雌激素、低氧及其交互在新血管生成中的作用研究進展

劉 倩 楊 陽 于世賓

組織內新血管的生成是一個復雜的調控過程，是組織內促血管生成因子和抑血管生成因子相互對抗的結果。目前已經證實的促血管生成因子主要包括血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、結締組織生長因子(connective tissue growth factor，CTGF)、成纖維細胞生長因子 -1(fibroblast growth factor-1，F(xiàn)GF1)、FGF2、基質金屬蛋白酶 9(matrix metalloproteinase 9，MMP9)等。抑血管生成因子主要包括軟骨調節(jié)素1(chondromodulin 1，ChM1)、肌鈣蛋白-1(troponin-1)等，其中VEGF的研究最為廣泛［1］。新血管的生成主要分3個步驟:①炎性介質等激活內皮細胞;②蛋白酶降解血管內皮基質;③內皮細胞趨化及新生血管發(fā)生。新血管生成的影響因素較多，本文重點回顧雌激素、低氧及其交互在其中的作用機制。

一、雌激素與新血管生成

在正常情況下，成年后各人體組織中血管內皮細胞和平滑肌細胞基本不進行有絲分裂，不會形成新血管，但女性生殖系統(tǒng)例外，多數(shù)學者認為這與女性激素尤其是雌激素有關［2］。近年來，雌激素對血管生成的影響被越來越多的學者所證實。研究表明，心肌缺血后心功能的恢復在雌性中優(yōu)于雄性，而心功能恢復與缺血部位新血管形成能力呈正比，且長期雌激素治療可以改善血管的功能［3］。大量研究表明，雌激素可以通過升高骨、子宮、腦等組織中的VEGF水平進而促進新血管的形成［4～6］。雌激素還能上調血管生成素的分泌水平，促進血管內皮細胞的增殖，以上效應可以被雌激素受體(estrogen receptor，ER)的拮抗劑他莫西芬所阻斷［7］。卵巢切除所引起的骨量減少與雌激素缺乏所引起的VEGF水平下調關系密切［4］。此外，ERα敲除小鼠表現(xiàn)出明顯的新血管生成障礙，而且臨床上給予他莫西芬等可以顯著抑制乳腺癌等腫瘤組織中的新血管生成［2］。以上結果均提示雌激素及其受體在新血管的生成中發(fā)揮著重要作用，但其具體作用機制尚不明了。

二、低氧與新血管生成

低氧也是新血管生成的重要誘發(fā)因素，當機體內出現(xiàn)如心肌缺血、腦缺血、腫瘤快速生長等所引發(fā)的低氧環(huán)境時，機體就會誘發(fā)新血管生成以改善組織缺氧狀況。低氧誘導因子(hypoxia inducible factor，HIF)是近年來發(fā)現(xiàn)的一類哺乳動物細胞內在基因轉錄水平調控低氧變化最主要的因子，在促進機體對低氧的適應過程中發(fā)揮著重要作用［2］。目前HIF家族共有HIF1、HIF2和HIF3等3個成員，HIF蛋白都是由α亞基和β亞基組成的異二聚體，其中β亞基是結構性亞基，表達于細胞核內且不受低氧的影響，主要負責保持HIF結構的穩(wěn)定性和二聚化引起的活性構象轉變;α亞基是功能性亞基，對HIF的活性與功能起決定性作用，因此目前針對HIF功能的研究主要圍繞其α亞基展開。HIF α亞基的特性具有氧依賴性，其C末端含有1個富含脯氨酸/絲氨酸/蘇氨酸的氧依賴降解結構域(oxygen dependent degradation domain，ODDD)。在常氧條件下，α亞基ODDD中第402及564位脯氨酸殘基被脯氨酸羥化酶(prolylhydroxylase，PHD)羥化，羥基化的脯氨酸殘基與腫瘤抑制蛋白(Von Hippel Lindau protein，pVHL)結合，隨后募集elongin C、elongin B等泛素蛋白，共同組成泛素連接蛋白酶復合體，進而使α亞基被泛素連接蛋白酶降解。在低氧情況下(＜5%)PHD失活，不能使HIF α亞基羥基化，從而保證了α亞基的穩(wěn)定，α亞基轉移進入細胞核，在核內與β亞基結合成二聚體，進而與靶基因上的低氧反應元件(hypoxia response element，HRE)結合激活靶基因的轉錄［8］。

研究表明VEGF及其受體VEGFR等血管形成相關因子的啟動子序列上均含有HRE，HIF可以直接與VEGF等因子DNA 上的HRE啟動相關轉錄［9，10］。敲除小鼠成骨細胞中的pVHL使HIF1α亞基持續(xù)活化，可以顯著增加長骨發(fā)育過程中和牽張成骨后新血管的生成，進而產生大量的新骨，相反，如果敲除成骨細胞中的HIF1α則會引起牽張成骨后的新血管生成及骨形成障礙，上述反應主要是通過 VEGF介導的［9，10］。給予小分子的脯氨酸羥化酶抑制劑(去鐵胺等)可以穩(wěn)定HIF的表達量，也促進新血管的生成和骨折愈合［9］。敲除小鼠成骨細胞中的HIF2α也可以引起與敲除HIF1α類似程度的骨骼內新血管生成障礙，最終表現(xiàn)為肢體變短［8］。

三、雌激素-低氧交互在新血管生成中的作用

HIF在雌激素上調VEGF表達進而促進新血管生成中發(fā)揮著關鍵作用。研究表明外源性雌激素可以通過激活PI3K/Akt通路上調子宮、卵巢癌細胞、乳腺癌細胞中HIF1α的表達，進而使ERα和HIF1α入核并與VEGF的啟動子結合，最終上調VEGF的表達，這一(雌激素上調VEGF表達)效應可以被雌激素受體拮抗劑Fulvestrant和HIF1抑制劑YC-1阻斷［11］。另一項針對子宮內膜癌的研究顯示，在常氧(20%)條件下(HIF1α因降解而無法存在)，E2無法上調VEGF的表達，而利用氯化鈷(CoCl2)阻斷細胞內的HIF1α降解后，E2刺激可以引發(fā)HIF1α核內轉位，同時伴有VEGF水平的上調，該結果進一步提示HIF1α在外源性雌激素所誘導的VEGF上調中發(fā)揮著關鍵作用［12］。反之，低氧也可以直接調控 ERα、ERβ的表達。在沒有雌激素參與的情況下低氧能通過 HIF1α 激活 ERα、ERβ［13］。另一項研究顯示低氧可以輕度下調ERα水平，顯著上調ERβ水平，抑制HIF1α的表達能消除低氧所誘導的ERβ上調并上調ERα水平［14］。研究顯示ERα參與了低氧對乳腺癌干細胞的增殖效應，該效應可以被 ERα拮抗劑阻斷［15］。特異性敲除成骨細胞中的 pVHL使HIF1α、HIF2α持續(xù)活化(類似于低氧效應)可以有效改善卵巢切除所引發(fā)的新血管生成障礙及骨量減少，同時卵巢切除可以顯著降低因VHL敲除所引起的HIF1α、HIF2α和VEGF蛋白的上調，這進一步提示在新血管生成及后續(xù)的破骨-成骨偶合中雌激素-低氧效應之間存在明顯的交互效應［16］。

此外，ER和HIF在細胞內的降解存在競爭性。最新研究顯示 ERα和 HIF1α、HIF2α都是細胞內pVHL靶向底物，都可以被泛素化進而降解，且它們之間存在競爭性，低氧條件下由于HIFα亞基不能被降解，ERα就會被 pVHL更多地結合，進而降解［17］。由此不難看出，雌激素與低氧不但可以調控對方的下游受體，而且ER、HIF在細胞內的水平也存在密切的聯(lián)系。可見雌激素與低氧、ER與HIF在調節(jié)新血管生成中存在明顯的交互作用。

四、展 望

骨關節(jié)炎(osteoarthirtis，OA)是一種發(fā)生率高、嚴重威脅人類運動功能的疾病，其主要病理表現(xiàn)為早期的關節(jié)軟骨退行性變及軟骨下骨吸收，晚期可出現(xiàn)軟骨血管化、軟骨剝脫、邊緣性骨贅形成(新骨形成)等反應。關節(jié)軟骨的血管化是OA晚期的重要病理學基礎［8，18］。研究表明，抑制新血管生成可以有效降低OA進程中的滑膜炎、減緩受累關節(jié)的結構改變，顯著緩解疼痛，但具體機制有待闡明。大量證據顯示體內雌激素水平降低與OA的發(fā)生關系密切，且多數(shù)研究顯示雌激素替代療法可以有效降低絕經后女性的OA發(fā)生率。低氧是與OA發(fā)生關系密切的又一重要因素，同時晚期OA軟骨組織中HIF1α和HIF2α顯著上調?？梢姶萍に亍⒌脱醵荚贠A的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，而雌激素-低氧交互可能在OA的發(fā)生發(fā)展尤其是OA新血管生成中發(fā)揮著關鍵作用，今后圍繞雌激素-低氧交互在OA新血管生成中的具體作用機制展開系統(tǒng)的研究，有望闡明OA的發(fā)生機制，為OA的治療提供新思路。

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