血管内皮细胞钙粘素研究进展

夏坤伟 综述，陈礼刚 审校

细胞间的连接分为黏附连接和紧密连接，他们对于维持正常组织完整性有着重要作用，但同时他们之间的连接必须适应于炎症反应时白细胞游出，全身组织血管形成及血管发生［1］。血管内皮细胞间的连接保证了血管屏障功能的完整性，内皮间复杂的黏附蛋白网络组成了血管内皮细胞间的紧密连接和黏附连接［2］。黏附连接参与多种生理功能，包括建立和维持细胞间的粘附、肌动蛋白细胞骨架的重塑、细胞内的信号转导及转录基因转录调节等，紧密连接则在保持血管内皮完整性、调节血管通透性方面扮演着重要作用。血管内皮细胞对于调节血液与周围组织间溶质的相互交换及血管生成、血管发生、血管延伸等方面有着重要作用。

血管内皮细胞屏障功能得以发挥，在很大程度上依赖于血管内皮细胞间的连接。作为内皮细胞间连接处特殊的连接蛋白，血管内皮细胞钙粘蛋白（VEcadherin）除了在促进血管内皮细胞连接及维持血管内皮屏障功能方面发挥作用外，对调节邻近血管生成也起着重要作用。

1 VE-cadherin的发现

VE-cadherin 的发现可追溯到20 世纪90 年代，1991年，Suzuki等［3］在利用PCR技术检测钙粘蛋白多样性时，新发现了8 种与已知3 种中的2 种钙粘蛋白有相似的分子结构的新型钙粘蛋白，并将这8种分子依次命名为钙粘蛋白4-11，研究发现cadherin-5 与其他VE-cadherin 不同，它定位于血管内皮细胞上。1992年，Lampugnani等［4］通过单克隆抗体7B4检测发现，7B4所识别的抗原在内皮细胞表面有着丰富的表达，7B4 所识别的抗原分子量约140KD，并发现它就是一年前Suzuki新发现的8种钙粘蛋白中的一种，在实验中Lampugnani 等发现，在试管内添加单克隆抗体7B4 后，血管内皮对大分子物质的通透性会增加，而内皮细胞形态未发生明显的改变，但Lampugnani等人尚未对此现象做出更深入地研究。1995年，Breviario等［5］将定位于血管内皮细胞连接处的cadherin-5改名为VE-cadherin（vascular endothelium cadherin）。从此，VE-cadherin 作为一种血管内皮细胞连接处全新的钙粘蛋白，研究者致力于其研究。

2 VE-cadherin基因定位及分子特点

1996 年，Huber 等［6］通过基因测序发现VE-cadherin 基因定位于人16q22 上，并检测到VE-cadherin基因片段由12个全长36Kb外显子组成［6］。在基因序列中包含着多个内含子，5’端更明显。外显子在控制VE-cadherin 生成方面有着重要作用，而内含子则可能在VE-cadherin 基因转录调节方面发挥着作用。VE-cadherin 分子量约为140KD，分子结构中包含有780 个氨基酸组成，在结构上分为胞外区、胞浆区和跨细胞膜区3 种结构。氨基端（胞外区）与相邻血管内皮细胞钙粘蛋白相关分子连接，胞内区（羧基端、胞质尾区）与P120 连环蛋白，β-连环蛋白，斑珠蛋白相连接，再通过α-连环蛋白与F肌动蛋白细胞骨架连接形成了钙粘蛋白-连环蛋白复合体［7］。通过钙粘蛋白-连环蛋白复合体，血管内皮细胞就紧密粘附一起，从而发挥内皮屏障功能作用。

3 VE-cadherin相关功能及功能调节研究

VE-cadherin 功能的实现需由VE-cadherin、α-连环蛋白、β-连环蛋白、P120-连环蛋白、斑珠蛋白等组成的血管内皮细胞钙粘蛋白-连环蛋白复合体完成。基因改变后的小白鼠的研究表明：在多种组织中，血VE-cadhrein连环蛋白复合体是血管内皮细胞连接处的开放和白细胞溢出作用的靶点［8］。VE-cadherin 功能的研究起源于VE-cadherin特异性抗体的发现，VEcadherin单克隆抗体能特异性地破坏血管内皮细胞处的相互连接，增加血管通透性及白细胞从血管内溢出［9］。VE-cadhrrin 功能主要表现在维持血管内皮细胞相互连接和新生血管发生和生成。血管生成实验研究表明，缺乏VE-cadherin 小鼠将会由于血管生成障碍而死于胚胎中期。

3.1 VE-cadherin维持血管内皮细胞完整性功能的调节 VE-cadherin 通过连环蛋白实现内皮细胞连续性，保障血管内皮完整，血管屏障功能得以发挥。内皮细胞间的连接错综复杂，如今分子生物技术尚不能完全剖析内皮细胞连接特点及调节程序。目前认为，VE-cadherin/连环蛋白复合体酪氨酸磷酸化及去磷酸化作用是调节VE-Cadherin功能的主要方式。多种物质如VEGF，TNF-α，血小板激活因子（PAF），凝血酶，组胺等可诱导VE-cadherin 发生酪氨酸磷酸化，引起血管通透性增加［10］。同时上述物质也可引起VE-cadherin/连环蛋白其他成分如β-连环蛋白、α-连环蛋白、斑珠蛋白及P120蛋白发生磷酸化作用。

3.1.1 VEGF 调节VE-cadherin 功能 血管内皮细胞生长因子（VEGF）被认为是引起VE-cadherin 酪氨酸磷酸化强有力因素。VEGF 激活因子激活活性氧分子，导致VE-cadherin 分子的Y658 和Y731 发生磷酸化作用。Y658和Y731发生磷酸化后会破坏VE-cadherin 与P120-连环蛋白及β-连环蛋白的相互连接［11］。另外，VEGF 可使VE-cadherin/连环蛋白复合体中的斑珠蛋白及β连环蛋白发生磷酸化作用。VEGF促使VE-cadherin及其他复合体成员发生磷酸化作用的机制不明，但Src 激酶被发现在其中起着重要作用，且Src 激酶与VE-cadherin 构成上相关［12］。研究发现TNF-α也能促使VE-cadherin 的Y658 和Y731 发生酪氨酸磷酸化［13］，但作用机制不明，尚需做进一步研究。

VEGF引起血管内皮细胞通透性增强可能与VEcadherin 胞质尾区部丝氨酸磷酸化作用引起VE-cadherin内吞作用增强而导致VE-cadherin功能下调有关［14］。Xiao K 等［15］发现P120 可能有调节VE-cadherin胞质尾区磷酸化的作用。

3.1.2 PTP 调节VE-cadherin 功能 几种蛋白质酪氨酸磷脂酶与VE-cadherin相关并且能使发生磷酸化作用的VE-cadherin 脱去磷脂，包括VE-PTP（PTPβ），DEP-1，PTPPTPµ,PTP1B 和SHP2 等能使VE-cardherin发生去磷酸化［16-19］，或与蛋白质联合而改变VEcardherin-连环蛋白复合体功能。血管内皮细胞受体型蛋白质酪氨酸磷脂酶（VE-PTP）的表达仅限于内皮细胞，VE-PTP的激活可增强VE-cadherin与内皮细胞间的相互连接，进而降低血管内皮屏障的通透性［17］。与VE-cadherin缺陷小鼠相似，VE-PTP缺陷或基因敲除的小鼠在妊娠中期就会因血管生成障碍而发生死亡［20-21］。血管内皮细胞蛋白质酪氨酸磷脂酶（VE-PTP）与VE-cardherin分离将会影响内皮细胞连接开放、血管通透性增加和白细胞溢出［22］。蛋白质酪氨酸磷脂酶（PTP）与酪氨酸激酶间的动态平衡对于VE-C酪氨酸磷酸化作用水平至关重要，甚至决定着血管内皮通透性。

3.1.3 FGF调节VE-cadherin功能 纤维母细胞生长因子（FGF）对VE-cadherin 酪氨酸磷酸化水平也有调节作用。体外实验研究表明，FGF减少或缺失会损害成人血管的完整性［23］。纤维母细胞生长因子（FGF）信号的缺失会提高VE-cadherin 酪氨酸磷酸化水平，从而破坏在血管内皮细胞连接处的VE-cardherin-连环蛋白复合体的完整性［24］。血管内皮间FGF 因子缺乏引起P120连环蛋白从VE-cardherin上面分离下来，进一步导致VE-cardherin从细胞间连接处分离。FGF发出信号控制VE-carherin 磷酸化作用，这一调控是通过调节SHP2 的表达和功能实现的，而非是修饰VE-cardherin 致活酶活性实现，FGF 信号缺失会导致SHP2表达受损，减少SHP2与VE-cadherin结合，进而导致VE-cadherin 中的Y658 部位（该部位是VE-cadjerin 与P120 连环蛋白相互作用所需）酪氨酸磷酸化作用加强［24］，SHP2 磷脂酶在内皮细胞间连接受损的修复过程中扮演者重要角色，它通过VE-cadherin-β连环蛋白去磷酸化而发挥作用，同时促进VE 在细胞膜内的移动性。

其他多种物质也参与VE-cadherin功能调节。致活酶和磷脂酶在调节VE-cardherin 的磷酸化发挥重要作用，白细胞粘附于血管内皮（通过细胞间粘附分子）能诱导VE-cardherin 酪氨酸发生磷酸化作用［25］，NO 衍生物NOS 活性可调节β-连环蛋白的翻译后修饰，调节β-连环蛋白功能及与其他蛋白连接［26］。

3.2 VE-cadherin调节血管发生和血管生成 VE-cadherin 促进血管内皮细胞间的相互连接，维持和调节血管内皮连续性和发挥血管内皮屏障功能。同时，VE-cadherin促进内皮细胞间的相互连接对血管生成也很重要。VE-cadherin基因敲除的小鼠死于妊娠中期，对其胚胎血管内皮细胞进一步分析可见内皮细胞分化是正常的，但是内皮细胞间的连接不完整，不能形成完整的血管管腔。尿囊体外实验中，VE-cadherin抗体阻断其连接功能，可见新生成的血管破坏。Liao F 等［27］用VE-cadherin 细胞外区单克隆抗体作用小鼠后发现血管生成受抑制，同时肿瘤血管生成和转移也减少。多种实验结果提示，VE-cadherin 对胚胎血管生成初期及血管生成后血管形态的维持有着重要作用，但VE-cadherin 调节血管生成的机制还未完全阐明，尚需要进一步研究。

血管形成的早期，血管内皮通透性很高，内皮细胞间的连接疏松。在胚胎血管形成过程中，内皮细胞连接经历着不断成熟发展，与血管重构和血管稳定相互平衡［28］。VE-cadherin缺失时，虽然不能形成血管，但是内皮间的相互连接依然存在，是否存在另外的因素促使内皮细胞间的连接，目前尚不完全明了。猜测可能与钙粘蛋白的另一种亚型N-cadherin 相关。Ncadherin 也在血管内皮细胞表面表达，Luo Y 等［29］发现N-cadherin缺失的时候，小鼠因血管损伤而死于妊娠中期，并提出N-cadherin的丢失可导致VE-cadherin表达降低。

4 VE-cadherin与肿瘤

4.1 VE-cadherin 与颅外肿瘤 已有诸多关于VEcadherin 与肿瘤相关研究报道。早在1998 年，Smith等［30］发现在上皮样肿瘤中VE-cadherin的表达，7例病例中就有5例为阳性，高度怀疑VE-cadherin与上皮样肿瘤有关。Parker 等［31］采用原位杂交方法分析了正常组织、乳腺导管原位癌及乳腺浸润性导管癌中VEcadherin基因表达差别，结果发现VE-cadherin基因在乳腺癌中表达增高，并和肿瘤浸润深度有关，随着肿瘤深度增加而表达增高。另外，有人将125例直肠癌患者术前血清中的VE-cadherin含量与正常患者血清相比较，发现前者血清中VE-cadherin含量为后者的4倍之多［32］。Benetti 等［33］采用免疫组织化学染色法分析得出，肝癌组织内皮细胞中VE-cadherin 表达较邻近正常肝组织表达增高，且与肝癌病理分级有关。

4.2 VE-cadherin与颅内肿瘤 胶质瘤发病率占颅内肿瘤中的第一位，是发病率和病死率很高的中枢系统原发性肿瘤。目前对于胶质瘤的分子生物学研究有了很大进展。大多研究集中在以控制血管发生、生长为主的相关分子，癌基因及抑癌基因激活，胶质瘤侵袭及粘附相关分子等的研究。VE-cadherin在血管生成及维持血管内皮细胞间的连接作用上发挥不可替代作用，它是否与颅内胶质瘤的发展有关，目前尚无有相关研究。

5 VE-cadherin相关研究展望

自从Suzuki 等人在1991 年发现VE-cadherin 以来，人们对VE-cadherin 的研究从未止步，已经证实VE-cadherin 在血管内皮细胞相互连接及血管发生、血管生成上都有着重要作用，并发现VE-cadherin 与肿瘤的血管生成有关。但是对VE-cadherin相关作用机制并没有完全弄清楚，有待以后的研究进一步阐明。今后的研究可能会以VE-cadherin分子生物学特点中的控制肿瘤血管生长为一个方向，以待在肿瘤治疗中有新突破。

［1］Wallez Y,Huber P.Endothelial adherens and tight junctions in vascular homeostasis,inflammation and angiogenesis［J］.Biochim Biophys Acta,2008,1778:794-809.

［2］Harris ES,Nelson WJ.VE-cadherin:at the front,center,and sides of endothelial cell organization and function［J］.Curr Opin Cell Biol,2010,22:651-658.

［3］Suzuki S,Sano K,Tahihara H.Diversity of the cadherin family:evidence for eightnew cadherins in nervous tissue［J］.Cell Regul,1991,2（4）:261-270.

［4］Lampugnani MG,Resnati M,Raiteri M,et al.A novel endothelial-specific membrane protein is a marker of cellcell contacts［J］.J Cell Biol,1992,118（6）:1511-1522.

［5］Breviario F,Caveda L,Corada M,et al.Functional properties of human vascular endothelial cadherin（7B4/cadherin-5）,an endothelium-specific cadherin［J］.Arterioscler Thromb Vasc Biol,1995,15（8）:1229-1239.

［6］Huber P，Dalmon J，Engiles J,et al.Genomic struture and chromosomal mapping of the nlouse VE-cadherin gene（Cdh5）［J］.Genomics,1996,3221-3228.

［7］Elizabeth S.Harris1,3 and W.James Nelson VE-Cadherin:At the Front,Center,and Sides of Endothelial Cell Organization and Function［J］.Curr Opin Cell Biol,2010,22（5）:651-658.

［8］Dörte Schulte,Verena Küppers,Nina Dartsch,et al.Stabilizing the VE-cadherin-catenin complex blocks leukocyte extravasation and vascular permeability［J］.EMBO J,2011,30（20）:4157-4170.

［9］Corada M,Mariotti M,Thurston G,et al.Vascular endothelial-cadherin is an important determinant of microvascular integrity in vivo［J］.Proc Natl Acad Sci USA,1999,96（17）:9815-9820.

［10］Dejana E,Orsenigo F,Lampugnani MG.The role of adherens junctions and VE-cadherin in the control of vascular permeability［J］.J Cell Sci,2008,121:2115-2122.

［11］Potter MD,Barbero S,Cheresh DA.Tyrosine phosphorylation of VE-cadherin prevents binding of p120-and betacatenin and maintains the cellular mesenchymal state［J］.J Biol Chem,2005,280:31906-31912.

［12］Lambeng N,Wallez Y,Rampon C,et al.Vascular endothelial-cadherin tyrosine phosphorylation in angiogenic and quiescent adult tissues［J］.CirRes,2005,96（3）:384-391.

［13］Cain RJ,Vanhaesebroeck B,Ridley AJ.The PI3K p110alpha isoform regulates endothelial adherens junctions via Pyk2 and Rac1［J］.J Cell Biol,2010,188:863-876.

［14］Gavard J,Gutkind JS.VEGF controls endothelial-cell permeability by promoting the beta-arrestin-dependent endocytosis of VE-cadherin［J］.Nat Cell Biol,2006,8（11）:1223-1234.

［15］Xiao K,Garner J,Buckley KM,et al.p120-Catenin regulates clathrin-dependent endocytosis of VE-cadherin［J］.Mol Biol Cell,2005,16（11）:5141-5151.

［16］Grazia Lampugnani M,Zanetti A,Corada M,et al.Contact inhibition of VEGF-induced proliferation requires vascular endothelial cadherin,beta-catenin,and the phosphatase DEP-1/CD148［J］.J Cell Biol,2003,161:793-804.

［17］Nawroth R,Poell G,Ranft A,et al.VE-PTP and VE-cadherin ectodomains interact to facilitate regulation of phosphorylation and cell contacts［J］.Embo J,2002,21:4885-4895.

［18］Sui XF,Kiser TD,Hyun SW,et al.Receptor protein tyrosine phosphatase micro regulates the paracellular pathway in human lung microvascular endothelia［J］.Am J Pathol,2005,166:1247-1258.

［19］Nakamura Y,Patrushev N,Inomata H,et al.Role of protein tyrosine phosphatase 1B in vascular endothelial growth factor signaling and cell-cell adhesions in endothelial cells［J］.Circ Res,2008,102:1182-1191.

［20］Baumer S,Keller L,Holtmann A,et al.Vascular endothelial cell-specific phosphotyrosine phosphatase（VE-PTP）activity is required for blood vessel development［J］.Blood,2006,107:4754-4762.

［21］Dominguez MG,Hughes VC,Pan L,et al.Vascular endothelial tyrosine phosphatase（VE-PTP）-null mice undergo vasculogenesis but die embryonically because of defects in angiogenesis［J］.Proc Natl Acad Sci U S A,2007,104:3243-3248.

［22］Andre Broermann,Mark Winderlich,Helena Block,et al.Dissociation of VE-PTP from VE-cadherin is required for leukocyte extravasation and for VEGF-induced vascular permeabilityinvivo［J］.J Exp Med,2011,208（12）:2393-2401.

［23］Murakami M,Nguyen LT,Zhuang ZW,et al.The FGF system has a key role in regulating vascular integrity［J］.J Clin Invest,2008,118:3355-3366.

［24］Kunihiko Hatanaka,Anthony A.Lanahan,et al.Fibroblast Growth Factor Signaling Potentiates VE-Cadherin Stability at Adherens Junctions by Regulating SHP2［J］.PLoS One,2012,7（5）:e37600.

［25］Turowski P,Martinelli R,Crawford R,et al.Phosphorylation of vascular endothelial cadherin controls lymphocyte emigration［J］.J Cell Sci,2008,121:29-37.

［26］Gonzalez D,Rojas A,Herrera MB,et al.iNOS activation regulates β-catenin association with its partners in endothelial cells［J］.PLoS One,2012,7（12）:e52964.

［27］Liao F,Li Y,O’Connor W,et al.Monoclonal antibody to vascular endothelial cadherin is a potent inhibitor of angiogenesis,tumor growth,and metastasis ［J］.Cancer Res,2000,60（24）:6805-6810.

［28］Potente M,Gerhardt H,Carmeliet P.Basic and therapeutic aspects of angiogenesis［J］.Cell,2011,146:873-887.

［29］Luo Y,Radice GL.N-cadherin acts upstream of VE-cadherin in controlling vascular morphogenesis［J］.J Cell Biol,2005,169（1）:29-34.

［30］Smith ME,Brown JI,Fisher C.Epithelioid sarcoma:presence of vascular endothelial cadherin and lack of epithelial caherin［J］.Histopathology,1998,33（5）:425-431.

［31］Parker BS,Argani P,Cook BP,et al.Alteration in vascular gene expression in invasive breast carcinoma［J］.Cancer Res,2004,64（21）;7857-7866.

［32］Sulkowska M,Famulski W,Wincewicz A,et al.Levels of VE-cadherin increase independently of VEGF in preoperative sera of patients with colorectal cancer［J］.Tumori,2006,92（1）:67-71.

［33］Benetti A,Berenzi A,Gambarotti M,et al.Transforming growth factor-beta1 and CD105 promote the migration of hepatocellular carcinoma-derived endothelium［J］.Cancer Res,2008,68（20）:8626-8634.