腦卒中誘導(dǎo)VEGF-A保護(hù)神經(jīng)血管單元作用的研究進(jìn)展

龍 倩，王懸峰，肖 海

（1. 贛南醫(yī)學(xué)院2019級(jí)碩士研究生；2. 贛南醫(yī)學(xué)院2018級(jí)碩士研究生；3. 贛南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院，江西 贛州 341000）

神經(jīng)細(xì)胞損傷是缺血性腦卒中導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙的主要原因，幾乎所有的治療策略都以搶救神經(jīng)細(xì)胞功能和修復(fù)神經(jīng)細(xì)胞損傷為目標(biāo)。近年來，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，大腦的正常功能不僅取決于神經(jīng)細(xì)胞間的突觸連接，還取決于大腦中不同成分功能之間的相互作用［1］。于是在2001 年提出了由血管內(nèi)皮細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞及細(xì)胞外基質(zhì)等組成的神經(jīng)血管單元（Neurovascular unit，NVU）的概念［2-5］。這一概念強(qiáng)調(diào)NVU所有成分和細(xì)胞間信號(hào)以及細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間的信號(hào)的研究對于闡明缺血性中風(fēng)的病理機(jī)制是至關(guān)重要的［6］。本文對腦卒中誘導(dǎo)血管內(nèi)皮生長因子-A（Vascular endothelial growth factor A，VEGF-A）保護(hù)神經(jīng)血管單元作用的研究進(jìn)展綜述如下。

1 VEGF家族

血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）家族是NVU 重要的保護(hù)和調(diào)節(jié)劑［7］，在腦卒中時(shí)VEGF 可減少神經(jīng)細(xì)胞死亡，增加微血管數(shù)量，促進(jìn)膠質(zhì)細(xì)胞的增殖和遷移［8-9］。因此，目前認(rèn)為使用VEGF 或VEGF 激動(dòng)劑是腦卒中的潛在治療策略。VEGF 家族目前包括7 個(gè) 成 員：VEGF-A，VEGF-B，VEGF-C，VEGF-D，VEGF-E，VEGF-F 和PlGF。而VEGF-A 是VEGF 家族主要成員，也是目前研究最廣泛的血管內(nèi)皮生長因子。VEGF-A 具有促血管生成、神經(jīng)功能恢復(fù)和誘導(dǎo)神經(jīng)發(fā)生作用［10］。近來，使用VEGF-A 治療腦卒中已引起關(guān)注。但VEGF-A 治療在臨床前試驗(yàn)中效果不佳，這可能是因?yàn)閂EGF-A 在調(diào)節(jié)NVU 中具有雙重作用［11-12］：一方面VEGF-A可刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖和遷移，促進(jìn)新血管的形成，重建更有效的側(cè)支循環(huán)網(wǎng)絡(luò)，這些側(cè)支循環(huán)網(wǎng)絡(luò)可以繞過阻塞的血管，挽救缺血半暗帶［13］；但另一方面VEGF-A 也可增加血管通透性［14-15］，這種作用可能導(dǎo)致腦水腫并增高顱內(nèi)壓，這在腦卒中的急性期是有害的［16］，血管通透性增加使通常被血腦屏障阻止的分子和免疫細(xì)胞進(jìn)入神經(jīng)組織，從而引起更嚴(yán)重的神經(jīng)炎癥［17］。

2 腦卒中后VEGF-A對神經(jīng)血管單元的作用

2.1 VEGF-A對神經(jīng)血管單元的保護(hù)作用

2.1.1 VEGF-A 促血管生成目前已發(fā)現(xiàn)3 種VEGF 酪 氨 酸 激 酶 受 體：VEGFR-1、VEGFR-2、VEGFR-3。VEGF-A與VEGFR-2結(jié)合可在缺血半暗帶上調(diào)血管生成相關(guān)蛋白的表達(dá)［18］。在正常大腦中，使用VEGF-A 會(huì)導(dǎo) 致VEGFR-1 和VEGFR-2 上調(diào)［19］，顯著增加腦血管的生成；過表達(dá)VEGF-A 的干細(xì)胞移植也可促進(jìn)宿主神經(jīng)組織的血管生成［20］。血管生成增加的作用機(jī)制可能是VEGFR-1 和VEGFR-2 兩種受體相互競爭的結(jié)果，在大腦血管生成過程中起程序性調(diào)節(jié)作用，即VEGF-A和VEGFR-2結(jié)合起促進(jìn)血管生成的作用，而VEGFR-1 的激活則降低這種血管生成的效應(yīng)［21］，兩者相互拮抗，共同調(diào)節(jié)。腦卒中發(fā)生后，VEGF-A 的這種作用被廣泛認(rèn)為依賴于PI3K/Akt 途徑：VEGF-A 與VEGFR-2結(jié)合后，激活磷酸肌醇3-激酶（Phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）。PI3K 是血管生成過程中的核心蛋白，PI3K激活蛋白激酶B（Protein kinase B，Akt）［22］，促進(jìn)血腦屏障中血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移［23］；另一項(xiàng)研 究也 表明［24］，VEGFR-2 耗 竭后 完全 阻斷 了VEGF-A 誘導(dǎo)的人視網(wǎng)膜微血管內(nèi)皮細(xì)胞中Akt 的磷酸化，同時(shí)在體外實(shí)驗(yàn)中血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖，遷移和微血管形成均受到抑制，這說明血管生成對VEGF-PI3K-Akt 途徑具有依賴性。此外，VEGFR-1在內(nèi)皮細(xì)胞膜上拮抗VEGFR-2 的血管生成功能［25-26］，內(nèi)皮細(xì)胞上的VEGFR-1 以高親和力結(jié)合VEGF-A，但受體活性更低，血管生成作用更低［27］。除內(nèi)皮細(xì)胞外，其他類型細(xì)胞也表達(dá)VEGF-A 受體，并可能促進(jìn)血管生成，在血管網(wǎng)絡(luò)的形成中起重要作用。周細(xì)胞包圍在血管內(nèi)皮細(xì)胞外，是大腦NVU的重要組成部分，也表達(dá)VEGFRs。周細(xì)胞表達(dá)的VEGFR-1限制了VEGF信號(hào)傳導(dǎo)但可促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞出 芽［28］。在 不 同 細(xì) 胞 系 中，VEGF-A 可 通 過 與VEGFR-1 和VEGFR-2 的結(jié)合來調(diào)節(jié)大腦中的血管生成，促進(jìn)腦卒中后側(cè)支循環(huán)的構(gòu)建，挽救缺血半暗帶腦組織。而如何平衡VEGFR-1 與VEGFR-2 的競爭作用，使病情向著有利方向進(jìn)展，仍然是一個(gè)棘手的問題。

2.1.2 VEGF-A 促血管舒張VEGF-A 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（Central nervous system，CNS）內(nèi)外均具有促血管舒張作用，在缺血條件下可增加組織血流量。在全身缺氧預(yù)處理的自發(fā)性高血壓大鼠模型中發(fā)現(xiàn)，VEGF-A 的增加可顯著恢復(fù)自發(fā)性高血壓大鼠內(nèi)皮依賴性血管舒張，并減輕大鼠心臟的缺血再灌注損傷［29］。通過將單克隆血管內(nèi)皮生長因子抗體貝伐單抗輸注到肱動(dòng)脈中觀察前臂血管擴(kuò)張度，發(fā)現(xiàn)生理濃度的循環(huán)血管內(nèi)皮生長因子對于維持正常的血管舒縮至關(guān)重要［30］，上文所述，VEGF 可能會(huì)激活VEGF-PI3K-Akt 途徑來誘導(dǎo)血管生成，而磷酸化Akt 可激活內(nèi)皮型一氧化氮合酶（Endothelium nitric oxide synthase，eNOS）催化L-精氨酸向一氧化氮（NO）轉(zhuǎn)化，這不僅會(huì)促進(jìn)血管生成同樣也會(huì)促進(jìn)血管舒張。例如，eNOS通過環(huán)磷鳥嘌呤核苷（Cyclic guanosinc monophosphate，cGMP）介導(dǎo)，引起附近平滑肌細(xì)胞的松弛［31］，促進(jìn)缺血缺氧后的血管舒張，導(dǎo)致腦血流量增加［32］。此外，在糖尿病腦卒中動(dòng)物模型中，eNOS表達(dá)增加可改善腦血流量并減少梗死體積，與野生型小鼠相比，eNOS 基因突變型小鼠顯示出更少的腦血流量和更大的腦梗塞面積［33］，間接證明了VEGF 可能通過eNOS 促進(jìn)腦卒中后血管擴(kuò)張的作用。但是一項(xiàng)關(guān)于是否持續(xù)使用NO 進(jìn)行降壓治療，對于急性腦卒中高血壓管理的局部因素隨機(jī)對照試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)沒有證據(jù)顯示在急性腦卒中后的48 h內(nèi)持續(xù)使用降壓藥可改善患者功能預(yù)后［34］。一種解釋可能是，缺血中毛細(xì)血管周細(xì)胞收縮可抵消eNOS 可能的血管舒張作用［35］。因此，可以明確VEGF-A 在腦卒中模型中可以促進(jìn)NVU 的血管舒張，降低局部血壓，增加缺血區(qū)域血流量，但是由于腦卒中病理機(jī)制復(fù)雜，VEGF-A 促進(jìn)血管舒張的時(shí)效性及相關(guān)機(jī)制還需更深入的探討。

2.1.3 VEGF-A 促神經(jīng)發(fā)生VEGF-A 不僅作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞，在神經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)中也發(fā)揮著重要作用［36］。神經(jīng)發(fā)生或新的神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生受到衰老、壓力和腦損傷在內(nèi)的多種生理和病理過程的調(diào)節(jié)。成年大腦中的神經(jīng)發(fā)生主要在兩個(gè)CNS 區(qū)域：側(cè)腦室的腦室下區(qū)Ssubvenuicular zone，SVZ）和齒狀回的顆粒下區(qū)（Subgranular zone，SGZ）［37］，腦缺血將刺激這兩個(gè)區(qū)域的神經(jīng)發(fā)生［38］，而腦卒中VEGF-A 水平升高可能是一個(gè)重要的誘因。在過表達(dá)VEGF-A 的轉(zhuǎn)基因小鼠中，不但神經(jīng)發(fā)生增加，而且新形成的神經(jīng)細(xì)胞向梗死周圍皮層的遷移也增加了［39］，另外缺血半暗帶中遷移和發(fā)育的神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量增加似乎與VEGF-A 和VEGFR-2 相關(guān)［40］。VEGF-A 刺激神經(jīng)干細(xì)胞的擴(kuò)增，而若抑制VEGFR-2活性將降低神經(jīng)干細(xì)胞的擴(kuò)增［41］。使用氟乙酸鹽抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞增殖后，減少了腦卒中大鼠模型中VEGF-A 介導(dǎo)的神經(jīng)細(xì)胞新生，這表明VEGF-A 的促神經(jīng)發(fā)生作用與紋狀體星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為新的神經(jīng)細(xì)胞有關(guān)［42］。VEGF 有可能通過直接作用于神經(jīng)干細(xì)胞而不是依賴其在血管中的作用，控制神經(jīng)干細(xì)胞沿吻側(cè)遷移流（Rostral migratory stream，RMS）遷移。神經(jīng)干細(xì)胞可表達(dá)VEGFR-2，從而在RMS中被神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)的VEGF激活［43-44］。體外研究表明，從SVZ分離并在體外培養(yǎng)的NPC在mRNA水平上同時(shí)表達(dá)VEGFR-1 和VEGFR-2，并且VEGF 對SVZ 外植體中的神經(jīng)干細(xì)胞具有化學(xué)吸引作用［45］。總的來說，VEGF-A 可通過多種機(jī)制影響腦卒中NVU 新生的神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量和遷移。

目前許多研究均證明VEGF-A 可通過多種方式促進(jìn)神經(jīng)功能的恢復(fù)，VEGF-A 可在多種卒中細(xì)胞培養(yǎng)模型中促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞存活，包括氧糖剝奪模型［46］和興奮性毒性模型［47］。在體內(nèi)大腦中動(dòng)脈栓塞（Middle cerebral artery occlusion，MCAO）模型中也證實(shí)了VEGF-A 的保護(hù)作用，在大腦皮層表面局部應(yīng)用VEGF-A 可減少腦梗死體積［48］，而在腦室內(nèi)輸注VEGF 抗體將增加大鼠的梗塞體積，并可降低腦水腫［49］。大鼠MCAO 后24 h 開始腦 室 內(nèi)給予VEGF-A，持續(xù)3 d，1 個(gè)月后梗塞體積減少約1/3，還緩解了感覺運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知功能障礙，且行為改善持續(xù)至少2 個(gè)月［50］。與對照組相比，過表達(dá)VEGF-A的轉(zhuǎn)基因小鼠MCAO 后，梗塞體積也減少了類似的程度，神經(jīng)功能缺損得到了改善［51］。研究發(fā)現(xiàn)VEGF-A 主要通過與VEGFR-2 結(jié)合激活PI3K-Akt途徑，以及有絲分裂原激活的蛋白激酶（Mitogen-ac-tivated protein kinase，MAPK）級(jí)聯(lián)反應(yīng)與神經(jīng)細(xì)胞作用［52］。目前可以明確腦卒中VEGF-A 可通過多種方式保護(hù)神經(jīng)組織，但VEGF-A 的給藥時(shí)間和途徑對于獲得理想的結(jié)果至關(guān)重要［53］。而在體內(nèi)研究中，很難將VEGF-A對神經(jīng)細(xì)胞的直接保護(hù)作用與通過內(nèi)皮細(xì)胞VEGFR介導(dǎo)的間接作用區(qū)分開。

2.2 VEGF-A 對神經(jīng)血管單元的破壞作用雖然VEGF-A 可通過促血管生成、血管舒張、神經(jīng)發(fā)生等多種方式促進(jìn)腦卒中后大腦神經(jīng)功能的恢復(fù)，但另一方面VEGF-A 也可增加血管通透性，影響血腦屏障功能，進(jìn)而破壞神經(jīng)血管單元，加重腦卒中的神經(jīng)損傷。

腦卒中急性缺血期血管通透性增加引起腦水腫，進(jìn)一步降低缺血半暗帶血流供應(yīng)，從而加重NVU 的損傷［54］。血腦屏障是保護(hù)大腦免受有害血源性物質(zhì)影響的血管屏障，低水平的VEGF-A 維持對內(nèi)皮細(xì)胞存活和血腦屏障的完整性是必要的［55］。但腦卒中會(huì)促進(jìn)VEGF-A 高表達(dá)。VEGF-A 是血管通透性因子，在高水平時(shí)，可導(dǎo)致血管通透性增加，破壞血腦屏障功能，使CNS 穩(wěn)態(tài)失衡，激活多種病理生理學(xué)反應(yīng)［56］，如神經(jīng)毒性蛋白滲透導(dǎo)致活性氧的產(chǎn)生和神經(jīng)炎癥、代謝功能紊亂導(dǎo)致代謝廢物堆積、組織水腫導(dǎo)致營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸障礙以及炎癥細(xì)胞的進(jìn)入過度激活免疫反應(yīng)等。

雖然VEGF-PI3K-Akt-eNOS 途徑的激活在急性腦卒中血腦屏障的通透性增加中起一定作用，但這種作用在更大程度上是通過VEGF-A-Src途徑介導(dǎo)的［57］。在腦缺血再灌注3 h 內(nèi)，非受體酪氨酸激酶（sarcoma re-ceptor coactivator，Src）就會(huì)短暫上調(diào)［58］VEGF-A 受體的作用。腦缺血急性期的VEGF-A 與VEGFR-2結(jié)合誘導(dǎo)Src 磷酸化從而導(dǎo)致血管滲透性增高［59］。在缺血條件下Src 可以調(diào)節(jié)VEGF-A 的表達(dá)，抑制Src 可以降低VEGF-A 的水平［58］，使血管通透性減低，降低腦水腫和腦損傷體積［60］。這就提示，VEGF-A-Src 途徑的激活可能是腦卒中急性期治療VEGF-A損傷作用的基礎(chǔ)。VEGF-A-Src介導(dǎo)血管通透性主要的機(jī)制是調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞之間的粘附連接和緊密連接，VEGF-A 磷酸化Src 觸發(fā)關(guān)鍵細(xì)胞粘附分子VE-cadherin的內(nèi)吞作用，隨后小GTP結(jié)合蛋白R(shí)ac 和GTP 結(jié)合激活p21 蛋白激活激酶（p21 protein activated kinase，PAK）磷酸化。激活的pPAK磷酸化VE-cadherin，導(dǎo)致其內(nèi)吞作用并隨后破壞血腦屏障的細(xì)胞間連接［61-62］。在腦卒中急性期，VEGF-A 介導(dǎo)的血腦屏障破壞，血管通透性增加也可能導(dǎo)致神經(jīng)炎癥，腦卒中神經(jīng)炎癥反應(yīng)將加重神經(jīng)損傷，但在神經(jīng)發(fā)生中也起著重要作用［63］，其中的發(fā)生機(jī)制也需要更多的實(shí)驗(yàn)來闡明。

3 展 望

VEGF-A 是促血管生成、血管舒張和神經(jīng)發(fā)生的重要調(diào)控因子。但目前證明VEGF-A 在腦卒中具有保護(hù)NVU 作用的數(shù)據(jù)幾乎完全基于動(dòng)物模型，臨床研究較少，且主要集中于內(nèi)源性VEGF 水平作為腦卒中進(jìn)展的生物標(biāo)志物，在腦卒中動(dòng)物模型中，使用VEGF-A 或VEGF-A 激動(dòng)劑治療可減少病變體積。但使用VEGF-A 時(shí)機(jī)以及給藥途徑是判斷VEGF-A 治療腦卒中有效性的重要因素。在急性期，VEGF-A 的增加會(huì)誘發(fā)血腦屏障破壞和血管滲漏，導(dǎo)致CNS 穩(wěn)態(tài)失衡、周圍免疫細(xì)胞侵襲和腦水腫。而VEGF-A 對血管完整性的有害影響是短暫的，因?yàn)閂EGF-A 預(yù)處理和急性期后VEGF-A 的增加都顯示其具有保護(hù)NVU 作用。因此如何把握給藥時(shí)機(jī)，確定恰當(dāng)?shù)慕o藥途徑是VEGF-A 臨床應(yīng)用的關(guān)鍵問題。