血管內(nèi)皮生長因子介導的血管新生療法在心血管疾病中的研究進展

王超 王蓓蕾 張黎明

綜 述

血管內(nèi)皮生長因子介導的血管新生療法在心血管疾病中的研究進展

王超 王蓓蕾 張黎明

血管內(nèi)皮生長因子； 血管新生療法； 缺血； 心血管疾病

心血管疾病因其高發(fā)病率和高死亡率嚴重威脅全球人類健康，其中冠心病、心肌梗死等缺血性心血管疾病的死亡率逐年升高[1]。盡管臨床上針對不同的人群研發(fā)了一些有效的治療方法，如經(jīng)皮冠狀動脈介入治療（PCI）和冠狀動脈旁路移植術(shù)（CABG）等，但這些血運重建治療均只能恢復大血管的供血，而對心肌彌漫性或小血管病變血流無明顯改善，亦不能幫助壞死細胞恢復正常。

促進缺血區(qū)血管新生是一種新穎的治療策略，即通過刺激心肌缺血區(qū)小血管生長和側(cè)支循環(huán)的形成，實現(xiàn)心肌缺血區(qū)的自我搭橋。這對相當數(shù)量的彌漫性冠脈病變及難以接受傳統(tǒng)血管重建治療的患者，可能是一種極具吸引力的新型治療模式[2]。這種新型治療方法需要促血管生長因子的應(yīng)用，目前常用的促血管生長因子主要包括血管內(nèi)皮細胞生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factors，F(xiàn)GF）、血小板源性生長因子（platelet derived growh factor，PDGF）、 表 皮 生 長 因 子（epidermal growth factor，EGF）、轉(zhuǎn)化生長因子（transforming growth factor，TGF）、肝細胞生長因子（hepatocyte growth factor，HGF）、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等。其中VEGF是目前已知最強有力的血管生長因子，它與血管新生之間關(guān)系的研

究也較為深入?，F(xiàn)將VEGF介導的血管新生與心血管疾病的關(guān)系作一綜述。

1 血管內(nèi)皮生長因子家族及其受體概況

1.1 VEGF家族 血管內(nèi)皮生長因子又名血管通透性因子，是由Ferrara和Henzel[3]于1989年從培養(yǎng)的牛垂體濾泡星狀細胞中分離出的一種多肽，具有特異性促血管內(nèi)皮細胞增殖分裂、促進新生血管形成和側(cè)支循環(huán)開放等作用。目前人體已知的VEGF家族通過可變剪接表達出VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E，VEGF-F 及胎盤生長因子（placental growth factor，PLGF）7 種亞型[4]。除VEGF-E在雙鏈DNA病毒orf表達，以及VEGF-F是蛇毒來源之外，其余5類都可在哺乳動物中表達。其中VEGF-A是最早被發(fā)現(xiàn)也是最重要的。多種非內(nèi)皮細胞可以分泌VEGF-A并以旁分泌的方式作用于內(nèi)皮細胞刺激信號轉(zhuǎn)導、調(diào)節(jié)細胞功能，而內(nèi)皮細胞來源的VEGF-A則以自分泌的方式促進細胞存活。VEGF-A是哺乳動物胚胎發(fā)育階段必需的生長因子，在新生血管的形成中發(fā)揮重要的作用[5]。由于mRNA的剪切方式不同，根據(jù)氨基酸的數(shù)目又分別命名為 VEGF121、VEGF145、VEGF165、VEGF189 和 VEGF206，生理情況下VEGF165和VEGF121是主要的存在形式。

1.2 VEGF受體（vascular endothelial growth factorreceptor，VEGFR） 目前已發(fā)現(xiàn)的血管內(nèi)皮生長因子受體（VEGFR）家族成員有 5 種：VEGFR-1（Flt-1）、VEGFR-2（KDR/Flk-1）、VEGFR-3（Flt-4）、神經(jīng)菌毛素-1（neuropilin-1，NP-1）和神經(jīng)菌毛素-2（neuropilin-2，NP-2）。其中前3種屬于酪氨酸蛋白激酶受體超家族，NP-1和NP-2為非酪氨酸激酶的跨膜受體。5種受體結(jié)合各自特異的配體發(fā)揮不同的生物學作用[6,7]。

2 VEGF與血管新生

血管系統(tǒng)建立有三種不同的方式，血管發(fā)生（vasculogenesis）、血管新生（angiogenesis）和小動脈生成（arteriogenesis）[8]。血管發(fā)生是胚胎發(fā)育早期新生血管形成的主要形式，由內(nèi)皮祖細胞（endothelial progenitor cells，EPC），亦稱成血管細胞（angioblast）趨化融合，并分化成內(nèi)皮細胞（endothelial cells，EC）在原位形成新的管腔。血管新生是指在原有血管基礎(chǔ)上通過出芽或毛細血管增殖方式產(chǎn)生新生血管。小動脈生成是指原有微小動脈經(jīng)過細胞增殖和血管重塑形成功能性的肌性小動脈，是固有側(cè)支循環(huán)生成的重要機制之一[9]。VEGF是公認的最具特異性且作用最強的內(nèi)源性血管生長因子，可以調(diào)控以上所有類型的血管生成。通常情況下，缺血缺氧是引起血管新生的主要原因，而炎癥刺激、機械因素和化學因素等是引發(fā)血管新生的次要原因。上述刺激因素通過誘導VEGF轉(zhuǎn)錄，增強VEGF mRNA的穩(wěn)定性，防止其降解，使VEGF高度表達并間接提高其生理活性，從而建立側(cè)支循環(huán)以滿足機體需要[10]。因此，研究者開始嘗試人為地通過各種途徑提高心肌缺血部位VEGF的濃度，促進局部血管新生，提高心肌代償能力，最終達到治療缺血性疾病的目的[11]。

3 VEGF與心血管疾病的關(guān)系

3.1 VEGF與心肌梗死 血管內(nèi)皮生長因子家族中 VEGF-A、VEGF-B、VEGFR-1、PLGF 等因子均與心肌梗死關(guān)系密切。Hojo等[12]在2000年時就發(fā)現(xiàn)，急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）患者血中VEGF的濃度顯著增加，在AMI后14 d左右達到高峰，證明VEGF可以促進血管新生和內(nèi)皮細胞增殖，對心肌梗死患者起到保護性的效應(yīng)。另有研究[13]表明，心肌細胞VEGFR-1受體在心肌缺氧情況下表達明顯上調(diào)，而VEGFR-1的激活能防止心臟的整體損傷，誘導心肌代償性肥厚，改善心肌梗死后的心功能，最終促進心肌收縮力的恢復。Cheng等[14]的最新研究發(fā)現(xiàn)，急性心肌梗死小鼠的血清肌鈣蛋白水平、心肌梗死面積、梗死區(qū)域微血管的密度和VEGF的表達量在梗死后7 d達到峰值，14 d后達到第二峰值，VEGF的表達量與微血管增加的密度呈正相關(guān)關(guān)系，表明VEGF可能參與心肌梗死后的心肌重塑和血管新生。上述研究結(jié)果均提示，細胞因子促血管新生療法可能為PCI及CABG不能完全恢復血運重建的急性心肌梗死帶來全新的治療模式。

因此，不少課題組開展了VEGF基因相關(guān)的治療研究。Vera Janavel等[15]發(fā)現(xiàn)，在綿羊心肌梗死模型上，冠狀動脈急性閉塞后，將質(zhì)粒介導的血管內(nèi)皮生長因子（pVEGF）基因轉(zhuǎn)移到缺血部位，能長期引發(fā)動脈血管新生、前體肌細胞增殖及成熟心肌細胞有絲分裂，從而縮小梗死面積，增強左室功能，提高心肌灌注并延緩心肌重塑。Lahteenvuo等[16]在廣泛性心肌梗死大豬模型上通過腺病毒載體將VEGF-A、VEGF-B和VEGF-D基因轉(zhuǎn)移到心肌缺血部位，同樣顯示心臟射血分數(shù)和其他心臟功能指標均有提高。需要注意的是，即使選擇心肌內(nèi)給藥，在肝、肺和腎等臟器同樣可以發(fā)現(xiàn)有病毒載體分布，但相對數(shù)量很少，并且VEGF基因在這些非靶向組織內(nèi)表達也很低。另外治療后會出現(xiàn)白細胞減少、C反應(yīng)蛋白及肝酶短暫升高等反應(yīng)，抗腺病毒抗體數(shù)量也會隨著治療劑量的增加而增加。

隨著導管技術(shù)的精進，近年來經(jīng)導管冠脈內(nèi)導入VEGF基因能更好地促進缺血區(qū)心肌血管新生，改善心肌收縮能力，改善心功能[17]。但對長期效果、劑量、副作用有待進一步的深入研究，因此VEGF基因治療在心肌梗死的臨床應(yīng)用仍受限制。

3.2 VEGF與冠狀動脈粥樣硬化 應(yīng)用VEGF治療冠狀動脈粥樣硬化患者，治療途徑一般有兩種：①直接將VEGF重組蛋白注射入血管或心肌內(nèi)；②將攜帶VEGF基因的表達載體注射入心肌內(nèi)，促使VEGF高表達，從而發(fā)揮VEGF的促血管生成作用[18]。其中基因治療對嚴重的冠狀動脈粥樣硬化型缺血性心肌病頗具吸引力。隨著越來越多的患者采取診斷性治療、血管成形術(shù)和支架手術(shù)，表達VEGF的局部靶向基因療法協(xié)同這些治療措施也顯現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景[19]。

目前，許多將VEGF基因成功轉(zhuǎn)移到動脈粥樣硬化動物模型的研究結(jié)果顯示，刺激血管新生可以明顯增加缺血組織區(qū)域的血流，提升肌肉有氧代謝的能力。然而，病毒載體藥代動力學和生物分布在動物和人體上可能存在差異，導致血管新生治療效果在人體上并不理想。國外有課題組進行過灌注導管轉(zhuǎn)染VEGF-A基因的臨床Ⅰ期試驗，結(jié)果顯示VEGF-A腺病毒載體（Adv-VEGF）可以在10 min內(nèi)到達缺血的心臟。在該課題組的臨床Ⅱ期試驗（n=103）中，SPECT掃描結(jié)果顯示Adv-VEGF可以顯著改善心肌代謝功能，但運動負荷試驗患者的運動耐量并沒有提高，這很有可能是病毒載體在心肌內(nèi)的分布劑量非常有限導致的[20,21]。另外，Ⅱ期臨床試驗失敗的典型例子還有一個GENASIS試驗（Genetic Angiogenic Stimulation Investigational Study），400例患有嚴重冠心病的患者接受了裸露VEGF-2基因心肌內(nèi)注射，但最終有265例患者出現(xiàn)包括心肌水腫在內(nèi)的多種副作用，試驗最終被叫停[22]。迄今為止，基因治療冠心病的臨床研究多數(shù)還限于Ⅰ期試驗，旨在觀察治療的安全性和劑量效應(yīng)關(guān)系。

3.3 VEGF與斑塊內(nèi)血管新生 血管新生療法在治療動脈粥樣硬化及其他心血管疾病時存在兩種不同的觀點。第一種，促血管生長的細胞因子可以增強血管內(nèi)皮的心肌保護作用從而治療缺血性心肌??；相反，第二種觀點認為，治療會加速斑塊內(nèi)新生血管的形成，導致斑塊不穩(wěn)定甚至破裂。這第二種觀點直接關(guān)系到血管新生療法的應(yīng)用前景，值得關(guān)注。

1938年，Patterson[23]首次提出斑塊毛細血管破裂會引起斑塊內(nèi)出血導致冠狀動脈血栓形成；之后科學家發(fā)現(xiàn)成人的動脈內(nèi)膜超過一定的厚度就會新生出血管；Barger等[24]總結(jié)前人研究并開創(chuàng)性地提出假說，動脈外膜血管增殖為動脈粥樣硬化斑塊提供氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)使其增厚并超過一定厚度，構(gòu)成病變的核心。人類的大動脈外膜都有一套微血管系統(tǒng)稱為滋養(yǎng)血管網(wǎng)。在正常血管，血管壁上的滋養(yǎng)血管網(wǎng)只限定在外膜及中膜外層；在動脈粥樣硬化侵蝕了的血管壁上，這些血管網(wǎng)更加豐富，并延伸到動脈粥樣硬化病變的內(nèi)膜。Williams等[25]在高膽固醇血癥猴子模型上發(fā)現(xiàn)動脈粥樣硬化斑塊的血流和血管滋養(yǎng)管的數(shù)量成正比，改變動物的高膽固醇飲食之后引起的斑塊退化也是與血管滋養(yǎng)管數(shù)量的減少有關(guān)。這些早先的實驗研究均提示，斑塊內(nèi)血管異常增生與動脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系密切。

目前關(guān)于血管新生可以導致動脈粥樣硬化最有說服力的實驗證據(jù)來自載脂蛋白E缺失（ApoE-/-）的高膽固醇血癥小鼠模型。Moulton等[26]發(fā)現(xiàn)2種內(nèi)皮細胞特異性血管新生抑制劑，endostatin和TNP-470，可以分別減少85%和70%的斑塊面積。另一個實驗顯示，在ApoE及ApoB100基因敲除小鼠腹腔內(nèi)注射重組人VEGF蛋白，可以促進動脈粥樣硬化的形成[27]。VEGF在這個實驗中的作用主要體現(xiàn)在可以增加骨髓來源的CD34+/Flk1+內(nèi)皮祖細胞及巨噬細胞/單核細胞的數(shù)量，另外它可以增加斑塊密度及巨噬細胞滲透性。以上研究進一步表明，在動脈粥樣硬化形成和發(fā)展過程中，斑塊內(nèi)新生血管可能對斑塊不穩(wěn)定甚至破裂起關(guān)鍵作用。因此，2012年Moreno等[28]提出應(yīng)用抗VEGF療法抑制斑塊內(nèi)病理性血管新生，從而減少動脈粥樣硬化斑塊的形成。但是臨床上抗VEGF療法引起的高血壓、左心室功能紊亂及血栓栓塞等心血管系統(tǒng)副作用同樣不容忽視。綜上所述，VEGF介導的治療性血管新生與動脈粥樣硬化的關(guān)系有待進一步深入研究。

4 問題與展望

VEGF介導的治療性血管新生為缺血性心血管疾病的治療提供了新的思路。然而目前開展的研究多停留在動物實驗階段，臨床研究還有待繼續(xù)探索。當前，血管新生療法最需要解決的是治療的安全性和可靠性問題，如上文中提到的白細胞減少、水腫等副作用，甚至出現(xiàn)由于轉(zhuǎn)基因的過度表達而直接導致實驗動物死亡的情況。另外，病理性斑塊內(nèi)血管新生與動脈粥樣硬化的關(guān)系亦不容忽視，不能因為盲目追求治療效果而導致其他不良后果的發(fā)生。隨著研究的不斷深入，治療過程中注射方式、注射部位及不同患者的注射劑量等問題的解決，相信VEGF介導的血管新生療法會為心血管疾病提供全新的治療理念，幫助解決困擾人類健康的一大難題。

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Research progress of angiogenesis therapy mediated by vascular endothelial growth factor in cardiovascular disease

Vascular endothelial growth factor； Angiogenesis therapy； Ischemia； Cardiovascular disease

國家自然科學基金項目（項目編號：41506178、81401578）

200433 上海市，第二軍醫(yī)大學海洋生物醫(yī)藥研究中心，第二軍醫(yī)大學海軍醫(yī)學系海洋生物技術(shù)教研室

張黎明，E-mail：lmzhang@smmu.edu.cn

10．3969/j．issn．1672－5301．2016．10．002

R54

A

1672-5301（2016）10-0868-04

2016-05-18）