胎盤生長因子在炎癥性腸病血管生成和炎性反應(yīng)中作用的研究進(jìn)展

?

綜述

胎盤生長因子在炎癥性腸病血管生成和炎性反應(yīng)中作用的研究進(jìn)展

周怡劉紅春

(復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院消化科，上海200032)

Advances in the Effects of Placental Growth Factor on Angiogenesis and Inflammation in Inflammatory Bowel Disease

ZHOUYiLIUHongchun

DepartmentofGastroenterology,ZhongshanHospital,FudanUniversity,Shanghai200032,China

胎盤生長因子(placental growth factor, PlGF)是一種分泌型的同源二聚體糖蛋白，是血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)家族中的一員。多項研究發(fā)現(xiàn)，PlGF在腫瘤和炎性疾病等的病理性血管生成中發(fā)揮重要的作用；而遺傳學(xué)研究顯示，內(nèi)源性的PlGF對健康個體的血管生成和生理性血管維持不發(fā)揮作用?；谶@些研究， 血清PlGF不僅可以作為監(jiān)測炎性反應(yīng)和血管生成的一種有效標(biāo)志物，還為腫瘤和炎性反應(yīng)提供了新的治療靶點。本文就PlGF的分子與生物學(xué)特點及其在腫瘤及炎性疾病，尤其是炎癥性腸病血管生成和炎性反應(yīng)中的作用作一綜述。

1PlGF的分子特點

PlGF最初是在1991年從人胎盤cDNA文庫中純化而得到的[1]，是VEGF家族中第二個被發(fā)現(xiàn)的成員。人類plgf基因位于染色體14q24，通過選擇性剪接編碼4種不同的PlGF異構(gòu)體，即PlGF-1、PlGF-2、PlGF-3和PlGF-4，其中，PlGF-2和PlGF-4與肝素有較強(qiáng)的結(jié)合能力[2]。與人類不同，小鼠plgf基因僅編碼PlGF-2，其也具有肝素結(jié)合域[3]。

PlGF可以結(jié)合VEGF-A的受體神經(jīng)菌毛素-1(NRP-1)和NRP-2，并介導(dǎo)VEGF-A與VEGFR-1及VEGFR-2形成復(fù)合體[4]；與VEGF-A不同，PlGF與VEGFR-1即fms樣酪氨酸激酶-1(Flt-1)的親和力較高，但不與VEGFR-2即胎肝激酶-1(Flk-1)結(jié)合[5]。此外，PlGF還可以與可溶性酪氨酸激酶-1(sFlt1，缺乏跨膜和細(xì)胞內(nèi)結(jié)合域)結(jié)合并置換出VEGF-A。因此，PlGF可通過多種作用機(jī)制參與調(diào)控血管生成：(1)PlGF可通過結(jié)合并激活Flt-1直接發(fā)揮其促血管生成的作用；(2)PlGF通過與sFlt-1結(jié)合置換出VEGF-A，使更多的VEGF-A與VEGFR-2結(jié)合，并開啟VEGFR-1、VEGFR-2之間的串話，從而放大VEGFA/VEGER-2的血管生成信號；(3)PlGF通過與同一個細(xì)胞上表達(dá)的VEGF-A形成異二聚體，結(jié)合并激活VEGFR-1，進(jìn)而通過誘導(dǎo)VEGFR-1/VEGFR-2二聚化，間接激活VEGFR-2，發(fā)揮調(diào)控血管生成的作用[6-7]。

2PlGF的生物學(xué)特點

PlGF最初是從人胎盤cDNA文庫中純化得到的，主要由滋養(yǎng)層細(xì)胞產(chǎn)生，在整個妊娠期間，PlGF在胎盤中處于高表達(dá)狀態(tài)[1]。但對plgf基因敲除小鼠的研究顯示，缺乏PlGF不影響小鼠胚胎的發(fā)育及其娩出后的生長發(fā)育[7]。在生理條件下，PlGF在心臟、肺、甲狀腺等多種組織器官中的表達(dá)水平較低[8]。而在病理情況下，其在血管內(nèi)皮細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等多種細(xì)胞中的水平增加，且可通過作用于不同類型細(xì)胞上的Flt-1和NRP發(fā)揮不同的生物學(xué)效應(yīng)，例如：通過與內(nèi)皮細(xì)胞上的Flt-1結(jié)合而刺激內(nèi)皮細(xì)胞生存、增殖和遷移，促進(jìn)血管生成[9]；通過作用于平滑肌細(xì)胞上的Flt-1促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞的增殖及側(cè)枝循環(huán)形成[10]；通過作用于巨噬細(xì)胞上的Flt-1和NRP募集和激活巨噬細(xì)胞，使其分泌促炎細(xì)胞因子如TNF-α等，進(jìn)而促進(jìn)炎性反應(yīng)[11]。

3PlGF與血管生成

血管生成是指源于已存在的毛細(xì)血管和毛細(xì)血管后微靜脈的新的毛細(xì)血管的生長。Ziche等[12]在1997年第一次指出PlGF是一種促血管生成因子，他們發(fā)現(xiàn)在兔角膜及雞胚絨毛尿囊膜中，PlGF可以劑量依賴性地誘導(dǎo)血管生成。其后，多項對plgf基因敲除小鼠的實驗顯示，PlGF對健康個體的血管生成及生理性血管維持沒有作用[7,13]，但在多種病理情況如腫瘤形成、子癇前期中促進(jìn)血管生成[9,14]。

3.1PlGF與腫瘤血管生成血管生成在腫瘤發(fā)病中起重要的作用，并可促進(jìn)腫瘤的轉(zhuǎn)移[15]。研究[16-17]顯示，腫瘤組織中PlGF水平明顯上調(diào)，且腫瘤組織中PlGF的mRNA和蛋白水平與腫瘤的進(jìn)展及預(yù)后密切相關(guān)。在腫瘤中，PlGF不僅可由腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生，還可由內(nèi)皮細(xì)胞、腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞、腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞以及腫瘤基質(zhì)中的多種炎性細(xì)胞產(chǎn)生。惡性腫瘤中，PlGF刺激內(nèi)皮細(xì)胞的生長、增殖和遷移，募集和激活巨噬細(xì)胞，促使巨噬細(xì)胞釋放促血管及淋巴管生成因子，抑制樹突狀細(xì)胞的分化等，促進(jìn)腫瘤自身的生長、血管生成，并抵抗常規(guī)抗血管生成的治療[18-19]。

此外，抗-PlGF抗體治療腫瘤的研究同樣證明了PlGF在腫瘤血管生成中的重要作用。Fisher等[18]對患有不同腫瘤的小鼠應(yīng)用抗-PlGF抗體，結(jié)果顯示，其可通過抑制腫瘤的血管和淋巴管生成以及腫瘤細(xì)胞的活性，抑制腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移，且不影響正常的血管功能。Zins等[20]對移植性腫瘤小鼠模型的研究顯示，PlGF可刺激腫瘤細(xì)胞的增殖，而減少PlGF表達(dá)可降低腫瘤負(fù)荷、抑制腫瘤細(xì)胞增殖、減小腫瘤血管密度。

3.2PlGF與子癇前期在妊娠期間，人體胎盤可產(chǎn)生較高水平的PlGF，而胎盤中豐富的PlGF在妊娠期間子宮血管重建中發(fā)揮重要的作用[1,21]。胎盤PlGF水平異常與多種妊娠期疾病有關(guān)，其中最常見的是子癇前期。盡管敲除plgf基因的小鼠未出現(xiàn)子癇前期癥狀[7]。但是，子癇前期患者血清PlGF水平在患者妊娠早期出現(xiàn)子癇前期癥狀前已明顯降低，sFlt水平則明顯升高[14]；出現(xiàn)子宮-胎盤低灌注及高血壓的子癇前期患者血清中PlGF水平也明顯降低，同時伴有sFlt水平的升高[14]。盡管PlGF水平異常是否會導(dǎo)致子癇前期的發(fā)生目前尚未明確，但許多研究顯示血清中PlGF水平的降低及sFlt的升高可作為預(yù)測早發(fā)性及遲發(fā)性子癇前期發(fā)展的有效指標(biāo)。

4PlGF與炎癥性腸病

炎癥性腸病(IBD)是一種慢性非特異性胃腸道炎性疾病，包括潰瘍性結(jié)腸炎(UC)和克羅恩病(CD)。IBD的發(fā)病機(jī)制尚未明確，目前認(rèn)為由遺傳、微生物、環(huán)境等因素之間的相互作用使腸道黏膜免疫系統(tǒng)處于持續(xù)激活狀態(tài)所致。近年來，大量臨床和動物實驗發(fā)現(xiàn)，隨著IBD疾病進(jìn)展，腸道膜微血管密度也隨之增加，且新生血管結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，伴有滲透性增加，提示病理性血管生成在IBD的發(fā)病中起關(guān)鍵作用[23]。血管生成在IBD中的作用可能是雙重的，一方面，新生的血管可以提供營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣，從而促進(jìn)受損黏膜的愈合；但另一方面，血管生成可促進(jìn)炎性細(xì)胞的遷移、浸潤，導(dǎo)致炎性反應(yīng)持續(xù)存在，臨床上常見CD腸段的病變系膜側(cè)炎性反應(yīng)往往比對側(cè)系膜更為明顯；而特異性黏附分子α4β7抗體Vedolizumab通過減少腸道特異的淋巴細(xì)胞可有效抑制IBD，提示病變黏膜血管增生及炎性細(xì)胞浸潤使局部黏膜炎性反應(yīng)加重[24]。

血管生成在IBD發(fā)病中的重要作用，而PlGF在病理性血管生成和炎性反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，因此，有研究探索了PlGF在IBD血管生成和炎性反應(yīng)中的作用，但迄今研究有限且結(jié)果不盡一致。Kader等[25]通過蛋白微陣列分析方法發(fā)現(xiàn)，CD患者血清中PlGF水平明顯升高，而患者緩解期血清中PlGF水平較活動期更高。Pousa等[26]對70例CD緩解期患者和30名健康人血清中血管生成因子水平研究的結(jié)果顯示，與健康人相比，CD緩解期患者血清中PlGF、VEGF水平明顯升高，且與緩解持續(xù)時間無關(guān)。而對UC活動期患者和26名健康人血清中PlGF水平的研究顯示，UC活動期患者血清中PlGF、Flt1水平與健康人相比無明顯差異，應(yīng)用激素治療后，未獲得緩解者血清中PlGF水平較治療前無明顯變化，而獲得緩解的UC患者血清中PlGF水平高于治療前[27]。在急性結(jié)腸炎小鼠模型中，PlGF在腸黏膜炎性反應(yīng)處水平明顯升高，在黏膜損傷的恢復(fù)早期進(jìn)一步升高；與plgf轉(zhuǎn)基因小鼠相比，plgf基因敲除的小鼠病變腸黏膜血管生成明顯減少，疾病活動度增加，且能觀察到明顯的結(jié)腸上皮損傷及上皮細(xì)胞凋亡；向plgf基因敲除的結(jié)腸炎小鼠中導(dǎo)入外源性plgf基因后，疾病活動度顯著減輕，與plgf轉(zhuǎn)基因小鼠相比無明顯差異，提示PlGF可能具有緩解結(jié)腸炎性反應(yīng)的作用[28]。這些研究結(jié)果提示，PlGF可能對IBD活動期腸黏膜炎性反應(yīng)進(jìn)展發(fā)揮一定的作用，而在緩解期則可能刺激血管生成及促進(jìn)腸道受損黏膜修復(fù)。Hindryckx等[28]的實驗顯示，PlGF在小鼠結(jié)腸炎的發(fā)生發(fā)展中明顯升高，提示PlGF可能促進(jìn)IBD的炎性反應(yīng)進(jìn)展，因此，仍需要更多的研究進(jìn)一步探討PlGF在IBD血管生成和炎性反應(yīng)中的作用及變化。

5總結(jié)與展望

PlGF作為一種具有多種生物效應(yīng)的細(xì)胞因子，可通過激活表達(dá)于不同類型細(xì)胞表面的Flt-1或NRP-1發(fā)揮其促血管生成和促炎作用。大量研究顯示PlGF在腫瘤和炎性反應(yīng)等多種病理狀態(tài)下表達(dá)水平明顯上調(diào)，并促進(jìn)病理性的血管生成，從而促進(jìn)疾病的進(jìn)展。已有研究發(fā)現(xiàn)，IBD活動期血清PlGF表達(dá)水平上調(diào)而緩解期進(jìn)一步上調(diào)，但結(jié)果缺乏一致性且多為小規(guī)模研究，需增加病例數(shù)進(jìn)一步探討PlGF在UC和CD不同疾病分期時的表達(dá)以及與疾病活動度的相關(guān)性，從血管生成和炎性反應(yīng)的角度監(jiān)測IBD的活動，并優(yōu)化PlGF表達(dá)水平評價IBD疾病活動進(jìn)展和預(yù)后的效能。I期臨床試驗[29]已探討了抗PlGF抗體的安全及劑量問題，為抗PlGF抗體在腫瘤和炎性反應(yīng)中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，但尚需進(jìn)一步評價應(yīng)用抗PlGF治療時可能存在的不良反應(yīng)和個體差異。此外，鑒于PlGF在不同的組織中發(fā)揮不同的功能，需進(jìn)一步評價PlGF對不同疾病及疾病進(jìn)展的不同階段可能產(chǎn)生的影響。因此，仍需深入探討內(nèi)源性PlGF的生理功能、在疾病不同階段的表達(dá)和效應(yīng)以及對不同組織不同類型細(xì)胞的作用。鑒于PlGF在腫瘤治療中的成功經(jīng)驗，抗PlGF將為IBD的治療提供新的方向，通過抑制病理性血管生成和炎性反應(yīng)，使炎性反應(yīng)處于可控狀態(tài)，以延緩疾病的進(jìn)展、預(yù)防并發(fā)癥，從而改善患者的預(yù)后。

參考文獻(xiàn)

[ 1 ]Maglione D, Guerriero V, Viglietto G, et al. Isolation of a human placenta cDNA coding for a protein related to the vascular permeability factor[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 1991,88(20):9267-9271.

[ 2 ]Yang W, Ahn H, Hinrichs M, et al. Evidence of a novel isoform of placenta growth factor (PlGF-4) expressed in human trophoblast and endothelial cells[J]. J Reprod Immunol, 2003,60(1):53-60.

[ 3 ]De Falco S. The discovery of placenta growth factor and its biological activity[J]. Exp Mol Med, 2012,44(1):1-9.

[ 4 ]Gaur P, Lu J, Ellis LM, et al. Role of class 3 semaphorins and their receptors in tumor growth and angiogenesis[J]. Clinical Cancer Research, 2009,15(22):6763.

[ 5 ]Park JE, Chen HH, Winer J, et al. Placenta growth factor. Potentiation of vascular endothelial growth factor bioactivity, in vitro and in vivo, and high affinity binding to Flt-1 but not to Flk-1/KDR[J]. J Biol Chem, 1994,269(41):25646-25654.

[ 6 ]Tarallo V, Vesci L, Capasso O, et al. A placental growth factor variant unable to recognize vascular endothelial growth factor (VEGF) receptor-1 inhibits VEGF-dependent tumor angiogenesis via heterodimerization[J]. Cancer Res, 2010,70(5):1804-1813.

[ 7 ]Carmeliet P, Moons L, Luttun A, et al. Synergism between vascular endothelial growth factor and placental growth factor contributes to angiogenesis and plasma extravasation in pathological conditions[J]. Nat Med, 2001,7(5):575-583.

[ 8 ]Persico MG, Vincenti V, DiPalma T. Structure, expression and receptor-binding properties of placenta growth factor (PlGF)[J]. Curr Top Microbiol Immunol, 1999,237:31-40.

[ 9 ]Schmidt T, Kharabi MB, Loges S, et al. Loss or inhibition of stromal-derived PlGF prolongs survival of mice with imatinib-resistant Bcr-Abl1(+) leukemia[J]. Cancer Cell, 2011,19(6):740-753.

[10]Bellik L, Vinci MC, Filippi S, et al. Intracellular pathways triggered by the selective FLT-1-agonist placental growth factor in vascular smooth muscle cells exposed to hypoxia[J]. British Journal of Pharmacology, 2005,146(4):568-575.

[11]Yoo SA, Yoon HJ, Kim HS, et al. Role of placenta growth factor and its receptor flt-1 in rheumatoid inflammation: a link between angiogenesis and inflammation[J]. Arthritis Rheum, 2009,60(2):345-354.

[12]Ziche M, Maglione D, Ribatti D, et al. Placenta growth factor-1 is chemotactic, mitogenic, and angiogenic[J]. Lab Invest, 1997,76(4):517-531.

[13]Gigante B, Tarsitano M, Cimini V, et al. Placenta growth factor is not required for exercise-induced angiogenesis[J]. Angiogenesis, 2004,7(3):277-284.

[14]Furuya M, Kurasawa K, Nagahama K, et al. Disrupted balance of angiogenic and antiangiogenic signalings in preeclampsia[J]. J Pregnancy, 2011,2011:123717.

[15]Kerbel RS. Tumor angiogenesis[J]. N Engl J Med, 2008,358(19):2039-2049.

[16]Wei SC, Tsao PN, Yu SC, et al. Placenta growth factor expression is correlated with survival of patients with colorectal cancer[J]. Gut, 2005,54(5):666-672.

[17]Zhang L, Chen J, Ke Y, et al. Expression of Placenta growth factor (PlGF) in non-small cell lung cancer (NSCLC) and the clinical and prognostic significance[J]. World J Surg Oncol, 2005,3:68.

[18]Fischer C, Jonckx B, Mazzone M, et al. Anti-PlGF Inhibits Growth of VEGF(R)-Inhibitor-Resistant Tumors without Affecting Healthy Vessels[J]. Cell, 2007,131(3):463-475.

[19]Selvaraj SK, Giri RK, Perelman N, et al. Mechanism of monocyte activation and expression of proinflammatory cytochemokines by placenta growth factor[J]. Blood, 2003,102(4):1515-1524.

[20]Zins K, Thomas A, Lucas T, et al. Inhibition of Stromal PlGF Suppresses the Growth of Prostate Cancer Xenografts[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2013,14(9):17958-17971.

[21]Osol G, Celia G, Gokina N, et al. Placental growth factor is a potent vasodilator of rat and human resistance arteries[J]. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2008,294(3):H1381-H1387.

[22]Noori M, Donald AE, Angelakopoulou A, et al. Prospective study of placental angiogenic factors and maternal vascular function before and after preeclampsia and gestational hypertension[J]. Circulation, 2010,122(5):478-487.

[23]Chidlow JH, Shukla D, Grisham MB, et al. Pathogenic angiogenesis in IBD and experimental colitis: new ideas and therapeutic avenues[J]. AJP: Gastrointestinal and Liver Physiology, 2007,293(1):G5-G18.

[24]Jovani M, Danese S. Vedolizumab for the treatment of IBD: a selective therapeutic approach targeting pathogenic a4b7 cells[J]. Curr Drug Targets, 2013,14(12):1433-1443.

[25]Kader HA, Tchernev VT, Satyaraj E, et al. Protein microarray analysis of disease activity in pediatric inflammatory bowel disease demonstrates elevated serum PLGF, IL-7, TGF-beta1, and IL-12p40 levels in Crohn’s disease and ulcerative colitis patients in remission versus active disease[J]. Am J Gastroenterol, 2005,100(2):414-423.

[26]Pousa ID, Maté J, Salcedo-Mora X, et al. Role of vascular endothelial growth factor and angiopoietin systems in serum of Crohn's disease patients[J]. Inflammatory Bowel Diseases, 2008,14(1):61-67.

[27]Pousa ID, Algaba A, Linares PM, et al. Corticosteroids modulate angiogenic soluble factors in ulcerative colitis patients[J]. Dig Dis Sci, 2011,56(3):871-879.

[28]Hindryckx P, Waeytens A, Laukens D, et al. Absence of placental growth factor blocks dextran sodium sulfate-induced colonic mucosal angiogenesis, increases mucosal hypoxia and aggravates acute colonic injury[J]. Lab Invest, 2010,90(4):566-576.

[29]Martinsson-Niskanen T, Riisbro R, Larsson L, et al. Monoclonal antibody TB-403: a first-in-human, Phase I, double-blind, dose escalation study directed against placental growth factor in healthy male subjects[J]. Clin Ther, 2011,33(9):1142-1149.

中圖分類號R574

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A