血管內(nèi)皮生長因子對骨關(guān)節(jié)病影響的研究進(jìn)展

黃俞龍綜述，黃躍審校（遵義醫(yī)學(xué)院形態(tài)學(xué)實驗室，貴州遵義563099）

血管內(nèi)皮生長因子對骨關(guān)節(jié)病影響的研究進(jìn)展

黃俞龍綜述，黃躍審校（遵義醫(yī)學(xué)院形態(tài)學(xué)實驗室，貴州遵義563099）

受體，血管內(nèi)皮生長因子；骨關(guān)節(jié)炎；綜述

血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是當(dāng)前研究最多的細(xì)胞因子之一，該因子具有調(diào)節(jié)血管、促進(jìn)血管生成的重要功能[1]，故既往亦被稱為血管通透因子（vascularpermeability factor，VPF），目前有研究發(fā)現(xiàn)，該因子對骨形成、骨損傷修復(fù)亦有促進(jìn)作用，故認(rèn)為其骨關(guān)節(jié)病發(fā)病中均扮演著重要角色[2]。隨著當(dāng)今人們生活條件及飲食結(jié)構(gòu)的改變，骨關(guān)節(jié)病發(fā)病率逐年升高，如類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、骨關(guān)節(jié)炎等疾病開始受到越來越多的重視，本文就VEGF對關(guān)節(jié)病的影響作一綜述。

1 VEGF及受體

1.1 VEGF及其功能VEGF于20世紀(jì)80年代由Senger首次發(fā)現(xiàn)，其將一種蛋白質(zhì)注入豚鼠皮內(nèi)后發(fā)現(xiàn)該蛋白可引起血管通透性增高，故將此蛋白命名為VPF，后經(jīng)科學(xué)家證實此蛋白質(zhì)就是VEGF[3]。該因子基因定位于6p21.3，長度大約14 kb，內(nèi)含8個外顯子與7個內(nèi)含子，在第8個外顯子作用下其mRNA可翻譯出2個異構(gòu)體，即VEGFxxx和VEGFxxxb，前者是一種通過二硫鍵連接的二聚體糖蛋白，具有促進(jìn)血管生成作用，而后者則抑制血管生成[4]。研究表明，VEGF除有增加血管通透性的作用外，還可以促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖，上調(diào)細(xì)胞間黏附分子表達(dá)，抑制內(nèi)皮細(xì)胞凋亡等，并可促進(jìn)動物大腦皮層神經(jīng)元軸突再生及生長以起到神經(jīng)細(xì)胞保護(hù)的作用，通過與特異性受體結(jié)合可促進(jìn)淋巴管生成[5-6]。

1.2 VEGF受體（VEGFR）及其功能受體包括Flt-1（VEGFR-1）、KDR/Flk-1（VEGFR-2）、Flt-4（VEGFR-3）、神經(jīng)氈蛋白-1（neuropilin-1）、neuropilin-2等[7]。其中Flt-1和KDR/Flk-1在結(jié)構(gòu)上有類似之處，均有胞外的免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)域、單跨膜區(qū)及胞內(nèi)的酪氨酸激酶序列，從功能上來說，前者對VEGF的親和力明顯高于后者。Flt-1主要在由VEGF介導(dǎo)的單核細(xì)胞轉(zhuǎn)移及抑制樹突細(xì)胞形成中扮演著重要角色，其還可以抑制由KDR/Flk-1所介導(dǎo)的細(xì)胞增殖，并調(diào)節(jié)胚胎期VEGF水平等[8]。KDR/Flk-1則主要起到促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞有絲分裂及化學(xué)趨化的作用[9]。

2 VEGF及受體在骨發(fā)育中的作用

2.1 VEGF及受體在骨形成中的作用在胚胎發(fā)育過程中，長骨主要是以軟骨內(nèi)成骨方式形成的，有研究通過對人類新生骨骺骺板軟骨觀察后發(fā)現(xiàn)，在軟骨鈣化去的肥大軟骨細(xì)胞中有VEGF表達(dá)，而在靜止區(qū)及增殖區(qū)的軟骨細(xì)胞則未有表達(dá)[10]，后有動物研究證實了上述結(jié)果，并于肥大軟骨細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了Flt-1及Flk-1，故認(rèn)為VEGF通過促進(jìn)血管化、軟骨吸收及骨化的方式，對軟骨內(nèi)成骨起到了關(guān)鍵作用[11]。故Beamer等[12]指出，軟骨的成熟或許與VEGF及其受體的調(diào)節(jié)有關(guān)，正是生長板處的肥大軟骨細(xì)胞表達(dá)VEGF及受體，而形成一種自分泌性的信號傳導(dǎo)系統(tǒng)所致。VEGF對膜內(nèi)成骨方式的骨形成亦有促進(jìn)作用，如國外研究通過對小鼠顱骨胚胎發(fā)育過程進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)細(xì)胞分化為成骨細(xì)胞區(qū)域的VEGF表達(dá)明顯增多，對體外顱骨片培養(yǎng)時加入VEGF類似物后進(jìn)行觀察，骨片顯著增厚，提示VEGF在骨形成中起到了重要作用[13]。

2.2 VEGF及其受體在骨修復(fù)中的作用新骨形成及骨改建是骨缺損修復(fù)過程中必不可少的環(huán)節(jié)，VEGF在成骨細(xì)胞及破骨細(xì)胞生長、分化及趨化中均有促進(jìn)作用，特別是對骨缺損修復(fù)過程中起到顯著作用。如Yu等[14]在研究成骨前體細(xì)胞胞外培養(yǎng)時，在其分化早期已然發(fā)現(xiàn)有少量VEGF及其受體表達(dá)，通過對骨塊體外培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)骨組織塊血管化的形成明顯依靠細(xì)胞高表達(dá)VEGF的途徑進(jìn)行，而在對破骨細(xì)胞研究中發(fā)現(xiàn)，破骨細(xì)胞及其前體細(xì)胞均可表達(dá)VEGF與Flt-1，二者結(jié)合可致局部黏附激酶中的酪氨酸磷酸化，在激活相關(guān)信號傳導(dǎo)通道后，可促進(jìn)破骨細(xì)胞不斷增殖趨化，促進(jìn)局部骨吸收。

3 VEGF與骨關(guān)節(jié)病

3.1 骨關(guān)節(jié)病主要機(jī)制骨關(guān)節(jié)病，一般指骨關(guān)節(jié)炎。骨關(guān)節(jié)炎為一種退行性病變，系由于增齡、肥胖、勞損、創(chuàng)傷、關(guān)節(jié)先天性異常、關(guān)節(jié)畸形等諸多因素引起的關(guān)節(jié)軟骨退化損傷、關(guān)節(jié)邊緣和軟骨下骨反應(yīng)性增生，又稱骨關(guān)節(jié)病、退行性關(guān)節(jié)炎、老年性關(guān)節(jié)炎、肥大性關(guān)節(jié)炎等。根據(jù)有無局部和全身致病因素，將骨關(guān)節(jié)炎分為原發(fā)性和繼發(fā)性兩大類。其中類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎和骨關(guān)節(jié)炎為常見骨關(guān)節(jié)疾病。

在相關(guān)脊柱關(guān)節(jié)病的研究顯示，VEGF可影響細(xì)胞外基質(zhì)代謝，促進(jìn)細(xì)胞質(zhì)的聚鈣作用，導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟組織的纖維素樣增生[15]。另有研究報道，在VEGF的部分作用下，人關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞加速凋亡，從而軟骨纖維化加快[16-17]。據(jù)此可以推測VEGF蛋白表達(dá)與纖維素增生呈正相關(guān)的機(jī)制所在[18]。且隨著更多研究的進(jìn)行，可以了解到抗VEGF中和抗體明顯抑制滑膜細(xì)胞增殖、血管新生及血管炎，隨著骨性關(guān)節(jié)炎病程進(jìn)展，VEGF表達(dá)逐漸增高，活動期血清VEGF水平高于緩解期患者和健康人[19]，且VEGF的差異表達(dá)與骨性關(guān)節(jié)炎退變有關(guān)。

3.2 VEGF與類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎正常情況下血管內(nèi)皮細(xì)胞更新較慢，VEGF呈現(xiàn)低表達(dá)，但當(dāng)組織損傷發(fā)生炎性反應(yīng)時，VEGF則可在各類生長因子及細(xì)胞因子如血小板源性生長因子（PDGF）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）等作用下高度表達(dá)，且低氧環(huán)境亦可對組織中的VEGF及其受體的表達(dá)起到促進(jìn)及誘導(dǎo)作用[20]。國外有大量研究發(fā)現(xiàn)，在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者的關(guān)節(jié)滑液中VEGF表達(dá)較高，并認(rèn)為分泌VEGF的滑膜組織是來源于滑膜下層的巨噬樣細(xì)胞及滑膜襯里層細(xì)胞[21]；且有研究發(fā)現(xiàn)，類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者血清VEGF水平同病情進(jìn)展存在正相關(guān)，即隨病情進(jìn)展VEGF水平可升高[22]。有研究在同其他骨關(guān)節(jié)病如骨關(guān)節(jié)炎患者對比研究中發(fā)現(xiàn)，該因子在骨關(guān)節(jié)炎患者滑膜組織中并無表達(dá)，顯示出該因子似乎存在表達(dá)特異性。有研究通過體外實驗亦證實了類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者滑膜細(xì)胞具有高表達(dá)VEGF的作用，且其表達(dá)受TNF-α、白介素-1（IL-1）等炎性因子的調(diào)節(jié)[23]。有研究認(rèn)為，正是因為類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者滑膜組織中VEGF基因在被異常激活后的過度表達(dá)，造成大量VEGF蛋白生成，進(jìn)而導(dǎo)致關(guān)節(jié)局部血管組織新生微血管形成，且逐漸進(jìn)展為關(guān)節(jié)滑膜組織異常增生、腫脹出血及關(guān)節(jié)蛻變等病理過程的發(fā)生[24]。

3.3 VEGF與骨關(guān)節(jié)炎有報道指出，膝骨關(guān)節(jié)炎患者的關(guān)節(jié)軟骨表達(dá)VEGF的細(xì)胞數(shù)量相比健康對照明顯增多；作為促血管生成因子的VEGF數(shù)量顯著增多，而抗血管生成因子血小板反應(yīng)蛋白（TSP-1）則相對降低，且軟骨原性血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子ChM-I表達(dá)亦降低，故認(rèn)為在骨關(guān)節(jié)炎疾病中，關(guān)節(jié)軟骨中的抗血管生成因子與促血管生成因子之間的平衡被打破，血管由軟骨下骨侵入至關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)，加劇了軟骨的破壞程度[25]。另有研究表明，VEGF與一氧化氮合酶2（NOS2）在骨關(guān)節(jié)炎滑膜組織中的表達(dá)有相關(guān)性，VEGF與NOS2的表達(dá)率相比正常組織均較高，故認(rèn)為VEGF與NOS2可能是骨關(guān)節(jié)炎發(fā)生、發(fā)展的重要誘導(dǎo)因素[26]。晚期骨關(guān)節(jié)炎患者關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞中HIF-1α和VEGF蛋白表達(dá)明顯增加，提示上調(diào)靶基因VEGF表達(dá)是HIF-1α在骨性關(guān)節(jié)炎發(fā)病中可能的調(diào)節(jié)機(jī)制[27]。關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞外基質(zhì)中最重要的成分為蛋白聚糖與2型膠原[28]，由于骨關(guān)節(jié)炎患者的關(guān)節(jié)軟骨屬于缺氧環(huán)境，對軟骨細(xì)胞表達(dá)VEGF及其受體有誘導(dǎo)作用，而后者可誘發(fā)入骨細(xì)胞基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）表達(dá)，MMP-3與MMP-1可分別使蛋白聚糖與2型膠原變性而裂解[29]，此外MMP-3通過激活MMP-1，對2型膠原病理性降解有促進(jìn)作用，由于VEGF表達(dá)的增加，促進(jìn)后MMP-1及MMP-3的過度表達(dá)，最終使細(xì)胞外基質(zhì)降解、關(guān)節(jié)軟骨組織破壞[30]。

4 展望

骨關(guān)節(jié)病的發(fā)病同多種因素有關(guān)，隨著病理生理學(xué)及人類基因組學(xué)研究的進(jìn)展，已證實多種細(xì)胞因子及基因型在骨關(guān)節(jié)病發(fā)病過程中扮演著重要角色，通過利用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)等手段，可從細(xì)胞分子、基因蛋白等不同層次及水平上對骨關(guān)節(jié)病的生物學(xué)標(biāo)志進(jìn)行篩選和確定，有助于人們更為深入地認(rèn)識骨關(guān)節(jié)病的發(fā)病機(jī)制。

眾多研究結(jié)果證實，VEGF在骨關(guān)節(jié)病中表達(dá)明顯增加，提示VEGF在骨關(guān)節(jié)病發(fā)病中起到了至關(guān)重要的作用。一方面，類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、骨關(guān)節(jié)病等疾病的基礎(chǔ)病理改變激活了VEGF及其受體基因表達(dá)；另一方面，因此而表達(dá)上調(diào)的VEGF及其受體再次促進(jìn)了骨關(guān)節(jié)病的病情進(jìn)展。類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等骨關(guān)節(jié)病發(fā)病機(jī)制雖尚未明確，在臨床治療療效上雖不理想，但通過對VEGF等生長因子抑制等手段，可能成為治療骨關(guān)節(jié)病的潛在靶點，針對VEGF在骨關(guān)節(jié)病發(fā)病機(jī)制中所扮演的重要作用，有學(xué)者指出可通過利用VEGF單克隆抗體進(jìn)行特異性治療。隨著人們對VEGF及其受體認(rèn)識的進(jìn)一步深入，探索VEGF及其受體表達(dá)的調(diào)控機(jī)制、尋找抑制VEGF及其受體發(fā)揮生物效應(yīng)的方法等，將對未來骨關(guān)節(jié)病治療的研究更有幫助。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2014.09.019

A

1009-5519（2014）09-1325-03

2014-01-27）

黃俞龍（1988-），男，貴州遵義人，碩士研究生，主要從事干細(xì)胞基礎(chǔ)與應(yīng)用的研究；E-mail：mr.1_baroque@qq.com。

黃躍（E-mail：huangyue60@sina.com）。