促血管生成素-2的研究進(jìn)展

張　杰，余曉嵐

(湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 工業(yè)生物技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430062)

促血管生成素(angiopoietin,Ang)是一類作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞調(diào)節(jié)因子，在新血管生成過程中起重要作用。目前已知的促血管生成素家族成員包括Ang-1、Ang-2、Ang-3 和Ang-4[1]。它們均能識(shí)別酪氨酸激酶-2受體(Tie-2)，但在血管再生中效應(yīng)不同[2]。其中Ang-1和Ang-4是Tie-2的激動(dòng)劑，能誘導(dǎo)Tie-2的酪氨酸磷酸化作用[3]。而Ang-2和Ang-3是Tie-2的拮抗劑，他們與Tie-2結(jié)合不誘導(dǎo)Tie-2的酪氨酸磷酸化作用，因而封閉了對(duì)血管再生、周細(xì)胞更新和造血作用必須的信號(hào)傳導(dǎo)。現(xiàn)階段對(duì)于Ang-1和Ang-2的作用研究較多，Ang-1、Ang-2和血管生成關(guān)系密切，尤其是Ang-2，在炎癥所致的血管重構(gòu)及腫瘤血管生成和增長(zhǎng)中發(fā)揮重要作用，參與腫瘤新生血管的形成、延續(xù)，影響腫瘤的生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移[4]。作者在此簡(jiǎn)述了Ang-2與Ang-Tie信號(hào)通路的關(guān)系，探討了Ang-2在炎癥所致血管重構(gòu)和腫瘤血管形成中的作用，展望了Ang-2在腫瘤診斷和治療中的應(yīng)用前景。

1　Ang-2與Ang-Tie信號(hào)通路的關(guān)系

血管生成素蛋白由促進(jìn)高階聚類形成的氨基末端結(jié)構(gòu)域、促進(jìn)多聚體形成的超螺旋結(jié)構(gòu)域以及包含與Tie-2結(jié)合位點(diǎn)的羧基端纖維蛋白同源結(jié)構(gòu)域組成。血管生成素蛋白能形成含3～6個(gè)或更多的單體蛋白的同源多聚體蛋白。一般而言，血管生成素蛋白是相當(dāng)黏性的蛋白，尤其是Ang-1，有報(bào)道能與細(xì)胞外基質(zhì)相互作用。

Ang-1最初被認(rèn)為是Tie-2的活化配體。Ang-2與Ang-1的同源性為60%，Ang-2以與Ang-1相似的親和力與Tie-2結(jié)合，但被認(rèn)為是Tie-2的拮抗劑。Ang-1主要由血管周細(xì)胞(如周皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞)表達(dá)，在成熟的血管中維持內(nèi)皮細(xì)胞的生存和靜止?fàn)顟B(tài)。相反，Ang-2是由進(jìn)行血管重構(gòu)的組織中活化的內(nèi)皮細(xì)胞分泌的，它能通過拮抗Ang-1介導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞靜止來(lái)促進(jìn)血管生成。在靜止的非變化組織中，Ang-2水平較低。Ang-2的表達(dá)受到強(qiáng)烈的監(jiān)管：在靜止的成熟血管中其表達(dá)量通常是很低的，但在許多炎癥和血管生成背景下[5]表達(dá)量會(huì)顯著增加。如Ang-2在培養(yǎng)的內(nèi)皮細(xì)胞中的表達(dá)量會(huì)因?yàn)槟[瘤壞死因子(TNF)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)、缺氧等而增加。在培養(yǎng)的內(nèi)皮細(xì)胞中,Ang-2蛋白通常儲(chǔ)存在細(xì)胞內(nèi)顆粒中。這些顆?？梢葬尫臕ng-2以應(yīng)對(duì)諸如聚丙烯酸甲酯(PMA)的刺激。

Ang-Tie信號(hào)系統(tǒng)被認(rèn)為是在血管生成中起到重要作用的血管特異性受體酪氨酸激酶途徑。這個(gè)信號(hào)系統(tǒng)的核心組成是Ang-1和Tie-2，Ang-1是激活途徑的決定性的受體激動(dòng)劑，Tie-2是同源受體。當(dāng)Ang-1與Tie-2結(jié)合時(shí)，Tie-2幾個(gè)胞質(zhì)酪氨酸殘基磷酸化，激活下游信號(hào)通路包括PI3-kinase/AKT和細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)。與Ang-1不同的是，外源的Ang-2只提供很弱的激活內(nèi)皮細(xì)胞上Tie-2的作用。當(dāng)外源性Ang-2和Ang-1加在一起時(shí)，Tie-2磷酸化的水平比單獨(dú)添加Ang-1時(shí)減少，表明Ang-2是一種Tie-2拮抗劑[6]。在低濃度時(shí)，Ang-2 不能使內(nèi)皮細(xì)胞中的Tie-2磷酸化從而拮抗Ang-1的激動(dòng)作用；但最近的一項(xiàng)研究顯示，Ang-2充當(dāng)一個(gè)興奮劑在Ang-1缺失或Ang-1存在時(shí)的劑量依賴抑制劑。

2　Ang-2與炎癥所致血管重構(gòu)及腫瘤血管形成的關(guān)系

2.1　Ang-2 在炎癥所致血管重構(gòu)中的作用

研究表明，在許多疾病和因素下的血管重構(gòu)中，Ang-2的表達(dá)量明顯增加。早前的研究發(fā)現(xiàn)，以重組Ang-1處理內(nèi)皮細(xì)胞會(huì)降低對(duì)VEGF和TNF等介體的炎癥反應(yīng)[7]。同樣的，機(jī)體血管置身于Ang-1環(huán)境下也會(huì)較少地滲漏VEGF和其它急性炎癥介質(zhì)。這些研究結(jié)果與炎癥疾病中Ang-2表達(dá)量的增加，使Ang-Tie系統(tǒng)與血管內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)炎癥刺激的應(yīng)答連接起來(lái)。除了血液和淋巴脈管系統(tǒng)的畸形，Ang-2基因缺陷的小鼠在炎癥背景下白細(xì)胞的快速補(bǔ)充存在不足。在感染中阻斷Ang-2會(huì)導(dǎo)致幾乎完全抑制血管重建和浸潤(rùn)白細(xì)胞顯著減少。Ang-2阻斷也減少了炎癥相關(guān)內(nèi)皮表型的變化，如P-和E-選擇素表達(dá)增加。

在炎癥環(huán)境下，Ang-2看似始終如一的作為Tie-2的拮抗劑。總的來(lái)說(shuō)，在這些模型中，Ang-2是促炎因子，能促進(jìn)血管的不穩(wěn)定性。以前的工作顯示Ang-1可以穩(wěn)定血管，減少炎癥。假設(shè)是，Ang-2必須通過行動(dòng)抑制Tie-2信號(hào)(雖然其效果在Tie-2磷酸化和下游信號(hào)并沒有被完全記錄)。有解釋認(rèn)為Tie-2通過Ang-1或Ang-2激活，并不普遍地導(dǎo)致血管穩(wěn)定，它可以產(chǎn)生不同的表型結(jié)果，這取決于環(huán)境中其它細(xì)胞和分子因素。因?yàn)锳ng-2通常在較低的Ang-1條件下產(chǎn)生高水平的內(nèi)皮細(xì)胞激活因子，Ang-2表達(dá)的時(shí)候Tie-2信號(hào)通常可以非常不同于靜內(nèi)皮細(xì)胞[7]。

就炎癥與動(dòng)脈粥樣硬化等多種疾病的密切聯(lián)系而論，Ang-2作為炎癥過程的代理的理論具有重要的臨床意義。由于內(nèi)皮細(xì)胞是Ang-2的主要產(chǎn)生地點(diǎn)，Ang-2作為一個(gè)獨(dú)立的炎癥觸發(fā)劑，意味著內(nèi)皮細(xì)胞不僅僅作為鏈接器傳送傳播有害刺激導(dǎo)致炎癥，也可以在適當(dāng)?shù)那闆r下作為整體炎癥過程的罪魁禍?zhǔn)?。因此，Ang-2應(yīng)該作為一個(gè)消除最初的促炎焦點(diǎn)的治療目標(biāo)得到認(rèn)可和積極評(píng)估[8]。

2.2　Ang-2 在腫瘤血管形成中的作用

Ang-2優(yōu)先在血管重構(gòu)內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)，例如在腫瘤中。一些原位雜交研究表明，不同來(lái)源的腫瘤疾病中，Ang-2的表達(dá)量都有增加，包括神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤[9]、肝癌[10]、胃癌[11]、血管肉瘤[12]、癌肉瘤[13]和星形細(xì)胞瘤[14]。最初的Ang-2在腫瘤中的功能模型建立血管退化前Ang-2的高表達(dá)，Ang-2作為Tie-2拮抗劑的作用，即Ang-2介導(dǎo)的Tie-2信號(hào)抑制是血管不穩(wěn)定的必要因素，導(dǎo)致血管在VEGF存在時(shí)生長(zhǎng)或VEGF不存在時(shí)退化[6]。

Ang-2在腫瘤生長(zhǎng)中的決定性作用通過特定抑制劑綁定到Ang-2并防止其與Tie-2相互作用而建立。全身性的給予Ang-2阻滯劑會(huì)導(dǎo)致顯著但局部的抑制人移植瘤(包括直腸癌、乳腺癌和表皮樣癌)的增長(zhǎng)[15]。盡管一些研究中使用的阻滯劑會(huì)同時(shí)抑制Ang-1和Ang-2，使用完全特定的Ang-1和Ang-2抑制劑清晰地表明，在腫瘤中Ang-2是占主導(dǎo)地位的Tie-2配體[16]。與抗血管生成作用機(jī)制相符的是，Ang-2阻滯劑減少腫瘤血管分布，顯然通過抑制血管萌芽和/或縮小血管的大小。以前的研究表明，Tie-2的激活會(huì)引起正常組織的血管擴(kuò)張，這通過增加內(nèi)皮細(xì)胞增殖來(lái)實(shí)現(xiàn)。在腫瘤中，Ang-2的阻滯顯著抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖和顯著縮小血管的大小，這與Tie-2活動(dòng)減少相一致。由此確定，Ang-2與Tie-2 相互作用能促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞生存，促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)和血管生成。

Ang-2的作用效果與環(huán)境高度依賴，也與VEGF的水平相關(guān)。一個(gè)合理的解釋是，Ang-2通過擾亂內(nèi)皮細(xì)胞(ECs) 和peri-ECs之間的相互作用造成血管破壞，導(dǎo)致Ang-2在缺乏VEGF時(shí)加快血管的退化。然而，在VEGF存在時(shí)，Ang-2提高VEGF刺激并促進(jìn)破壞的血管萌芽新的血管。事實(shí)上，在非小細(xì)胞肺癌患者中，Ang-2對(duì)于血管生成的影響只有當(dāng)高表達(dá)VEGF才看的見。根據(jù)這一假說(shuō)，超表達(dá)Ang-2和抑制VEGF可能在抑制腫瘤的生長(zhǎng)上有互補(bǔ)效應(yīng)。然而，一些研究表明，Ang-2限制了VEGF抑制的抗血管生成影響。抑制Ang-2和VEGF的表達(dá)，對(duì)血管的萌芽和退化有加性效應(yīng)，導(dǎo)致進(jìn)一步減緩腫瘤的生長(zhǎng)。Ang-2功能的復(fù)雜性與細(xì)胞環(huán)境高度依賴，尚未充分探究。目前尚不清楚Ang-2如何和VEGF協(xié)作。對(duì)Ang-2在腫瘤血管生成以及VEGF與Ang-2的協(xié)作理解的提高將促進(jìn)有效的抗血管新生和抗癌療法進(jìn)一步發(fā)展。

Ang-2的表達(dá)量在腫瘤形成的早期會(huì)有所上調(diào)。這是因?yàn)樵诠矒裱苤?，相比于正常?xì)胞，腫瘤組織生長(zhǎng)較快，代謝旺盛，引起機(jī)體分泌Ang-2進(jìn)行自殺式防御，破壞共擇血管，抑制腫瘤生長(zhǎng)。此時(shí)VEGF的表達(dá)量不變，導(dǎo)致腫瘤組織中血管的退化，造成腫瘤組織死亡。但在缺氧的環(huán)境下，一些殘存的腫瘤組織會(huì)產(chǎn)生大量的VEGF[17]。同時(shí)由于Ang-2的表達(dá)量增加，促進(jìn)血管退化，對(duì)早期腫瘤的生長(zhǎng)起到遏制作用，但它也造成血管的不穩(wěn)定，激活了內(nèi)皮細(xì)胞。活化的內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)于VEGF的作用極為敏感，在VEGF由于缺氧而大量分泌的情況下，迅速增殖形成新的血管[18],因而促進(jìn)了腫瘤的生長(zhǎng)。而新生的血管由于Ang-2的大量存在而導(dǎo)致血管壁不完整，通透性較高，致使腫瘤細(xì)胞容易擴(kuò)散轉(zhuǎn)移。

3　Ang-2與腫瘤的診斷及治療的關(guān)系

腫瘤的早期診斷對(duì)于提高治療效果具有重要意義，隨著醫(yī)學(xué)科學(xué)的發(fā)展，腫瘤的診斷方法取得了非常巨大的進(jìn)步。腫瘤在其生長(zhǎng)過程中會(huì)產(chǎn)生一些特殊物質(zhì)釋放到血液中，例如甲胎蛋白、癌胚抗原等。通過檢查血液中的這些物質(zhì)可以對(duì)腫瘤進(jìn)行診斷。

Ang-2在腫瘤細(xì)胞中廣泛表達(dá)，但在正常組織中卻表達(dá)有限。國(guó)外研究表明，Ang-2的高表達(dá)是腫瘤血管生成和侵襲的早期表現(xiàn)。在分別檢測(cè)癌癥患者和正常人群血清中Ang-2含量時(shí)，前者血清Ang-2水平明顯高于后者。而且血清中Ang-2的含量與癌癥的惡化程度相關(guān)，血清中 Ang-2水平的上調(diào)也預(yù)示著癌癥的進(jìn)一步惡化。目前此方面的研究主要是檢測(cè)腫瘤組織或腫瘤患者血清中Ang-2的水平來(lái)診斷腫瘤。

近年來(lái)，通過抑制或破壞腫瘤血管生成成為腫瘤治療新方法和關(guān)注的熱點(diǎn)[19]。越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)表明，Ang-2可能代表一個(gè)有效的抗血管新生和抗腫瘤治療途徑。Ang-2阻滯能限制原發(fā)性腫瘤的腫瘤細(xì)胞內(nèi)滲，通過減少腫瘤血管的數(shù)量和增加周皮細(xì)胞覆蓋可以限制腫瘤細(xì)胞傳播。血管生成素的單克隆抗體能夠有效地抑制血管生成素的生血管活性，因此人們已開始致力于研究血管生成素的單抗。這為進(jìn)一步研究新型生物靶向藥物和設(shè)計(jì)特異性藥物提供基礎(chǔ)。同時(shí)通過基因工程技術(shù)和RNAi技術(shù)，構(gòu)建Ang-2-siRNA表達(dá)載體，抑制Ang-2基因表達(dá)，能夠顯著抑制裸鼠移植性惡性黑色素瘤增殖及其血管的生長(zhǎng)、生成，Ang-2-siRNA可為基因治療惡性黑色素腫瘤開辟新的途徑。

4　展望

越來(lái)越多的關(guān)于Ang-2在血管生成中的作用和治療應(yīng)用說(shuō)明，Ang-2 在腫瘤血管生成和腫瘤生長(zhǎng)中具有復(fù)雜功能。Ang-2與Tie-2依賴的傳導(dǎo)通路以及與VEGF的相互作用調(diào)節(jié)腫瘤血管生成。在各類腫瘤組織中，Ang-2的表達(dá)量明顯提高，同時(shí)在早期腫瘤發(fā)生過程中，血清中Ang-2含量較正常人要高，因此Ang-2可作為腫瘤早期檢測(cè)的指標(biāo)。Ang-2阻滯手段可以用來(lái)直接抑制腫瘤的血管生成和腫瘤生長(zhǎng)，這包括Ang-2單抗的研發(fā)和Ang-2干擾技術(shù)的探索。 Ang-2 功能及其調(diào)節(jié)的復(fù)雜性具有高度的細(xì)胞環(huán)境依賴性。有關(guān)Ang-2在腫瘤的血管形成和發(fā)展中的作用的理解將有助于研究有效的腫瘤治療新方法。

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