急性心肌梗死后血管新生相关分子机制的研究进展

崔加敏，刘婷婷，孙芳玲，郭德玉，王 文*，石京山*

(1.遵义医学院基础药理教育部重点实验室暨特色民族药教育部国际合作联合实验室， 贵州 遵义 563099； 2.首都医科大学宣武医院实验动物室，北京 100053)

心血管疾病因其高发病率和高死亡率而备受关注，其中急性心肌梗死的死亡率总体上呈上升态势[1]，其治疗手段主要有溶栓治疗与心脏冠状动脉侧支循环的形成和开放，如经皮冠状动脉介入治疗(percutaneous coronary intervention，PCI)和溶栓[2-3]。然而，缺血心肌血流恢复可能引起心肌再灌注损伤，反而降低了治疗手段的疗效[4]。近年来，治疗性血管新生是缺血性心脏病治疗研究的新领域，在阻止心室重构和恢复血流方面起到重要作用[5]。目前，治疗性血管新生机制研究主要集中在血管形成过程中，并正逐步倾向于通过调节促血管生成因子，调控内皮祖细胞(endothelial progenitor cells，EPCs)分化为血管的血管生成机制研究[6]。促血管生成的因子主要包括多肽类生长因子和脂类介质，多肽类生长因子包括：血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor，FGF)、血小板衍生生长因子(platelet derived growth factor，PDGF)、转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor，HGF)、血管生成素-1(angiopoietin-1，Ang-1)等。脂类介质包括：溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid，LPA)以及鞘氨醇-1-磷酸酯(sphingosine-1-phosphate，S1P)等。目前，心肌梗死后血管新生的研究大多集中在多肽类生长因子方面。本文主要介绍多肽类生长因子及其信号转导通路在急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)后血管新生中的作用和脂类介质对血管新生的影响。

1 多肽类生长因子

1.1 VEGF-VEGFR信号转导系统促血管内皮细胞增殖、迁移

现今认为血管新生来源于组织源性的信号通路，其中最为重要的是VEGF-VEGFR信号传导系统[7]。VEGF是分子量46×103的特异性肝素结合生长因子，是高度保守的同源二聚体糖蛋白，血管内皮细胞的促有丝分裂剂[8]。在转录过程中，由于mRNA不同的剪切方式，形成6种VEGF异构体，包括VEGFA、VEGFB、VEGFC、VEGFD、VEGFE、VEGFF，都是同源二聚体蛋白且具有相似的空间结构[9]。VEGFA作为血管发生和血管新生的重要因子，在哺乳动物体内主要有四种亚型，即VEGF121、VEGF145、VEGF165、VEGF189。VEGFA通过与血管内皮细胞上的细胞表面型受体VEGFR1、VEGFR2结合发挥生物学作用[10]。对于基因敲除鼠的研究已证明VEGFA与其受体VEGFR2结合主要介导组织血管的形成，而VEGFC与其受体VEGFR3结合则主要表达在淋巴血管和血管芽生的过程中。VEGFA-VEGFR2信号的内吞作用可受到多种跨膜蛋白的调控，如VEGFR3、NRP1、VE-cadherin、ephrin-B2、血小板反应蛋白受体CD47和整合素[11-12]。

心肌梗死发生后，在缺血缺氧的刺激下，梗死区心肌释放大量的HIF-1α。作为心肌缺血调控的总开关，HIF-1α不仅在血管形成初期过程中发挥其作用，在血管形成的后期通过调控血管平滑肌细胞和周细胞对血管内皮细胞的被覆，诱导新生血管发育为成熟的血管[13-14]。在低氧情况下，HIF-1α与HIF-1β结合而成有活性的HIF-1，HIF-1能够与VEGF上的HRE相结合，从而激活VEGFA/VEGFR2信号通路。VEGFR2可通过下游JAK2、PLCγ1信号通路调节血管内皮细胞的增殖，通过Src、FAK信号通路调节血管内皮细胞的迁移，通过JAK2、Akt信号通路调节内皮细胞的存活[15]。Tang等[16]研究表明，给予间充质干细胞治疗Sprague-Dawley大鼠心肌梗死，由于心梗初期炎症反应导致心肌血管内皮细胞大量死亡，不能提供充足的血流供应，达不到重塑缺血心肌的治疗目的。但当对心肌梗死动物尾静脉注射靶向释放的VEGF时，VEGF可促进间充质干细胞治疗中的血管新生，从而达到治疗目的。

1.2 FGF及其信号转导系统

成纤维细胞生长因子(FGFs)家族是多功能多效应的蛋白分子家族，包括22个成员，共用对肝素具有高亲和力，包括120个氨基酸中心域的高序列同源性区域。FGFs在多种细胞和组织的迁移、分化进程中起着重要的作用。已报道FGFs在病理状态下如肿瘤组织中，可促进血管新生[17]。在FGF家族中，酸性成纤维生长因子aFGF和碱性成纤维生长因子bFGF被认为是刺激内皮细胞迁移形成管状结构，促进血管新生最重要的细胞因子。哺乳类动物FGFR有四种亚型，FGFR-1、FGFR-2、FGFR-3、FGFR-4[18]。与其他受体酪氨酸激酶相似，FGFR与配体结合，通过酪氨酸磷酸化传导细胞外信号。FGFs与FGFR结合，使受体二聚化，激活酪氨酸激酶活性，导致细胞内结构域自身磷酸化。bFGF通过上调整合素αvβ3的表达，稳定内皮细胞的迁移和粘附，最终形成成熟的血管。FGF信号转导系统可通过Ras/MAPK、PI-3 K/Akt、PLCγ/Ca2+三条信号通路调节内皮细胞的增殖、迁移，参与到形成血管腔的过程中[19]。已证明FGF-1/FGF-2和FGFR在梗死后心肌上表达，并促进AMI后血管新生，其中，FGF-2显著促进AMI后动脉形成[20-21]。对猪应激性心肌梗死模型冠状动脉内注射腺病毒转染的FGF-4，可改善心肌灌注、增加区域性功能[22]。临床前研究已证明，通过联合应用几种促血管生成因子如VEGFs、FGFs，增加心肌缺血区的局部灌注，改善组织的能量代谢和心肌功能，最终可达到预防缺血性损伤的目的[23]。

1.3 HGF促血管新生作用

肝细胞生长因子(HGF)是一种二硫键连接的异二聚体多功能细胞生长因子，属于纤溶酶原依赖的生长因子家族，分子量为80×103，是间质细胞衍生的多效性因子，通过自分泌和旁分泌的途径可调节上皮细胞和内皮细胞的相互作用，同时也表现出AMI后强大的促血管生成作用[24-25]。HGF受体c-Met是跨模型酪氨酸激酶受体，HGF的生物学效应均是通过与其受体作用而完成的[26]。研究表明，在实验动物及人类心肌梗死后，尽管缺血心肌上c-Met受体上调，但缺氧的环境减少心肌HGF的释放量[24]。

有研究显示在人类内皮细胞和血管平滑肌细胞中，HGF显著刺激基质降解通路，产生大量的基质金属蛋白酶(MMP-1)，同时HGF能明显促进VEGF对血管新生的作用，其可能机制是通过ets通路，尤其是ets-1途径[27-28]。研究表明，HGF不仅具有促血管生成的作用，而且可通过PI-3 K信号通路上调Akt，起到抗细胞凋亡、阻止心室重构和功能障碍的作用[26]。

1.4 TGF-β信号通路调节内皮组织状态

转化生长因子TGF-β是由两个结构相同或相近的、分子量为12.5×103的亚单位借二硫键连接的多功能二聚体多肽生长因子，可由单核细胞和胶质细胞分泌，调控细胞的增殖、迁移、细胞外基质的形成和多种细胞形态的分化。TGF-β诱导前驱细胞分化为周皮细胞和平滑肌细胞，调节内皮细胞的增殖，促细胞外基质的堆积作用，从而参与到血管新生的过程中。TGF-β有两种受体，特异性跨膜一型受体(ALK-1)和丝氨酸/苏氨酸激酶二型受体(ALK-5)，内皮细胞表达TGF-β一型受体(ALK-1)[29-30]。

TGF-β信号通路对血管形成起到至关重要的作用，根据环境不同，TGF-β具有促血管新生或者抑血管新生的作用[31]，在内皮细胞中存在两条不同的信号通路，即ALK-5-Smad2/3信号通路和ALK-1-Smad1/5信号通路。TGF-β通过平衡激活受体样激酶ALK-1和ALK-5信号通路调节内皮组织的状态[32]。TGF-β与ALK-1结合导致Smad1/5的磷酸化，诱导Id1的表达，从而促进血管内皮细胞的迁移和增殖。TGF-β通过激活ALK-5，磷酸化Smad2/3，导致1型纤溶酶原激活物抑制物(PAI-1)和纤维连接蛋白的表达，从而抑制迁移、增殖和管腔形成。此外，活化的ALK-1途径会抑制ALK-5信号通路，endoglin是TGF-β/ALK-5信号通路的负调节因子，在人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVECs)中，ALK可上调endoglin，在人真皮微血管内皮细胞(human dermal microvascular endothelial cells，HDMECs)中缺氧可导致其上调[32-33]，但这其中的机制仍不清楚。

1.5 PDGF信号通路促血管成熟

血小板衍生生长因子(PDGF)，可由多种细胞分泌，如内皮细胞、平滑肌细胞、巨噬细胞和血小板。由于形成二聚体结构时二硫键连接的方式不同，PDGF可分为三种不同的异构体，包括PDGF-AA、PDGF-BB、PDGF-AB。三种PDGF配体通过与细胞膜上PDGF受体(PDGFR-A、PDGFR-B)的细胞外配体结合域结合，促使受体胞内蛋白激酶结构域二聚化，激活肽段具有酪氨酸蛋白激酶活性的结构域，使酪氨酸残基自身磷酸化并激活细胞内一系列生化反应，从而促进周皮细胞的增殖[34-35]。

许多研究表明，生长因子如bFGF、VEGF、Ang-2是引发血管生成的关键因素，但这些生长因子单独作用时会导致早期心肌上新生血管渗漏和不成熟[36]。PDGF是促分裂和增殖活性的生长因子，能促进多种细胞进行有丝分裂，如在新生血管的成熟阶段，内皮细胞上的PDGFR-B通过招募壁细胞，刺激壁细胞的迁移和增殖，通过上调金属蛋白酶抑制剂(TIMP-1)的作用，促进细胞外基质成分的合成，从而促血管成熟[37-38]。PDGFR-B信号通路有助于早期心脏发育与传导系统的建立，在生理及病理状态PDGFR参与到反应性心肌肥大和心肌细胞增殖的过程中。PDGFR也可通过MAPK和PI-3 K信号通路调节心肌细胞的增殖和存活。同时，还可以参与诱导生长的细胞分泌其他生长因子，在血流动力学过载状态，应激心肌细胞表面PDGFR表达水平上调，通过增加缺氧诱导因子HIF和VEGF的表达，阻止心肌细胞向扩张型心肌病的进展[38]。

1.6 血管生成素家族

目前发现的血管生成素主要有四个亚型，即Ang-1、Ang-2、Ang-3、Ang-4，与内皮细胞选择性酪氨酸激酶受体Tie-2结合，代表了一个促血管生成的家族。目前对Ang-1/Ang-2系统参与到血管新生及促新生血管成熟的作用研究相对深入。Ang-1由498个氨基酸组成，其中N端有一疏水分泌信号肽和α螺旋的结构域，C端包含一纤维蛋白原类似结构域。Ang-1与Tie-2结合形成二聚体，使Tie-2自身磷酸化从而被激活，活化的Tie-2通过激活调节亚基P85，进而活化PI-3 K/Akt信号转导通路，参与血管生成的调节[39]。同时，Ang-1可通过加强内皮细胞之间的连接，中和VEGF诱导的血管渗透性增加的现象，促新生血管成熟[40-41]。

Ang-2作为内源性Tie-2受体拮抗剂，与Tie-2结合，但不引起Tie-2磷酸化，从而抑制Ang-1的活性。有文献报导，Ang-2能明显刺激内皮祖细胞的移行，但对内皮细胞的迁移无影响，Ang-2与内皮祖细胞间的相互作用可能是新生血管形成的始动环节。缺乏Tie-2或者Ang-1的转基因小鼠，都表现出胚胎致死性[42-43]。Sandhu等[44]证明，左冠状动脉结扎的Sprague-Dawley大鼠，其Ang-2表达量持续增加，而Ang-1表达量减少，表明Ang-2在心肌梗死后血管新生方面占主导作用。Ang-1/Ang-2系统通过稳定新生血管、促进周皮细胞的招募和粘附，从而控制血管新生的多方面因素。

2 脂类介质

血小板和巨噬细胞等释放的多种脂类介质在血管生成方面起关键作用，如溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid，LPA)、磷脂酸(phosphatidic acid，PA)、1-磷酸鞘氨醇(sphingosine 1-phosphate，S1P)。在凝血过程中，血清对内皮细胞化学趋化活性的80%以上是由血小板来源的S1P产生的[45]。S1P可由血小板或吞噬细胞等多种细胞成分储存和释放，通过自分泌和旁分泌的形式调节细胞的增殖、迁移、分化。S1P与G蛋白偶联受体家族EDG-1、-3、-5、-6、-8结合，可激活Gq-、Gi-、G12-、G13-和Rho依赖的信号通路。S1P可调节多种蛋白和信号转导通路的表达，如胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)、p38-MAPK信号通路、磷脂酶C和D(phospholipases C and D)、腺苷酸环化酶和粘着斑激酶(focal adhesion kinase，FAK)。S1P参与到血管新生的多个过程中，包括细胞外基质降解、内皮细胞和血管平滑肌细胞的增殖与迁移。在体内和体外实验中，均证实S1P能增加毛细血管的形成。S1P调节血管发生是通过EDG-1耦合ERK信号通路实现的，同时，S1P能协同多肽类生长因子，刺激血管生成[46]。

3 展望

急性心肌梗死作为一种严重的缺血性心脏病，其发病率呈逐年上升趋势。早期采取措施恢复缺血区心肌组织血流供应是减少病死率的关键。目前，治疗急性心肌梗死的方法主要有溶栓治疗和心脏冠状动脉侧支循环的形成和开放。心脏冠脉侧支循环的形成能有效减轻心肌缺血，防止心肌细胞坏死，而血管新生可促进缺血心肌周边组织建立侧支循环。随着对血管新生相关分子机制研究的深入，治疗性血管新生将成为未来急性心肌梗死的有效治疗手段。

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