血管生成素-1/Tie2系统在炎症过程中作用机制的研究进展

2012-05-09霍浩然综述脱红芳彭彦辉审校

河北医科大学学报 2012年7期

关键词：通透性内毒素激酶

霍浩然（综述），脱红芳，彭彦辉（审校）

（1.河北省人民医院肝胆外科，河北石家庄 050000；2.河北省邯郸市中心医院普外三科，河北邯郸 056001）

血管生成素-1/Tie2系统在炎症过程中作用机制的研究进展

霍浩然1，2（综述），脱红芳1*，彭彦辉（审校）1

（1.河北省人民医院肝胆外科，河北石家庄 050000；2.河北省邯郸市中心医院普外三科，河北邯郸 056001）

血管生成素1；受体，Tie-2；炎症；综述文献

炎症是组织对损伤因子所发生的防御反应，以毛细血管扩张和炎症细胞渗出为特征，其在疾病的发生、发展过程中发挥重要作用。抑制炎症反应达到改善全身情况，减少器官组织损伤是一种有效的治疗策略。血管内皮细胞（endothelial cell，EC）是炎症过程中各种细胞因子和生长因子作用的靶点。EC被多种因素激活后引发表型的转变有利于炎症细胞黏附、迁移和聚集，血管通透性增高，细胞凋亡及血管紧张度改变［1］。血管生成素-1（angiopoietin-1，Ang-1）以及具有免疫球蛋白和表皮生长因子同源性结构域的酪氨酸蛋白激酶-2（tyrosine kinase receptors with immunoglobulin and EGF homology domains receptors 2，Tie2）受体系统，具有抑制EC凋亡，抗炎，促进血管出芽、迁徙、趋化，维持血管稳定，抗血管渗漏和减轻局部炎症等作用。在实验动物模型中，Ang-1对于由血小板活化因子（platelet-activating factor，PAF）、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、内毒素、缓激肽（bradykinin，BK）或其他致炎因子所导致的炎症和血管渗漏起保护作用，能够提高内毒素血症患者的生存率［2］。现将Ang-1/Tie2系统参与炎症过程的机制以及Ang-1抗炎的实验研究资料综述如下。

1 Ang-1/Tie受体系统的结构特点

Ang-1基因位于8q22～q23，cDNA编码498个氨基酸，相对分子质量约为70 000，由3个结构域组成的糖蛋白，N-端疏水性分泌信号肽、第100～280氨基酸的螺旋-螺旋结构域（coiled-coil domain）和羧基末端的纤维蛋白原类似结构域（fib -rinogen-like domain，FD）。Ang-1主要由血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cell，VSMC）和血管周围细胞分泌，在成人的肺、冠状动脉、皮肤、肌肉、前列腺、卵巢等组织中表达，其表达受表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）、转化生长因子2β（transforming growth factor2β，TGF2β）等的调控。

Tie是一种酪氨酸激酶样受体，包括Tie1和Tie2。Tie2编码1 124个氨基酸。Tie2的催化核心在其羧基末端，它总体的折叠结构类似于丝氨酸/苏氨酸和酪氨酸激酶结构，羟基端激活环去磷酸化后才形成激活的构象。Ang-1与Tie2受体结合后，能够引起与受体相连的磷脂酰肌醇3-激酶（phos-phatidylinostitol 3-kinase，PI 3ˊ-kinase）的亚基P85磷酸化而激活PI3-kinase。随后活化的PI3-kinase作用磷酸肌醇脂，提高胞内1、4、5-三磷酸肌醇和3、4、5-三磷酸肌醇的含量，二者正性调节丝氨酸/苏氨酸激酶。苏氨酸激酶结合磷脂酰肌醇后被磷酸化，磷酸化位点在激活环Thr308和羧基端Ser473。

2 ANG-1/Tie2系统在炎症过程中作用机制的实验性研究

3.1 抑制炎症细胞的迁移、黏附、聚集以及炎症基因表达：外源性Ang-1蛋白治疗，腺病毒载体转染Ang-1基因治疗或Ang-1基因过度表达小鼠模型均能通过抑制细胞黏附分子、血小板内皮细胞黏附分子-1（platelet-endothelial cell adhesion molecule-1，PECAM-1）和血管内皮黏着素（VE-adherin）等表达，减少中性粒细胞浸润、黏附，对抗内毒素血症或过氧化氢诱导致肺损伤的血管内膜渗漏［3］。Ang-1也通过抑制黏附分子的表达，从而干扰由黏附分子所介导的中性粒细胞和EC之间的相互作用，并能阻止肿瘤坏死因子-α引起的中性粒细胞迁徙出内皮细胞层［4］。Ang-1/Tie2系统可减少促炎基因表达和炎症介质的产生显著减轻局部炎症反应，如凝血酶刺激后诱导的白细胞介素-8分泌［5］，这可能是通过Tie2受体磷酸化与核因子-κB（nuclear factorκB，NF-κB）抑制剂相互作用所介导的。Tie2受体缺陷的小鼠模型导致中性粒细胞浸润和肺血管渗漏增加，加重了内毒素血症引起的肺损伤［6］。这一结果表明，即使缺乏外源性Ang-1蛋白治疗，Ang-1/Tie2系统仍然有抗炎功能。

2.2 调节内皮细胞通透性和抗血管渗漏：Ang-1/ Tie2系统调节EC通透性，部分是通过Rho家族小鸟苷三磷酸酶RhoA所介导的路径调整肌球蛋白、微丝肌动蛋白（filamentous actin，F-actin）间相互作用来完成的［7］。Rho GTPase家族成员特别是RhoA在EC通透性增高中起重要作用，Rho GTP酶通过影响微丝肌动蛋白的聚合来调节EC的屏障功能。Tie2受体磷酸化后，通过PI3激酶和Rac1激活p190RhoGTPase激活蛋白（Rho家族GTPase活化蛋白，p190RhoGAp），这种蛋白有抑制RhoA活性的能力，从而抑制RhoA的活化。这一结果可减低EC高通透性和微丝肌动蛋白的形成［3］。研究［3］证实，在内毒素血症小鼠模型中，下调的p190RhoGAp激活蛋白完全消除Ang-1抗内毒素血症诱发的炎症和肺血管渗漏的能力。

国外有学者研究［7］发现Ang-1的调节EC通透性与PECAM-1和钙黏蛋白在细胞表面的重新分布及细胞间连接紧密相关。Ang-1/Tie2系统影响着跨膜结合蛋白产生的相邻细胞间连接力，特别是血管内皮细胞钙依赖粘连蛋白复合物。Ang-1能改变血管内皮细胞钙依赖粘连蛋白的状态，降低EC通透性［8］。Ang-1这些效应是由依赖于鞘氨醇激酶-1激活的细胞外信号调节激酶1/2来调节的［9］。同时Ang-1也是一种针对VEGF所介导的血管高渗透性有效的抑制剂［9］。VEGF能上调囊泡-液泡细胞器（vesicular vacuolar organelle，VVO）功能，调节血管基底膜上窗孔的开放或关闭，促血管通透性增加。而Ang-1影响了VVO的形成，同时减低了VEGF诱导磷酸化和随后的血管内皮细胞钙依赖粘连蛋白的细胞内摄作用［7］，从而起到抗血管渗漏的效应。

2.3 抑制内皮细胞凋亡：细胞凋亡是炎症发病过程中的重要机制，实验［10］证明脓毒症小鼠肺毛细血管EC凋亡数量明显增加。Ang-1抑制EC凋亡通过几个途径，其中包括磷脂酰肌醇3′激酶（PI 3′-K）/苏氨酸激酶信号转导通路［11］，激活NF-κB的A-20结合抑制剂（A-20 binding Inhibitor of Nuclear Factor-kappaB Activation，ABIN-2）［12］，抑制转录因子FoxO1介导的基因表达［13］，抑制线粒体释放第二线粒体源的半胱氨酸天冬酶激活物（second mitochondrial derived activator of caspases，smac）和细胞色素C（cytochrome C）［14］，与上调凋亡抑制因子生存素（survivin），稳定细胞活力抑制凋亡［15］。

研究人员用可溶性Tie2受体（soluble Tie2 receptors，sTie2）阻断人脐静脉内皮细胞的内源性Ang-1，再给予不同剂量的外源性Ang-1，发现Tie2受体和PI 3′-K亚单位p85的磷酸化和PI 3′-K的活性均呈剂量依赖性，随着剂量的增加内皮细胞凋亡指标逐渐下降［16］。PI3′-K的阻断剂LY294002可阻断Ang-1的抗凋亡作用。

天冬氨酸特异性的半胱氨酸蛋白水解酶（caspase）是细胞凋亡中3条途径的最后通路，在细胞凋亡过程中发挥重要作用。线粒体可释放细胞色素C和半胱氨酸天冬酶激活物，二者都能促进半胱氨酸蛋白水解酶的表达而促进凋亡的发生。体内实验表明，Ang-1在失血性休克大鼠模型中能防止线粒体跨膜电位崩溃，抑制线粒体释放半胱氨酸天冬酶激活物和细胞色素C，阻止细胞凋亡［14］。

2.4 其他证实Ang-1具有抗炎效应的动物模型实验：气道毛细血管能够表达P-选择素、细胞间黏附分子等静脉标记物，并且是由脂多糖诱导急性炎症中白细胞粘连的部位，Ang-1基因过度表达导致气道毛细血管重塑。全身应用sTie2阻断内源性Ang-1抑制毛细血管重塑，诱导静脉标记物，可促进白细胞进入感染肺支原体的小鼠气道。研究结果［17］表明，封锁Ang-1/Tie2通路，是气道炎症的有效治疗方法。

此外，在内毒素处理过的动物模型中，Ang-1能够减少内皮素1（endothelin-1），这是一种炎症介质同时也是一种血管收缩剂，同时增加ARDS发病中的保护因素血红素氧合酶-1（hemoxygenase-1，HO-1）［18］。而由腺病毒转染Ang-1的动物模型比内毒素或高氧引起的肺损伤及内毒素引起的休克动物模型存活率提高了不止2倍［19］。

3 目前研究仍存在的问题

与其他生长因子如VEGF、EGF比较，我们对血管生成素家族了解尚少，并且缺乏相关的小干涉RNA（small interfering RNA；siRNA）和质粒的广泛应用，甚至缺少基本的研究工具如市售的小鼠Ang-1ELISA试剂盒。而且，Ang-1/Tie2系统参与抑制炎症反应过程机制复杂，涉及多条信号传导通路和多个正向、负向调节因子，进一步研究抑制炎症反应的信号传导通路及其启动机制和拮抗因素，以及Ang-1/Tie2系统与其他因子间的关系，对于炎性疾病防治和相关药物的开发应用具有重要意义。

目前Ang-1的给药方式包括局部或全身应用外源性Ang-1蛋白、重组Ang-1、细胞疗法（注射血管紧张素-1过表达间充质干细胞）、腺病毒载体转染、转基因动物等方法。但是尚无比较这几种给药方式的途径、剂量、开始最佳时间、有效性与安全性的相关实验研究。

此外，鉴于Ang-1存在的抗炎效应有学者提出，Ang-1的水平是否能够成为预测炎症反应中持续器官衰竭（＞48 h）和延长住院期生物标记。Whitcomb等［20］采用酶联免疫吸附法测定了312例重症急性胰腺炎患者的Ang-1、Ang-2水平，发现轻型和重型急性胰腺炎患者较入院时血清Ang-1水平差异并无统计学意义。因此，关于血清Ang-1水平能否成为预测炎性疾病严重程度的指标，以及Ang-1是否在除EC之外的其他细胞上存在受体；Ang-1是调节血管渗漏的炎症反应还是仅能调节血管EC通透性增高的炎症反应均尚未明确。上述这些问题均需在今后的研究中作更进一步的探讨。

4 结语

Ang-1的抗炎机制可归纳为：抑制炎症细胞迁移、黏附及炎症基因表达；调节内皮细胞通透性；抑制内皮细胞凋亡；维持血管稳定、抗血管渗漏等。而目前仍没有针对炎症病因的治疗措施，甚至没有关于炎症前潜在因素和在发病过程中细胞相互作用方面的有效信息。而抗炎和抗血管通透性的药物表现出抗药性原因可能是人类微血管独特属性［21］和多种炎症因子刺激、血管高渗透性导致的表现。Ang-1/Tie2系统可能提供了一个恰当的新的治疗靶点，因为它控制着对抗多重刺激造成的炎症和血管高渗透性的广泛通路［22］。

总之，Ang-1/Tie系统在炎症过程中的作用及其机制和应用前景已初露端倪。Ang-1/Tie系统的研究，不仅有利于加深对炎症发病机制的认识，而且对于急性肺损伤、重症胰腺炎、脓毒血症等临床相关疾病的防治亦有重要现实意义。

［1］ MANIATIS NA，ORFANOS SE.The endothelium in acute lung injury/acute respiratory distress syndrome［J］.Curr Opin Crit Care，2008，14（1）：22-30.

［2］ XU J，QU J，CAO L，et al.Mesenchymal stem cell-based angiopoietin-1 gene therapy for acute lung injury induced by lipopolysaccharide in mice［J］.J Pathol，2008，214（4）：472-481.