血管内皮细胞生长因子在非血管新生方面的重要功能

综述血管内皮细胞生长因子在非血管新生方面的重要功能熊彦韩晓帆罗金才（北京大学分子医学研究所血管生物学实验室，北京）摘要血管内皮细胞生长因子（，或），又称为血管通透因子（，）是一种具有多种功能的生物大分子，它是分泌性糖蛋白生长因子超家族中的一员。主要通过两个高亲和力的酪氨酸激酶受体来传递各种信号受体和（，），从而引起细胞的多种生理反应。在胚胎时期，可以促进血管内皮细胞的增殖、迁移、管状形成和提高内皮细胞的存活率，对于血管新生和发育十分关键；而在成体时期，则主要参与正常血管结构的维持，并调节生理和病理性血管新生。近几年来的临床试验表明，使用多种阻断作用的抑制剂能有效促进肿瘤血管的退化和减小肿瘤的体积，但是同时在部分病人中也观察到了多方面的副作用。这些结果显示，也具有非血管新生方面的重要功能。因此，在研制基于拮抗作用的抗癌药物时，这些功能更不容忽视。研究表明，在成体的小肠、胰岛、甲状腺、肾脏和肝脏等器官组织中，都发挥着十分重要的作用，如果水平降低，这些器官组织的毛细血管网状结构将部分退化。还可以促进骨髓形成、组织修复与再生、促进卵巢囊泡成熟，并且参与血栓、炎症反应和缺氧缺血的病理过程。本文主要对在血管新生之外的功能及其分子机制进行了简要探讨。关键词血管内皮细胞生长因子；血管新生；炎症反应；内稳态；器官保护作用中图分类号，（，）（），（），；通讯万作方者数据血管内皮细胞生长因子（）在调节血管新生及维持血管结构等方面的作用广为人知。然而近年来，随着抗疗法在肿瘤治疗中的应用，其血管新生之外的功能逐渐受到重视。一旦的功能被阻断，多种组织器官的功能都出现紊乱，如炎症反应、内稳态失衡等。因此，对的此类功能及其可能的分子机制的探讨，逐渐成为现今研究的热点。一、血管新生之外的功能（一）参与血管内皮细胞炎症、凝血及血栓发生除了促进血管新生之外，越来越多的证据表明，可以参与血管内皮细胞的炎症反应。文献显示，与许多炎症相关疾病都有关系，在病变区域其有较高的表达水平，如慢性皮炎、牛皮癣和风湿性关节炎，还有实验组发现血液中循环的胎盘生长因子（，）水平过高与急性败血症和败血性中风都有密切的关系。可以激活内皮细胞，诱导内皮细胞中选择素的转位以及其它的粘附分子如的表达，使其与淋巴细胞表面蛋白相互结合，从而引发血管的炎症。通过使用体外单核细胞迁移检测和关节炎小鼠模型的在体实验，不同实验组都发现，引起炎症反应的可能机制之一是通过激活下游信号来调控单核细胞和巨噬细胞的浸润和的分泌。我们实验组通过多方面的实验证实，另外一种可能的机制是通过激活下游信号通路，促进内皮细胞威贝尔帕拉地小体（，）的胞吐。小体是内皮细胞特异的贮存囊泡，其中含有多种激素、酶和受体，比如蛋白（）、选择素（）、白介素（），以及其他许多血管调节因子。（二）舒张血管和调节血压不仅可以促进血栓产生，还可以通过直接激活内皮细胞一氧化氮合酶（，），产生一氧化氮（）和环前列腺素（，）等途径来调节血压，防止栓塞，。和可以防止血小板的聚集和活化。是调节血压的重要因子之一，最初的证据来自于动物的在体实验，以及等人证明主要是通过来调节血压，而等则通过在体实验发现在组织缺血处，灌注的动物心脏收缩压平均下降了，舒张压也有相应的降低，但是幅度较小。此后人们万对方于数据调控血压的具体机制展开了大量而深入的研究，及等人发现，在大鼠实验中，向静脉内灌注会减弱压力感受器下游的信号传导，从而显著降低血压。此外，调节血压的功能还与内皮素（，）相关。是一种强有力的促进血管收缩的因子，它的表达水平与的水平相互关联，两者通过相互作用和制约，维持血压的稳定。（三）调节甲状腺及其它部分内分泌腺体的功能与甲状腺功能有密切关系。研究表明，在功能衰退的甲状腺组织里的表达水平比较低。而体外实验表明，甲状腺上皮细胞表达一定水平的，其吸收碘的功能会对信号有一定响应。但是目前对于甲状腺的具体调节作用尚不清楚。在治疗中，抗的酪氨酸激酶抑制剂（，）会影响甲状腺的内稳态，至少的病人中（例如）治疗都会引起血液中促甲状腺激素水平的升高以及甲状腺激素水平的降低，表明甲状腺功能出现障碍，而用贝伐单抗（）治疗则不会出现甲状腺功能的紊乱。在其他内分泌腺体中也发挥着重要的作用。比如可以促进胰岛中毛细血管上细微开口结构的形成。在胰岛水平较低的小鼠中，血糖的精密调节遭到破坏。在给抑制剂的小鼠体内，许多器官组织的血管密度都发生了显著的降低，其中包括甲状腺、肾上腺皮质、垂体、以及小肠绒毛等。（四）参与器官的保护和修复作用促进肝脏细胞的增殖，维持肝功能稳定近年来的研究表明，在组织内稳态的维持中起着重要作用，从而参与多种器官的保护和修复。和她的小组发现，受体的激活对小鼠肝实质细胞的生长有一定的影响。在体实验表明，导致小鼠肝组织质量增加，并在小鼠被暴露在肝毒素环境中减轻肝损伤。但在体外实验中，只有在肝细胞与肝窦内皮细胞（，）共培养时，才能加速肝实质细胞的生长和增殖。其原因可能是并不直接作用于肝实质细胞，而是通过的激活引发内皮细胞中一系列促有丝分裂因子和其他保护细胞生存的因子的表达和分泌，比如肝细胞生长因子（，）等，从而防止实质细胞损伤，或者启动其再生。因此，在某些肝功能紊乱的情况下，能通过此途径起到潜在的维持肝脏功能的作用。维护肾脏正常生理功能及促进修复肾脏功能在一定程度上受调控，阻断信号导致轻微的蛋白尿症状，反映肾功能的衰竭。蛋白尿的产生通常是肾小球滤过功能和肾小管分泌及回收功能障碍。对于肾功能的重要性还体现在，不仅以较高的水平表达于正常的肾皮质、肾小球和肾小管，并能参与肾脏的修复，在肾脏肿瘤中也有明显的表达。大鼠前期临床试验显示，参与足细胞和肾内皮细胞防止蛋白尿产生的功能，等人也通过多方面实验证实，促进足细胞的存活，从而防止血管球性肾炎。统计显示，使用血管新生的抑制剂来阻断信号通路会导致近的病人产生蛋白尿症状，也可能在病人中引起水肿，这也是蛋白尿引起的后果之一。而有趣的是，使用另外一种抑制剂，发生此副反应的病人比例则相对减小了很多。根据最近的研究结果，某些抗药物可引起肾小球微血管中的血栓形成，从而引发肾脏病变；特异性敲除成年小鼠肾脏中的得到相同的效果。由此可见，在肾功能方面的作用可能远比我们想象的还要复杂。参与肺内皮细胞的形态构成及维持胚胎形成期，肺的形态构成需要肺间叶细胞基质和上皮细胞之间持续的理化作用。在气管的生长过程中，伴随着内皮细胞、血管细胞等在肺间叶细胞之间的延伸，肺组织得到了丰富的血液供应。而这些细胞的生长是与及受体的表达相伴的，这一过程在整个肺组织的成熟过程中都发挥着举足轻重的作用。肺部在多种细胞中合成，如小泡内皮细胞、支气管上皮细胞、平滑肌细胞等。在发育过程中，如果使过量表达，则肺组织的形态结构会发生显著的失调。相对的，若肺组织内水平降低，则会导致支气管发育不良，如果用的胞外结构域在胚胎发育过程中中和，则会观察到新生小鼠的肺部结构明显的简化。根据报道，如果小鼠的低氧诱导因子（，）被敲除，或者用抗的抗体处理，则会观察到其呼吸能力受到抑制，而且肺部明显早熟。反之，若以来治疗这些小鼠，则会部分地改善上述症状。这些都可作为支持信号在肺部形态维护中重要作用的证据。在胚胎形成后的肺部生长过程中也扮演着重要角万色方。数在据此情况下，若和被或一类的药物封闭，则会导致肺部生长的停滞，并引起小鼠的肺气肿。在成年鼠中抑制也会引发支气管毛细血管的衰退以及内皮细胞的死亡，不过在胚胎发育结束之后，大多数血管组织对的减少已经有了一定的抵抗能力。除了生长因子一类的作用外，对肺部内环境自稳态的维持也有很明显的影响，并且在组织破坏时参与细胞修复的过程。最新的研究结果发现的一个在正常肺组织中大量表达的异构体家族，即家族，很可能在肺损伤的修复过程中起了重要作用。保护神经系统近年来，对神经系统的保护作用已经被证实，它在保护神经元细胞，减缓其在侧索硬化症中的退化起着重要作用。它的保护作用也体现在缺血实验及其它相类似的神经元损伤模型中。在海马、脑干等特定部位，通过激活神经胶质细胞上的，在一定程度上抑制突触传递等过程，因此能够遏制周期性发作的癫痫症状。年，和他的同事报道了基因上存在的对雌激素敏感的响应元件。雌激素等可促进血管系统的合成，而则可与神经胶质细胞上的受体结合，发挥其保护作用。另一方面，内源性对视觉也有重要的维持与保护作用。在成年鼠视网膜的各种细胞中都有不同程度的表达，也有广泛的表达，且在穆勒细胞和光受体中尤其明显。实验证实，内源性对穆勒细胞的生存起着一定的保护作用。另一方面，在新分离的光受体细胞和外核层外植体中过表达能明显增加其存活率，也证明了具有很强的神经系统保护功能。（五）维持血管系统的内稳态年的一篇发表于细胞的文献指出，小鼠实验显示内皮细胞自身分泌的对于维持内皮细胞存活和稳态十分重要。这篇文章提出了两个新奇的结论一是虽然自分泌的水平只占整体水平的很小一部分，实验组甚至检测不出内皮细胞基因敲除小鼠和野生型小鼠血液中含量的区别，但是自分泌的所发挥的作用是外源所无法替代和补偿的。二是自分泌的并不参与血管新生的过程，因为敲除小鼠和野生型小鼠的血管结构和密度都一样完好。这部分主要通过激活参与细胞存活的信号调节，有利于血管内皮在收到如辐射、低氧及过氧化物等刺激时维持稳态和活力。实验发现内皮细胞特异性敲除并没有引起活性和血压等的变化，但是敲除小鼠绝大部分都出现了内出血、血栓形成和肠道穿孔等症状，这些都说明自分泌的通过的信号传导对于维持血管的内稳态十分关键。（六）维持骨髓功能和造血干细胞的分化状态文献报道，在绝大多数造血多能干细胞、内皮祖细胞和骨髓细胞都表达大量的受体。除此之外，单核细胞和血小板也能表达和。使用抑制剂可能会影响多能造血干细胞的分化和成熟，从而引起白细胞减少症、淋巴细胞减少症以及血小板减少症。实验证明在发育过程中，对于维持内皮细胞的分化状态十分重要，尤其是肾小球和胰岛的特殊血管结构的形成和维持都需要持续的信号，。二、对于作用分子机制的探讨尽管的功能比较复杂，其下游的主要信号通路则相对明确（图）。在促进血管新生等方面的作用主要是通过来介导的，而传递的信号则相对较弱，主要对的信号起调节作用。下游主要有以下几条通路（）磷脂酰肌醇激酶（）蛋白激酶（）内皮细胞一氧化氮合成酶（）通路，主要调节内皮细胞的存活、迁移以及血管通透性。（）磷脂酶（）蛋白激酶（）钙离子（）通路，主要调节内皮细胞的增殖、基因表达以及胞吐作用。（）局部粘着斑激酶（）桩蛋白（）通路，主要调节细胞骨架结构、粘着斑形成以及细胞的迁移。（）细胞分裂周期蛋白（）蛋白激酶（）热休克蛋白（）通路主要调节肌动蛋白的重组和内皮细胞的迁移。之所以具有促进血管新生和非血管新生的众多功能，主要都与以上所述这几条信号通路被激活相关。以炎症反应为例，我们实验室通过多方面的实验证实，一种可能的机制是通过激活下游的和环磷酸腺苷（）蛋白激酶（）两条信号通路，促进内皮细胞小体的胞吐，从而促进的分泌以及从细胞膜内向外转运，从而引起淋巴细胞的粘附和侵润，这些步骤都是炎症反应的早期过程。万方数据图下游的主要信号通路通过激活、等通路，具有调节内皮细胞的存活、迁移以及血管通透性、内皮细胞的增殖、基因表达以及胞吐作用、细胞骨架结构、粘着斑形成以及细胞的迁移，以及肌动蛋白的重组和内皮细胞的迁移等复杂功能参与血栓形成的机制主要有两种。其一是在的刺激下，内皮细胞会通过的胞吐迅速向细胞表面释放出，从而促进凝血过程和血管损伤修复。是凝血因子的一个结构组成部分，具有连结稳定循环中的因子，并保护其不被降解的功能。它还可与血小板膜上的特异性受体结合，促使血小板粘附于血管损伤部位，形成止血斑块。还可以通过促进内皮细胞中组织因子（）的表达来参与凝血过程，作为最主要的凝血调控因子，可以促进原凝血酶（）加工成为凝血酶，后者可以激活血小板并且将纤维蛋白原转化为纤维蛋白，进一步导致止血斑块的形成。而在舒张血管和调节血压的过程中，目前认为主要有两种机制，一种是通过激活和信号通路，进一步激活，促进和等舒张血管的因子的释放。另一种机制是直接与血管内皮细胞上的压力感受器相互作用来调节血压，但是具体作用方式依然不清楚。，三、结语与展望在各个器官、各种组织中扮演的角色远不止于在血管新生中的作用那么简单。它的作用是复杂而精细的。一方面，在血液循环系统中，不仅是重要的血管新生因子，而且还参与血管内皮细胞的异常炎症反应，同时也通过直接激活，产生和等途径来调节血压，并维持了血管系统的内稳态；另一方面，又与内分泌系统中的多种分泌腺的作用相关。不仅如此，还以各种方式对肾脏、肺、神经系统起到了重要的保护作用，维持了器官的形态结构和内环境的