雌激素、低氧及其交互在新血管生成中的作用研究进展

刘 倩 杨 阳 于世宾

组织内新血管的生成是一个复杂的调控过程，是组织内促血管生成因子和抑血管生成因子相互对抗的结果。目前已经证实的促血管生成因子主要包括血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、结缔组织生长因子(connective tissue growth factor，CTGF)、成纤维细胞生长因子 -1(fibroblast growth factor-1，FGF1)、FGF2、基质金属蛋白酶 9(matrix metalloproteinase 9，MMP9)等。抑血管生成因子主要包括软骨调节素1(chondromodulin 1，ChM1)、肌钙蛋白-1(troponin-1)等，其中VEGF的研究最为广泛［1］。新血管的生成主要分3个步骤:①炎性介质等激活内皮细胞;②蛋白酶降解血管内皮基质;③内皮细胞趋化及新生血管发生。新血管生成的影响因素较多，本文重点回顾雌激素、低氧及其交互在其中的作用机制。

一、雌激素与新血管生成

在正常情况下，成年后各人体组织中血管内皮细胞和平滑肌细胞基本不进行有丝分裂，不会形成新血管，但女性生殖系统例外，多数学者认为这与女性激素尤其是雌激素有关［2］。近年来，雌激素对血管生成的影响被越来越多的学者所证实。研究表明，心肌缺血后心功能的恢复在雌性中优于雄性，而心功能恢复与缺血部位新血管形成能力呈正比，且长期雌激素治疗可以改善血管的功能［3］。大量研究表明，雌激素可以通过升高骨、子宫、脑等组织中的VEGF水平进而促进新血管的形成［4～6］。雌激素还能上调血管生成素的分泌水平，促进血管内皮细胞的增殖，以上效应可以被雌激素受体(estrogen receptor，ER)的拮抗剂他莫西芬所阻断［7］。卵巢切除所引起的骨量减少与雌激素缺乏所引起的VEGF水平下调关系密切［4］。此外，ERα敲除小鼠表现出明显的新血管生成障碍，而且临床上给予他莫西芬等可以显著抑制乳腺癌等肿瘤组织中的新血管生成［2］。以上结果均提示雌激素及其受体在新血管的生成中发挥着重要作用，但其具体作用机制尚不明了。

二、低氧与新血管生成

低氧也是新血管生成的重要诱发因素，当机体内出现如心肌缺血、脑缺血、肿瘤快速生长等所引发的低氧环境时，机体就会诱发新血管生成以改善组织缺氧状况。低氧诱导因子(hypoxia inducible factor，HIF)是近年来发现的一类哺乳动物细胞内在基因转录水平调控低氧变化最主要的因子，在促进机体对低氧的适应过程中发挥着重要作用［2］。目前HIF家族共有HIF1、HIF2和HIF3等3个成员，HIF蛋白都是由α亚基和β亚基组成的异二聚体，其中β亚基是结构性亚基，表达于细胞核内且不受低氧的影响，主要负责保持HIF结构的稳定性和二聚化引起的活性构象转变;α亚基是功能性亚基，对HIF的活性与功能起决定性作用，因此目前针对HIF功能的研究主要围绕其α亚基展开。HIF α亚基的特性具有氧依赖性，其C末端含有1个富含脯氨酸/丝氨酸/苏氨酸的氧依赖降解结构域(oxygen dependent degradation domain，ODDD)。在常氧条件下，α亚基ODDD中第402及564位脯氨酸残基被脯氨酸羟化酶(prolylhydroxylase，PHD)羟化，羟基化的脯氨酸残基与肿瘤抑制蛋白(Von Hippel Lindau protein，pVHL)结合，随后募集elongin C、elongin B等泛素蛋白，共同组成泛素连接蛋白酶复合体，进而使α亚基被泛素连接蛋白酶降解。在低氧情况下(＜5%)PHD失活，不能使HIF α亚基羟基化，从而保证了α亚基的稳定，α亚基转移进入细胞核，在核内与β亚基结合成二聚体，进而与靶基因上的低氧反应元件(hypoxia response element，HRE)结合激活靶基因的转录［8］。

研究表明VEGF及其受体VEGFR等血管形成相关因子的启动子序列上均含有HRE，HIF可以直接与VEGF等因子DNA 上的HRE启动相关转录［9，10］。敲除小鼠成骨细胞中的pVHL使HIF1α亚基持续活化，可以显著增加长骨发育过程中和牵张成骨后新血管的生成，进而产生大量的新骨，相反，如果敲除成骨细胞中的HIF1α则会引起牵张成骨后的新血管生成及骨形成障碍，上述反应主要是通过 VEGF介导的［9，10］。给予小分子的脯氨酸羟化酶抑制剂(去铁胺等)可以稳定HIF的表达量，也促进新血管的生成和骨折愈合［9］。敲除小鼠成骨细胞中的HIF2α也可以引起与敲除HIF1α类似程度的骨骼内新血管生成障碍，最终表现为肢体变短［8］。

三、雌激素-低氧交互在新血管生成中的作用

HIF在雌激素上调VEGF表达进而促进新血管生成中发挥着关键作用。研究表明外源性雌激素可以通过激活PI3K/Akt通路上调子宫、卵巢癌细胞、乳腺癌细胞中HIF1α的表达，进而使ERα和HIF1α入核并与VEGF的启动子结合，最终上调VEGF的表达，这一(雌激素上调VEGF表达)效应可以被雌激素受体拮抗剂Fulvestrant和HIF1抑制剂YC-1阻断［11］。另一项针对子宫内膜癌的研究显示，在常氧(20%)条件下(HIF1α因降解而无法存在)，E2无法上调VEGF的表达，而利用氯化钴(CoCl2)阻断细胞内的HIF1α降解后，E2刺激可以引发HIF1α核内转位，同时伴有VEGF水平的上调，该结果进一步提示HIF1α在外源性雌激素所诱导的VEGF上调中发挥着关键作用［12］。反之，低氧也可以直接调控 ERα、ERβ的表达。在没有雌激素参与的情况下低氧能通过 HIF1α 激活 ERα、ERβ［13］。另一项研究显示低氧可以轻度下调ERα水平，显著上调ERβ水平，抑制HIF1α的表达能消除低氧所诱导的ERβ上调并上调ERα水平［14］。研究显示ERα参与了低氧对乳腺癌干细胞的增殖效应，该效应可以被 ERα拮抗剂阻断［15］。特异性敲除成骨细胞中的 pVHL使HIF1α、HIF2α持续活化(类似于低氧效应)可以有效改善卵巢切除所引发的新血管生成障碍及骨量减少，同时卵巢切除可以显著降低因VHL敲除所引起的HIF1α、HIF2α和VEGF蛋白的上调，这进一步提示在新血管生成及后续的破骨-成骨偶合中雌激素-低氧效应之间存在明显的交互效应［16］。

此外，ER和HIF在细胞内的降解存在竞争性。最新研究显示 ERα和 HIF1α、HIF2α都是细胞内pVHL靶向底物，都可以被泛素化进而降解，且它们之间存在竞争性，低氧条件下由于HIFα亚基不能被降解，ERα就会被 pVHL更多地结合，进而降解［17］。由此不难看出，雌激素与低氧不但可以调控对方的下游受体，而且ER、HIF在细胞内的水平也存在密切的联系。可见雌激素与低氧、ER与HIF在调节新血管生成中存在明显的交互作用。

四、展 望

骨关节炎(osteoarthirtis，OA)是一种发生率高、严重威胁人类运动功能的疾病，其主要病理表现为早期的关节软骨退行性变及软骨下骨吸收，晚期可出现软骨血管化、软骨剥脱、边缘性骨赘形成(新骨形成)等反应。关节软骨的血管化是OA晚期的重要病理学基础［8，18］。研究表明，抑制新血管生成可以有效降低OA进程中的滑膜炎、减缓受累关节的结构改变，显著缓解疼痛，但具体机制有待阐明。大量证据显示体内雌激素水平降低与OA的发生关系密切，且多数研究显示雌激素替代疗法可以有效降低绝经后女性的OA发生率。低氧是与OA发生关系密切的又一重要因素，同时晚期OA软骨组织中HIF1α和HIF2α显著上调。可见雌激素、低氧都在OA的发生发展中发挥着重要作用，而雌激素-低氧交互可能在OA的发生发展尤其是OA新血管生成中发挥着关键作用，今后围绕雌激素-低氧交互在OA新血管生成中的具体作用机制展开系统的研究，有望阐明OA的发生机制，为OA的治疗提供新思路。

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