血管內(nèi)皮生長因子在腦缺血再灌注損傷中的作用研究進(jìn)展

張海濤，張平綜述 蔣傳路，李永利審校

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綜 述

血管內(nèi)皮生長因子在腦缺血再灌注損傷中的作用研究進(jìn)展

張海濤，張平綜述 蔣傳路，李永利審校

腦缺血；血管內(nèi)皮生長因子；血管再生；神經(jīng)保護(hù)；腦水腫

【DOI】 10.3969 / j.issn.1671-6450.2015.07.033

血管內(nèi)皮生長因子又稱(vascular endothelial growth factor，VEGF)血管調(diào)理素因子(vascutotropin)或血管通透因子(vascular permeability factor)，是內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生的特異性促有絲分裂原，具有促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增生、遷移，增加血管通透性及加速新血管形成的作用[1]。腦缺血后，VEGF不僅在慢性期能夠促進(jìn)血管及神經(jīng)再生，參與神經(jīng)保護(hù)，增強(qiáng)神經(jīng)干細(xì)胞移植效用，而且在急性期對(duì)于促進(jìn)血管通透性，破壞血腦屏障，誘發(fā)腦水腫也起著重要作用。此外，腦缺血后神經(jīng)元凋亡對(duì)于損傷腦組織區(qū)域神經(jīng)血管的可塑性調(diào)節(jié)也逐漸成為近年來的研究熱點(diǎn)[2]。VEGF信號(hào)通路在腦缺血后作為一個(gè)重要的治療靶點(diǎn)，在急性期和慢性期具有不同作用，其多效性仍需要進(jìn)一步進(jìn)行研究[3]。越來越多研究表明，VEGF及其受體的表達(dá)調(diào)控可能是腦缺血后神經(jīng)血管修復(fù)機(jī)制中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)[4]。

1 VEGF及其受體概述

1.1 VEGF及其同源異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)特征 VEGF家族主要包括VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E、胎盤生長因子(placenta growth factor，PIGF)及蛇毒源性VEGF(snake venom VEGF)7個(gè)不同的同源二聚體蛋白。人VEGF基因位于染色體6p21.3，由7個(gè)內(nèi)含子分隔8個(gè)外顯子所組成。在轉(zhuǎn)錄時(shí)經(jīng)過剪切，又產(chǎn)生6個(gè)亞型，即VEGF121、VEGF145、VEGF165、VEGF183、VEGF189和VEGF206，分別由121、145、165、183、189、206個(gè)氨基酸組成[5]。VEGF189和VEGF206是肝素結(jié)合蛋白，與細(xì)胞外肝素蛋白多糖結(jié)合；VEGF121具有可溶性，易于向周圍組織彌散，不能與肝素結(jié)合；VEGF165作為分泌性可溶蛋白，主要通過與細(xì)胞外基質(zhì)中特定成分結(jié)合發(fā)揮媒介作用；VEGF145與VEGF183比較少見，主要構(gòu)成血管生成亞型家族；而VEGF(121)b、VEGF(145)、VEGF(165)b構(gòu)成抗血管生成亞型家族[6]。

1.2 VEGF受體家族 VEGF受體家族主要包括2類：酪氨酸激酶受體與非酪氨酸激酶受體。酪氨酸激酶受體包括VEGFR-1(Flt-1)、VEGFR-2(Flk-1/KDR)及VEGFR-3，非酪氨酸激酶受體包括神經(jīng)纖毛蛋白-1(neuropilin-1，NP-1)和神經(jīng)纖毛蛋白-2(neuropilin-2，NP-2)。VEGF通過蛋白激酶/磷酸肌醇3-激酶/絲裂原活化蛋白激酶等信號(hào)通路與相應(yīng)的受體結(jié)合引發(fā)受體磷酸化，進(jìn)而激活絲裂原活化的蛋白激酶，誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖才能產(chǎn)生促進(jìn)血管生成等一系列效應(yīng)。VEGFR-2是VEGFR家族中發(fā)揮主要作用的受體，主要與VEGF-A、VEGF-E結(jié)合；VEGFR-1則以誘餌受體的形勢(shì)通過阻止VEGF與VEGFR-2的結(jié)合而抑制血管再生[7]；VEGFR-3主要調(diào)控淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞的生長和功能，同時(shí)可促進(jìn)神經(jīng)再生[8]。神經(jīng)纖毛蛋白主要以協(xié)同受體的形式增強(qiáng)VEGF信號(hào)通路的作用，NP-1和NP-2均能夠增強(qiáng)VEGF121誘導(dǎo)的VEGFR-2磷酸化作用及內(nèi)皮細(xì)胞增殖作用[9]。

2 腦缺血再灌注損傷后VEGF的表達(dá)調(diào)控

腦缺血后4 h內(nèi)缺血半暗帶區(qū)域神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、脈絡(luò)叢上皮細(xì)胞以及遠(yuǎn)端皮質(zhì)區(qū)域即大量表達(dá)VEGF[10]。此外，腦缺血后24 h內(nèi)VEGFR開始表達(dá)，在第3～5天達(dá)到高峰，VEGFR-2在缺血半暗帶區(qū)域表達(dá)升高[11]。

腦缺血后VEGF的表達(dá)調(diào)控極其復(fù)雜，其中缺血缺氧是誘導(dǎo)VEGF表達(dá)的最主要因素。目前認(rèn)為，缺血后低氧誘導(dǎo)因子-1(hypoxia-inducible factor-1，HIF-1)或低氧誘導(dǎo)因子-2(HIF-2)通過與VEGF基因5′端低氧反應(yīng)元件結(jié)合，以環(huán)磷酸鳥苷途徑調(diào)節(jié)VEGF的表達(dá),進(jìn)而促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖、血管出芽以及提高毛細(xì)血管滲透性。

3 VEGF/VEGFR在腦缺血再灌注損傷中的作用

3.1 影響血管通透性與腦水腫 除了作為血管內(nèi)皮生長因子促進(jìn)血管再生，VEGF還是目前最強(qiáng)的可增加血管通透性的物質(zhì)之一，作用強(qiáng)度為組胺的5萬倍。VEGF通過促進(jìn)血管通透性可以誘發(fā)組織水腫，與腦缺血后腦水腫的形成密不可分。目前認(rèn)為，VEGF可以促進(jìn)小分子溶質(zhì)通過胞質(zhì)小窗及質(zhì)膜小凹而進(jìn)行內(nèi)皮轉(zhuǎn)運(yùn)，同時(shí)各種水蛋白及血漿蛋白漏出增加以及內(nèi)皮細(xì)胞緊密連接通透性增加，進(jìn)而誘發(fā)腦水腫等一系列病理生理過程[12]。此外，VEGF可以通過激活各種組織分泌降解酶、基質(zhì)金屬蛋白酶，酶解微小血管，進(jìn)而削弱血管壁完整性誘發(fā)水腫。近期研究發(fā)現(xiàn)，腦缺血后立即給予VEGF可通過調(diào)節(jié)血清類黏蛋白-1的表達(dá)導(dǎo)致血管通透性明顯增加，誘發(fā)腦水腫[13]。因此在腦缺血急性期VEGF大量表達(dá)可能是誘發(fā)腦水腫、影響預(yù)后的一個(gè)關(guān)鍵因素。

3.2 促進(jìn)血管再生 腦缺血再灌注損傷后修復(fù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一是血管再生，需要眾多作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞的調(diào)節(jié)因子，這些調(diào)節(jié)因子共同構(gòu)成了復(fù)雜的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)[14]。腦缺血后VEGF可以通過vWF途徑激活血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖遷移，激活細(xì)胞內(nèi)的酪氨酸激活酶誘導(dǎo)多重下游信號(hào)促進(jìn)血管生成，此外也可以通過一氧化氮(NO)途徑促進(jìn)缺血后血管再生。近期研究發(fā)現(xiàn)，PIGF基因敲除小鼠在缺氧性損傷后血管再生能力明顯低于正常小鼠[15]，因此PIGF可能是影響血管再生的另一重要因素，但VEGF-A與PIGF對(duì)缺血后血管再生的具體關(guān)系有待進(jìn)一步闡明。

作為血管再生過程中發(fā)揮主要作用的受體，VEGFR-2在受到刺激后通過磷酸化形成酪氨酸產(chǎn)物進(jìn)而介導(dǎo)管壁通透性改變、內(nèi)皮細(xì)胞增生、遷移、浸潤及重構(gòu)等一系列細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)。而VEGFR-1主要通過競(jìng)爭性結(jié)合阻止VEGF與VEGFR-2的結(jié)合發(fā)揮作用[7]。

3.3 促進(jìn)神經(jīng)再生與神經(jīng)保護(hù) VEGF最初作為血管內(nèi)皮因子而為人所知，近年來發(fā)現(xiàn)VEGF對(duì)于神經(jīng)細(xì)胞同樣具有重要作用。VEGF可直接作用于中樞及外周神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元及膠質(zhì)細(xì)胞，促進(jìn)神經(jīng)元的增殖、存活、突觸生長，促進(jìn)膠質(zhì)細(xì)胞增殖、遷移等。腦缺血后VEGF-A大量表達(dá)，通過激活VEGFR-2、PI3K及ERK1/2等信號(hào)通路抑制神經(jīng)元凋亡，促進(jìn)神經(jīng)再生。此外，PIGF可以通過與VEGFR-1結(jié)合激活一系列下游信號(hào)通路而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[16]。研究發(fā)現(xiàn)腦缺血2～3 d后通過給予VEGF治療可明顯改善神經(jīng)功能，而抑制VEGF后腦組織損害加重[17，18]。

在哺乳動(dòng)物體內(nèi)，神經(jīng)再生主要發(fā)生于海馬齒狀回(hippocampal dentate gyrus，DG)及側(cè)腦室下區(qū)(subventricular zone，SVZ)。腦缺血后VEGF不僅能促進(jìn)神經(jīng)前體細(xì)胞的增殖與遷移，同時(shí)也能促進(jìn)缺血區(qū)神經(jīng)元軸突的生長，誘導(dǎo)神經(jīng)再生。Herz等[19]在腦缺血后3 d給予VEGF治療發(fā)現(xiàn)損傷神經(jīng)元軸突再生增強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)功能及協(xié)調(diào)能力得到明顯改善。Clarkson等[20]認(rèn)為興奮性神經(jīng)遞質(zhì)與抑制性神經(jīng)遞質(zhì)之間的平衡調(diào)節(jié)對(duì)于神經(jīng)軸突再生并向缺血區(qū)域的遷移至關(guān)重要。

3.4 抑制細(xì)胞凋亡 VEGF在某些病理?xiàng)l件下可以拮抗細(xì)胞凋亡、刺激內(nèi)皮細(xì)胞增殖，參與神經(jīng)系統(tǒng)修復(fù)。VEGF的神經(jīng)保護(hù)作用主要與VEGFR-2相關(guān)，通過調(diào)節(jié)PI3/AkT信號(hào)通路、抑制Caspase-3的活性以及抑制胱天蛋白酶-3 mRNA的表達(dá)，從而減少細(xì)胞凋亡。在VEGF對(duì)海馬神經(jīng)元缺氧以及NMDA興奮性毒性損傷的保護(hù)機(jī)制研究中發(fā)現(xiàn)，VEGF通過直接抗興奮性毒性作用抑制細(xì)胞凋亡，這也提示VEGF通過多個(gè)信號(hào)通路誘導(dǎo)抗凋亡基因及蛋白表達(dá)進(jìn)而逆轉(zhuǎn)細(xì)胞凋亡。

3.5 提高神經(jīng)干細(xì)胞移植效用 除了對(duì)于神經(jīng)及血管的各種作用，近年來隨著神經(jīng)干細(xì)胞移植研究的深入，人們逐漸發(fā)現(xiàn)VEGF在神經(jīng)干細(xì)胞移植中同樣具有重要作用。神經(jīng)干細(xì)胞移植后能夠大量表達(dá)VEGF-A，通過與VEGFR-2結(jié)合誘導(dǎo)NGF、BDNF等各種神經(jīng)營養(yǎng)因子的釋放，進(jìn)而提高移植神經(jīng)干細(xì)胞的生存率。最近研究發(fā)現(xiàn)，大鼠腦缺血進(jìn)行神經(jīng)干細(xì)胞移植治療后VEGF表達(dá)明顯增加，同時(shí)梗死體積減小、神經(jīng)功能得到明顯改善[21，22]。而Horie等[23]用VRGF單克隆抗體抑制VEGF作用后，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)干細(xì)胞移植的神經(jīng)保護(hù)作用明顯減弱。因此可以推測(cè)，VEGF在神經(jīng)干細(xì)胞移植過程中可能是一個(gè)重要的作用靶點(diǎn)，但其具體作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

4 展 望

VEGF與腦缺血再灌注損傷的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，VEGF在腦缺血后發(fā)揮的促進(jìn)血管再生、神經(jīng)再生及神經(jīng)保護(hù)等作用作為腦組織內(nèi)源性反應(yīng)對(duì)于機(jī)體神經(jīng)功能恢復(fù)至關(guān)重要，加之近年來在神經(jīng)干細(xì)胞移植中研究的深入，VEGF越來越被認(rèn)為是改善腦缺血預(yù)后的一個(gè)重要治療靶點(diǎn)。但同時(shí)由于VEGF在腦缺血急性期與血管通透性增加、血腦屏障破壞及腦水腫形成密切相關(guān)，因此作為一把雙刃劍，在腦缺血的不同時(shí)期，VEGF的不同作用需要區(qū)別對(duì)待，這對(duì)于指導(dǎo)腦缺血臨床治療，進(jìn)一步改善預(yù)后可能會(huì)具有重要意義。

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《疑難病雜志》稿件內(nèi)容的有關(guān)規(guī)范要求

1.當(dāng)論文以人為研究對(duì)象時(shí)，作者應(yīng)該說明其是否符合人體試驗(yàn)委員會(huì)(單位性的、地區(qū)性的或國家性的)所制定的倫理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)并得到該委員會(huì)的批準(zhǔn)，是否取得受試對(duì)象的知情同意。

2.根據(jù)GB/T 7408-2005《數(shù)據(jù)元和交換格式 信息交換 日期和時(shí)間表示法》，由特定起點(diǎn)與終點(diǎn)定界的時(shí)間段的表示，起點(diǎn)與終點(diǎn)之間以一字線為分隔符，而不再用波紋線。除了上述時(shí)間段之外的其他計(jì)數(shù)、計(jì)量范圍的表示，仍然用“～”。

3.報(bào)告統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)的結(jié)論時(shí)，應(yīng)給出檢驗(yàn)值(t，χ2，F(xiàn)等值)，對(duì)P值小于或等于檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)(一般為0.05)的情況，一律描述為“差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義”，同時(shí)寫明P值的具體數(shù)值或相應(yīng)的不等式。在用不等式表示P值的情況下，一般選用P>0.05、P<0.05和P<0.01三種表達(dá)方式即可滿足需要，無須再細(xì)分為P<0.001或P<0.000 1。

4.表格中注釋用的角碼符號(hào)一律采用單個(gè)角碼的形式，本刊不再以“*、#、△、☆、▲、★”表示，而以小寫英文字母的形式表示，根據(jù)需要按順序取用，即“a、b、c、d、e、f……”。不同數(shù)據(jù)之間進(jìn)行比較時(shí)，應(yīng)遵循“先組內(nèi)，再組間”的原則，依次進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理結(jié)果的標(biāo)注。

黑龍江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.D201279)

150086 哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院神經(jīng)外科

李永利，E-mail:liyongli9999@aliyun.com

2014-12-02)