生成和生長中起到重要調(diào)節(jié)作用。在這篇綜述中，我們整理了有關VEGF家族及其受體的最新資料，以及它在血管新生過程中發(fā)揮的作用及其機制。我們認為，通過適當設計和進行臨床試驗，治療性血管生成可以提高相關患者生活質(zhì)量。此外，VEGF還有一些常見的副作用，例如VEGF通過激活蛋白激酶Akt促進內(nèi)皮細胞存活和血管生成，其又激活內(nèi)皮NO合成酶并增加NO產(chǎn)生，引起短暫性低血壓[23]。因此，靶向VEGF的抗血管生成治療，其安全性還需要未來做進一步研究。