Ang-1、Ang-2/Tie2信號(hào)通路在血管生成中的研究進(jìn)展

張小芳 劉 丹綜述 姚寶珍審校

促血管生成素-1、-2及其受體 Tie2(Angiopoietin-1、Angiopoietin-2/ tyrosine Kinase Receptors 2,Ang-1、Ang-2/Tie2)是近年來發(fā)現(xiàn)的一種除血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(Vascular Endothelial Growth Factor,VEGF)之外的一條新的血管生成信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[1],這條新的信號(hào)通路在人類生理性血管形成中發(fā)揮重要作用,另有研究表明,Ang-1、Ang-2/Tie2信號(hào)通路在腫瘤、創(chuàng)傷、炎癥等多種病變中也起一定作用。研究它們對(duì)疾病發(fā)生的影響有助于為相關(guān)疾病的治療提供新線索,本文就Ang-1、Ang-2/Tie2在血管發(fā)生發(fā)展中所起的作用作一綜述。

1 Ang-1、Ang-2/Tie2信號(hào)通路

1.1 Tie2

Tie2是酪氨酸激酶受體,其配體是 Ang-1、Ang-2,與免疫球蛋白及上皮樣生長(zhǎng)因子(Epidermal Growth Factor,EGF)受體具有同源性,主要表達(dá)于血管內(nèi)皮細(xì)胞[2]。Tie2基因定位于1p33～1p34,mRNA全長(zhǎng)4.4 kb,該蛋白前體由1 124個(gè)氨基酸殘基組成。Ang-l和Tie2結(jié)合形成二聚體,使后者磷酸化而被激活,Ang-2與Tie2結(jié)合可抑制后者的活性[3]。

1.2 Ang-1/Tie2

Ang-1基因位于8q22.3～q23部位,由498個(gè)氨基酸組成,其中N端有一疏水分泌信號(hào)肽和α螺旋結(jié)構(gòu)域,C端包含一纖維蛋白原類似結(jié)構(gòu)域[4]。Ang-l在體外不能直接促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng),可能與新生血管的啟動(dòng)不同,但在新生血管管腔形成過程中起作用,使血管結(jié)構(gòu)穩(wěn)定[5]。Ang-l和受體結(jié)合后活化Tie2,Tie2活化的內(nèi)皮細(xì)胞可吸引血管平滑肌細(xì)胞、周細(xì)胞等包圍、支持內(nèi)皮細(xì)胞形成完整的血管壁,從而促進(jìn)血管生成,同時(shí)通過細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與基質(zhì)等相互作用維持血管結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定[5～7]。因此,Ang-1主要與維持內(nèi)皮細(xì)胞和周圍的支持細(xì)胞之間的相互作用有關(guān),在維持血管結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定中起重要作用。

1.3 Ang-2/Tie2

Ang-2基因位于8p23.1,在正常成人中主要分布于卵巢、子宮和胎盤,可能與這三種組織中血管再建較多有關(guān)[6]。Ang-2由 496個(gè)氨基酸組成,與 Ang-1有60%的同源性,也可與受體Tie2結(jié)合。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為Ang-2為無信號(hào)傳導(dǎo)功能的Tie2配體,它不引起Tie2受體的磷酸化,可以競(jìng)爭(zhēng)性地阻斷Ang-1的效應(yīng),有促進(jìn)內(nèi)皮祖細(xì)胞(Endoth elial Progenitor cells,EPC)移行的作用,Ang-2與內(nèi)皮祖細(xì)胞間的相互作用可能是新生血管形成的始動(dòng)環(huán)節(jié)[3]。但也有報(bào)道認(rèn)為,在高濃度時(shí)Ang-2與Ang-1類似,使受體磷酸化后促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的存活[7]。還有研究認(rèn)為,Ang-2在調(diào)節(jié)血管生成過程中并不調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞增殖,而是與內(nèi)皮特異性Tie2結(jié)合,促進(jìn)或抑制Tie2的磷酸化,并通過受體下游途徑調(diào)節(jié)血管的成熟[8]。故Ang-2/Tie2信號(hào)通路在血管形成中作用復(fù)雜,具體機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

2 Ang-1、Ang-2/Tie2在生理性血管生成中的功能

大鼠卵巢VEGF的表達(dá)早于血管形成,Ang-2的表達(dá)以新生血管網(wǎng)的前沿最豐富,而Ang-1的表達(dá)和血管生成一致,隨著卵巢周期的變化,三者協(xié)同調(diào)節(jié)血管的生長(zhǎng)和消退。排卵后,隨著VEGF水平降低,Ang-2又通過抑制Ang-1的作用而促進(jìn)血管消退。胚胎發(fā)育早期,Ang-2在心臟和毛細(xì)血管床周圍不表達(dá),只在主動(dòng)脈和大的動(dòng)脈分支中表達(dá),相比于Ang-1的廣泛分布,Ang-2主要呈點(diǎn)狀分布,僅局限在內(nèi)皮細(xì)胞和相關(guān)的外周細(xì)胞中[9]。剔除Ang-1基因小鼠其胚胎在第12.5天死亡,解剖發(fā)現(xiàn)胚胎多數(shù)臟器中的血管密度降低,部分內(nèi)皮細(xì)胞變圓,支持細(xì)胞(如周細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞)減少[9]。由此可見Ang-1、Ang-2在生理性血管生成和穩(wěn)定中起重要作用。

3 Ang-1、Ang-2/Tie2在病理性血管生成中的作用

3.1 Ang-1、Ang-2/Tie2與腫瘤

病理性血管生成包括關(guān)節(jié)炎、糖尿病視網(wǎng)膜病變、腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移等新血管的生成。腫瘤生長(zhǎng)依賴于新生血管為其提供足夠的養(yǎng)料。近年來研究表明,在多種腫瘤血管中,Ang-1、Ang-2和Tie2的表達(dá)不同。生理狀態(tài)下,Ang-1/Tie2途徑受到嚴(yán)格的調(diào)控,而在腫瘤組織中,缺氧及巨噬細(xì)胞分泌的腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白介素-1β(IL-1β)等因子可造成周細(xì)胞凋亡,并誘發(fā)Ang-1表達(dá)增加而促進(jìn)腫瘤組織中的血管生成[10]。但 Ang-1在不同腫瘤中表達(dá)并不一致,如Ang-1在肝癌組織、癌旁組織及正常肝組織中的陽性表達(dá)率無顯著性差異[8],在膀胱癌患者血清中Ang-l明顯高于非腫瘤組織和正常對(duì)照組[11],增生期血管瘤組織的Ang-1 mRNA表達(dá)則低于正常組織[12]。胃癌、腸癌、喉癌中也有Ang-2的表達(dá),但這種表達(dá)多在癌組織而非血管新生內(nèi)皮細(xì)胞,還有研究表明Ang-2有利于腫瘤的轉(zhuǎn)移。喉癌組織中Ang-2和基質(zhì)金屬蛋白酶-7(MMP-7)表達(dá)的陽性率明顯高于癌旁喉黏膜組織,且Ang-2表達(dá)與腫瘤分級(jí)及臨床分期相關(guān)[13]。Ang-2及Tie2在肝癌組織中的陽性表達(dá)率明顯高于癌旁組織,而癌旁組織的陽性表達(dá)率又高于正常肝組織[11]。

Ang-2通過結(jié)合Tie2,競(jìng)爭(zhēng)性抑制Ang-1促 Tie2磷酸化作用,破壞血管穩(wěn)定性,增加VEGF血管生成作用,促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng);Ang-2的表達(dá)增加可促進(jìn)腫瘤血管新生和新的毛細(xì)血管再建及形成[12,14]。正常組織中Ang-1 mRNA廣泛表達(dá),而Ang-2表達(dá)量較低或者不表達(dá);在增生期血管瘤,Ang-2 mRNA表達(dá)顯著高于正常組織[11]。Park等[14]研究認(rèn)為腸腺瘤中Ang-2和VEGF表達(dá)可能是腸腺瘤惡變的標(biāo)志物之一。是否能通過阻斷Ang-2/Tie2信號(hào)通路抑制腫瘤的生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移需進(jìn)一步的研究。

3.2 Ang-1、Ang-2/Tie2與損傷、炎癥、缺血缺氧性疾病

Ang-2是重要的血管損傷因子,能引起內(nèi)皮細(xì)胞腫脹、變性,進(jìn)而出現(xiàn)細(xì)胞壞死和凋亡。在高氧的刺激下,Ang-2及其受體Tie2被激活,而Ang-1被抑制。Heijden等[15]研究發(fā)現(xiàn),急性肺損傷(Acute Lung Injury,ALI)和急性呼吸窘迫綜合征(Acute Respiratory Distresssyndrome,ARDS)患者循環(huán)中Ang-1的表達(dá)水平無差別,而 Ang-2表達(dá)和Ang-2/Ang-1比值在ALI/ARDS患者中明顯增高,且和肺水腫及ALI/ARDS的嚴(yán)重程度平行。Willam等[16]發(fā)現(xiàn),低氧和炎癥刺激因子TNF-α、IL-1可誘導(dǎo)人冠脈微血管內(nèi)皮細(xì)胞和人臍帶靜脈內(nèi)皮細(xì)胞株Ang-1及其受體Tie2基因的表達(dá)。在糖尿病腎病動(dòng)物模型中,腎小球內(nèi)皮細(xì)胞Ang-2表達(dá)上調(diào),并伴有細(xì)胞凋亡增多和尿蛋白增加,Ang-2轉(zhuǎn)基因模型動(dòng)物中也有明顯的蛋白尿和腎小球細(xì)胞凋亡[17]。異位子宮內(nèi)膜碎片仍可分泌Ang-1和Ang-2,種植后的子宮內(nèi)膜碎片仍有血管生成活動(dòng),推測(cè)含有大量Ang-1、Ang-2的內(nèi)膜碎片進(jìn)入腹腔后,以其很強(qiáng)的血管生成能力獲得血供,并進(jìn)一步侵襲、發(fā)展,使病灶不斷擴(kuò)大[18]。子宮內(nèi)膜異位癥的發(fā)生發(fā)展可能與在位內(nèi)膜組織中高水平的Ang-1和Ang-2有關(guān)。

4 Ang-1、Ang-2/Tie2在疾病治療中的作用

腫瘤性血管屬于高度不成熟血管,其生成依賴腫瘤組織產(chǎn)生的促血管生成因子,后者作用的發(fā)揮需要克服保持血管穩(wěn)定的因素。已有不少針對(duì)Ang-1、Ang-2/Tie2信號(hào)通路抑制腫瘤生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移的相關(guān)研究報(bào)道,但由于Ang-1、Ang-2/Tie2信號(hào)通路的具體機(jī)制還不是很明確,因而限制了其在臨床上的應(yīng)用。

Ang作為重要的血管內(nèi)皮調(diào)節(jié)因子,在移植物排斥反應(yīng)和移植物血管病變中的作用已引起移植學(xué)界的關(guān)注,并且在心臟移植領(lǐng)域的一些研究中初步顯示了其潛在的重要價(jià)值[19,20]。Nykanen等[19]在對(duì)大鼠移植心臟血管病變模型的研究中,利用腺病毒介導(dǎo)的Ang-1和Ang-2轉(zhuǎn)基因表達(dá),發(fā)現(xiàn)Ang-1和Ang-2在移植心臟中有著相似的抗炎癥和抗凋亡效應(yīng)。在同種異體腎移植大鼠術(shù)后4周、8周和12周,移植腎組織中Ang-1、Ang-2和Tie2 mRNA的表達(dá)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。與同種同基因腎移植大鼠比較,同種異基因腎移植大鼠術(shù)后8周、12周的 Ang-l mRNA表達(dá)下降,而Ang-2 mRNA和Tie2 mRNA表達(dá)升高[20]。

血管新生療法指的是用內(nèi)生的或使用外源性的生長(zhǎng)因子等方法促進(jìn)新血管生成,包括缺血組織中的側(cè)支循環(huán)建立。目前已有Ang-1/Tie2信號(hào)通路在創(chuàng)傷修復(fù)、血管再通及減輕水腫和神經(jīng)修復(fù)的研究。Ang-1能有效促進(jìn)新生的脈絡(luò)膜新生血管形成和成熟,促進(jìn)疤痕形成[21]。Ang-2基因敲除大鼠和使用Ang-1寡核苷酸干預(yù)大鼠可以避免高氧所致的急性肺損傷[22];McCarter等[23]還發(fā)現(xiàn)使用Ang-1治療脂多糖(LPS)所致的急性肺損傷可以明顯減輕炎癥反應(yīng);Joussen等[24]研究結(jié)果表明Ang-1治療組與糖尿病性視網(wǎng)膜病變對(duì)照組相比,視網(wǎng)膜表面細(xì)胞水腫明顯減輕。最近有研究表明激光光凝誘導(dǎo)的大鼠脈絡(luò)膜新生血管在Ang-1處理組的發(fā)生率及晚期滲漏率明顯低于對(duì)照組,其機(jī)制可能是Ang-1通過促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的聚集與重塑,維持了新生血管的穩(wěn)定性,有效防止了炎癥反應(yīng)和血管通透性增加。研究還發(fā)現(xiàn),腦缺血再灌注后Ang-1表達(dá)增加,當(dāng)Ang-1與Tie2結(jié)合后可以抑制腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡,從而減輕VEGF產(chǎn)生的血管通透作用,減少腦缺血后血腦屏障的滲漏,降低腦水腫程度[7]。

5 展 望

Ang-1、Ang-2/Tie2信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在人類生理性和病理性血管生成過程中均起到重要作用。該通路是除VEGF之外的新的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,對(duì)它們的研究有助于闡明血管生成的機(jī)制,并且為利用這些靶點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)疾病的治療打下基礎(chǔ)。Ang-1有促進(jìn)血管生成、穩(wěn)定血管結(jié)構(gòu)的作用,可以利用Ang-1的這一特性與VEGF共同來治療血管退化性疾病;Ang-1可增加內(nèi)皮細(xì)胞間連接的緊密性,可以利用這一特性減少血管的滲漏,減輕炎癥反應(yīng)。Ang-2對(duì)血管生成的作用是雙重的,如何合理利用Ang-2促血管退化作用來治療血管異常增生性疾病是值得研究的課題。通過抑制Ang-1、Ang-2/Tie2信號(hào)通路減少血管生成進(jìn)行腫瘤的治療也是可期的有效途徑之一 。但Ang-1、Ang-2/Tie2信號(hào)通路在臨床實(shí)踐中的應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究。

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