血管内皮生长因子B的神经保护作用

雍海溟，宋 强综述，张水华审校

综述

血管内皮生长因子B的神经保护作用

雍海溟，宋 强综述，张水华审校

神经元的发育和存活是一项神经科学研究的热门领域，故神经营养、神经保护因子成为目前的研究热点。但迄今为止，人们对有效的神经营养、神经保护因子及其作用机制了解甚少。血管内皮生长因子-B(vascular endothelial growth factor-B，VEGF-B)是VEGF家族的成员，是1996年发现的该家族第3个因子。大多数关于VEGF-B的研究都是致力于其在血管生长方面的作用，而近年来，一些学者把目光聚焦到VEGF-B的促神经发生、神经营养和神经保护的作用，及其通过直接或间接作用于神经元细胞或神经胶质细胞，从而促进其生长及存活。VEGF-B的这种功能使其和多种神经退行性疾病相关，如帕金森病、肌萎缩侧索硬化症、感觉神经末梢的退行性变性疾病等。细胞体外实验和动物模型研究结果提示，转染VEGF-B基因能够改善肌萎缩侧索硬化症、帕金森病、感觉神经末梢的退行性变性疾病的病情进展。

血管内皮生长因子-B;神经退行性疾病;神经保护因子

0 引 言

VEGF是内皮细胞特异性的生长因子，其家族包括VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E、胎盘生长因子和VEGF-F等7个成员以及各自的变位剪切体［1－3］。该家族中VEGF-A对新生血管形成和增加血管通透性具有重要作用［4－5］，但所具有的促进神经发生和神经保护等作用却被其潜在地、广泛地促进新生血管活性和血管通透性等活性所限制，使得VEGF-A不适合作为一种神经保护因子应用于临床［6－7］。最近研究发现VEGF-B与VEGF家族其他成员不同，对神经有保护作用的同时不伴有新生血管的形成和血管通透性的增加［8－10］。随着对VEGF-B更多生物学作用研究的进行，近年来的资料表明VEGF-B在神经系统中的作用不仅调节血管的生长，还可直接作用于神经细胞，参与神经元的生长、存活、轴突发生及神经退行性变，发挥刺激神经发生、神经营养及神经保护等作用。文中就将以上方面的研究进展作一综述。

1 VEGF-B的概况

VEGF-B是VEGF家族的成员，最初由Olofsson等［11］于1996年从人纤维肉瘤、红白血病癌细胞及Ⅰ型多发性内分泌腺瘤(multiple endocrine neoplasia typeⅠ，MENⅠ)基因分离出人VEGF-B cDNA，并在成年鼠的心脏cDNA文库中克隆了鼠VEGF-B。VEGF-B基因位于人类11号染色体q13［11］，基因全长为4000 bp，包含8个外显子和6个内含子。转录时由于不同的剪切方式可形成2种形式的mRNA，即VEGF-B167和VEGF-B186［12］，相对分子质量分别为42000和60000。编码的蛋白质分别含167和186个氨基酸残基，两者在编码出成熟的蛋白质中的氮末端含有相同的116个氨基酸，但由于碳末端的氨基酸序列不同而具有不同的生物学特点［13］。VEGF-B在小鼠胎儿发育期即可表达，主要表达在心脏、中枢神经系统以及颈部周围的褐色脂肪组织等［14］。同时，在人胎盘组织中也有丰富的表达［12，15－16］，另外在人类的各种肿瘤中，如神经系统肿瘤、乳腺癌、肾癌、大肠癌、肺癌中均发现了VEGF-B的表达，表明VEGF-B参与了多种重要的生理或病理过程。它以同源二聚体形式与内皮细胞表面的血管内皮生长因子受体-1(vascular endothelia growth factor receptor 1，VEGFR1)和神经毡毛蛋白(neuropilin-1，NRP-1)结合［14，17］，从而发挥其多种生物学作用。

2 VEGF-B的促神经发生和修复作用

VEGF-B是血管源性神经保护性蛋白，具有一定的促神经发生和对受损神经元的保护及修复功能。Sun等［18－19］的研究证实了VEGF-B刺激体外培养神经细胞的增殖和诱导体内神经元新生及促进轴突生长的作用。他们发现VEGF-B基因敲除(VEGF-B gene knockout，VEGFB-KO)鼠的海马齿状回的颗粒细胞下区及前脑的脑室下区出现溴脱氧尿苷(Bromodeoxyuridine，BrdU)的掺入和不成熟的神经元标志表达。脑室内给予VEGF-B可以增加神经元BrdU的掺入，而且VEGFB-KO小鼠表现出神经发生受损。脑室内重新给予 VEGF-B可促使VEGFB-KO小鼠的神经发生，并且恢复到野生型正常小鼠的水平。VEGF-B除对神经元有促分化作用外，对于受损伤的神经也具有一定的保护和修复作用。小鼠视神经损伤(optical nerve crush，ONC)模型诱导了视网膜神经元细胞(retinal ganglion cells， RGCs)的凋亡。然而，向ONC鼠眼球玻璃体腔内单次剂量注射重组人VEGF-B蛋白会显著恢复RGCs的存活数量，使VEGF-B治疗组的视网膜神经元细胞数比视神经损伤组和视神经损伤加玻璃体腔注射磷酸缓冲液(phosphate buffer solution，PBS)对照组高出近2倍，且VEGF-B治疗组视网膜神经元细胞的突触明显增多。证明它对受损的视网膜神经元细胞有神经保护和修复功能［20］。在阻断大脑中动脉诱发卒中模型的实验中也有相似的发现［18］，VEGF-B敲除鼠的脑梗死面积扩大、神经损伤更加严重。此外，VEGF-B还可减轻因缺氧和局部缺血引起的神经损伤，以及在氧化应激、神经毒素等诱导的视网膜神经节细胞的凋亡等模型中VEGF-B能抑制细胞的凋亡和相关凋亡基因的表达［19，21］，表明VEGF-B对受损伤的神经元有保护和修复作用。

3 VEGF-B与神经退行性疾病

神经退行性疾病是有着多种临床表现的一类疾病的总称。它的发病机制是通过破坏维持正常大脑功能的神经元，从而引起脑损害或躯体功能障碍。积极寻找有效的神经营养、神经保护因子是保护神经元、防止其退行性改变的有效方法之一。因此，VEGF-B在神经退行性疾病中的神经保护作用引起了研究者极大的关注。大量研究显示，在神经退行性疾病中缺乏VEGF-B或其受体Flt-1，细胞或动物模型表现出严重的神经元退行性变，提示VEGF-B与神经退行性疾病之间相关联。

3.1 VEGF-B与帕金森病(Parkinson's disease，PD)PD是由于黒质多巴胺能神经元的退行性变性所引起的纹状体多巴胺释放减少的疾病。当前的替代疗法或手术治疗不能减慢或阻止这种疾病的发生。神经营养因子已预示着其潜在的临床应用前景。Falk等［22］证明VEGF-B是神经营养因子中的一个新成员，能促进PD培养模型中神经元的存活。他们采用基因芯片阵列分析、实时定量PCR和免疫印记等方法在鱼藤酮PD中脑培养模型中证实，VEGF-B受这种神经变性模型的激发而活化，且应用外源性的VEGF-B可使大鼠PD模型体外培养的神经元受到保护。从而通过增加外源性VEGF-B或上调内源性的VEGF-B表达水平证明VEGF-B对PD引起的神经元变性具有潜在修复能力，从而证实营养因子VEGF-B在PD培养模型中可提高神经元的存活。Li等［23］也运用不同种类的神经-损伤和神经变性疾病模型发现了相同的结果，即VEGF-B可保护濒临凋亡的神经元同时，缺乏潜在有害的新生血管活性，同时提出VEGF-B是VEGF家族的第一个存活/抗凋亡因子，而不伴随广泛的新生血管活性。

3.2 VEGF-B与肌萎缩性侧索硬化症 VEGF-B另一个让人兴奋的发现是其和肌萎缩性侧索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis，ASL)相关。ASL是运动神经元病的一种，是累及上运动神经元(大脑、脑干、脊髓)，并影响下运动神经元(颅神经核、脊髓前角细胞)及其支配的躯干、四肢和头面部肌肉的一种慢性进行性变性疾病。大多数ASL病例均为散发型，也有很多病例是由于Cu/Zn过氧化物歧化酶(superoxide dismutase 1，SOD1)基因、鸟苷置换因子alsin、DNA/RNAα螺旋酶及囊泡运输蛋白VAPB突变而致病［24］，临床上常表现为上、下运动神经元合并受损的混合性瘫痪。Poesen等［25］研究了VEGF-B和Flt-1在SODl基因突变而致ASL的转基因鼠模型中的作用。VEGF-B186和酪氨酸激酶受体Flt-1结合能保护原代培养的脊髓运动神经元的退行性变性。当缺乏VEGF-B的小鼠与SOD1(G93A)基因突变型所致ASL的小鼠杂交时会出现更加严重的运动神经元变性。当脑室内注入VEGF-B186后会延长SOD1突变型小鼠的存活。但与相同剂量的VEGF相比，VEGF186更安全且不引起血管生长和血脑屏障的渗漏。VEGF-B的神经保护作用，伴随着它可被忽略的新生血管和组织渗漏活性，为ASL等神经退行性变性疾病的治疗提供了一个新方向。

3.3 VEGF-B与感觉神经末梢的退行性变性疾病Dhondt等［26］研究发现，尽管VEGF-B和其受体Flt-1显著表达于背根神经节(dorsal root ganglion，DRG)的神经元且对后肢皮肤有神经支配作用，但它们对皮肤的神经功能和血管化作用不是必要的。然而，缺乏VEGF-B或Flt-1的原代培养背根神经节细胞表现出神经元应激增强及细胞受紫杉醇诱导后更易于凋亡。同时，在末梢神经病变模型中，小鼠缺乏VEGF-B或功能性的Flt-1将会引起感觉神经元发生更严重的退行性变性。另外，在培养的背根神经节细胞中加入VEGF-B186能对抗神经细胞的应激作用，从而维持线粒体正常膜电位和刺激神经的生存。选择性过表达的VEGF-B186或Flt-1的小鼠神经元会抵抗末梢的神经病变，且外源性的VEGF-B186无论是通过基因转染或作为一个重组因子，其保护作用都直接作用于感觉神经元而不通过周围脉管系统起作用。这些研究表明VEGF-B在防护末梢神经退行性变性疾病中的生物学功能。

3.4 VEGF-B与其他相关疾病的保护作用 局限性脑皮层发育不全(focal cortical dysplasias，FCD)是皮质发育的一种异质性疾病。Boer等［27］通过免疫组化研究了 VEGF-A、VEGF-B和其受体(VEGFR-1和VEGFR-2)在顽固性癫痫FCDⅡB型患者组织中的表达和细胞分化。在正常的颞侧皮层和病灶周围的区域有VEGFA、VEGFB和与其相关的受体(VEGFR-1和VEGFR-2)的表达，主要在锥体神经元。而在所有的FCD样本中，VEGF-A、VEGF-B和其受体在发育不良的神经元中高表达。揭示了VEGF-B及其相关受体可通过自分泌/旁分泌的方式对发育不良的神经元起作用，从而阻止发育不良的神经细胞死亡。Pepe等［28］通过把携带有VEGF-B167的腺病毒群注射到因快速进食而诱导的扩张性心肌病狗的心肌中，阐明了心肌内的VEGF-B167基因呈递延迟了扩张性心肌病诱导充血性心力衰竭的发展进程，验证了在非缺血性扩张性心肌病中，VEGF-B发挥了与血管生成不相关的细胞保护作用。Ottaviano等［29］发现VEGF-B是心肌成纤维细胞和心肌细胞之间的重要信号传递分子，在心肌疾病进展过程中促进了心肌功能的恢复。此外还有研究显示，VEGF-B通过与VEGFR-1结合，可抑制细胞凋亡相关蛋白的表达，从而抑制血管内皮细胞的凋亡作用，达到细胞保护的作用［21］。

4 结 语

近年来，VEGF-B的促神经发生、神经营养和神经保护等功能已受到人们的广泛关注，充分了解VEGF-B的活化及其作用机制是神经相关性病变治疗的前提。较多研究报道了VEGF-B与ASL、PD、感觉神经末梢的退行性变性疾病等相关，转染VEGF-B基因能够改善这些疾病细胞或动物模型的病情，但VEGF-B究竟通过什么样的机制发挥作用，以及VEGF-B及其受体VEGFR-1是通过什么样的信号通路来介导这种作用的发生仍不清楚，将成为今后的研究中的重点［22，24－26］。

综上所述，VEGF-B是一种具有高度生物活性的神经保护因子，通过与受体的特异性结合发挥生物学功能。VEGF-B的生物学效应受到复杂的生物学调节，随着对包括VEGF-B在内的血管内皮细胞生长因子家族及其受体分子生物学功能研究的不断深入，将会对神经退行性、损伤性等疾病的治疗提供新思路。

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Neuroprotective effect of vascular endothelial growth factor-B

YONG Hai-ming1，SONG Qiang2reviewing，ZHANG Shui-hua1checking
(1.Department of Ophthalmology，2.Department of Plastic and Hand Surgery，The Second Hospital of Harbin Medical University，Harbin150086，Heilongjiang，China)

As the growth and survival of neurons are hot topics in neuroscience，neurotrophic and neuroprotective factors have recently become a focus of research.Up to now，the molecular mechanisms behind the regulation of neurotropic and neuroprotective factors remain poorly understood.Vascular endothelial growth factor-B(VEGF-B)，a homolog of VEGF，is the third factor of the family discovered in 1996.Though the initial studies indicated that VEGF-B played an essential role in the formation of blood vessels，recent findings revealed that VEGF-B also had neurogenetic，neurotrophic and neuroprotective effects，either directly or indirectly，on neuronals and could stimulate their proliferation and survival.The functions of VEGF-B are related to some degenerative disorders，such as Parkinson's disease(PD)，amyotrophic lateral sclerosis(ASL)，retrograde degeneration of sensory neurons(RDSN)，etc.The administration of VEGF-B can improve PD，ASL and RDSN in cells and animal models.

Vascular endothelial growth factor-B;Neurodegenerative disease;Neuroprotective factor

R392.7

A

1008-8199(2012)08-0872-04

黑龙江省留学归国人员科研启动基金(LC2009C24)

150086哈尔滨，哈尔滨医科大学附属第二临床医学院眼科［雍海溟(医学硕士研究生)、张水华］，整形与手外科(宋 强)

张水华，E－mail:seamineqq@163.com

2011-10-20;

2011-12-23)

(责任编辑:闻 浩;英文编辑:罗永合)