血管内皮生长因子、内皮抑素与冠心病的关系

孔菁,毛威

1 血管内皮生长因子和内皮抑素的概述

血管内皮生长因子 (vascular endothelial growth factor,VEGF),又称为血管通透因子,是 Ferrara等[1]于 1989年首次在牛垂体星状滤泡细胞体外培养液中纯化获得的一种分子量为34～45kDa二聚体糖蛋白,由内皮细胞和单核巨噬细胞合成和分泌,目前发现的 VEGF家族包括 VEGF-A,B,C,D,E及胎盘生长因子。

内皮抑素 (Endostatin,ES)是一种内源性的强效血管生成抑制剂,由哈佛大学 O′Reillly等[2]于 1997年首次从小鼠血管内皮瘤中分离纯化获得的一种分子量约 20kDa的蛋白质,含 184个氨基酸,其 N端第1,3,11位 3个组氨酸及第 76位的天冬氨酸残基组成的锌离子结合位点,是胶原 XVIII羧基末端裂解片段,分布在许多血管壁内和其他一些基底膜区域,是血管壁弹力纤维的重要组分[3],同时也位于一些胞内细胞器中 (肝细胞内质网、高尔基复合体),通过不同的方式和胞外基质结合而发挥其生物学功能。

2 VEGF和 ES的生物学功能及作用机制

VEGF具有特异地与其受体结合,增加微血管与小静脉血管的通透性,诱导血管内皮细胞的形态学变化并促进血管内皮细胞分裂增殖以及诱导血管生成等作用[4],促进动脉粥样硬化 (atherosclerosis,AS)的发生发展,导致冠状动脉内皮依赖的舒张反应,活化 VEGFR-2提高内皮细胞抗凋亡能力,加速损伤内皮损伤的修复,防止血小板黏附和血栓形成,防治再狭窄。低氧、氧化型低密度脂蛋白、肿瘤坏死因子、白细胞介素-1、胰岛素样生长因子、成纤维细胞生长因子、一氧化氮等均能够上调 VEGF的表达,同时,一些血管生成抑制剂Avastin(阿瓦斯丁)、ES等可以下调 VEGF的表达。

ES的主要作用为拮抗 VEGF对内皮的作用,选择性调节内皮细胞功能,特异性抑制内皮细胞增殖,有效抑制血管生成。ES的作用机制较为复杂,迄今未被明确阐明。Abdollahi[5-6]等应用覆盖超过 90%人类基因组的经典微阵列技术,报告了在暴露于 ES的人微血管细胞内皮细胞中全部基因的 12%受到显著调节,上调基因包括已知的血管生成抑制剂,下调的基因包括已知的刺激因子,显示出 ES的作用是多基因效应的网络模式。

3 VEGF和 ES在冠心病 (coronary heart disease,CHD)中的作用

VEGF在 CHD的全过程 (即 AS的发生、发展到最后斑块破裂并发血栓形成,侧支循环建立以及冠脉介入术后再狭窄的所有阶段)中发挥了一定的作用,其机理尚不完全清楚。ES作为第一个抗血管生成药已被美国 FDA批准用于治疗某些癌症,呈剂量依赖性,对其他细胞无作用,无副作用,无耐药性,其最显著的特点为主要抑制病理性血管生成 (包括增殖性视网膜病变、类风湿性关节炎等),而且似乎对伤口愈合或复原等生理性血管新生几乎或完全没有作用,国内恩度已进入联合治疗非小细胞肺癌的Ⅲ期临床研究阶段中,但 ES与冠心病的关系还知之甚少,其在 AS中所起的作用尚无定论。

3.1 VEGF、ES与 AS 在 AS整个过程中,VEGF起到了一定的作用。Inoue等[7]发现,VEGF及其受体在斑块形成处表达明显增加,而正常动脉则无 VEGFmRNA表达;VEGF经 VEGFR-1介导对单核/巨噬细胞的趋化作用,使其在斑块部位进一步聚集,刺激平滑肌细胞增殖,参与 AS发展。大量研究表明,正常人血清中仅存在极低水平的 VEGF,在心肌梗死的病例中梗死周围的血管平滑肌细胞、心肌和受损心肌中均有VEGF基因的高表达[8],

Moulton等[9]研究发现内皮他汀和烟曲霉素类似物 TNP-470分别使斑块进展减少 85%和 70%(P＜0.0001),内膜血管明显减少,但不会影响泡沫细胞和早期的纤维肌性斑块,也不影响平滑肌细胞的含量,提示 ES通过抑制内膜血管对 AS有一定的抑制作用。虽然动物试验有此结果,然而从另一种角度思考,ES特异性地抑制内皮细胞的生长、促进其凋亡,选择性抑制内皮功能,反而会促进 AS,这与上述研究结果矛盾。因此,ES与 AS的关系,值得进一步深入研究。

3.2 VEGF、ES与斑块稳定性 VEGF促进 AS斑块内单核/巨噬细胞聚集、金属蛋白酶合成增多和 (或)内源性金属蛋白酶组织抑制物减少的作用是造成斑块纤维帽厚度、抗损伤强度降低和稳定性下降的机制之一[10]。同时斑块内新生血管幼稚易破裂致斑块内出血,加速粥样斑块的生长、重构和破裂,血小板局部聚集发生血栓,加重管腔阻塞,导致梗死。另外附壁性血栓脱落可致栓塞,引起急性冠脉综合征 (acute coronary syndrome,ACS)[11]。Kranz等[12].观察发现,急性心肌梗死后3天患者血浆 VEGF水平轻度升高,7天后明显上升,10天后可达到能够刺激内皮细胞增生的水平。

ES具有抑制内膜血管新生的作用,理论上推测其必然能抑制冠状 AS斑块内血管新生,从而增强斑块稳定性,对 ACS有防治作用,具体尚需进一步临床试验论证。

3.3 VEGF、ES与侧支循环 应用外源性 VEGF后可使狗缺血区侧支循环的血管数量及血流量增加,心功能明显改善[13],可见 VEGF在促斑块内血管新生的同时也促进冠脉的侧支循环(血管新生和动脉生成)。近年来人们对实验性缺血动物开展了 “治疗性血管新生”的研究,目前 VEGF已进入临床试验,大多数研究提示使用 VEGF治疗后患者症状减轻,运动时间延长,心肌灌注和左心室功能改善,病死率降低。

Seko等[14]观察到急性心肌梗死患者的外周循环中ES水平升高,再灌注后明显降低,与 VEGF的变化一致,表明 ES可能与 VEGF共同参与缺血心肌血管新生的调节。然而 ES与冠状动脉侧支循环的关系目前尚有争议。Liou[15]观察了 24例冠心病患者和 15例非冠心病患者血浆和心包液中 ES和 VEGF水平,认为冠心病患者侧支循环是否丰富与血清 VEGF水平有关,与血清 ES水平以及心包液中这两种物质的浓度无关。也有研究表明胶原 XVIII和 ES基因缺陷会增加小鼠 AS斑块和动脉损伤后的血管新生过程[16],[17],提示抑制 ES的产生可能会促进缺血心肌的血管新生和侧支循环的形成。

3.4 VEGF、ES与介入术后再狭窄 Shibata等[18]观察猪冠状动脉左前降支 PCI术后 VEGF变化,术后 1周开始增高,维持4周,损伤血管再内皮化需要 2周,而平滑肌细胞增生贯穿其始终,并且 4周后在支架周围出现巨噬细胞和内皮细胞。冠状动脉介入治疗在人体不可避免造成损伤,推测 PCI引起的血管损伤是术后 VEGF水平逐渐升高的主要原因,VEGF通过介导单核/巨噬细胞趋化以及与血小板衍化生长因子的协同作用参与再狭窄的发生。Kornowski等[19]研究发现 VEGF导致动脉急性损伤部位新生内膜过度增厚,可见术后 VEGF峰值水平对再狭窄有独立预测价值,介入术后引发大量 VEGF释放,使血管内膜过度增生参与了再狭窄的形成。另一方面,VEGF通过强烈的促进内皮细胞增殖,再内皮化作用具有预防术后再狭窄的功效。KAT(Kuopio Angiogenesis Trial)研究是第一个经冠状动脉转导 VEGF基因治疗冠心病及预防 PCI术后再狭窄的随机、双盲、安慰剂对照的临床试验,该研究提示经冠状动脉内基因转导是安全的,VEGF基因治疗不加重再狭窄,并且能改善缺血心肌的血流灌注[20]。

加速再内皮化,恢复内皮功能,抑制损伤内膜增生,可能会预防冠脉介入术后的再狭窄。ES在血管介入治疗后再狭窄的作用,尚不明确。有研究发现[21]大剂量的抗血管生成治疗可能干扰介入术后冠脉急性期的内皮修复,长时间失去内皮完整性导致新生内膜明显增生,伴随 ES过度表达的内膜增生不是 ES的直接刺激作用,而是抑制内皮细胞增生的后果。

4 讨论

VEGF促进血管内皮细胞增殖的不同后果即促进粥样斑块进展和促进侧支循环之间的动态平衡是决定其临床意义的重要因素,目前对于其在冠心病中的作用尚存在争议。检测血清VEGF水平不仅可以了解冠状动脉病变程度及心肌缺血程度,而且还可作为观察血运重建效果,了解有无再狭窄,预测急性心梗等并发症的良好指标。同时我们始终存在着一些问题:(1)VEGF诱导产生的新生血管是否具有真正的血管功能。(2)VEGF介导生理性及病理性血管增生,可能与心肌肥厚有关[22]。(3)VEGF不仅能促进缺血心肌新生血管的形成,还能增强正常心肌的血液灌注,因此在早期非缺血状态下给予VEGF是否有望成为预防冠心病发生的有效措施[23]。

由于缺血、缺氧等因素触发血管新生、降解内皮细胞周围基底膜的同时,胶原 XⅧ等前体蛋白也被水解成血管新生抑制因子 ES,制约新生血管的过度形成。ES基因在人类基因组进化的过程中长期存在,缺血心肌的血管新生可能具有与肿瘤相似的调控机制,ES的产生增加可能是促血管生长作用的代偿性反应,以调节血管新生过程、拮抗促血管生成因子的过度作用。正常情况下内皮细胞表达 VEGF和 ES处于一种平衡状态,一旦平衡打破,内皮细胞进入活跃状态,这可能是血流动力学改变、损伤等多种有害因素作用下内皮功能紊乱的一个表现。通过调节内皮生长因子和抑制因子的动态平衡去促进血管内皮功能的恢复,或者通过促进或者抑制内皮细胞的凋亡来维护内皮细胞正常的生理学功能,可能是治疗、预防冠心病更 “自然”、更安全的方法,也是值得我们共同探讨的难题。

抑制血管内膜及斑块内的血管再生对缓解 AS的严重程度,防治 ACS有着积极的意义。但 ES这-公认的强效血管抑制剂是否可用于 CHD的临床治疗目前尚存争议,如何及何时调节 AS过程中的血管新生、“休眠斑块”,改善血流灌注,将是一个非常重要而艰难的课题。特别是有关 ES在缺血心肌血管新生过程中的作用,抗病理性血管新生的作用是否同时会影响生理性心肌侧支循环的形成,还有待进一步临床试验的研究。ES对冠脉介入治疗后再狭窄的影响目前研究甚少,研究ES与内皮功能相互作用的调控机制,将有助于理解其在再狭窄中的作用。同时在使用 ES的同时我们是否应该注意一些问题:(1)体内 ES的过高表达是否会导致某些血管抑制性疾病的发生如系统性硬化等;是否可用于其他血管依赖性疾病如风湿性关节炎,糖尿病患者的视网膜病,与年龄相关的黄斑退行性病变等;(2)使用 ES是否会产生心血管系统的不良反应如心肌缺血、心律失常、药物性血压升高等;(3)某些口服的小分子会增加特异性血管生成抑制剂的内源性表达,或可能是一种代偿性升高的方式,比如从基质或血小板移出提高其血浆或血清水平。如:西乐葆可增加血清 ES水平;泼尼松龙和柳氮磺胺吡啶可提高关节液内的 ES水平;多西环素和罗格列酮可增加血小板反应蛋白-1的表达。

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