血管生长因子及其信号传导通路的研究进展

李丽 综述 蔡红雁 郭涛 肖践明 审校

(昆明医科大学第一附属医院心内科，云南 昆明 650032)

1 血管内皮生长因子家族概况

血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)又名血管通透性因子，是1989 年由Ferrara［1］从牛垂体星状细胞分离出来的一种糖蛋白。目前人体已知的VEGF 家族通过可变剪接表达出VEGFA、-B、-C、-D、-E 和胎盘生长因子6种亚型。除VEGFE 在双链DNA 病毒orf 表达以外，其余5 类都可在哺乳动物中表达。其中VEGF-A 在新生血管的形成和转移灶的生长过程中具有重要的作用。由于信使核糖核酸(mRNA)剪接方式不同，VEGF-A 分为7种形式，即 VEGF121、VEGF165、VEGF189、VEGF206、VEGF145、VEGF148 和VEGF183。其 中VEGF121、VEGF165 和VEGF145 为可溶性分泌蛋白，生理情况下VEGF165 和VEGF121 是主要的存在形式。

2 血管内皮生长因子受体

目前已发现的血管内皮生长因子受体(VEGFR)家族成员有5种:VEGFR-1(Flt-1)、VEGFR-2(KDR/Flk-1)、VEGFR-3(Flt-4)、神经菌毛素-1(neuropilin-1，NP-1)和神经菌毛素-2(neuropilin-2，NP-2)。其中前3种属于酪氨酸蛋白激酶受体超家族，NP-1 和NP-2 为非酪氨酸激酶的跨膜受体。5种受体结合各自特异的配体发挥不同的生物学作用。

2.1 VEGFR-1 配体

VEGFR-1 配 体 为 VEGF-A165、VEGF-A121、VEGF-B 和PIGF。VEGFR-1 主要表达于血管内皮细胞，与其配体结合能诱导内皮细胞的迁移及管状结构的形成，尤其在内皮细胞形成管腔时发挥关键作用。但其作为VEGFR-2(KDR)的一个负性调节因子，可拮抗VEGFR-2 介导的促血管内皮细胞增殖作用［2］。VEGFR-1 调节的信号通路主要在病理状态如肿瘤、炎症和缺血时造血干细胞的募集和单核巨噬细胞迁移中起重要作用。此外，与VEGF-B 结合后还有运输脂肪酸的作用［3］。

2.2 VEGFR-2 配体

VEGFR-2 配体为VEGF-A165、VEGF-A121、VEGFC、VEGF-D 及VEGF-E。VEGFR-2 在血管内皮细胞表达，也可在造血干细胞、巨核细胞中表达。虽然VEGFR-2 与VEGF 的亲和力仅为VEGFR-1 的1/10，但前者与相应配体结合后所产生的酪氨酸激酶活性更强，故VEGFR-2(KDR)介导的信号通路在VEGF 相关的信号传导途径及血管新生过程中起主导作用［4］。

2.3 VEGFR-3 配体

VEGFR-3 配体为VEGF-C 和VEGF-D，VEGFR-3 在成年时期只表达于淋巴管内皮细胞，而在胚胎发育期还可表达于静脉内皮细胞。VEGF-C/D 与VEGFR-3 结合是调节淋巴管生成的主要通路，对淋巴管内皮细胞的增殖、分化及淋巴管的形成和维持起重要作用［5-6］。

2.4 NP-1 配体

NP-1 配 体 为 VEGF165、PIGF-2、VEGF-B 及VEGF-E。NP-1 主要表达于神经轴突、血管内皮细胞及各种肿瘤细胞，研究表明NP-1 可加强VEGF-A 与VEGFR-2 的相互作用，明显促进黑色素瘤的转移，在胚胎血管生成中也发挥着重要作用［7］。

2.5 NP-2 配体

NP-2 配体为VEGF165、PIGF-2 及VEGF145，其表达部位与NP-1 相同，其功能也和NP-1 相似［8］。

3 血管内皮生长因子信号传导通路

VEGF 通过与特异性受体结合发挥生理功能，但目前其促进血管生成的具体机制尚不清楚，可能信号通路如下。

3.1 PLC-γ-PKC-Raf-MEK-MAPK 信号通路

VEGFR-2 与特异性配体结合后，受体酪氨酸激酶自体磷酸化，从而作用于内皮细胞中磷脂酶C (phospholipase C，PLC)，PLC 在磷脂酰肌醇4，5 二磷酸［phosphtidyli-nositol(4，5)-bisphosphate，PIP2］的参与下转化为二酰甘油(diacylglycerol，DAG)及三磷酸肌醇(inositol triphosphate，IP3)，一方面通过激活蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)，进一步激活RAF1-MEKERK 途径，最终促进内皮细胞增殖;另一方面通过Ca2+使前列腺素合成增加以及活化内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)生成一氧化氮，影响血管通透性［9］。

3.2 PI3K/Akt 通路

VEGF-C/D 与VEGFR 结合激活PI3K 后，后者生成磷脂酰肌醇-3，4，5［phosphatidylinositol(3，4，5)-trisphosphate，PIP3］，PIP3 在细胞膜与Akt 结合，自身催化激活，并在3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶-1(3-phosphoinositide-dependent protein kinase-1，PDK1)和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白-2 作用下分别使Akt 的Thr308和Ser473 残基磷酸化而完全活化，随后活化的Akt 转移到细胞质或细胞核，作用于下游的蛋白，如mTORC1、P21、GSK3、c-Myc 和抑制凋亡蛋白BAD 等，从而对细胞增殖、代谢、生存、凋亡起到调节作用［10-11］，此外，还可通过诱导低氧诱导因子-1 与血管内皮细胞生长因子的表达使肿瘤血管与淋巴管新生，实现对肿瘤转移的调控。Tsutsui 等［12］发现Akt 的表达与VEGF-C 水平及淋巴管密度相关，故认为Akt 通过增加VEGF-C 的表达来诱导淋巴管新生。Hu 等［13］发现可用鱼藤素下调Akt 的表达从而抑制VEGF-D 诱导的淋巴管新生。

3.3 FAK 相关信号传导

黏着斑激酶(focal adhesion kinase，FAK)是由Lipfert 等［14］于1992 年发现的一种非受体型酪氨酸激酶。通过黏附分子整合蛋白与其配体结合或VEGF 与其受体结合后，激活FAK，随后发生自我磷酸化，进一步激活胞内的MAPK、PI3K、JNK 等信号通路，调节细胞的生长、凋亡、黏附和迁移等。

3.4 p38 促分裂原活化蛋白激酶通路

VEGF 与KDR 结合后，诱导Try1214磷酸化，再与衔接蛋白Nck 的SH2 结构域结合后，激活鸟嘌呤三核苷酸酶Cdc42，并使得MAPK 活化蛋白激酶-2 或-3(MAPKAPK 2/3)活化，活化的MAPKAPK 2/3 进一步磷酸化血清反应因子、热休克蛋白27 和转录激活因子1 等，引起内皮细胞张力纤维中肌动蛋白的重塑，最终使内皮细胞迁移［15］。

4 VEGF 家族及其信号通路的临床运用

4.1 VEGF 家族与肿瘤

血管生成是肿瘤生长及转移过程中的关键步骤，VEGF 信号传导又是肿瘤血管生成的关键，已有证明VEGF 与卵巢癌、乳腺癌、胃癌、肺癌、肝癌等常见肿瘤的生长和转移有关。由于抗肿瘤药物的毒副作用、手术切除的不彻底性，使肿瘤治疗进入瓶颈期，分子靶向治疗为肿瘤的治疗开辟了新的领域和广阔的前景，目前在研究的该类药物主要有三类:(1)抑制VEGF及VEGFR 表达，包括VEGF 反寡核苷酸和VEGFR 反义寡核苷酸，Hotz 等［16］给裸鼠的胰腺移植人类胰腺肿瘤细胞，结果表明VEGF 反义寡核苷酸可以减少胰腺癌中VEGF 的表达，降低血管通透性，减少血管新生，缩小原发肿瘤体积，减少肿瘤远处转移;(2)是直接以VEGF 为靶点，如抗VEGF 抗体、抗VEGFR-2 抗体、可溶性VEGFR-2、VEGFR 突变体;(3)靶向于VEGF 通路中其他信号传递分子，包括酪氨酸激酶抑制剂和抑制信号传导通路中的信号传导因子，其中VEGF-A/VEGFR-2 是目前报道的最重要的血管生成抑制剂作用靶点［17］。

4.2 VEGF 家族与缺血性心脏病

目前已有研究证明VEGF 在动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)的发生、发展、斑块破裂并发血栓形成，侧支循环建立以及冠状动脉介入术后再狭窄的所有阶段都发挥了一定的作用，但具体机理尚不完全清楚。大量研究表明，正常人血清中的VEGF 含量很少，在心肌梗死的患者中梗死部位周围的血管平滑肌细胞和受损心肌中均有VEGF 基因的高表达，应用外源性VEGF 可使狗心肌缺血区侧支循环的血管数量及血流量增加，心功能明显改善［18］，可见VEGF 有着双面作用，在促进斑块内血管新生的同时也促进冠状动脉的侧支循环形成。有研究表明VEGF-B 在缺血心肌的内皮细胞表达活跃，并可促进缺血区的血管再生。Bellomo 等［19-20］发现缺乏VEGF-B 基因的小鼠能存活，但心脏大小较对照组小，心肌缺血损伤后的恢复能力也较对照组差。随着人们对试验性缺血动物研究的增多，近年来VEGF 在治疗性血管新生方面有着广泛的运用前景，主要途径有:(1)直接将VEGF 重组蛋白注射入缺血心肌或血管内;(2)将携带VEGF基因的表达载体直接注射入心肌内，即将VEGF 基因转入宿主细胞，促使VEGF 高表达，从而发挥VEGF 的促血管生成作用［21］;(3)心脏体外震波治疗动物实验和人体研究均提示，心脏体外震波可通过对心肌及血管内皮细胞产生的机械切应力和空穴效应，上调VEGF 及其受体的表达，刺激新生血管形成，从而提高局部心肌血流量和毛细血管密度。目前VEGF 治疗缺血性心肌病 已进入临床试验阶段，而且多数研究提示使用VEGF 治疗后患者症状减轻，运动耐量增加，心肌灌注和左心室功能改善。

4.3 VEGF 家族和眼内新生血管

眼内新生血管是很多眼病的重要原因，例如糖尿病视网膜病变、视网膜中央或分支静脉阻塞、年龄相关性黄斑变性、早产儿视网膜病变和眼外伤等。VEGF家族是眼内血管新生的关键因素［22］。多项临床实验发现抗VEGF 疗法可明显抑制眼内新生血管的反应。

4.4 VEGF 家族和神经损伤修复

国内外多项研究已证明VEGF 具有神经营养与神经保护作用，Chiappelli 等［23］对317例阿尔茨海默病(Alzheimer's disease，AD)患者及320例正常对照组血清中的VEGF 进行检测，AD 患者较正常对照组VEGF 升高明显，并且血清VEGF 水平在认知功能衰退较慢的患者身上较认知功能衰退较快的患者身上高，提示AD 病情的进展有VEGF 表达调控分子生物机制的参与。目前VEGF 已广泛用于缺血性神经疾病以及神经退行性疾病的研究中 但其具体机制还不清楚。

5 VEGF 家族应用前景的展望

VEGF 家族近年来已被确认为在调节血管生长中起重要作用的因子，在临床治疗中的应用亦受到愈来愈多的关注，尤其在肿瘤和缺血性疾病方面，所有参与VEGF 信号通路的因子均有可能成为抗血管生成药物和治疗性血管新生作用的靶点。今后肿瘤治疗方面的研究重点一方面是继续开发安全、有效、选择性更高且不易诱发肿瘤细胞耐药的血管生成抑制剂;另一方面因为已上市或处于临床研究阶段的靶向VEGF和VEGFR-2 的血管生成抑制剂，大多是通过抑制VEGFR-2的受体酪氨酸激酶的活性来阻断VEGF 和VEGFR-2 信号通路。故今后的研究重点将是对VEGF和VEGFR-2 信号传导通路机制进行更深入的研究，以寻找更多的理想靶点。治疗性血管新生在冠心病的治疗已进入临床阶段，但也还存在很多问题需待解决，比如血管新生还存在很多其他因子的影响，VEGF对冠心病有双面性影响，一方面可以促进斑块演化甚至破裂，另一方面可以促进侧支循环的形成，这就需要对治疗适应证、治疗途径、给药剂量及震波能量方面进行深入研究。此外，VEGF 的信号传导通路在缺血性心肌病方面研究较少，进一步研究VEGF 的信号传导通路在缺血性心肌病的作用，寻找治疗缺血性心肌病的侧支循环生成靶点将会有着至关重要的意义。

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