血管內(nèi)皮生長因子基因治療心血管疾病的研究進展

武 麗

血管內(nèi)皮生長因子基因治療心血管疾病的研究進展

武 麗

血管內(nèi)皮生長因子(VEGFs)介導(dǎo)的治療性血管生成成為一種新興的方法，可以治療缺血性心血管疾病和其他缺血性疾病。本文通過綜述一系列大型動物復(fù)制臨床相關(guān)疾病模型的臨床前研究及相關(guān)的臨床試驗，探討該治療方法的安全性、可行性和有效性。

心血管疾??；血管再生；血管內(nèi)皮生長因子；基因治療

心血管疾病作為世界上發(fā)病率最高的慢性非傳染性疾病，是人類健康的最大威脅。盡管針對不同的疾病臨床有多種治療方法，但是冠心病、缺血性心肌病、外周血管疾病仍然是臨床治療的難題，尤其是合并有2型糖尿病的患者。將血管再生基因轉(zhuǎn)移至局部缺血心肌和骨骼肌有望成為治療缺血性心肌病及外周血管疾病的有效方法，特別是對于那些其他治療方法效果不佳的患者。血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)基因治療、成纖維細胞生長因子基因治療和肝細胞生長因子基因治療已經(jīng)成為治療疾病的一種治療手段[1]。而且這些基于生長因子的基因治療已進行了重組蛋白試驗，從這些試驗中獲得了大量安全性和毒理性的數(shù)據(jù)。

1 血管再生治療

血管再生治療是指醫(yī)源性地為缺血部位提供促血管再生的微環(huán)境，從而使缺血組織新生毛細血管網(wǎng)。生理學(xué)狀態(tài)下，抑制血管再生的因素多于促進血管再生的因素，使得血管再生無法實現(xiàn)，可以靶向?qū)氪傺茉偕囊蜃觼泶騺y這種平衡。血管再生包括兩種機制：血管發(fā)生(vasculogenesis)和血管新生(angiogenesis)[2]。血管發(fā)生是指在胚胎期，來源于中胚層的干細胞增殖和分化，形成內(nèi)皮細胞，進而與其他細胞形成原始的心血管系統(tǒng)；而血管新生出現(xiàn)在血管發(fā)生之后，是指自體血管以出芽或分支的方式生長出新血管的過程。血管舒張及血管通透性的改變可以引起血管新生。分子、細胞、體液和機械因素等共同導(dǎo)致血管壁自身穩(wěn)態(tài)的破壞，導(dǎo)致內(nèi)皮細胞增殖、遷移。大量的刺激因子和抑制因子，包括細胞因子、蛋白酶、細胞外基質(zhì)蛋白質(zhì)和黏附分子共同參與了這一過程[3]。最初，人們認為血管發(fā)生和血管新生是各自獨立發(fā)生的事件，血管發(fā)生僅發(fā)生在胚胎發(fā)育期，而血管新生可發(fā)生于成年人。然而現(xiàn)在認為這兩種血管再生機制在同一微環(huán)境下共同參與血管再生過程[4，5]，據(jù)報道血管發(fā)生完成了成人3.5%～25%的血管再生過程。與血管發(fā)生及血管新生相比，動脈生成更有臨床意義，動脈生成并不是一支全新的血管生成，而是動脈自身形成分支[6]。這說明動脈的結(jié)構(gòu)發(fā)生了重塑，部分是由于血管壁剪切力發(fā)生了變化，并不完全是由于血管擴張引起的[7]。

而這種剪切力的變化導(dǎo)致內(nèi)皮細胞釋放某種因子，這種因子可以趨化單核細胞到該血管分支處，這些單核細胞產(chǎn)生了大量介導(dǎo)動脈發(fā)生的因子[7]。重要部位的缺血性改變，如心肌缺血、肢體缺血，可以通過細胞移植和基因治療達到治療性血管再生的目的。

誘導(dǎo)缺血部位長期產(chǎn)生生長因子將會有更加穩(wěn)定的生物學(xué)效應(yīng)[8，9]，近年來研究的重點已轉(zhuǎn)向基因療法?；谘苌L因子的基因治療，是將編碼血管生長因子的基因傳遞到細胞的cDNA中，然后再將其轉(zhuǎn)錄到細胞核(轉(zhuǎn)染)。在臨床試驗中，使用的方法包括直接冠脈內(nèi)注射、心臟搭橋手術(shù)中直接心肌內(nèi)注射和更為無創(chuàng)的經(jīng)皮注射，后兩種方法可以減少非缺血性組織生長因子水平升高引起的副反應(yīng)。已使用的有三種不同的基因轉(zhuǎn)染制劑，即裸質(zhì)粒DNA、脂質(zhì)體質(zhì)粒DNA、不同的病毒載體(逆轉(zhuǎn)錄病毒、腺相關(guān)的病毒或腺病毒)。以質(zhì)粒DNA或脂質(zhì)體復(fù)合物轉(zhuǎn)染比較簡單，但療效較差，質(zhì)粒DNA僅有不到1%進入細胞，逆轉(zhuǎn)錄病毒是通過細胞表面上的特異性受體進入細胞。逆轉(zhuǎn)錄病毒只能轉(zhuǎn)染增殖的細胞，用于缺血性心臟疾病的治療作用，因為心肌中只有少數(shù)細胞處于增殖階段。此外，逆轉(zhuǎn)錄病毒RNA基因組可以整合到宿主DNA中，在隨后的細胞增殖所產(chǎn)生的子細胞仍然存在。如果目的是短期啟動基因的表達，那么這種整合將有很大的局限性。此外，使用逆轉(zhuǎn)錄病毒引起的插入突變也受到普遍關(guān)注。腺病毒也是通過特定的細胞表面受體進入細胞，但該基因活化的細胞是獨立的增殖細胞，并不整合到宿主基因組中。然而，腺病毒可以誘導(dǎo)免疫和炎性反應(yīng)，從而可降低基因的活性。腺相關(guān)病毒可能是一個更好的載體，因為它誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)更輕，然而，與其他病毒相比，它可以攜帶的基因長度有限。

2 VEGF基因治療

VEGF是用于缺血性心臟病血管再生中研究最多的生長因子，VEGF的亞型與血管內(nèi)皮細胞上的特異性受體結(jié)合，在血管生成中發(fā)揮重要作用[10]。哺乳動物基因組編碼VEGF家族的五種亞型，VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGFD和胎盤生長因子[11]。VEGF-A和VEGF-B信號通過VEFGR-1和VEFGR-2來調(diào)節(jié)血管生理變化[12-15]。VEGF-A[11]在心臟的血管生成中起著關(guān)鍵作用，特別是在缺氧和營養(yǎng)匱乏的情況下[16，17]。在大多數(shù)表達VEGF基因的細胞和組織中可以檢測到其亞型VEGF-121和VEGF-165。VEGF-121缺乏VEGF基因外顯子7編碼的氨基酸，而VEGF-165含有該氨基酸，使得VEGF-165能夠結(jié)合肝素和硫酸肝素。研究發(fā)現(xiàn)VEGF-165的基因治療用于促進血管生成是非常有效的[18]。小鼠體內(nèi)質(zhì)粒介導(dǎo)的或在兔體內(nèi)通過非病毒傳遞方式介導(dǎo)的VEGF-165基因治療可以顯著地誘導(dǎo)新生血管形成[18-21]。在心肌梗死的豬模型中，VEGF-165能增加心肌血流量，提高壁增厚和應(yīng)變[22]，改善室壁運動[23]，增加射血分數(shù)[24]，增加心肌活性[25]，從而顯著改善心臟整體功能。此外，VEGF-121基因治療增強小鼠心肌梗死后和豬慢性心肌缺血的側(cè)支循環(huán)[23，26]。

VEGF- B在富含線粒體的組織中高度表達，如心臟、骨骼肌和棕色脂肪組織[27]以及在缺血心肌的血運重建中起著重要作用[28]。在豬和兔心肌缺血后VEGF-B186的高表達可以改善心肌灌注和射血分數(shù)[29]。同樣VEGF-C基因治療增加仔豬心肌缺血后側(cè)支循環(huán)形成，減少心室壁增厚[30]。經(jīng)導(dǎo)管心肌內(nèi)VEGF-D基因轉(zhuǎn)移治療可以改善正常豬心肌血流灌注時[31]?？傊?，這些研究表明，在動物模型中通過基因治療使VEGF表達的方法能夠顯著促進血管生成和改善心肌損傷后的心功能。然而血管生成療法也不是沒有缺點，無法調(diào)節(jié)其表達限制了VEGF基因治療的療效和安全性[32-34]。為了克服這個障礙，已開發(fā)了新的基因結(jié)構(gòu)，其表達可以視細胞環(huán)境開啟或關(guān)閉。這些基因在缺血心肌中表達更多的VEGF[35，36]，改善梗死部位[37]，誘導(dǎo)血管生成[38]。

3 臨床研究

1997年，Laitinen等[39，40]進行了Ⅰ期臨床試驗研究，將VEGF-A以輸液灌注導(dǎo)管注入心肌的治療方法進行了評估。使用導(dǎo)管的方法是可行的。在這項研究的基礎(chǔ)上，進行了Ⅱ期的臨床研究發(fā)現(xiàn)，通過SPECT掃描發(fā)現(xiàn)，基于VEGF的基因治療可顯著改善心肌的代謝功能。然而，自行車測試發(fā)現(xiàn)心血管病病死率和運動耐量沒有發(fā)生改變。在這個試驗中基因轉(zhuǎn)移是和血管成形術(shù)和支架置入術(shù)同時進行的，很有可能已經(jīng)分散到全身，在心肌濃度很低。經(jīng)冠狀動脈內(nèi)轉(zhuǎn)移攜帶VEGF腺病毒的方法安全性比較好[41，42]。最近的一些臨床研究使用NOGA導(dǎo)管的方法，在缺血心肌部位經(jīng)心肌輸送攜帶血管內(nèi)皮生長因子基因的病毒，這樣有針對性的導(dǎo)管輸送，可以明顯減少病毒使用劑量，同時仍然可以顯著覆蓋缺血心肌。

基于VEGF血管生成的第一輪研究中并未取得與臨床相關(guān)的成功結(jié)果，對治療方法、基因轉(zhuǎn)染、生長因子等各方面的改進十分必要。目前，腺病毒載體的生產(chǎn)相對容易，而且GMP級別的基因藥物可以大量生產(chǎn)。最大限度地減少靶向?qū)Ч苁褂茫M量使用VEGF家族中副反應(yīng)少、療效更長久的成員。對治療后1周心臟功能和血流的短期評價應(yīng)該能夠最大限度地反映轉(zhuǎn)染載體是否有效。正在進行的研究將確定是否這些改進會產(chǎn)生與臨床相關(guān)的有利結(jié)果。

4 問題與展望

一些終末期患者仍然被用于Ⅰ / Ⅱ期的臨床研究，目前還不清楚這部分患者人群是否是促血管生成療法最好的人群。很有可能這些患者的血管生成能力是十分有限的，這與他們本身患有非常嚴重的疾病是密切相關(guān)的。也有可能老年糖尿病患者對促血管生成基因治療根本不會產(chǎn)生積極的應(yīng)答反應(yīng)能力[1，43]。今后的臨床試驗應(yīng)該選擇患有不嚴重疾病的患者人群。另外，應(yīng)該采用基于影像學(xué)和可以反映心肌和外周組織代謝的指標[43]。

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(本文編輯 郭懷印)

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