Id1和E2-2参与血管内皮损伤修复机制的研究进展

夏　曦(综述),王　红(审校)

(成都军区昆明总医院干部病房,昆明650032)



Id1和E2-2参与血管内皮损伤修复机制的研究进展

夏曦△(综述),王红※(审校)

(成都军区昆明总医院干部病房,昆明650032)

摘要：血管内皮细胞及内皮祖细胞增殖、迁移是促进血管内皮损伤修复及有益再生，防治动脉粥样硬化等血管损伤性疾病的重要因素。近年来大量研究证明，分化抑制因子1(Id1)、转录因子E2-2在血管内皮细胞及内皮祖细胞增殖、迁移调控过程中起重要作用，共同参与血管内皮损伤修复，但机制尚不完全清楚。深入探讨Id1及E2-2对以上功能调控的分子机制将为促进血管内皮有益再生提供重要科学依据。

关键词:血管内皮损伤修复；分化抑制因子1；E2-2；增殖；迁移

Migration

血管内皮损伤及功能障碍是动脉粥样硬化发生、发展的核心机制，促进损伤内皮修复及有益再生是防治动脉粥样硬化的关键。血管内皮损伤修复的重要环节包括：①损伤部位毗邻的血管内皮细胞(endothelial cells，ECs)增殖、迁移。②内皮祖细胞(endothelial progenitor cells，EPCs)从骨髓中动员、迁移到内皮损伤部位，并增殖、分化为ECs，促进血管内膜再内皮化；同时通过旁分泌途径促进ECs的增殖和迁移[1-4]。因此，提高ECs及EPCs增殖、迁移活性，对防治AS具有重要意义。近年来大量研究证明，分化抑制因子1(inhibitors of cell differentiation 1，Id1)、E2-2在 ECs及EPCs增殖、迁移过程中起着重要的作用。现对Id1、E2-2在ECs及EPCs增殖、迁移过程中的调控作用及其机制进行综述。

1分子生物学概述

Id1是Ids家族成员之一，属于螺旋-环-螺旋(helix-loop-helix,HLH) 转录因子家族，具有保守的HLH结构域，因缺乏与DNA结合的特定碱性氨基酸序列，所以不能直接与DNA结合，且Id1能通过HLH结构域与含有碱性HLH(basic HLH，bHLH) 结构域的蛋白相互结合形成复合物，阻止该蛋白与DNA结合[5]。Id1是HLH转录因子负性调控因子，在机体内广泛存在，参与细胞周期调控，在多种细胞增殖、迁移、凋亡等活性调控方面起重要作用[6-8]。类似调控作用同样存在于ECs及EPCs增殖、迁移活性调控过程中。

E2-2，HLH转录因子家族另一成员，含有bHLH结构域，与转录因子E2A、HEB共同组成E蛋白家族，广泛表达于各组织中。E2-2可以通过自身相互连接形成同源二聚体或者与其他bHLH转录因子家族成员形成异源二聚体，二聚体复合物与含有E-box(CANNTG)的DNA序列结合，发挥相应的转录调控作用。研究证实，E2-2不仅在调控淋巴系统发育、神经系统分化、肌细胞形成等方面有重要作用[9]，还参与ECs及EPCs增殖、迁移活性调控。

2Id1调控ECs及EPCs的增殖与迁移

2.1Id1调控ECs增殖与迁移Id1调控ECs增殖、迁移有多种途径。研究发现，过表达Id1可通过增强血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)活性，促进ECs增殖、迁移；相反，干扰 Id1的表达可抑制VEGF的转录[10]。若加入VEGF的中和抗体抑制VEGF的功能，可阻断Id1诱导的ECs增殖和管样形成等能力[11]。Sun等[12]进一步证实Id1经VEGF通路调控ECs增殖，并发现此效应由Id1和一个RNA结合蛋白——Acheron共同参与完成。该实验室在ECs中过表达Id1，检测出VEGF、Acheron、整合蛋白β1的表达不同程度增加；敲除Id1，则VEGF、Acheron、整合蛋白β1表达下调。其中，VEGF变化尤为显著。而过表达Id1同时抑制Acheron表达的ECs与仅过表达Id1的ECs相比，前者VEGF的表达水平显著下降。此外，该实验室还发现，正常ECs内Acheron与Id1、整合蛋白β1均有相互结合。血管内皮损伤模型中，该结合现象减弱，诱导整合蛋白β1表达可明显增强Acheron与Id1结合。由此可以得出，Id1与Acheron、整合蛋白β1共同作用调节ECs中VEGF表达，促进内皮损伤部位毗邻的ECs增殖，完成血管内皮损伤修复。另一方面，VEGF又能通过细胞外信号调节激酶5信号通路上调ECs中Id1的表达[13]，过表达Id1可下调凝血酶敏感蛋白1表达，解除其对VEGF活性的抑制作用，增强ECs增殖、迁移活性，及抗凋亡能力[14]。综上所述，Id1可上调VEGF表达，促进ECs增殖、迁移，ECs增殖又可增加VEGF表达，进一步促进Id1表达，由此形成一个正反馈环状通路，增强ECs增殖、迁移活性，促进内皮损伤修复。此外，Id1在ECs中过表达还可明显抑制抑癌基因p53表达，上调低氧诱导因子1及整合蛋白β1表达，通过低氧诱导因子1/整合蛋白β1依赖性信号通路调控ECs黏附和迁移[15]；另一方面，Id1部分抑制p53的核转位，进一步抑制p53依赖性信号通路活性，促进ECs增殖、迁移，加速损伤内皮再内皮化[16-18]。除以上机制外，另有文献报道ECs中Id1还可通过抑制转录因子E2A与周期蛋白依赖性激酶抑制剂基因p21的启动子结合，参与p21依赖性细胞周期调控[19]：过表达Id1，抑制p21的转录活性，导致p21表达降低；反之，干扰Id1表达，p21转录抑制被解除，p21蛋白表达增强。细胞周期分析显示抑制Id1表达的ECs，处于G1期的细胞比例明显增多，细胞周期停滞，细胞增殖缓慢；而诱导Id1表达的ECs处于G1期的细胞比例减少，细胞周期演进，细胞增殖加快。由此可得出结论，Id1可通过抑制p21的表达，加快细胞周期演进，促进ECs增殖。Id1通过促进ECs增殖、迁移活性参与内皮损伤修复调控已经得到证实，但其具体的信号通路及下游作用靶点仍需进一步探讨。

2.2Id1调控EPCs增殖与迁移外周血中EPCs数量是影响血管损伤修复的重要因素，EPCs动员、增殖、迁移是影响外周血中EPCs数量的重要环节，干扰内源性Id1表达可导致外周血中EPCs数量明显降低，Id1是调控EPCs活性的关键因子[20-22]。近年来，研究证实，在EPCs静息状态下，Id1表达低下，而VEGF可增强Id1表达，从而促进EPCs增殖、迁移[23]。进一步研究[24]发现，在EPCs内过表达Id1可上调磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)、蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)、核因子κB (nuclear factor kappa B,NF-κB)、凋亡抑制蛋白(survivin)等的表达，并促进NF-κB/p65核转位，增强EPCs增殖活性；相反，沉默Id1基因表达，以上蛋白表达显著降低，NF-κB/p65核转位明显减弱，EPCs增殖受到抑制。由以上现象推论Id1可通过PI3K/Akt/ NF-κB/survivin信号通路调控EPCs增殖活性，即：VEGF上调Id1表达，促进上述信号蛋白表达，同时VEGF启始PI3K激活，通过PI3K/Akt/NF-κB途径从细胞质中释放NF-κB进行核转位,激活其靶基因survivin，促进EPCs增殖。另外，Su等[25]发现，Id1通过PI3K/Akt/NF-κB信号通路同样能上调基质金属蛋白酶2表达，调控EPCs参与管样形成。除以上信号通路外，Id1还可以通过抑制p21表达，促进EPCs在骨髓中生成[26]。Id1调控EPCs参与血管损伤修复过程的重要性已得以证实，同时也显现出其调控机制的复杂性，因此其分子调控机制尚还需进一步研究。

3E2-2调控ECs及EPCs的增殖与迁移

E2-2普遍表达于机体各组织中，参与调控细胞分化、增殖、维持成熟细胞特性等功能。近年文献报道，E2-2在ECs增殖、迁移及管样形成调控过程中也起着重要作用。Tanaka等[27]发现，转录因子T-cell acute lymphocytic leukemia 1/stem cell leukemia hematopoietic transcription factor(TAL1/SCL)通过HLH结构域与E2-2结合，抑制E2-2活性，使VEGF受体2(VEGF receptor 2,VEGFR2)基因启动子活性得以恢复。随后，进一步研究[28]证实E2-2可通过bHLH结构域，与VEGFR2启动子中非典型E-box 的DNA序列结合，降低VEGFR2基因的转录活性，显著减少ECs中VEGFR2的表达。因E2-2并未常规的通过VEGFR启动子中典型E-box起作用，故推测E2-2并非与VEGFR启动子直接结合，而是参与调控其他转录因子与DNA序列结合。另一方面，VEGF信号通路通过VEGFR2受体对ECs增殖、迁移、凋亡等活性产生影响，其下游信号通路之一是有丝分裂原活化蛋白激酶/细胞外调节信号激酶信号通路，当ECs受到VEGF刺激，激活VEGFR2，短时间内细胞外调节信号激酶磷酸化达到高峰，随后迅速降低[29]。ECs过表达E2-2时，VEGF诱导的细胞外调节信号激酶磷酸化程度明显削弱[28]。该结果提示，E2-2可降低VEGF/VEGFR2信号通路活性，抑制ECs增殖、迁移；反之，下调E2-2表达，则可解除E2-2对VEGF/VEGFR2信号通路的拮抗作用，促进ECs的增殖、迁移。研究[9,28]还发现，E2-2能抑制基质金属蛋白酶2及integrin-β4的转录，推测E2-2可通过调控其他促血管生成相关因子的转录，进一步抑制ECs增殖、迁移。此外，Tanaka等[28]发现，E蛋白家族另一成员E2A同样能抑制VEGFR2启动子活性，抑制VEGF/VEGFR2信号通路，最终抑制ECs增殖、迁移。但研究显示，E2A与转录因子TAL-1/SCL 和LIM domain only 2(LMO2)共同作用，上调血管内皮钙黏素的表达，促进ECs迁移[30]。E蛋白家族调控ECs增殖、迁移等活性是否随共同作用因子不同而产生不同效应，尚待更多的研究证实。

4Id1与E2-2相互作用

Id1促进EPCs动员进入外周血，维持并参与调控ECs及EPCs增殖、迁移活性；E2-2抑制ECs的增殖、迁移。Id1与E2-2在功能上相互拮抗。已有文献证实Id蛋白家族实现其负性调控功能的主要途径是通过阻止机体内广泛表达的bHLH蛋白(包括E蛋白家族)形成同源二聚体或与组织特异性bHLH蛋白形成异源二聚体，或者阻止该二聚体复合物与DNA结合[31]。在神经系统发育过程中，E2-2与相应的组织特异性bHLH蛋白形成异源二聚体调控细胞分化，过表达Id1能抑制E2-2对该细胞分化的调控[32]，可见在正常机体内，存在Id1与E2-2相互作用。近期有研究证明在ECs增殖、迁移调控过程中Id1同样存在与E2-2相互作用。Tanaka等[28]发现，Id1通过其HLH结构域与E2-2的HLH结构域相结合，解除E2-2介导的VEGFR2基因启动子活性抑制作用，提高VEGF/VEGFR2信号通路活性，促进ECs增殖、迁移；并且Id1能抑制E2-2同源二聚体的形成及解离已存在的E2-2同源二聚体。但E2-2在调控VEGFR2基因启动子活性过程中是否以同源二聚体作用尚不清楚。新近研究[33]发现，外源性E2-2在EPCs中过表达，能明显抑制EPCs生长、增殖，同时可下调Id1的表达，E2-2下调Id1表达可能在抑制EPCs增殖的过程中发挥一定作用。以上研究结果提示，Id1和E2-2之间可能通过一定的信号转导通路相互影响，调控ECs和EPCs的增殖、迁移。另外，Ghosh等[34]发现，类浆树突细胞成熟发育过程中，E2-2表达降低可诱导Id2表达增强，Id2表达增强进一步抑制E2-2表达。因此，推测Id1与E2-2间也存在上述相互转录-翻译调控方式，但需相关实验研究进行证实。

5展望

Id1和E2-2参与调控ECs及EPCs增殖、迁移等功能的重要性已得到证实，为防治动脉粥样硬化等血管损伤性疾病提供了新的靶点。但是，目前Id1和E2-2在防治血管损伤性疾病方面的作用及分子机制尚不完全清楚，还有很多问题亟待解决，如其是否参与ECs及EPCs旁分泌调控仍无文献报道。深入探讨Id1和E2-2调控血管内皮有益再生的作用机制已成为新的关注点，具有重要研究价值。

参考文献

[1]张铭,聂绍平,马长生.动脉粥样硬化内皮祖细胞介导的损伤修复假说[J].中华心血管病杂志,2007,35(7):672-674.

[2]Ruiter MS,van Golde JM,Schaper NC,etal.Diabetes impairs arteriogenesis in the peripheral circulation:review of molecular mechanisms[J].Clin Sci (Lond),2010,119(6):225-238.

[3]Kirton JP,Xu Q.Endothelial precursors in vascular repair[J].Microvasc Res,2010,79(3):193-199.

[4]Li Calzi S,Neu MB,Shaw LC,etal.EPCs and pathological angiogenesis:when good cells go bad[J].Microvasc Res,2010,79(3):207-216.

[5]Yokota Y,Mori S,Role of Id family proteins in growth control[J].J Cell Physiol,2002,190(1):21-28.

[6]Hui CM,Cheung PY,Ling MT,etal.Id-1 promotes proliferation of p53-deficient esophageal cancer cells[J].Int J Cancer,2006,119(3):508-514.

[7]Cheung HW,Ling MT,Tsao SW,etal.Id1 induced Raf_MEK pathway activation is essential for its protective role against taxol-induced apoptosis in nasopharyngeal carcinoma cells[J].Carcinogenesis,2004,25(6):881-887.

[8]Maw MK,Fujimoto J,Tamaya T.Overexpression of inhibitor of DNA-binding (ID)-1 protein related to angiogenesis in tumor advancement of ovarian cancers[J].BMC Cancer,2009,9:430.

[9]Yang W,Itoh F,Ohya H,etal.Interference of E2-2-mediated effect in endothelial cells by FAM96B through its limited expression of E2-2[J].Cancer Sci,2011,102(10):1808-1814.

[10]Nishiyama K,Takaji K,Kataoka K,etal.Id1 gene transfer confers angiogenic property on fully differentiated endothelial cells and contributes to therapeutic angiogenesis[J].Circulation,2005,112(18):2840-2850.

[11]Ling MT,Lau TC,Zhou C,etal.Overexpression of Id-1 in prostate cancer cells promotes angiogenesis through the activation of vascular endothelial growth factor (VEGF) [J].Carcinogenesis,2005,26(10):1668-1676.

[12]Sun R,Chen W,Zhao X,etal.Acheron regulates vascular endothelial proliferation and angiogenesis together with Id1 during wound healing[J].Cell Biochem Funct,2011,29(8):636-640.

[13]Doebele RC,Schulze-Hoepfner FT,Hong J,etal.A novel interplay between Epac/Rap1 and mitogen-activated protein kinase kinase 5/extracellular signal-regulated kinase 5 (MEK5/ERK5) regulates thrombospondin to control angiogenesis[J].Blood,2009,114(20):4592-4600.

[14]Stapleton CJ,Armstrong DL,Zidovetzki R,etal.Thrombospondin-1 modulates the angiogenic phenotype of human cerebral arteriovenous malformation endothelial cells[J].Neurosurgery,2011,68(5):1342-1353.

[15]Qiu J,Wang G,Zheng Y,etal.Coordination of Id1 and p53 activation by oxidized LDL regulates endothelial cell proliferation and migration[J].Ann Biomed Eng,2011,39(12):2869-2878.

[16]Mettouchi A,Meneguzzi G.Distinct roles of beta1 integrins during angiogenesis[J].Eur J Cell Biol,2006,85(3/4):243-247.

[17]Carlson TR,Hu H,Braren R,etal.Cell-autonomous requirement for beta1 integrin in endothelial cell adhesion,migration and survival during angiogenesis in mice[J].Development,2008,135(12):2193-2202.

[18]Qiu J,Wang G,Hu J,etal.Id1-induced inhibition of p53 facilitates endothelial cell migration and tube formation by regulating the expression of beta1-integrin[J].Mol Cell Biochem,2011,357(1/2):125-133.

[19]孙荣距,闫乐媛,张建波,等.分化抑制因子1促进血管内皮细胞增殖的机制研究[J].解放军医学杂志,2010,35(4):364-366.

[20]Lyden D,Hattori K,Dias S,etal.Impaired recruitment of bone-marrow-derived endothelial and hematopoietic precursor cells blocks tumor angiogenesis and growth[J].Nat Med,2001,7(11):1194-1201.

[21]Shaked Y,Ciarrocchi A,Franco M,etal.Therapy-induced acute recruitment of circulating endothelial progenitor cells to tumors[J].Science,2006,313(5794):1785-1787.

[22]Gao D,Nolan DJ,Mellick AS,etal.Endothelial progenitor cells control the angiogenic switch in mouse lung metastasis[J].Science,2008,319(5860):195-198.

[23]Wang H,Yu Y,Guo RW,etal.Inhibitor of DNA binding-1 promotes the migration and proliferation of endothelial progenitor cells in vitro[J].Mol Cell Biochem,2010,335(1/2):19-27.

[24]Li W,Wang H,Kuang CY,etal.An essential role for the Id1/PI3K/Akt/NFkB/survivin signalling pathway in promoting the proliferation of endothelial progenitor cells in vitro[J].Mol Cell Biochem,2012,363(1/2):135-145.

[25]Su Y,Gao L,Teng L,etal.Id1 enhances human ovarian cancer endothelial progenitor cell angiogenesis via PI3K/Akt and NF-kappa B/MMP-2 signaling pathways[J].J Transl Med,2013,11:132.

[26]Ciarrocchi A,Jankovic V,Shaked Y,etal.Id1 Restrains p21 Expression to control endothelial progenitor cell formation[J].PLoS One,2007,2(12):e1338.

[27]Tanaka A,Itoh F,Itoh S,etal.TAL1/SCL relieves the E2-2-mediated repression of VEGFR2 promoter activity[J].J Biochem,2009,145(2):129-135.

[28]Tanaka A,Itoh F,Nishiyama K,etal.Inhibition of endothelial cell activation by bHLH protein E2-2 and its impairment of angiogenesis[J].Blood,2010,115(20):4138-4147.

[29]Olsson AK,Dimberg A,Kreuger J,etal.VEGF receptor signalling:in control of vascular function[J].Nat Rev Mol Cell Biol,2006,7(5):359-371.

[30]Deleuze V,Chalhoub E,El-Hajj R,etal.TAL-1/SCL and its partners E47 and LMO2 up-regulate VE-cadherin expression in endothelial cells[J].Mol Cell Biochem,2007,27(7):2687-2697.

[31]Perk J,Iavarone A,Benezra R.Id family of helix-loop-helix proteins in cancer[J].Nat Rev Cancer,2005,5(8):603-614.

[32]Jögi A,Persson P,Grynfeld A,etal.Modulation of basic helix-loop-helix transcription complex formation by Id proteins during neuronal differentiation[J].J Biol Chem,2002,277(11):9118-9126.

[33]刘晓丽,杨海捷,谭志胜,等.E2-2基因腺病毒载体的构建及其对EPCs生长、增殖及ID1表达的影响[J].第三军医大学学报,2014,36(16):1664-1669.

[34]Ghosh HS,Cisse B,Bunin A,etal.Continuous expression of the transcription factor e2-2 maintains the cell fate of mature plasmacytoid dendritic cells[J].Immunity,2010,33(6):905-916.

Research Progress in Mechanisms of Id1 and E2-2 Regulation on Repair of Injured EndotheliumXIAXi,WANGHong.(CadresWard,KunmingGeneralHospitalofChengduMilitaryRegion,Kunming650032,China)

Abstract:The proliferation and migration of vascular endothelial cells and endothelial progenitor cells play an important role in repair of injured endothelium and prevent vascular injury diseases,such as atherosclerosis.Recently,a large amount of studies found the significant effects of inhibitor of cell differentiation-1 (Id1) and transcription factor E2-2 on the proliferation and migration of these cells.However,the mechanisms are not fully understood.Further exploring the mechanisms about how Id1 and E2-2 regulate the functions of endothelial progenitor cells will provide important scientific basis for reendothelialization.

Key words:Repair of injured endothelium; Inhibitor of cell differentiation-1; E2-2; Proliferation;

收稿日期：2014-08-04修回日期：2014-12-02编辑：相丹峰

基金项目：国家自然科学基金(81270224)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.13.002

中图分类号：R331

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)13-2308-03