VEGF家族及其受体与视网膜新生血管形成

VEGF家族及其受体与视网膜新生血管形成蒋瑶祁,彭辉灿

Vascularendothelialgrowthfactorfamily&receptorsandretinalneovascularizationYao-QiJiang,Hui-CanPeng

Foundationitem:FundofHunanProvincialEducationDepartment(No.05C407)

CenterofOphthalmology,theSecondAffiliatedHospitalofNanhuaUniversity,Hengyang421001,HunanProvince,China

Correspondenceto:Hui-CanPeng.CenterofOphthalmology,theSecondAffiliatedHospitalofNanhuaUniversity,Hengyang421001,HunanProvince,China.peng_huican@yahoo.com.cn

Received:2006-08-14Accepted:2006-09-27

Abstract

?Retinalneovascularization(RNV)isthecommonpathologi-calchangeofmanyophthalmologydiseases,anditisthemaincauseofblindness.Vascularendothelialgrowthfactorfamily(include:VEGF-A,VEGF-B,VEGF-C,VEGF-D,VEGF-EandPLGF)isthekeyfactorofRNV.Membersofthisfamilycanselectivelypromotemitosisandmetabasisofvascularen-dothelialcells.Theyalsoenhancethepermeabilityofmi-crovessel,andhelptoinducecapillarylumen.Thisarticlemainlyreviewsthestructure,functionalcharacteristic,theef-fectofVEGFanditsreceptorinRNVandthemeasureofin-hibitingneovascularizationissummarizedbasedontheactionmechanismofVEGFanditsreceptor.

?KEYWORDS:vascularendothelialgrowthfactor;receptor;retinalneovascularization

JiangYQ,PengHC.Vascularendothelialgrowthfactorfamily&re-ceptorsandretinalneovascularization.IntJOphthalmol(GuojiYankeZazhi),2006;6(5):1113-1116

摘要

视网膜新生血管形成是眼部多种疾病共有的病理改变,其造成的眼部广泛损害已成为致盲的重要原因。VEGF家族(包括VEGF-A,VEGF-B,VEGF-C,VEGF-D,VEGF-E和胎盘生长因子)作为新生血管生成中必不可少的关键因子,通过刺激血管内皮细胞的有丝分裂、迁徙、增加血管的通透性、诱导毛细血管腔的形成。本文对VEGF家族理化特性及受体、在视网膜新生血管形成中的作用和针对其作用机制采取相应防治措施进行综述。

关键词:VEGF;受体;视网膜新生血管

蒋瑶祁,彭辉灿.VEGF家族及其受体与视网膜新生血管形成.国际眼科杂志,2006;6(5):1113-1116

0引言

视网膜新生血管(retinalneovascularization,RNV)形成是视网膜静脉阻塞、增殖型糖尿病性视网膜病变(PDR)、视网膜下新生血管膜(SRNM)、新生血管性青光眼、早产儿视网膜病变(ROP)、增生性玻璃体视网膜病变(PVR)等疾病共有的病理改变,其造成的渗出、出血和增生等病理改变对眼部结构和功能损害,是引起视力障碍的重要原因。研究表明,血管内皮生长因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF)在视网膜新生血管生成中是必不可少的重要诱导因子[1]。它能刺激血管内皮细胞的有丝分裂、迁徙、增加血管的通透性、诱导毛细血管腔的形成。因此,对血管内皮生长因子(VEGF)与视网膜新生血管形成的基础和临床研究一直为眼科学者所关注。

1VEGF家族理化特性

VEGF是一种与血管增殖密切相关的多肽类生长因子,亦称血管通透因子或血管调理素。Ferrara等1989年从牛脑垂体滤泡星状细胞体外培养液中分离、提纯。VEGF广泛分布于人和动物体内的脑、肾、肝、脾、肺、眼等许多组织,正常眼视网膜色素上皮细胞、血管内皮细胞和周细胞均可产生较低水平的VEGF。人类VEGF基因定位于6号染色体的p12~p21,全长28kb,由8个外显子、7个内含子组成,编码产物为34~45ku,分子量在46000~48000的同源二聚体糖蛋白,为血管内皮的强促分裂素。亚基之间通过二硫键相连,该键如被还原,则丧失所有的生物学特性。与经典的多肽类激素不同,VEGF主要是以旁分泌和自分泌的方式起作用。目前发现基因转录的mRNA以不同的剪切方式形成5种VEGF异构体,共同构成VEGF家族6大成员:VEGF-A(即以往发现的VEGF),VEGF-B,VEGF-C,VEGF-D,VEGF-E和胎盘生长因子(placentalgrowthfactor,PLGF)[2]。

1.1VEGF-A人VEGF-A基因位于染色体6p21.3,VEGF-A基因经过转录水平的剪切,可产生5种VEGF的变异体,根据氨基酸的长短,依次命名为VEGF-A206,VEGF-A189,VEGF-A165,VEGF-A145和VEGF-A121。VEGF-A206和VEGF-A189的碱性很强,与肝素有较强的亲和力,是与细胞外基质(ECM)中硫酸肝素紧密结合的不溶性蛋

基金项目:中国湖南省教育厅资助课题(No.05C407)

作者单位:(421001)中国湖南省衡阳市,南华大学附属第二医院

眼科中心

作者简介:蒋瑶祁,男,在读硕士研究生,主要从事视网膜新生血

管形成的机制及防治的临床与基础研究。

通讯作者:彭辉灿.peng_huican@yahoo.com.cn

收稿日期:2006-08-14修回日期:2006-09-27

?文献综述?

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白;VEGF-A165最具特征性,不同的组织含有不同种类、比例的异构体。一般情况下VEGF-A165为最主要的异构体,天然的VEGF即表现出VEGF-A165的主要特性,VEGF-A121缺乏外显子6,7编码的残基,是一酸性多聚肽,不能与肝素结合,所以是游离蛋白;VEGF-165和VEGF-A121这两种VEGF异构体具有可溶性,可以向周围组织弥散,而VEGF-A145比较少见[3]。VEGF-A在正常人和动物的组织中表达较少,在有新生血管生成的组织细胞中有高表达,包括胎儿组织、胎盘、黄体,特别在肿瘤中有高表达。许多因素可以提高VEGF-A的表达,如缺氧诱导因子-1(HIF-1),各种生长因子和肿瘤基因包括EGF、TGFa/b、角质细胞生长因子,胰岛素样生长因子-1、FGF、血小板源生长因子等都可上调VEGF-AmRNA的表达。其主要生物学功能为:(1)选择性增强血管内皮细胞有丝分裂,刺激内皮细胞增殖并促进血管形成;(2)升高血管尤其是微小血管渗透性,使血浆大分子外渗沉积在血管外的基质中,为新生毛细血管网的建立提供营养。1.2VEGF-BVEGF-B又称VEGF相关因子(VRF),在大多数组织中与VEGF共同表达。Oloffsson等[1,2]最早从人纤维肉瘤和红白血病肿瘤细胞cDNA文库中及成年鼠的心脏细胞cDNA文库中分别克隆出人和鼠VEGF-BcDNA。人VEGF-B基因位于染色体11q13上,全长4kb,有7个外显子,被6个大小分别为565bp,312bp,244bp,756bp,197bp,700bp的内含子间隔[3,4]。目前已发现了由于编码VEGF-BmRNA的两种不同剪接方式而产生的两个不同的转录子,即VEGF-B167和VEGF-B186,分别含167,186个氨基酸残基。。VEGF-B具有促进内皮细胞增生的作用,与肿瘤生长也有密切关系,可在局部促进血管生长,从而有利于肿瘤的生长[4]。

1.3VEGF-CVEGF-C又称VEGF相关蛋白(VRP)。人VEGF-C基因位于染色体4q34上,VEGF-C在许多正常组织都有表达,包括:心肌、骨骼肌、肺脏、肾脏。VEGF-C可以自由分泌到细胞外,其分泌形式是同源二聚体,大多数分泌型VEGF-C是其多肽蛋白前体的水解产物。VEGF-C是第一个被发现的淋巴管生成因子,它可以诱导淋巴内皮细胞增殖、迁移,并形成淋巴窦[3,5]。它可选择性地诱导淋巴管的增生,在调节血管生成方面与VEGF-A有相同的作用。

1.4VEGF-D人VEGF-D基因位于染色体Xp22.31,VEGF-D蛋白含有354个氨基酸,VEGF-D可在许多正常组织大量表达,包括:心、肺、骨骼肌、结肠和小肠。VEGF-D是在计算机进行同源搜索时发现的,在结构和功能上均与VEGF-C相似。初步发现VEGF-D可促进血管内皮细胞分裂,据推测VEGF-D可能会在血管生成和淋巴管生成方面与VEGF-C协同作用[6]。

1.5VEGF-EVEGF-E是VEGF家族另一新成员,是从羊口疮病毒染色体组被分离出来,分子量为20ku,与VEGF-A121在氨基酸水平有25%同源性,缺乏碱性区和肝素结合区。它仅与flk-1结合,与VEGF-A165的生物学作用和效能相似[3]。

1.6PLGFPLGF基因位于染色体2p16-21,其氨基酸序列与VEGF-A有53%的同源性,已发现PLGF有3个异

构体,即PLGF-1,PLGF-2和PLGF-3。与VEGF-A不同的是,PLGF的表达只限于血管生成活跃的组织,如胎盘组织(由血管内皮细胞表达)和肿瘤组织(由肿瘤细胞表达),并不见于已分化成熟的细胞[7]。主要功能为诱导内皮细胞分化增殖。

2VEGF家族的受体

VEGF必须同受体结合才能实现其作用,研究已证实视网膜毛细血管内皮细胞存在VEGF受体,而且VEGF受体数目较其它组织内皮细胞多。目前较肯定的VEGF家族受体共有:VEGFR-1(flt-1),VEGFR-2(KDR/flk-1),VEGFR-3(flt-4),神经纤维网蛋白-1(neuropilin-1,NRP-1),神经纤维网蛋白-2(neuropilin-2,NRP-2)[8,9]。前三者都是跨膜酪氨酸激酶受体,都有7个免疫球蛋白样的细胞外区域、跨细胞膜区域以及一个含有酪氨酸激酶的细胞内区域。VEGFR-1和VEGFR-2主要分布于血管内皮细胞;VEGFR-3在胚胎发育期静脉和淋巴内皮中表达,而在成年期只限于淋巴内皮细胞;NRP-1和NRP-2分布于神经轴突及血管内皮细胞。VEGFR-1其生物学效应表现为诱导内皮细胞的迁移,而无促内皮细胞分裂增殖作用;VEGFR-2主要介导VEGF-A促有丝分裂,新生血管形成和血管通透性增加效应的受体;VEGFR-3与其特异的配体VEGF-C、VEGF-D结合可以引起内皮细胞的增殖和迁移,调控血管及淋巴管内皮细胞的新生,对胚胎发育及肿瘤的生长和转移起重要调控作用[10]。VEGF-A主要结合在VEGFR-1和VEGFR-2上,还可与受体Neu-ropilins(NRP-1/NRP-2)结合。研究表明在VEGFR-2与NRP-1共表达的细胞上,NRP-1可以增强VEGFR-2介导的信号通路的有效性,所以可以结合NRP-1的VEGF-A165比不能与之结合的VEGF-A121促有丝分裂活性高。但目前还未找到结合VEGF-A165后NRP-1/NRP-2介导的信号通路[3,10]。

3VEGF家族与视网膜新生血管形成

视网膜新生血管形成是一个极其复杂的过程,首先发生血管扩张及通透性增加,然后经过血管壁基底膜酶的降解,内皮细胞的趋化、迁移、有丝分裂,和周细胞的相互作用,血管腔形成[11]。这其中涉及多种细胞因子的参与,特别是一些血管生成因子包括碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)、血小板衍生的生长因子(PDGF)[12]、表皮生长因子(EGF)[13]、肝细胞生长因子(HGF)[14]、肿瘤坏死因子(TNF)、VEGF等,而VEGF被认为是最重要的血管生长因子[15]。

由缺氧缺血所导致的视网膜新生血管形成被认为主要是由VEGF增加引起的,它是新生血管形成和血管渗漏有效的诱导剂,缺氧刺激引起多种细胞分泌VEGF[1]。研究认为缺氧在新生血管形成初始可能起双重作用。一方面在分子水平,视网膜内层缺氧引起血管生长因子VEGF的表达,视网膜生成的VEGF不断的上调引起其在视网膜和玻璃体液中积聚,可能为新生血管形成做准备。将暴露到高氧环境中6h小鼠,其视网膜上VEGF表达下降,而且在高氧期间始终保持下降,回到正常氧环境当中6~12h,视网膜上的VEGF表达增加达到高峰,之后VEGF表达有所下降,但VEGF水平仍高于正常对照组,并持续数

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天随着新生血管的萎缩,VEGF水平下降至正常水平。因此,VEGF在视网膜病变当中可能起双重作用:高氧下调VEGF引起血管退化,而随后的VEGF上调导致视网膜新生血管形成。另一方面是在细胞水平,缺氧可能是星状细胞变性当中的一个因素。视网膜血管的正常发育与星状细胞有着密切的关系,如果这种关系被打破,视网膜前血管可能生长或长入玻璃体。星状细胞在使视网膜血管附着于视网膜并保持它们的完整性方面起重要作用。视网膜的星状细胞从视神经移入视网膜,作为视网膜形态血管,通过局部释放的VEGF,星状细胞刺激和控制血管生长的方向,星状细胞也向发育中的视网膜内丛状层和内核层中生长,刺激未成熟的血管生长。一旦血管发育到成熟阶段,星状细胞被认为是血管壁内周细胞,失去了对VEGF的反应。只要毛细血管神经胶质界膜保持完整,毛细血管依然保持在视网膜内生长,但是,如果血管生长超过它们的星状细胞表面或形成神经胶质膜的星状细胞变性,血管壁内皮细胞接触玻璃体中的VEGF,则向玻璃体内生长形成微动脉瘤和视网膜前新生血管[16,17]。1996年Peter用杂交技术研究发现VEGF在病变视网膜表达有一定层次,与缺氧部位有关,与导致缺氧的疾病无关,认为低氧是诱导视网膜VEGF表达的共性因子。另外,缺氧情况下VEGF的受体在与VEGF的亲和力不变的情况下数量增加50%,也表明了VEGF在与缺氧相关的眼内新生血管化过程中起着关键作用。

视网膜新生血管是非自限性的,存活的视网膜、低氧分压以及静脉引流等因素的存在,是新生血管产生的前提。在糖尿病视网膜病变中,慢性高血糖症可引起氧化作用受损、微血栓形成、细胞黏附分子活化、白细胞停滞以及细胞因子的活化,特别是VEGF的高表达[18]。研究显示,伴有新生血管的PDR患者的玻璃体内及房水内VEGF含量明显高于不伴有新生血管的PDR患者;此外,PDR患者的玻璃体内和房水内高浓度VEGF不受血清浓度的影响[19]。Sydorova等[20]收集15个PDR、18个PVR和20个对照的患者的静脉血和玻璃体液,用ELISA法定量检测血清和玻璃体中VEGF的浓度水平,结果显示在PDR患者血清和玻璃体中VEGF表达在相似的水平,而其在血清中VEGF明显高于PVR患者。提示VEGF为眼内合成,在PDR新生血管形成过程中起着重要作用。Ohno-Matsui等[21]在用视紫红质启动子启动的VEGF转基因鼠研究中,发现VEGFmRNA和蛋白分子高水平表达,能引起成年大鼠明显视网膜新生血管生成和牵拉性视网膜脱离。VillegasBecerril等[21-23]研究发现早产儿视网膜病变患者,血管形成活跃的第Ⅳ期中,视网膜下液VEGF明显高浓度表达。Leske等[24]在用酸中毒诱导的新生斯普拉-道来(氏)大鼠的ROP模型中,通过qRT-PCR可以检测到在新生血管化过程中VEGFmRNA的表达,这些均表明VEGF在视网膜新生血管过程中相关性较强。

应用多、单克隆抗体进行原位杂交和免疫组化实验发现正常人视网膜有VEGF-A、VEGFR-1、VEGFR-2、VEGFR-3的mRNA和蛋白质表达,同时在非血管细胞有3种受体存在。VEGF与VEGFR结合后,VEGFR首先自磷酸化,继而激活磷脂酰胆碱特异性磷脂酶C(PLCr),

水解磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2),产生二脂酰甘油(DAG)和肌醇三磷酸(IP3),其中DAG可激活胞质中蛋白激酶C(PKC)β,并固定于膜上,然后诱导内皮细胞生长,增加血管渗透性。Wintmer等[25]体内研究发现,VEGFR-1定位于内界膜、视网膜毛细血管周细胞基底膜等细胞外基质;VEGFR-2主要定位于视网膜渗漏区血管细胞,与血管渗漏有关;VEGFR-3与VEGFR-2十分相关,主要定位于视网膜深层毛细血管,伴随VEGF-A和PAL-A缺血区的过高表达和过早出现,因而可认为VEGF-A诱导VEG-FR-2、VEGFR-3在缺血区表达,导致视网膜渗漏产生,从而促进新生血管形成。

4VEGF家族在视网膜新生血管防治中的意义

研究VEGF家族在视网膜新生血管形成的作用有助于针对其机制采取相应的防治。应用抗VEGF和VEGFR的单克隆抗体,可封闭已分泌的VEGF和VEGFR,阻断VEGF诱发的内皮细胞信号传导,抑制新生血管的形成。Ozaki等[26]在动物实验研究中发现,对VEGF及受体的抑制明显使眼新生血管回退。同时,VEGF与细胞膜上的受体结合,需通过一系列细胞内信号系统,特别是PKC的活动才能发挥作用,因而可以应用某些药物阻断该信号转导,抑制内皮细胞的生长和血管渗透性的增加。在猪视网膜分支静脉阻塞模型中,口服PKC抑制剂LY333531可有效地抑制视网膜前和视盘上新生血管形成。基因治疗是当前的一个热点,在基因水平用反义寡核苷酸抑制基因的准确表达是首选的手段,研究已证实用VEGFmRNA反义核苷酸能成功阻止视网膜新生血管的形成。

5问题和展望

近些年来,对于VEGF家族的基础和临床研究已取得了较大的进展,VEGF家族的表达与视网膜新生血管形成存在密切对应关系。在视网膜静脉阻塞、增殖型糖尿病性视网膜病变,早产儿视网膜病变、增生性玻璃体视网膜病变等新生血管生成相关性疾病中,通过抑制VEGF家族,减少新生血管形成,以达到控制疾病的发展。最新研究表明,视网膜新生血管的发生与视网膜内各种血管促进因子和抑制因子的失衡有关,其中VEGF家族已被认为是新生血管形成的关键因子,但不是唯一因子,并且与其他因子相互关系目前尚不十分清楚。同时,由于VEGF家族不仅存在于病理性新生血管形成过程中,而且还在正常血管发育及其他生命活动中起作用。因此,特异性针对VEGF的抑制性治疗势必会影响到人体正常的生理功能。所以,对于VEGF家族及受体需要进一步做深入的研究证明其安全性和有效性,为视网膜新生血管发病机制、预防及治疗等提供充分的理论依据。

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