血管內皮生長因子與動脈粥樣硬化斑塊的研究進展

岑團 黃照河 劉燕

【關鍵詞】 血管內皮生長因子;血管生成;動脈粥樣硬化

中圖分類號：R543. 文獻標志碼： DOI：10.3969/j.issn.10031383.2021.06.012

動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）是冠心病、腦梗死、外周血管病的主要原因。AS的病理特征主要有脂質沉著、炎癥反應、平滑肌細胞增生及泡沫細胞形成和內膜增厚等，其過程是受累動脈病變從內膜開始，一般先有脂質和復合糖類積聚、出血及血栓形成，進而纖維組織增生及鈣質沉著，并有動脈中層的逐漸蛻變和鈣化，導致動脈壁增厚變硬、血管腔狹窄。AS是多因素共同作用引起的，發病機制復雜，目前尚未完全闡明。血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是FERRARA等[1]1989年首次在以牛垂體濾泡細胞為條件的培養基中鑒定出來的一種促有絲分裂原，具有多種功能，對血管內皮細胞具有獨特的特異性，主要調節人體血管的生理和病理形成過程。VEGF作為一種高度特異性的促血管內皮細胞生長因子，能促進血管內皮細胞分裂、增殖、遷移以及促進細胞外基質變性、增加血管通透性，還具有促進炎癥反應、抗凋亡等作用。研究發現[2]，動脈粥樣硬化斑塊一旦有新生血管形成，VEGF及其受體在動脈粥樣硬化斑塊內則存在顯著表達，由此推測VEGF在動脈粥樣硬化斑塊的發生發展中起重要調節作用。因此，本文就VEGF對動脈粥樣硬化斑塊穩定性的影響作一綜述。

1 VEGF的概述

1.1 VEGF的結構

VEGF是一個家族，包括VEGFA、VEGFB、VEGFC、VEGFD、VEGFE和胎盤生長因子（placental growth factor，PGF）六種類型，主要由半胱氨酸組成，它們分子空間結構相似，能與肝素結合，活性形式為蛋白二聚體。VEGF通常指VEGFA，分子結構由2個相同亞基以二硫鍵共價連接，形成反平行同分異構體的二聚體糖蛋白，分子量為46 kD，其基因位點在6p21.1號染色體上，全長28 kb，7個內含子將8個外顯子區域隔開，編碼區跨度約為14 kb，每個位點都有其特定的功能，其中外顯子1是轉錄起始位點（TSS）和翻譯起始位點（ATG），外顯子6和7編碼肝素結合域，外顯子8是替代終止密碼子（TGA1和TGA2）[3]。在人體組織內，由于mRNA對外顯子6、7、8中交替的5'和3'剪接位點的選擇性剪切，VEGFA可產生六種亞型結構，包括VEGF121、VEGF145、VEGF165、VEGF183、VEGF189和VEGF206，其中VEGF165是主要的存在形式。VEGF121、VEGF145、VEGF165屬于分泌型可溶性蛋白，能形成具有活性的蛋白二聚體，通過旁分泌和自分泌方式作用于細胞表面相關受體來發揮生物學效應，VEGF183、VEGF189和VEGF206屬于細胞膜結合型蛋白[4]。

1.2 VEGF的生物學效應

血管內皮生長因子受體（VEGFR）主要包括VEGFR1（flt1）、VEGFR2（flk1/KDR）、VEGFR3（flt4）三種類型，它們屬于受體酪氨酸激酶（receptors tyrosine kinase，RTK），由胞外配體結合區和胞質區的Ig樣結構域、跨膜結構域和酪氨酸激酶（proteintyrosine kinases，PTK）結構域3個部分組成，配體和受體結合后激活PTK，使RTK結構域的酪氨酸殘基發生磷酸化，磷酸酪氨酸和周圍的氨基酸殘基構成銜接分子的結合位點，繼而啟動細胞內的信號傳導通路。在人體組織中，VEGFR1和VEGFR2主要在血管內皮細胞表達，VEGFR3主要在淋巴內皮細胞表達。此外，單核細胞/巨噬細胞、滋養層細胞和腎間質細胞等也表達VEGFR1，造血干細胞及巨核細胞等也表達VEGFR2，二者都在腫瘤細胞高表達[5]。

血管新生來源于組織源性的信號轉導系統，其中最重要的是VEGFVEGFR信號傳導通路，VEGF與其受體結合后激活PTK，引發一系列的信號轉導通路，在血管系統發育、重塑及成熟過程中起著非常重要的調控作用[6]。VEGF與其受體結合的親和力不同，VEGFA與VEGFR1結合力比VEGFR2強10倍，但血管生成中的主要信號轉導受體是VEGFR2，主要參與血管生成的調控，如腫瘤和糖尿病血管形成視網膜病變等。VEGFC、VEGFD與VEGFR3結合緊密，主要參與淋巴管生成的調控[7]。研究表明，VEGFA與VEGFR2結合后通過PLCγ1信號通路調節血管內皮細胞的分裂和增殖，通過Src、FAK信號通路調節血管內皮細胞的遷移，通過JAK2、Akt信號通路調節血管內皮細胞的分裂、增殖、遷移及生存[8]。并且，VEGFA與其受體結合后，通過PI3K/Akt/mTOR信號通路增強內皮細胞源性一氧化氮合成酶（nitrogen monoxide synthetase，eNOS）的活性，促進新生血管的重塑、成熟[9～10]。VEGFA與VEGFR1結合主要引起單核細胞/巨噬細胞的活化和遷移[11]。此外，VEGFA與VEGFR2結合可通過PI3K/Akt通路，提高抗凋亡蛋白Bcl2表達及降低凋亡蛋白Bad表達[12]。

2 VEGF與AS

2.1 VEGF與穩定型動脈粥樣硬化斑塊

斑塊中血管生成不是動脈粥樣硬化形成的必要條件，可能是對動脈壁病理狀態的生理反應。在正常的血管壁中，內膜需氧是由氧氣經管腔擴散而提供，而中膜和外膜則由脈管血管滋養，同時經過一系列代謝清除廢物并維持血管代謝穩態。當內膜形成動脈粥樣硬化斑塊時，內膜變厚，內膜深層與血管腔表面之間的距離增加，最終超過氧擴散閾值（250～500 mm），導致低氧張力引起氧氣供應減少。并且，炎癥反應會導致氧氣需求的增加，最終破壞了血氧供需之間的平衡，從而導致血管壁的局部缺氧[13]。冠狀動脈外膜由于具有營養血管而成為引起炎癥的原因，ITO等[14]評估了新鮮尸體附近心外膜脂肪組織的局部炎癥與冠狀動脈粥樣硬化之間的聯系，發現在富含脂類的相鄰心外膜脂肪組織中可觀察到炎癥分子（即VEGFA和VEGFB）的表達高于貧脂病變。同時，活化的炎癥細胞可產生促血管生成因子，包括白介素8（interleukin 8，IL8）、缺氧誘導因子1a （hypoxia inducible factor1a，HIF1a）、E26轉錄因子1（Ets1）和VEGF等，它們也誘導斑塊內血管生成[15]。有研究發現，VEGF、HIF1a和Ets1在斑塊深層共存，并且在同一細胞中（包括新生血管內皮細胞、炎癥細胞和平滑肌細胞）HIF1a/VEGF/Ets1級聯上調，說明動脈粥樣硬化中的缺氧誘導性血管生成因子可促進斑塊內血管生成[16]。

缺氧和炎癥可以相互影響，兩種刺激都可能引發動脈粥樣硬化中的血管生成級聯反應。在起始階段，VEGF表達水平的增加促進血管內皮細胞的增殖，導致不成熟的新生血管。同時，基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）促進細胞外基質的重塑，并增加細胞外基質螯合VEGF的生物利用度。在新生血管的建立和灌注過程中，VEGF表達水平下降，緊接的是血小板衍生生長因子（platelet derived growth factor，PDGF）、血管生成素（Ang）和轉化生長因子β1（transforming growth factorβ1，TGFβ1）表達水平上升，從而募集周細胞和血管平滑肌細胞到血管內皮細胞周圍，促進基底膜形成，由此形成穩定成熟的血管[17]。

在穩定期斑塊中，VEGF和血管抑制因子之間的平衡處于良好的協調控制中，使血管增生維持在正常生理范圍內。斑塊內新生血管是抵抗缺氧的關鍵防御機制，同時有助于單核細胞/巨噬細胞逆向轉運膽固醇，是斑塊消退所必需的[18]。上述兩種機制均有利于血管內膜的修復，隨著血管壁侵害的減少，血管壁功能的恢復，動脈粥樣硬化斑塊的發展便趨于穩定狀態。

2.2 VEGF與不穩定型動脈粥樣硬化斑塊

在進展期斑塊中，血管生成級聯反應的失敗會導致病理性血管生成。目前研究發現，動脈粥樣硬化不穩定斑塊的主要病理特征就是大量病理性新生血管形成[19]。這些新生血管通常發育不成熟，僅是由內皮細胞圍成的簡單管道，缺乏周細胞和平滑肌細胞等支撐細胞，沒有基底膜，也沒有感受血流或血壓的受體。而且，人動脈粥樣硬化斑塊中的新生血管結構不完整，發現血管內皮細胞異常，出現膜泡、胞漿內液泡，血管內皮細胞之間開放連接且與基底膜分離。研究顯示，VEGF可破壞糖尿病伴動脈粥樣硬化的內皮屏障和緊密連接完整性，導致細胞間間隙的形成，并且還可通過融合的單層顯著提高低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）滲透性[20]。因此，缺乏周細胞和平滑肌細胞等支撐細胞可能是新生血管發育不成熟的重要原因。PELISEK等[2]對56例行頸動脈斑塊切除術（CEA）的高度頸動脈狹窄（>70%）患者進行研究，發現不穩定斑塊中高表達的VEGF可能增加炎癥細胞的積累，低表達的血管生成素1（Ang1）和高水平的血管生成素2（Ang2）可能促進新生血管的通透性和不穩定性。因此，斑塊內新生血管發育不成熟的重要原因可能與相關因子及VEGF作用不協調有關。

VEGF可通過病理性血管新生和炎癥浸潤等機制促進斑塊的易損性和不穩定性。病理性新生血管通常發育不成熟，其特征是結構不完整、內皮脆性大、通透性增加，這就為血脂沉積于斑塊提供了重要途徑。同時，VEGF與VEGFR1結合可介導單核細胞/巨噬細胞的趨化作用，使炎癥細胞、炎癥因子聚集在病變處，加劇斑塊內的炎癥反應。研究發現，人臍靜脈內皮細胞進行缺氧誘導后炎癥表型增加，腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factorα，TNFα）、ICAM1、VCAM1、IL6和IL1β分泌增多，血管通透性增加，并促進炎癥細胞向炎癥區域遷移[21]。E選擇素是白細胞跨上皮遷移所必需的黏附分子，單獨的VEGF不能誘導ICAM1、VCAM1和E選擇素的表達，但它協同增強了TNFα誘導E選擇素的表達，而E選擇素的上調使內皮細胞對細胞因子敏感，導致選擇性促炎反應增強[22]。這些高表達的黏附分子（VCAM1、ICAM1和E選擇素）是單核/巨噬細胞向病變部位遷移的重要調節因素，從而形成了一個促進病變部位血管發生的正反饋調節機制。不成熟的病理性新生血管也易于紅細胞外滲導致斑塊內出血，使斑塊增大，加重斑塊負荷，增加斑塊破裂的風險，同時也提供紅細胞衍生的磷脂和游離膽固醇[23]。當脆弱的斑塊內毛細血管破裂時，可導致斑塊內出血、氧化應激、炎性反應增強、缺氧加重等，特別是具有Hp22基因型的糖尿病患者受到的影響更大[24]。缺氧導致巨噬細胞的死亡和壞死核心的形成，巨噬細胞吞噬富含脂質的碎片，變成泡沫細胞，最終擴大斑塊的脂質核心。同時，研究發現VEGF能上調炎癥細胞表達MMP，使細胞外基質降解，導致纖維帽變薄，最終引起斑塊破裂出血[25]。繼而激活組織因子（tissue factor，TF），通過TF途徑使表面形成血栓或刺激血管痙攣，引起冠脈完全阻塞，導致急性心肌梗死等嚴重的心血管事件。因此，從內皮功能障礙到斑塊破裂出血，VEGF在動脈粥樣硬化的各個階段直接或間接地起重要作用。

3 總結和展望VEGF在動脈粥樣硬化的發生發展中具有雙重作用，既有利于血管內膜的修復，又降低動脈粥樣硬化斑塊的穩定性，只有深入研究VEGF在動脈粥樣硬化斑塊中的分子機制，才能正確評價VEGF對動脈粥樣硬化斑塊發生發展的作用。

參 考 文 獻

[1FERRARA N， HENZEL W J. Pituitary follicular cells secrete a novel heparinbinding growth factor specific for vascular endothelial cells[J]. Biochemical and Biophysical Research Communications， 1989，161（2）：851858.

[2PELISEK J，WELL G，REEPS C，et al.Neovascularization and angiogenic factors in advanced human carotid artery Stenosis[J].Circ J，2012，76（5）：12741282.

[3AZIMINEZHAD M.Vascular endothelial growth factor from embryonic status to cardiovascular pathology[J].Rep Biochem Mol Biol，2014，2（2）：5969.

[4VEMPATI P，POPEL A S，MAC GABHANN F.Extracellular regulation of VEGF：isoforms，proteolysis，and vascular patterning[J].Cytokine Growth Factor Rev，2014，25（1）：119.

[5YANG J G，WANG L L，MA D C.Effects of vascular endothelial growth factors and their receptors on megakaryocytes and platelets and related diseases[J].Br J Haematol，2018，180（3）：321334.

[6SIMONS M，GORDON E，CLAESSONWELSH L.Mechanisms and regulation of endothelial VEGF receptor signalling[J].Nat Rev Mol Cell Biol，2016，17（10）：611625.

[7SHIBUYA M.VEGFVEGFR signals in health and disease[J].Biomol Ther （Seoul），2014，22（1）：19.

[8LUAN X，GAO Y G，GUAN Y Y，et al.Platycodin D inhibits tumor growth by antiangiogenic activity via blocking VEGFR2mediated signaling pathway[J].Toxicol Appl Pharmacol，2014，281（1）：118124.

[9XU T W，LV Z，CHEN Q H，et al.Vascular endothelial growth factor overexpressed mesenchymal stem cellsconditioned media ameliorate palmitateinduced diabetic endothelial dysfunction through PI3K/AKT/mTOR/ENOS and p38/MAPK signaling pathway[J].Biomedecine Pharmacother，2018，106：491498.

[10HA J M，JIN S Y，LEE H S，et al.Regulation of retinal angiogenesis by endothelial nitric oxide synthase signaling pathway[J].Korean J Physiol Pharmacol，2016，20（5）：533538.

[11YAN D，ZHANG D N，LU L L，et al.Vascular endothelial growth factormodified macrophages accelerate reendothelialization and attenuate neointima formation after arterial injury in atherosclerosisprone mice[J].J Cell Biochem，2019，120（6）：1065210661.

[12GUO Q，JIN J，YUAN J X，et al.VEGF，Bcl2 and Bad regulated by angiopoietin1 in oleic acid induced acute lung injury[J].Biochem Biophys Res Commun，2011，413（4）：630636.

[13FUKAI T，USHIOFUKAI M.Crosstalk between NADPH oxidase and mitochondria：role in ROS signaling and angiogenesis[J].Cells，2020，9（8）：E1849.

[14 ITO H，WAKATSUKI T，YAMAGUCHI K，et al.Atherosclerotic coronary plaque is associated with adventitial Vasa vasorum and local inflammation in adjacent epicardial adipose tissue in fresh cadavers[J].Circ J，2020，84（5）：769775.

[15ARMSTRONG A W，VOYLES S V，ARMSTRONG E J，et al.Angiogenesis and oxidative stress：common mechanisms linking psoriasis with atherosclerosis[J].J Dermatol Sci，2011，63（1）：19.

[16QAYYUM A A， JOSHI F R， LUND L D， et al. [Vascular endothelial growth factor therapy in ischaemic heart disease][J]. Ugeskr Laeger，2020，182（44）：V05200344.

[17BOWERS S L K，KEMP S S，AGUERA K N，et al.Defining an upstream VEGF （vascular endothelial growth factor） priming signature for downstream factorinduced endothelial cellpericyte tube network coassembly[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol，2020，40（12）：28912909.

[18JANG E，ROBERT J，ROHRER L，et al.Transendothelial transport of lipoproteins[J].Atherosclerosis，2020，315：111125.

[19] 崔藝耀.頸動脈粥樣硬化斑塊的病理學、形態學和相關細胞機制的研究[D].北京：北京協和醫學院，2019.

[20] WONG W，WONG D，LUO H L，et al.Vascular endothelial growth factorD is overexpressed in human cardiac allograft vasculopathy and diabetic atherosclerosis and induces endothelial permeability to lowdensity lipoproteins in vitro[J].J Heart Lung Transplant，2011，30（8）：955962.

[21] YANG S，YIN J，HOU X.Inhibition of miR135b by SP1 promotes hypoxiainduced vascular endothelial cell injury via HIF1á[J].Exp Cell Res，2018，370（1）：3138.

[22] MARINO M，DEL BO' C，TUCCI M，et al.Modulation of adhesion process，Eselectin and VEGF production by anthocyanins and their metabolites in an in vitro model of atherosclerosis[J].Nutrients，2020，12（3）：E655.

[23MICHEL J B，VIRMANI R，ARBUSTINI E，et al.Intraplaque haemorrhages as the trigger of plaque vulnerability[J].Eur Heart J，2011，32（16）：19771985，1985a，1985b，1985c.

[24] PURUSHOTHAMAN M，KRISHNAN P，PURUSHOTHAMAN K R，et al.Genotypedependent impairment of hemoglobin clearance increases oxidative and inflammatory response in human diabetic atherosclerosis[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol，2012，32（11）：27692775.

[25] LEE H S， NOH J Y， SHIN O S， et al. matrix metalloproteinase13 in atherosclerotic plaque is increased by influenza a virus infection[J]. The Journal of Infectious Diseases， 2020，221（2）：256266.

（收稿日期：2020-11-19 修回日期：2020-12-04）

（編輯：潘明志）