李瑞霞(綜述),陳海冰(審校)
(上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院內(nèi)分泌代謝科,上海市糖尿病研究所,上海市糖尿病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海市糖尿病臨床醫(yī)學(xué)中心,上海 200233)
色素上皮衍生因子與氧化應(yīng)激
李瑞霞△(綜述),陳海冰※(審校)
(上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院內(nèi)分泌代謝科,上海市糖尿病研究所,上海市糖尿病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海市糖尿病臨床醫(yī)學(xué)中心,上海 200233)
色素上皮衍生因子(PEDF)是一種糖蛋白,屬于絲氨酸蛋白酶抑制劑超家族,它首次從人視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞的條件培養(yǎng)基中被純化出來,具有很強(qiáng)的神經(jīng)分化活性。之后被發(fā)現(xiàn)有抗氧化應(yīng)激,抗血管新生,抗炎,抗血小板活化、聚集抑制血栓形成,抗細(xì)胞凋亡,營(yíng)養(yǎng)保護(hù)神經(jīng)等作用,并且它的一系列性能無一例外均涉及其抗氧化應(yīng)激性能?,F(xiàn)將PEDF與氧化應(yīng)激的相互作用以及作用機(jī)制進(jìn)行綜述。
色素上皮衍生因子;氧化應(yīng)激;炎癥;凋亡;血栓形成
色素上皮衍生因子(pigment epithelium-derived factor,PEDF)作為一種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子而首次被發(fā)現(xiàn),是1989年Tombran-Tink等[1]從胎兒視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞的體外培養(yǎng)液中分離純化的一種可溶性糖蛋白,屬于絲氨酸蛋白酶抑制劑超家族。在人類,其染色體定位于17p13.3[2]。它是一種有效的內(nèi)生性多功能因子,近年來又發(fā)現(xiàn)其具有抗血小板活化聚集、抑制血栓形成性能。眾多研究證明PEDF可以通過其抗氧化應(yīng)激作用及與此相關(guān)的抗血管新生,抗炎,抗血小板活化、聚集等作用達(dá)到對(duì)機(jī)體的保護(hù)作用?,F(xiàn)對(duì)PEDF的不同保護(hù)作用及其作用機(jī)制進(jìn)行綜述。
血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)是一種有效的促血管生長(zhǎng)因子,調(diào)節(jié)血管的發(fā)生、發(fā)展,在細(xì)胞的增殖、遷移、增加通透性方面有重要作用[3]。PEDF能夠有效地抑制血管新生,它與VEGF比值的失衡和新生血管的形成密切相關(guān)。Zheng等[4]研究發(fā)現(xiàn)培哚普利(血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑)可通過降低線粒體活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)的生成而降低牛視網(wǎng)膜毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞中VEGF/PEDF的比值(降低VEGF,升高PEDF),ROS降低的原因是培哚普利上調(diào)過氧化物酶體增生物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor-γ,PPAR-γ)及解耦聯(lián)蛋白 2(uncoupling protein-2,UCP-2)的表達(dá)而降低線粒體膜電位;PEDF可誘導(dǎo)高糖及正糖條件下牛視網(wǎng)膜毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞中線粒體PPAR-γ及UCP-2的表達(dá),進(jìn)而降低膜電位,抑制線粒體ROS的生成,并且經(jīng)不可逆性 PPAR-γ抑制劑GW9662處理后,PEDF上調(diào)UCP-2 的性能被阻斷[5]。由此可見,氧化應(yīng)激狀態(tài)也是血管新生的使動(dòng)因素,而PEDF可以抑制線粒ROS的生成從而緩解氧化應(yīng)激,以致抑制血管新生。其作用靶點(diǎn)在線粒體PPAR-γ及UCP-2。
此外,Yamagishi等[6]研究發(fā)現(xiàn)給正常的大鼠靜脈注射糖基化終產(chǎn)物(advanced glycosylation end product,AGE)不僅可通過刺激VEGF的表達(dá)增加視網(wǎng)膜血管的通透性,還可降低視網(wǎng)膜PEDF的水平;給予PEDF干預(yù)治療,發(fā)現(xiàn)PEDF可抑制AGE誘導(dǎo)的VEGF介導(dǎo)的血管通透性增加。研究發(fā)現(xiàn)[6],PEDF一方面可通過下調(diào)p22phox和gp91phox(NADPH氧化酶的膜組成部分)的mRNA水平來抑制NADPH氧化酶的活性,降低AGE暴露下的內(nèi)皮細(xì)胞的ROS生成;另一方面PEDF還通過降低RAGE的表達(dá)而抑制AGE與其受體的作用,降低ROS生成,從而抑制血管新生及血管通透性的增高。此研究并沒有明確PEDF抑制RAGE基因表達(dá)的分子機(jī)制。然而,近來有報(bào)道[7-9],PPAR-γ 激動(dòng)劑可下調(diào) AGE 誘導(dǎo)的RAGE基因表達(dá),因?yàn)?PEDF可活化多種細(xì)胞中PPAR-γ信號(hào)通路。
近年來的研究已揭示AGE及其受體系統(tǒng)可在多種細(xì)胞中誘導(dǎo)氧化應(yīng)激以及炎性反應(yīng)[10-11]。在人腎小球系膜細(xì)胞的體外實(shí)驗(yàn)中Ide等[12]發(fā)現(xiàn)AGE可顯著地刺激系膜細(xì)胞內(nèi)ROS的生成,活化核因子κB(nuclear factor κB,NF-κB),上調(diào)炎性因子、單核細(xì)胞趨化蛋白1、血管細(xì)胞黏附分子1的RNA水平,而PEDF及NF-κB抑制劑可完全阻抑這一效應(yīng),由此可見,PEDF通過抑制AGE誘導(dǎo)的ROS的產(chǎn)生而抑制NF-κB的活化,最終阻抑炎性因子單核細(xì)胞趨化蛋白1、血管細(xì)胞黏附分子1的轉(zhuǎn)錄表達(dá),以達(dá)到抗炎效果。Yamagishi等[13]研究發(fā)現(xiàn),PEDF可抑制內(nèi)皮細(xì)胞中腫瘤壞死因子α誘導(dǎo)的白細(xì)胞介素6基因的表達(dá),并且更進(jìn)一步證實(shí),其作用是通過抑制NADPH氧化酶介導(dǎo)的ROS的生成進(jìn)而阻滯NF-κB活化實(shí)現(xiàn)的。其中PEDF對(duì)NADPH氧化酶抑制的作用靶點(diǎn)在Rac-1(NADPH氧化酶膜組成成分)。腫瘤壞死因子α、白細(xì)胞介素6是經(jīng)典的炎性因子,事實(shí)上ROS通過NF-κB的激活調(diào)節(jié)很多基因的表達(dá),包括很多炎性因子都可被PEDF抑制。
另外,Zheng等[5]研究指出,PEDF通過線粒體途徑及NADPH氧化酶途徑抑制高糖誘導(dǎo)ROS的生成,阻抑Janus蛋白酪氨酸激酶2(JAK2)/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子3(STAT3)信號(hào)通路的活化,從而部分下調(diào)VEGF的表達(dá),現(xiàn)經(jīng)發(fā)現(xiàn)STAT3與天然及適應(yīng)性免疫反應(yīng)密切相關(guān),所以這也是PEDF通過其抗氧化應(yīng)激性調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)的一個(gè)重要途徑。
Takenaka等[14]曾用結(jié)扎大鼠頸動(dòng)脈的方法誘導(dǎo)血栓形成的模型并研究PEDF的抗血栓形成作用:①PEDF以劑量依賴形式抑制結(jié)扎大鼠頸動(dòng)脈的血栓形成。②PEDF抑制P選擇蛋白(血塊中血小板活化的標(biāo)志物)的表達(dá)。③PEDF抑制血塊中過氧化物的形成以及NADPH氧化酶的活化。④PEDF以劑量依賴式阻斷膠原誘導(dǎo)的ROS的形成、P選擇蛋白的表達(dá)以及血小板的聚集。由此可見,PEDF的抑制血栓形成性能可能是通過其抗氧化應(yīng)激抑制血小板的活化聚集而實(shí)現(xiàn)的,并且其作用靶點(diǎn)在NADPH氧化酶。血小板功能的改變與微血栓的形成有著緊密的聯(lián)系,可能在糖尿病血管并發(fā)癥的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用,并且越來越多的研究證實(shí)氧化應(yīng)激的形成與血小板的活化聚集關(guān)系緊密,所以在2009年通過誘導(dǎo)糖尿病大鼠模型進(jìn)一步對(duì)PEDF的抗血栓形成進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)[15]:①PEDF或者磷酸吡多醛(AGE形成的抑制劑)可通過抑制NADPH氧化酶源性過氧化物的形成而抑制血小板P選擇蛋白的表達(dá)與聚集,從而使糖尿病大鼠尾靜脈出血時(shí)間縮短。②靜脈給予正常大鼠注射AGE可模擬糖尿病對(duì)血小板活化及出血時(shí)間的影響,并且也可被外源性PEDF阻斷。由此更加肯定了PEDF實(shí)際上是通過其抗氧化應(yīng)激性抑制NADPH活化,進(jìn)而減少ROS的生成實(shí)現(xiàn)其抗血小板聚集及血栓形成作用的。此外,經(jīng)典的促炎因子(腫瘤壞死因子α、白細(xì)胞介素6)都是血栓形成的誘導(dǎo)因素,PEDF可通過其抗氧化應(yīng)激功能抑制其基因表達(dá),從而間接達(dá)到抑制血栓形成的目的。
Amano等[16]研究視網(wǎng)膜周細(xì)胞中 PEDF對(duì)氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡、功能損傷的保護(hù)作用,采用高糖和H2O2誘導(dǎo)視網(wǎng)膜周細(xì)胞氧化應(yīng)激模型發(fā)現(xiàn):①PEDF或者抗氧化劑可顯著地阻滯高糖誘導(dǎo)的周細(xì)胞的生長(zhǎng)抑制。②一定劑量的PEDF可完全阻滯H2O2誘導(dǎo)的周細(xì)胞生存率的降低及其DNA合成的減少。③H2O2可增加周細(xì)胞內(nèi)促凋亡分子Bax的mRNA水平,降低其抗凋亡分子Bcl-2 mRNA水平,PEDF完全的阻滯了H2O2誘導(dǎo)的這兩種分子mRNA的變化,維持其在周細(xì)胞內(nèi)的正常水平,并且單獨(dú)應(yīng)用PEDF、Bcl-2及Bax mRNA水平無變化。④caspase-3負(fù)責(zé)細(xì)胞組件的斷裂、崩解,在細(xì)胞凋亡中發(fā)揮重要的作用。在高糖或者H2O2誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激狀態(tài)下,在視網(wǎng)膜周細(xì)胞中其活化明顯增加,此效應(yīng)可被PEDF完全阻滯。
由此可見,氧化應(yīng)激狀態(tài)下,細(xì)胞內(nèi)促凋亡分子Bax mRNA水平被上調(diào),抗凋亡分子Bcl-2 mRNA水平下調(diào),進(jìn)而活化caspase-3,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。PEDF通過其抗氧化應(yīng)激性能抑制這一過程。但是,PEDF完成這一性能的具體機(jī)制并沒有明確。谷胱甘肽過氧化物酶(GPx)是哺乳動(dòng)物中過氧化物解毒的主要抗氧化酶,其有一定的抗氧化作用。Amano等[16]試探性地研究GPx與PEDF抗氧化應(yīng)激的內(nèi)在聯(lián)系,發(fā)現(xiàn)PEDF可顯著上調(diào)高糖或者H2O2暴露下周細(xì)胞中GPx mRNA的水平并增強(qiáng)其活性。同樣劑量下,PEDF單獨(dú)使用并不影響周細(xì)胞中GPx表達(dá)及其活性。因此可以明確,PEDF通過上調(diào)GPx mRNA的水平并增加其活性而上調(diào)抗氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的Bax mRNA水平、降低Bcl-2 mRNA水平,活化及其下游的caspase-3,最終達(dá)到抗凋亡的作用。近來研究發(fā)現(xiàn),PEDF在氧化應(yīng)激狀態(tài)下還可通過上調(diào)過氧化物歧化酶和谷胱甘肽的水平達(dá)到抗氧化應(yīng)激的效果[17]。
另外,細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase 1/2,ERK1/2)通路也是PEDF抗凋亡的另一途徑。Tsao等[18]研究發(fā)現(xiàn),PEDF以劑量依賴形式抑制H2O2誘導(dǎo)的RPE細(xì)胞凋亡損傷;PEDF刺激ERK1/2蛋白的磷酸化使其活化;當(dāng)用PD98059(ERK1/2抑制劑)抑制PEDF對(duì)ERK1/2的磷酸化作用時(shí),PEDF的保護(hù)作用明顯減弱。由此可見,PEDF可通過誘導(dǎo)ERK1/2的活化而對(duì)氧化應(yīng)激狀態(tài)下的RPE發(fā)揮保護(hù)作用。
作為一個(gè)多功能的糖蛋白,PEDF的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)作用已被發(fā)現(xiàn)[19]。氧化應(yīng)激在帕金森病等神經(jīng)變性疾病中扮演的使動(dòng)角色也日益受到關(guān)注[20-22]?,F(xiàn)已有研究顯示[23],PEDF可以對(duì)抗魚藤酮及6羥基多巴胺的神經(jīng)毒性作用從而保護(hù)多巴胺神經(jīng)元,這兩種藥物是通過氧化應(yīng)激的機(jī)制發(fā)揮毒性作用的,證明了PEDF可部分通過其抗氧化應(yīng)激性能發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。然而,其具體作用靶點(diǎn)尚不明確。Sanchez等[24]通過皮質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞的體外實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究顯示,過氧化氫處理皮質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞時(shí)引起劑量依賴式的內(nèi)源性PEDF降低,非活化形式caspase-3的降低及活化形式caspase-3的升高;預(yù)先給予PEDF孵育可明顯抑制H2O2誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)抗凋亡蛋白Bcl-2的表達(dá)下調(diào);ERK1/2抑制劑可以顯著阻抑H2O2誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激狀態(tài)下PEDF對(duì)神經(jīng)元的保護(hù)作用,并且在PEDF存在的條件下細(xì)胞內(nèi)的抗凋亡蛋白Bcl-2顯著升高,而ERK1/2抑制劑可顯著削弱這種作用。因此PEDF通過ERK1/2途徑穩(wěn)定氧化應(yīng)激狀態(tài)下Bcl-2的水平以抑制caspase-3的活化,從而抑制氧化應(yīng)激引起的神經(jīng)元細(xì)胞的凋亡,完成其神經(jīng)保護(hù)作用。這與上述PEDF的抗凋亡途徑是吻合的。
PEDF是一種有效的內(nèi)源性多功能因子,具有抗氧化應(yīng)激,抗血管新生、保護(hù)血管、抑制其在外界刺激下血管通透性的增高、抗炎、抗血小板活化、聚集抑制血栓形成、抗細(xì)胞凋亡等作用,而抗氧化應(yīng)激作用是其眾多性能的作用樞紐。在錯(cuò)綜復(fù)雜的作用機(jī)制中,PEDF主要通過 NADPH氧化酶(p22phox/Nox4、gp91phox/Nox2 及 Rac-1、ERK1/2 通路、JAK2/STAT3通路)和線粒體(PPARγ及UCP-2)途徑抑制ROS的生成減弱氧化應(yīng)激的狀態(tài),從起始階段對(duì)抗氧化應(yīng)激誘導(dǎo)一系列機(jī)體損傷反應(yīng)。在氧化應(yīng)激過程中,PEDF可通過抑制氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的一些損傷因子的表達(dá)而對(duì)抗其損傷作用。PEDF還可以通過上調(diào)谷胱甘肽過氧化物酶、過氧化物岐化酶、谷胱甘肽等緩解氧化應(yīng)激環(huán)境??傊?,PEDF可從起始、過程、終末3個(gè)階段對(duì)抗氧化應(yīng)激及其引起的炎癥等一系列損傷反應(yīng)。
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Pigment Epithelium-derived Factor and Oxidative Stress
LI Rui-xia,CHEN Hai-bing.(Department of Endocrinology&Metabolism,Shanghai Jiaotong University Affiliated Sixth People's Hospital,Shanghai Institute for Diabetes,Shanghai Key Laboratory of Diabetes,Shanghai Clinical Medical Center of Diabetes,Shanghai200233,China)
Pigment epithelium-derived factor(PEDF)is a glycoprotein which belongs to the super-family of serine protease inhibitors,first purified from the conditioned media of human retinal pigment epithelial cells as a factor which possessing potent neuronal differentiating activity.After that,some other properties of PEDF had been found successively including anti-oxidation,anti-angiogenesis,anti-inflammation,anti-platelet activation,inhibiting platelet aggregation,anti-apoptosis,and neurotrophic function.And all of these properties of PEDF are almost invariably involved the performance of its anti-oxidative stress.Here is to summarize the interaction between PEDF and oxidative stress and its specific mechanisms.
Pigment epithelium-derived factor;Oxidative stress;Inflammation;Apoptosis;Thrombosis
R58;R34
A
1006-2084(2012)13-1968-03
國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(30871204)
2011-12-06
2012-01-30 編輯:伊姍