Ang-1/Tie-2信號通路與缺血性腦卒中的相關性研究述評?

王 延，錢海兵

(貴州中醫(yī)藥大學，貴陽 550025)

腦卒中(Stroke)也稱“中風”，其中超過80%的患者為缺血性腦卒中(cerebral ischemic stroke, CIS)[1]。CIS又稱為“腦梗死”，是指顱內血流障礙導致局限性腦組織損害進而出現相應神經功能缺損的疾病，是我國第一大致死性、國外第二大致死性疾病[2]。目前治療急性CIS的有效治療措施是采用rt-PA靜脈溶栓，但治療時間窗僅4.5 h且費用高昂，因此能通過其獲益者小于3%[3-4]。即使rt-PA溶栓成功, 也導致患者出現顱內出血等治療風險，并且CIS中有2/3患者會遺留不同程度的殘疾[4]，嚴重影響患者的愈后生活，也給家庭和社會帶來難以承受的經濟負擔。因此, 探索多途徑、多靶點的新治療方案或研發(fā)安全有效的藥物迫在眉睫。

在缺血早期刺激血管新生和抑制神經損傷，從而改善腦卒中后的功能恢復，是治療CIS的重要措施。血管生成素-1和酪氨酸激酶受體-2(Angiopoietin-1/Tyrosine Kinase Receptor-2，Ang-1/Tie-2)通路是近年來新發(fā)現的一種除血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)以外的可用于介導血管生成的信號傳導通路，廣泛參與內皮細胞的活化、遷移、增殖和分化等過程，與血管生成、調控炎癥及神經元保護和再生等生理病理過程密切相關[5-7]。近年來，關于Ang-1/Tie-2與CIS的相關研究逐漸豐富，因此本文就Ang-1/Tie-2與CIS相關性進行綜述。

1 Ang-1/Tie-2的生物學特征

1.1 Ang-1的生物學特性

血管生成素(Angs)由分子量約為14.4 kD的123個氨基酸構成，包括Ang-1、Ang-2、Ang-3和Ang-4，且均作用于其特異性受體Tie-2[8]，近年來對Ang-1和Ang-2的研究較多。Ang家族主要在肝臟中合成，于上個世紀90年代被成功鑒定,是RNase超家族中惟一具有促血管生成能力的成員，也是目前已知的所有血管生成因子中獨具核糖核酸酶活性的因子，廣泛分布于正常血漿及實體腫瘤組織中[8-9]。Ang-1是一種分泌蛋白、基因定位于8q22.3～q23，相對分子質量約75×103，全長498個氨基酸，含3個結構域，血管平滑肌細胞、管周細胞和腫瘤細胞是人Ang-1的主要來源[7,10]。

1.2 Tie-2的生物學特性

酪氨酸激酶受體-2(Tie-2)為跨膜蛋白質，由細胞外區(qū)、跨膜區(qū)、細胞內區(qū)組成，其配體是Ang，主要表達于內皮細胞和一些造血細胞[11]。Tie-2基因定位于9p21，全長約109×103bp，編碼1124個氨基酸[11-12]。

2 Ang-1/Tie-2信號通路傳導途徑

Ang-1和Ang-2具有高度同源性，都可以結合受體Tie-2,但是只有Ang-1可以觸發(fā)受體Tie-2的自磷酸化,進而激活受體。Ang-2并不觸發(fā)Tie-2受體的自磷酸化,而是與Ang-1競爭,并作為Ang-1/Tie-2信號傳導系統的抑制劑[13-17]。

Ang-1利用羧基端纖維蛋白原樣結構域與Tie-2上細胞外的3個免疫球蛋白結構域中的第2個結合[18]，“聚集”Tie-2單體使之發(fā)生二聚化，促進Tie-2細胞內區(qū)域的交叉磷酸化(如圖1)。被激活的Tie-2繼續(xù)誘導激活磷脂酰肌醇-3-激酶/絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶B(phosphatidylinositol 3-kinase microtubule/serine/threonine kinase，PI3K/Akt)信號通路，即Tie-2通過PI3K的p85亞基誘發(fā)PI3K磷酸化，PI3K再激活Akt從而磷酸化能抑制Ang-2釋放的FOXO-1；激活的Akt也可以上調生存素(Survivin)的表達，增加細胞生存力；Akt激活后還可以抑制凋亡蛋白的前體，如BAD、caspse-9。通過以上各方面的作用，從而抑制血管內皮細胞凋亡，參與血管生成的調節(jié)[7-9](如圖2)。

圖1 Ang-1激活Tie-2示意圖

圖2 Ang-1/Tie-2信號通路傳導示意圖

3 Ang-1/Tie-2信號通路在CIS中的作用

3.1 促使血管再生、重塑及成熟

血管生成失敗和側枝血管生長不足是CIS等血管性疾病愈后不佳的主要問題，挽救大腦內皮細胞免于細胞凋亡和刺激血管增殖，降低腦梗死面積是腦缺血性疾病的治療思路。血管生成與神經發(fā)生有直接關系,也是新生神經元生存的必須條件[19]，有助于改善CIS的愈后。調節(jié)血管再生的關鍵信號主要有血管內皮生長因子及其受體VEGF/VEGFR信號和Ang/Tie-2信號。在腦缺血后的血管再生過程中，Ang-2會破壞血管穩(wěn)定性，促使血管內皮細胞遷移，誘導血管生成；Ang-1則通過與受體Tie-2結合，使Tie-2發(fā)生磷酸化，激活其下游的PI3K/Akt信號通路。一方面促使內皮細胞形成血管樣結構，另一方面聚集內皮周圍支持細胞，兩者共同完成血管的重塑和成熟。有研究發(fā)現[20]，大鼠在腦缺血再灌注損傷后其腦微血管生成可能與Ang/Tie-2系統的表達密切相關。Meng等[21]實驗證明，在缺血腦組織中，Ang-1能通過內皮細胞的増殖促進微血管生成。Gandin等[22]在研究MLC901時發(fā)現，其可以通過調節(jié)Ang-1、Ang-2來刺激血管的生成與重塑。

3.2 抑制外周血管及腦血管的通透性

CIS常伴有血腦屏障(blood-brain barrier，BBB)的破壞：基質金屬蛋白酶-2(matrix metalloprotein-2, MMP-2)在腦組織缺血早期表達增多，促使閉合蛋白和咬合蛋白的降解；而后MMP-9在腦組織缺血后期表達上調，使閉鎖小帶蛋白-1(zonulaoccluden-1, ZO-1)表達減少、肌動蛋白重組，共同導致內皮細胞間的連接性被破壞[23]。內皮細胞完整性的破壞，導致血管通透性增加，會進一步引起腦部水腫和出血,加重缺血狀況。然而，Ang-1/Tie-2信號可抑制外周血管及腦血管的血管通透性，其機制是Ang-1激活Tie-2，活化的Tie-2遷移到細胞連接處，通過肌動蛋白細胞骨架的重組和內皮間連接處的血管內皮鈣黏蛋白(VE-cadherin)的積累來實現細胞骨架的重建。Ang-1/Tie-2信號通過PI3K和NADPH氧化酶亞基p47phox來激活Rac1，Rac1通過骨架蛋白IQGAP1以活性GTP結合的形式(GTP-Rac1)穩(wěn)定下來進而發(fā)揮作用，同時GTP-Rac1再通過GTP酶信號傳感器p190RhoGAP對RhoA發(fā)出抑制信號[15]。其中，Rac1是肌動蛋白細胞骨架重組的信號，降低血管通透性；RhoA可調節(jié)微絲細胞骨架，破壞血管穩(wěn)定性，增加血管通透性[24]。因此，Ang-1/Tie-2信號通過激活Rac1，抑制RhoA實現VE-cadherin的聚集，促使微血管床形成有效屏障(如圖3)。Zhang等[25]研究也發(fā)現，Ang-1可降低小鼠腦卒中后腦血管的滲漏和缺血損傷體積。Poornima等[26]實驗證明，在糖尿病小鼠中，Ang-1的降低使腦血管的通透性增加，與腦卒中后BBB的破壞及腦出血增加有關。

圖3 Ang-1/Tie-2信號激活VE-cadherin過程示意圖

3.3 減輕炎癥介導的神經損傷

腦缺血發(fā)生后，內源小膠質細胞的激活以及外周血白細胞浸潤腦內實質等因素會產生明顯的炎性反應，加重血管和神經的損傷。其中，膠質細胞、神經元、大腦內皮細胞等細胞內的炎癥轉錄因子NF-κB被激活后，會調控腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、細胞間黏附分子-1(ICAM-1)、白細胞介素-1β(IL-1β)等炎癥因子的大量釋放[23]。研究證明[27]，體內存在的Ang-1能誘導Tie-2自磷酸化，從而抑制NF-κB，表現出抗炎的特點。加之Ang-1/Tie-2信號通路還能通過穩(wěn)定細胞骨架來抑制血管通透性，減少滲出，可協同達到抑制炎癥的效果。但在炎癥應激期間,細胞表面的Tie-2或細胞外Ang-1數量減少、細胞外Ang-2數量增加等各種因素共同作用導致Tie-2信號減弱，未磷酸化的Tie-2無法對轉錄因子Foxo1產生有效抑制，過量的Foxo1誘導Ang-2迅速釋放，從而加重血管炎癥的同時也增加血管滲漏，形成炎癥的有害循環(huán)[15,28]。Yan等[29]證明，Ang-1可顯著降低體外培養(yǎng)腦內皮細胞炎癥因子RAGE的表達，起到抗炎作用。

3.4 抑制神經細胞損傷壞死及促進神經元新生

CIS發(fā)生后，缺血腦組織中的葡萄糖供給嚴重減少，自由基產生增多，因此無法產生足夠的ATP用于神經細胞的正?；顒?，神經細胞發(fā)生損傷壞死。研究證明[30]，CIS下誘導的血管生成能促進腦卒中后神經的發(fā)生并增強其功能。Ang-1/Tie-2信號通路則參與CIS中微血管及神經的形成。Ang-1能通過內皮細胞的増殖促進微血管生成，同時能維持BBB的完整性，挽救缺血半暗帶瀕死細胞，修復缺血區(qū)神經元損傷，提升神經元的功能保護、抑制神經細胞的凋亡[30]。半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)被認為是細胞凋亡的核心因素[31]，在CIS情況下，Ang-1/Tie-2信號通路能抑制Caspase-3的活化，避免神經細胞在缺血缺氧環(huán)境下發(fā)生損傷壞死，保護缺血半暗帶的瀕死神經元。研究顯示[26]，在T1DM大鼠腦卒中后，通過Ang-1/Tie-2的表達可減少神經炎癥和抑制BBB滲漏，在一定程度上抑制炎癥介導的神經細胞損傷。對他汀類藥物如辛伐他汀的研究也證明，其可以通過誘導Ang-1/Tie-2表達，增加磷酸化Tie-2的活性，而在CIS發(fā)生后具有神經保護作用[32]。

4 中藥通過干預Ang-1/Tie-2信號通路對CIS的影響

傳統中醫(yī)藥療法治療CIS疾病在我國已有悠久的歷史，充分利用中藥資源研制以Ang-1/Tie-2信號通路為靶點的CIS藥物有著巨大的應用前景和重要臨床意義。臨床治療CIS常用經方補陽還五湯，可增加并維持內源性Ang-1的表達，促進缺血區(qū)腦組織的微血管生成[33]。丹龍醒腦方、通心絡保護大腦缺血的作用機制，亦與上調Ang-1的表達進而促進血管新生有關[34-35]。源于中藥的活性單體三七三醇皂苷可上調Ang-1/Tie-2的表達，促進內皮細胞增殖，使MCAO大鼠腦缺血側的微血管密度增加，從而減輕缺血腦組織的損傷[8]。Zhou[36]等實驗數據顯示，電針刺激足三里誘導的Ang-1上調而發(fā)揮的血管生成作用是腦卒中神經保護的機制之一。

5 結語

Ang-1/Tie-2信號通路在CIS后促進腦血管生成、抑制炎癥反應、保護神經元等方面發(fā)揮著積極作用，Ang-1/Tie-2是否能延長CIS的治療時間窗雖有待實驗證明，但其對CIS多方面的積極作用可發(fā)揮協同效應，從而達到更好的治療效果已得到部分證實。探討Ang-1/Tie-2信號通路在CIS中的相關機制，深入了解Ang-1/Tie-2信號通路在CIS發(fā)展過程中的重要性，可為治療CIS新策略的提出及以Ang-1/Tie-2信號通路為靶點的藥物研發(fā)提供研究思路。我國中醫(yī)藥是一個巨大寶庫，中藥化學成分復雜，具有多層次、多靶點、多成分協同作用的特點和多途徑治療疾病的優(yōu)勢。中醫(yī)藥基于Ang-1/Tie-2信號通路干預CIS的治療策略，勢必會成為未來研究的新方向。