VEGF-A在脑卒中的作用

余 素 周敬华

三峡大学第一临床医学院 宜昌市中心人民医院神经内科，湖北 宜昌 443000

脑卒中是由各种原因引起脑血管阻塞或破裂出血，导致局部脑组织缺血、缺氧，从而引起相应神经功能障碍的疾病。局部脑组织缺血坏死包括中心坏死区和周围脑缺血半暗带。中心坏死区的神经元由于血供不足迅速坏死，缺血半暗带中存在侧支循环，尚有大量的神经元存活。若在短时间内缺血半暗带的血流得以恢复再灌注，该区域的神经功能损伤有可能可逆性的恢复[1]。导致这些神经细胞的损伤包含一系列复杂的病理学机制，包括氧自由基、缺血再灌注损伤、神经细胞内钙超载、兴奋性氨基酸细胞毒性作用、炎症等。血管内皮生长因子家族(VEGFs)是脑缺血后重要的血管调节因子，可以促进血管生成、神经保护和神经干细胞向缺血区的迁移，这种迁移将神经干细胞增值为功能性神经元[2]，使得缺血坏死区域得到神经和血管的营养支撑，其中VEGF-A在这种调节中起主要作用。

1 血管内皮生长因子家族及其受体

血管内皮生长因子家族(VEGFs)包括5种分子(VEGF-A、-B、-C、-D和胎盘生长因子(PIGF))[3]，它们存在于多种细胞和组织中，对维持血管的原有密度，以及维持血管运输营养物质所必需的通透性起重要作用。大脑中VEGFs可促进血管生成、神经保护和神经发生[4]，其中以VEGF-A起的作用最为突出。

VEGFs有三类受体，即VEGFR-1(FMS样酪氨酸激酶-1，FLT-1)[5]、VEGFR-2(胎肝激酶-1(FLK-1)/激酶结构域受体(KDR))[6]、VEGFR-3(FLT-4)。在相应细胞质区域内，这些受体均含有酪氨酸激酶活性，VEGF通过与受体的结合激活受体的二聚反应和激酶活性[7]，从而使内皮细胞直接传导其功能信号发挥作用。

在正常哺乳动物中，VEGF-A呈低水平表达，但一些特殊情况下，如缺血缺氧、炎症因子[8]、肿瘤等均可刺激VEGF-A的高表达。VEGF-A基因启动子序列中的缺氧诱导因子(hypoxiainduciblefactor-1，HIF-1)是缺血缺氧的诱导转录因子，缺氧环境中HIF-1诱导VEGF-A mRNA的表达。体外细胞在缺氧条件下培养时可见某种因子与VEGF-A mRNA的非翻译区结合，使得VEGF-AmRNA的稳定性明显增加。故缺氧是通过增加mRNA的稳定性和转录激活诱导VEGF-A的基因表达。研究显示，VEGFR-2存在于神经元及血管内皮细胞上[9]，而VEGFR-1在脉管细胞、脉络丛、胶质细胞中表达。脑卒中发生时，缺血半暗带区域可见VEGF-A及其受体VEGFR-1、VEGFR-2上调[10]。

2 VEGF-A在血管生成中的作用

血管的再生对脑卒中后神经保护作用非常重要，可恢复缺血区的血液供应，防止神经细胞进一步坏死，而在缺血半暗带中VEGF-A和VEGFR-2的上调与神经血管形成直接相关[11]。在哺乳动物体内，VEGFR-1的主要作用是防止VEGF-A和VEGFR-2的结合[12]，从而阻碍血管生成，这也是在众多肿瘤治疗中的一个靶点，使肿瘤血管正常化抑制肿瘤生长。因此，VEGF-A调节的血管生成需要VEGFR-1和VEGFR-2的联合稳态平衡。VEGFR-1的缺失会导致血管过度生长、功能失调的血管生成[13]。

VEGF-A与VEGFR-2的结合，可激活磷酸肌醇3-激酶(PI3K)，而PI3K是促进血管生成的关键激酶。PI3K激活激酶B (Akt)可促进BBB内皮细胞的迁移[14]。在血管生成的VEGFR-2-PI3K-Akt通路中，阻断VEGFR-2可导致血管内皮细胞Akt磷酸化受阻，从而导致细胞增殖、迁移、血管化受到抑制，说明VEGF-A水平的上调可促进血管内皮细胞增殖、血管的生成。

VEGF的促血管生成作用已经在多种在体模型中被多个实验所证实[15]。VEGF可造成血管通透性增加，使血管内的纤维素和纤维黏连蛋白等血浆蛋白外渗，这些外渗物质在血管外间质形成胶样物质，对内皮细胞、成纤维细胞迁移进入血管内提供一个网络支架，有利于血管生成。

3 VEGF-A在神经保护中的作用

3．1VEGF-A促进神经元的生存在脑细胞培养模型中[16]，VEGF-A促进神经元的生存，这种效应可能通过PI3K-Akt通路的激活、丝裂原的活化及蛋白激酶的级联反应。WANG等[17]发现在卒中缺血区血流量减少，而病灶周围组织血流量增加，可能存在一种盗血现象维持正常组织的血液供应，说明VEGF-A不仅能促进血管生成，还可以通过减轻脑缺血性损伤的程度、神经元细胞的死亡程度缩小脑梗死面积，发挥神经保护效应。

研究显示，脑缺血损伤可导致神经元细胞膜上的电压依赖性钾通道离子交换增强，使细胞兴奋性增高、细胞内钙超载，加快神经元的损伤。而VEGF-A可使缺血损伤诱导的钾电流变化得到抑制，PI3-K抑制剂wortmanin却能抵消VEGF-A的抑制作用，说明VEGF-A通过 PI3-K信号通路抑制缺血损伤诱导的钾电流增强作用，从而发挥保护神经元的作用[18]。

3．2VEGF-A增加脑内血糖水平VEGF-A保护神经元的另一个机制：脑细胞摄入葡萄糖是通过葡萄糖转运蛋白(glucosetransporters，GLUTs)协助完成。GLUT1高表达于血脑屏障的毛细血管壁上，而缺血缺氧可导致脑细胞内VEGF-A过表达，从后者加强GLUT1的基因表达，促进了缺血区域葡萄糖的转运。此外，VEGF-A可增加血脑屏障的通透性增加脑内血糖水平，而发挥神经保护作用。

4 VEGF-A在神经发生中的作用

在成年脑组织中，有两个产生神经发生的成体神经干细胞龛：沿着侧脑室分布的室下区(SVZ)和海马齿状回的颗粒下层(SGZ)[19]。脑缺血时VEGF-A水平上调，刺激成体的SVZ中血管内皮细胞分泌可扩散因子，刺激处于活跃分化阶段的成体神经干细胞(adult neural stem cells，aNSCs)，从而诱导神经发生。

VEGF-A主要是由神经祖细胞通过自分泌的方式正性调节神经再生，还可通过血管内皮细胞的旁分泌方式参与调节。这两种分泌方式均由多种生长因子调节，如促红细胞素使神经祖细胞的自分泌增加，导致VEGF-A以及内皮细胞上的VEGFR2高表达。而VEGF-A与VEGFR2结合可促进纹状体及大脑皮质的新生神经元分化成局部的γ-氨基丁酸和胆碱能神经元，增加新生神经元突起的长度和分支数量[20]。而神经网络重建的结构基础就是神经元突起，从而使得VEGF-A在神经发生中发挥重要作用。

VEGF-A除通过促进内皮细胞增殖和分裂来调节血管生成、血管壁通透性外，还可通过调节细胞膜上离子通道的功能[21]、使神经元的兴奋性或抑制性作用发生改变[22]，从而调节神经元的再生。

过度表达转基因小鼠中不仅存在神经发生，而且新生成的神经元向脑梗死皮质部位的迁移也相应增加[23]，提示VEGF-A诱导的神经发生可能替代坏死的神经元发挥功能。而VEGF-A诱导的神经发生主要是由星形胶质细胞转化为神经元生成的。

5 结论

脑卒中是各种原因引起脑血管阻塞或破裂出血导致局部脑组织缺血、缺氧性坏死的临床病理过程。若缺血坏死区及缺血半暗带及时恢复灌注，就可逆性恢复神经损伤。生长因子是影响卒中恢复的重要调节因子，其中以VEGF-A的调节作用最为关键，其促进血管生成，恢复缺血区的血流灌注；使血管内物质渗出支撑血管，可直接或间接的保护神经元；诱导成体神经干细胞分化神经元，促进神经元的生成，在脑卒中损伤修复当中发挥非常重要的作用，从而使得调节VEGF-A的表达可能成为治疗脑卒中的一种有效方法。但VEGF-A作用的具体通路及其在脑卒中发病及进展的不同阶段的作用机制尚需进一步研究。相信在不久的未来，针对VEGF-A生物制剂的应用可能成为临床治疗脑卒中的一种有效的新方法。