血管內(nèi)皮生長因子、內(nèi)皮抑素與冠心病的關(guān)系

孔菁,毛威

1 血管內(nèi)皮生長因子和內(nèi)皮抑素的概述

血管內(nèi)皮生長因子 (vascular endothelial growth factor,VEGF),又稱為血管通透因子,是 Ferrara等[1]于 1989年首次在牛垂體星狀濾泡細胞體外培養(yǎng)液中純化獲得的一種分子量為34～45kDa二聚體糖蛋白,由內(nèi)皮細胞和單核巨噬細胞合成和分泌,目前發(fā)現(xiàn)的 VEGF家族包括 VEGF-A,B,C,D,E及胎盤生長因子。

內(nèi)皮抑素 (Endostatin,ES)是一種內(nèi)源性的強效血管生成抑制劑,由哈佛大學 O′Reillly等[2]于 1997年首次從小鼠血管內(nèi)皮瘤中分離純化獲得的一種分子量約 20kDa的蛋白質(zhì),含 184個氨基酸,其 N端第1,3,11位 3個組氨酸及第 76位的天冬氨酸殘基組成的鋅離子結(jié)合位點,是膠原 XVIII羧基末端裂解片段,分布在許多血管壁內(nèi)和其他一些基底膜區(qū)域,是血管壁彈力纖維的重要組分[3],同時也位于一些胞內(nèi)細胞器中 (肝細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基復合體),通過不同的方式和胞外基質(zhì)結(jié)合而發(fā)揮其生物學功能。

2 VEGF和 ES的生物學功能及作用機制

VEGF具有特異地與其受體結(jié)合,增加微血管與小靜脈血管的通透性,誘導血管內(nèi)皮細胞的形態(tài)學變化并促進血管內(nèi)皮細胞分裂增殖以及誘導血管生成等作用[4],促進動脈粥樣硬化 (atherosclerosis,AS)的發(fā)生發(fā)展,導致冠狀動脈內(nèi)皮依賴的舒張反應(yīng),活化 VEGFR-2提高內(nèi)皮細胞抗凋亡能力,加速損傷內(nèi)皮損傷的修復,防止血小板黏附和血栓形成,防治再狹窄。低氧、氧化型低密度脂蛋白、腫瘤壞死因子、白細胞介素-1、胰島素樣生長因子、成纖維細胞生長因子、一氧化氮等均能夠上調(diào) VEGF的表達,同時,一些血管生成抑制劑Avastin(阿瓦斯丁)、ES等可以下調(diào) VEGF的表達。

ES的主要作用為拮抗 VEGF對內(nèi)皮的作用,選擇性調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞功能,特異性抑制內(nèi)皮細胞增殖,有效抑制血管生成。ES的作用機制較為復雜,迄今未被明確闡明。Abdollahi[5-6]等應(yīng)用覆蓋超過 90%人類基因組的經(jīng)典微陣列技術(shù),報告了在暴露于 ES的人微血管細胞內(nèi)皮細胞中全部基因的 12%受到顯著調(diào)節(jié),上調(diào)基因包括已知的血管生成抑制劑,下調(diào)的基因包括已知的刺激因子,顯示出 ES的作用是多基因效應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)模式。

3 VEGF和 ES在冠心病 (coronary heart disease,CHD)中的作用

VEGF在 CHD的全過程 (即 AS的發(fā)生、發(fā)展到最后斑塊破裂并發(fā)血栓形成,側(cè)支循環(huán)建立以及冠脈介入術(shù)后再狹窄的所有階段)中發(fā)揮了一定的作用,其機理尚不完全清楚。ES作為第一個抗血管生成藥已被美國 FDA批準用于治療某些癌癥,呈劑量依賴性,對其他細胞無作用,無副作用,無耐藥性,其最顯著的特點為主要抑制病理性血管生成 (包括增殖性視網(wǎng)膜病變、類風濕性關(guān)節(jié)炎等),而且似乎對傷口愈合或復原等生理性血管新生幾乎或完全沒有作用,國內(nèi)恩度已進入聯(lián)合治療非小細胞肺癌的Ⅲ期臨床研究階段中,但 ES與冠心病的關(guān)系還知之甚少,其在 AS中所起的作用尚無定論。

3.1 VEGF、ES與 AS 在 AS整個過程中,VEGF起到了一定的作用。Inoue等[7]發(fā)現(xiàn),VEGF及其受體在斑塊形成處表達明顯增加,而正常動脈則無 VEGFmRNA表達;VEGF經(jīng) VEGFR-1介導對單核/巨噬細胞的趨化作用,使其在斑塊部位進一步聚集,刺激平滑肌細胞增殖,參與 AS發(fā)展。大量研究表明,正常人血清中僅存在極低水平的 VEGF,在心肌梗死的病例中梗死周圍的血管平滑肌細胞、心肌和受損心肌中均有VEGF基因的高表達[8],

Moulton等[9]研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮他汀和煙曲霉素類似物 TNP-470分別使斑塊進展減少 85%和 70%(P＜0.0001),內(nèi)膜血管明顯減少,但不會影響泡沫細胞和早期的纖維肌性斑塊,也不影響平滑肌細胞的含量,提示 ES通過抑制內(nèi)膜血管對 AS有一定的抑制作用。雖然動物試驗有此結(jié)果,然而從另一種角度思考,ES特異性地抑制內(nèi)皮細胞的生長、促進其凋亡,選擇性抑制內(nèi)皮功能,反而會促進 AS,這與上述研究結(jié)果矛盾。因此,ES與 AS的關(guān)系,值得進一步深入研究。

3.2 VEGF、ES與斑塊穩(wěn)定性 VEGF促進 AS斑塊內(nèi)單核/巨噬細胞聚集、金屬蛋白酶合成增多和 (或)內(nèi)源性金屬蛋白酶組織抑制物減少的作用是造成斑塊纖維帽厚度、抗損傷強度降低和穩(wěn)定性下降的機制之一[10]。同時斑塊內(nèi)新生血管幼稚易破裂致斑塊內(nèi)出血,加速粥樣斑塊的生長、重構(gòu)和破裂,血小板局部聚集發(fā)生血栓,加重管腔阻塞,導致梗死。另外附壁性血栓脫落可致栓塞,引起急性冠脈綜合征 (acute coronary syndrome,ACS)[11]。Kranz等[12].觀察發(fā)現(xiàn),急性心肌梗死后3天患者血漿 VEGF水平輕度升高,7天后明顯上升,10天后可達到能夠刺激內(nèi)皮細胞增生的水平。

ES具有抑制內(nèi)膜血管新生的作用,理論上推測其必然能抑制冠狀 AS斑塊內(nèi)血管新生,從而增強斑塊穩(wěn)定性,對 ACS有防治作用,具體尚需進一步臨床試驗論證。

3.3 VEGF、ES與側(cè)支循環(huán) 應(yīng)用外源性 VEGF后可使狗缺血區(qū)側(cè)支循環(huán)的血管數(shù)量及血流量增加,心功能明顯改善[13],可見 VEGF在促斑塊內(nèi)血管新生的同時也促進冠脈的側(cè)支循環(huán)(血管新生和動脈生成)。近年來人們對實驗性缺血動物開展了 “治療性血管新生”的研究,目前 VEGF已進入臨床試驗,大多數(shù)研究提示使用 VEGF治療后患者癥狀減輕,運動時間延長,心肌灌注和左心室功能改善,病死率降低。

Seko等[14]觀察到急性心肌梗死患者的外周循環(huán)中ES水平升高,再灌注后明顯降低,與 VEGF的變化一致,表明 ES可能與 VEGF共同參與缺血心肌血管新生的調(diào)節(jié)。然而 ES與冠狀動脈側(cè)支循環(huán)的關(guān)系目前尚有爭議。Liou[15]觀察了 24例冠心病患者和 15例非冠心病患者血漿和心包液中 ES和 VEGF水平,認為冠心病患者側(cè)支循環(huán)是否豐富與血清 VEGF水平有關(guān),與血清 ES水平以及心包液中這兩種物質(zhì)的濃度無關(guān)。也有研究表明膠原 XVIII和 ES基因缺陷會增加小鼠 AS斑塊和動脈損傷后的血管新生過程[16],[17],提示抑制 ES的產(chǎn)生可能會促進缺血心肌的血管新生和側(cè)支循環(huán)的形成。

3.4 VEGF、ES與介入術(shù)后再狹窄 Shibata等[18]觀察豬冠狀動脈左前降支 PCI術(shù)后 VEGF變化,術(shù)后 1周開始增高,維持4周,損傷血管再內(nèi)皮化需要 2周,而平滑肌細胞增生貫穿其始終,并且 4周后在支架周圍出現(xiàn)巨噬細胞和內(nèi)皮細胞。冠狀動脈介入治療在人體不可避免造成損傷,推測 PCI引起的血管損傷是術(shù)后 VEGF水平逐漸升高的主要原因,VEGF通過介導單核/巨噬細胞趨化以及與血小板衍化生長因子的協(xié)同作用參與再狹窄的發(fā)生。Kornowski等[19]研究發(fā)現(xiàn) VEGF導致動脈急性損傷部位新生內(nèi)膜過度增厚,可見術(shù)后 VEGF峰值水平對再狹窄有獨立預測價值,介入術(shù)后引發(fā)大量 VEGF釋放,使血管內(nèi)膜過度增生參與了再狹窄的形成。另一方面,VEGF通過強烈的促進內(nèi)皮細胞增殖,再內(nèi)皮化作用具有預防術(shù)后再狹窄的功效。KAT(Kuopio Angiogenesis Trial)研究是第一個經(jīng)冠狀動脈轉(zhuǎn)導 VEGF基因治療冠心病及預防 PCI術(shù)后再狹窄的隨機、雙盲、安慰劑對照的臨床試驗,該研究提示經(jīng)冠狀動脈內(nèi)基因轉(zhuǎn)導是安全的,VEGF基因治療不加重再狹窄,并且能改善缺血心肌的血流灌注[20]。

加速再內(nèi)皮化,恢復內(nèi)皮功能,抑制損傷內(nèi)膜增生,可能會預防冠脈介入術(shù)后的再狹窄。ES在血管介入治療后再狹窄的作用,尚不明確。有研究發(fā)現(xiàn)[21]大劑量的抗血管生成治療可能干擾介入術(shù)后冠脈急性期的內(nèi)皮修復,長時間失去內(nèi)皮完整性導致新生內(nèi)膜明顯增生,伴隨 ES過度表達的內(nèi)膜增生不是 ES的直接刺激作用,而是抑制內(nèi)皮細胞增生的后果。

4 討論

VEGF促進血管內(nèi)皮細胞增殖的不同后果即促進粥樣斑塊進展和促進側(cè)支循環(huán)之間的動態(tài)平衡是決定其臨床意義的重要因素,目前對于其在冠心病中的作用尚存在爭議。檢測血清VEGF水平不僅可以了解冠狀動脈病變程度及心肌缺血程度,而且還可作為觀察血運重建效果,了解有無再狹窄,預測急性心梗等并發(fā)癥的良好指標。同時我們始終存在著一些問題:(1)VEGF誘導產(chǎn)生的新生血管是否具有真正的血管功能。(2)VEGF介導生理性及病理性血管增生,可能與心肌肥厚有關(guān)[22]。(3)VEGF不僅能促進缺血心肌新生血管的形成,還能增強正常心肌的血液灌注,因此在早期非缺血狀態(tài)下給予VEGF是否有望成為預防冠心病發(fā)生的有效措施[23]。

由于缺血、缺氧等因素觸發(fā)血管新生、降解內(nèi)皮細胞周圍基底膜的同時,膠原 XⅧ等前體蛋白也被水解成血管新生抑制因子 ES,制約新生血管的過度形成。ES基因在人類基因組進化的過程中長期存在,缺血心肌的血管新生可能具有與腫瘤相似的調(diào)控機制,ES的產(chǎn)生增加可能是促血管生長作用的代償性反應(yīng),以調(diào)節(jié)血管新生過程、拮抗促血管生成因子的過度作用。正常情況下內(nèi)皮細胞表達 VEGF和 ES處于一種平衡狀態(tài),一旦平衡打破,內(nèi)皮細胞進入活躍狀態(tài),這可能是血流動力學改變、損傷等多種有害因素作用下內(nèi)皮功能紊亂的一個表現(xiàn)。通過調(diào)節(jié)內(nèi)皮生長因子和抑制因子的動態(tài)平衡去促進血管內(nèi)皮功能的恢復,或者通過促進或者抑制內(nèi)皮細胞的凋亡來維護內(nèi)皮細胞正常的生理學功能,可能是治療、預防冠心病更 “自然”、更安全的方法,也是值得我們共同探討的難題。

抑制血管內(nèi)膜及斑塊內(nèi)的血管再生對緩解 AS的嚴重程度,防治 ACS有著積極的意義。但 ES這-公認的強效血管抑制劑是否可用于 CHD的臨床治療目前尚存爭議,如何及何時調(diào)節(jié) AS過程中的血管新生、“休眠斑塊”,改善血流灌注,將是一個非常重要而艱難的課題。特別是有關(guān) ES在缺血心肌血管新生過程中的作用,抗病理性血管新生的作用是否同時會影響生理性心肌側(cè)支循環(huán)的形成,還有待進一步臨床試驗的研究。ES對冠脈介入治療后再狹窄的影響目前研究甚少,研究ES與內(nèi)皮功能相互作用的調(diào)控機制,將有助于理解其在再狹窄中的作用。同時在使用 ES的同時我們是否應(yīng)該注意一些問題:(1)體內(nèi) ES的過高表達是否會導致某些血管抑制性疾病的發(fā)生如系統(tǒng)性硬化等;是否可用于其他血管依賴性疾病如風濕性關(guān)節(jié)炎,糖尿病患者的視網(wǎng)膜病,與年齡相關(guān)的黃斑退行性病變等;(2)使用 ES是否會產(chǎn)生心血管系統(tǒng)的不良反應(yīng)如心肌缺血、心律失常、藥物性血壓升高等;(3)某些口服的小分子會增加特異性血管生成抑制劑的內(nèi)源性表達,或可能是一種代償性升高的方式,比如從基質(zhì)或血小板移出提高其血漿或血清水平。如:西樂葆可增加血清 ES水平;潑尼松龍和柳氮磺胺吡啶可提高關(guān)節(jié)液內(nèi)的 ES水平;多西環(huán)素和羅格列酮可增加血小板反應(yīng)蛋白-1的表達。

1 Ferrara N,HenzelWJ.Pituitary follicular cells secrete a novel heparin-binding growth factor specific vascular endothelial cells[J].Biochem Biophys Res commun,1989,161(2):851-858.

2 O′Reilly MS,Boehm T,Shing Y,et al.Endostatin:an endogenous inhibitor of angiogenesis and tumor growth[J].Cell,1997,88(2):277-285.

3 Miosge N,Sasaki T,Tim PlR.Angiogenesis inhibitor endostatin is a distinctcomponent of elastic fibers invessel walls[J].Faseb J,1999,13(13):1743-1750.

4 Zachary I,Mathur A,Yla-Herttuala S,et al.Vascular protection:A novel,nonangiogenic cardiovascular role for vascular endothelial growth factor[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2000,20(6):1512-1520.

5 Abdollahi A,H latky L,Huber PE.Endostatin:the logic of antiangiogenic therapy[J].Drug Resist Updat,2005,8(1-2):59-74.

6 Abdollahi A,Hahnfeldt P,Maercker C,et al.Endostatin′s antiangiogenic signaling network[J].Mol Cell,2004,13(5):649-663.

7 Inoue M,Itoh H,Ueda M,et al.Vascular endothelial growth factor(VEGF)expression in human coronary atherosclerotic lesions:possible pathophysiological significance of VEGF in progression of atherosclerosis[J].Circulation,1998,98(20):2108-2116.

8 Banai S,Jaklitsch MT,Shou M,et al.Agiogenic-induced enhancement of collateral blood flow to ischemic myocardium by vascular endothelial growth factor in dogs[J].Circulation,1994,89(5):2183-2189.

9 Moulton KS,Heller E,Konerding MA,et al.Angiogenesis inhibitors endostatin or TNP-470 reduce intimal neovascularization and plaque growth in apolipoprotein E-deficient mice[J].Circulation,1999,99(13):1726-1732.

10 王長謙,湯大鳴,王利民,等.VEGF對人血單核細胞基質(zhì)金屬蛋白酶表達及活性的影響 [J].心臟雜志,2004,16(4):308-311.

11 Celletti FL,Hilfiker PR,GhafouriP,et al。Effectofhuman recombinant vascular endothelial growth factor165 on progression of atherosclerotic plaque[J].JAm CollCardiol,2001,37(8):2126-2130.

12 Kranz A,Rau C,Kochs M,et al.Elevation of vascular endothelial growth factor-A serum levels following acute myocardial infarction,Evidence for itsorigin and functional significance[J].JMol Cell Cardiol,2000,32(1):65-72.

13 Banai S,Jaklitsch MT,Shou M,et al.Angiogenic-induced enhancement of collateral blood flow to ischem icmyocardium by vascular endothelial growth factor in dogs[J].Circulation,1994,89(5):2183-2189.

14 Seko Y,Fukuda S,Nagai R.Serum levels of endostatin,vascular endothelial growth factor(VEGF)and hepatocyte growth factor(HGF)in patientswith acutemyocardial infarction undergoing early reperfusion therapy[J].Clin Sci(Lond),2004,106(5):439-442.

15 Liou JY,Shyu KG,Lu MJ,et al.Pericardial fluid and serum levels of vascular endothelial growth factor and endostatin in patients with or without coronaryartery disease[J].JFormosMed Assoc,2006,105(5):377-383.

16 Li Q,Olsen BR.Increased angiogenic response in aortic explants of collagen XVIII/endostatin-nullmice[J].Am JPathol,2004,165(2):415-424.

17 Moulton KS,Olsen BR,Sonn S,et al.Loss of collagen XVIII enhances neovascularization and vascular permeability in atherosc lerosis[J].Circulation,2004,110(10):1330-1336.

18 Shibata M,Suzuki H,NatataniM,et al.The involvement of vascular endothelial growth factor and flt-1 in the process of neointimal proliferation in pig coronary arteries following stent implantation[J].Histochem Cell Biol,2001,116(6):471-481.

19 Kornowski R,Fuchs S,Leon MB,et al.Delivery strategies to achieve therapeutic myocardial angiogenesis[J].Circulation,2000,101(4):454-458.

20 Hedman M,Hartikainen J,Syvanne M,et al.Safety and feasibility of catheter-based local intracoronary vascular endothelialgrowth factor gene transfer in the prevention ofpostangioplasty and in-stent restenosis and in the treatment of chronic myocardial ischemia:phaseⅡresults of the Kuopio Angiogenesis Trail(KAT)[J].Circulation,2003,107(21):2677-2683.

21 Hutter R,Sauter BV,Reis ED,et al.Decreased reendothelialization and increased neointima formation with endostatin overexpression in a mousemodel of arterial injury[J].Circulation,2003,107(12):1658-1663.

22 Thackaberry EA,Gabaldon DM,Walker MK,et al.Aryl hydrocarbon receptor nullm ice develop cardiac hypertrophy and increased hypoxia-inducible factor-1alpha in the absence of cardiac hypoxia[J].Cardiovasc Toxicol,2002,2(4):263-274.

23 Schalch P,Rahman GF,Patejunas G,et al.Adenoviral-mediated transfer ofvascular endothelial growth factor 121 cDNA enhancesmyocardial perfusion and exercise performance in the nonischemic state[J].JThorac Cardiovasc Surg,2004,127(2):535-540.