羅 程張元斌應(yīng) 俊徐濤濤王萍兒金紅婷童培建1，2，△肖魯偉1，2，

（1.浙江中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，浙江 杭州 310053；2.浙江中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院，浙江 杭州 310006；3.浙江省骨傷研究所，浙江 杭州 310053）

·綜 述·

血管內(nèi)皮生長因子與股骨頭壞死修復(fù)關(guān)系的研究進(jìn)展*

羅 程1，3張元斌1，3應(yīng) 俊1，3徐濤濤1，3王萍兒3金紅婷3童培建1，2，3△肖魯偉1，2，3

（1.浙江中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，浙江 杭州 310053；2.浙江中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院，浙江 杭州 310006；3.浙江省骨傷研究所，浙江 杭州 310053）

股骨頭壞死 血管內(nèi)皮生長因子 信號通路 綜述

血管內(nèi)皮生長因子 （VEGF），又稱血管滲透因子（VPF），是一個以二硫鍵或非共價鍵聯(lián)接的同源二聚體糖蛋白，是機(jī)體最主要的血管生成因子。根據(jù)編碼VEGF mRNA的剪接方式不同，VEGF蛋白含氨基酸數(shù)目具有 5種形式：VEGF121、VEGF165、VEGF189、VEGF206和VEGF145，以VEGF165較為常見［1］。股骨頭壞死（ONFH）是一種由多種原因引起股骨頭內(nèi)活性細(xì)胞成分死亡，導(dǎo)致股骨頭結(jié)構(gòu)改變，繼而引起股骨頭塌陷及髖關(guān)節(jié)功能障礙的疾病。缺血缺氧是股骨頭壞死發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［2］，股骨頭局部組織因缺血缺氧而發(fā)生壞死，股骨頭正常結(jié)構(gòu)被破壞，而與此同時股骨頭的自身修復(fù)反應(yīng)也隨之發(fā)生［3］，局部缺血缺氧可啟動VEGF相關(guān)信號通路，上調(diào)VEGF表達(dá)，VEGF與其受體等結(jié)合，激活下游通路，從而促進(jìn)成血管性細(xì)胞的遷移、增殖、分化、存活以及血管通透性增加等一系列細(xì)胞水平的活動［4-6］，促進(jìn)新血管的生成進(jìn)而促進(jìn)壞死組織的修復(fù)。因此，VEGF及其相關(guān)信號通路在ONFH形成及修復(fù)過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。現(xiàn)就近年來VEGF與股骨頭壞死修復(fù)關(guān)系的研究進(jìn)展綜述如下。

1 VEGF與ONFH缺血缺氧機(jī)制

股骨頭在缺血、缺氧環(huán)境下，機(jī)體通過穩(wěn)定HIF-1α表達(dá)，上調(diào)VEGF表達(dá)水平，隨后與其受體結(jié)合，啟動VEGF信號通路調(diào)控壞死區(qū)域的血管重建和骨修復(fù)活動［7］。在VEGF基因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游大約1 kb的5′側(cè)翼區(qū)域有286 bp的低氧反應(yīng)元件（HRE），HRE區(qū)域內(nèi)存在HBS 5′ATCGTGGG 3′和HIF-1結(jié)合的輔助序列（HAS）5′CACAG 3′［8］。在組織含氧量正常的情況下，通常在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的HIF-1α受氧敏感的脯氨酰羥化酶（PHDs）修飾、降解、固定，基本維持在閾值以下的低水平［9］。然而，當(dāng)細(xì)胞缺氧時，對氧敏感PHDs的活性被抑制，使得HIF-1α表達(dá)顯著增加，HIF-1α從胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，并與核內(nèi)持續(xù)表達(dá)的結(jié)構(gòu)亞基HIF-1β結(jié)合，形成異二聚體HIF-1，使HIF-1與VEGF5′端增強(qiáng)子結(jié)合，從而增加VEGF轉(zhuǎn)錄，上調(diào)VEGF表達(dá)，并激活其受體，啟動VEGF信號通路，從而調(diào)控成血管性細(xì)胞增殖、遷移、存活、凋亡和通透性，促進(jìn)新生血管形成以及調(diào)節(jié)成骨性細(xì)胞的分化增殖等促進(jìn)壞死骨的修復(fù)［10］。

2 VEGF在ONFH修復(fù)中的成血管作用

VEGF水平上調(diào)后與其受體結(jié)合，啟動VEGF下游通路，調(diào)控ONFH區(qū)血管新生［11］。VEGF受體（VEGFR）家族有3種亞型：VEGFR-1（F1t-1）、VEGFR-2（KDR/ Flk-1）和VEGFR-3（Flt-4），在成骨細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞中主要存在著VEGFR-1和VEGFR-2［12］，在破骨細(xì)胞和骨髓基質(zhì)干細(xì)胞中則主要存在VEGFR-2，而造血干細(xì)胞中主要存在VEGFR-1；股骨頭壞死的血管重建活動中主要是通過與VEGFR-2結(jié)合介導(dǎo)［11］。骨組織細(xì)胞（如成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞、骨細(xì)胞等）也參與血管重建，但血管重建活動主要是通過內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移和血管通透性增加，最終促成新血管生成［13］。

2.1 VEGF與細(xì)胞遷移 內(nèi)皮細(xì)胞遷移，對于壞死區(qū)域血管新生至關(guān)重要。VEGF通過蛋白酶水解基底膜來促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞遷移，并順著VEGF和其他生長因子的濃度梯度遷移到壞死組織區(qū)域，啟動股骨頭壞死區(qū)域血管重建。其主要途徑有：1）VEGFR-2上Tyr1214的磷酸化參與VEGF引起肌動蛋白的重塑［14-15］，VEGF經(jīng)Cdc42-SAPK2/p38-MAPK活化蛋白激酶-2（MAPKAP K2）信號通路引起內(nèi)皮細(xì)胞張力纖維中激動蛋白重塑［16］；2）銜接蛋白Shb可與VEGFR-2上Tyr1175位點(diǎn)結(jié)合并調(diào)控VEGF通路引起細(xì)胞遷移［17］；3）VEGFR-2上另一個磷酸化重要位點(diǎn)Tyr951可以與T細(xì)胞特異性銜接分子 （TSAd）相結(jié)合，激活的TSAd和VEGFR2下游的Src形成復(fù)合物，調(diào)節(jié)細(xì)胞遷移［18］；4）雖然VEGFR-2結(jié)構(gòu)不含有Y-X-X-M序列，但仍然可以激活PI3K調(diào)節(jié)細(xì)胞遷移［11］；5）銜接蛋白Gab1可以介導(dǎo)VEGFR-2活化PI3K和細(xì)胞遷移［19］。此外，磷酸化的VEGFR-2與IQGAP1共結(jié)合也可以介導(dǎo)細(xì)胞遷移［20］。

2.2 VEGF與細(xì)胞增殖 VEGF促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖主要是通過細(xì)胞膜上VEGFR-2將細(xì)胞外信號傳遞到胞內(nèi)，激活一系列下游信號通路進(jìn)行。主要是PLC-γ-PKC-Raf-MEK-MAPK信號通路，把信號傳遞到細(xì)胞核內(nèi)啟動DNA合成［21］。Tyr1173是受體Flk-1調(diào)控血管新生的重要結(jié)構(gòu)，VEGF通路上的PLC-γ、Shb和Sck都可結(jié)合到Tyr 1173位點(diǎn)［11］。但對通路上Shb和Sck的作用及機(jī)制目前尚不明確，有待進(jìn)一步研究。

2.3 VEGF與細(xì)胞活性 VEGFR-2介導(dǎo)的VEGF信號通路位點(diǎn)PI3K，能調(diào)控人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的存活，而活化的PI3K可以催化PIP2生成PIP3，激活磷酸化蛋白激酶（PKB/Akt）［22］，Akt能夠使Bcl-2相關(guān)凋亡啟動子（BAD）和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶9（caspase 9）磷酸化，而BAD和caspase 9是細(xì)胞凋亡調(diào)控蛋白。整合蛋白αvβ3對新生血管存活至關(guān)重要。VEGFR-2和αvβ3整合蛋白結(jié)合可以增加VEGFR-2和Akt的活性［23］。此外，最近研究發(fā)現(xiàn)磷酸化的VEGFR-2協(xié)同結(jié)合位點(diǎn)IQGAP1，通過抑制其內(nèi)在的GTPase活動來激活I(lǐng)QGAP1［20］，與Rac1結(jié)合調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞的活性。VEGF信號可以活化內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）生成一氧化氮（NO），引起血管通透性改變。血管通透性的增加能促進(jìn)血漿蛋白在細(xì)胞基質(zhì)中沉積，為血管內(nèi)皮細(xì)胞的生長提供臨時基質(zhì)［6］，同時也利于大分子滲出從而促進(jìn)細(xì)胞遷移。

此外，研究表明破骨細(xì)胞能促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞成血管作用，其效應(yīng)受VEGF調(diào)控［24］。Engsig等通過對移植體外大鼠跖骨的研究，發(fā)現(xiàn)血管重建與破骨細(xì)胞再生同時發(fā)生［25］。骨細(xì)胞也通過VEGF-MAPK依賴性通路參與血管重建，Prasadam等發(fā)現(xiàn)在骨細(xì)胞MLOY4 CM中，阻斷VEGF通路，成血管性表型和基因表達(dá)會通過ERK通路減少，骨細(xì)胞分泌的VEGF能夠調(diào)節(jié)多種成血管性蛋白的合成和成血管細(xì)胞的受體系統(tǒng)［13］。也有研究證實(shí)作為VEGF的同族體胎盤生長因子（PlGF）只特異性地與VEGFR-1結(jié)合，隨之啟動VEGF信號通路，參與壞死區(qū)域的修復(fù)［26］。FGF-2也可能通過VEGF受體間接地參與血管重建［27］。

3 VEGF在ONFH修復(fù)中的成骨作用

VEGF不僅對股骨頭血管再生具有重要的調(diào)控作用，還可以調(diào)節(jié)成骨性細(xì)胞在股骨頭壞死區(qū)域的遷移、分化、增殖，促進(jìn)股骨頭壞死組織的修復(fù)［28］。壞死骨的重吸收和隨后的新骨的形成是骨重建中兩個重要部分，其中破骨細(xì)胞是壞死骨組織重吸收的關(guān)鍵細(xì)胞，而成骨細(xì)胞則主要參與骨的礦化和骨基質(zhì)沉淀，最后填充被破骨細(xì)胞吸收的陷窩。

3.1 VEGF與成骨細(xì)胞 VEGF能通過影響成骨細(xì)胞直接或間接調(diào)節(jié)壞死骨的修復(fù)。其途徑有以下幾種：1）VEGF通過內(nèi)皮細(xì)胞調(diào)控骨重建過程，骨形成前體細(xì)胞沿著血管遷移到前體細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化的損傷區(qū)域；2）VEGF通過血管分泌相關(guān)機(jī)制，刺激內(nèi)皮細(xì)胞分泌成骨性因子，促進(jìn)骨祖細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化［29］；3）VEGF還可以直接作用于成骨細(xì)胞。成骨細(xì)胞可分泌VEGF及VEGFR，這可以調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞的趨化、分化和擴(kuò)散［30］。有研究表明VEGF抑制劑導(dǎo)致體外培養(yǎng)的成骨細(xì)胞分化減慢；選擇性敲除小鼠骨祖細(xì)胞的VEGFR-1、VEGFR-2，導(dǎo)致小鼠的骨小梁明顯減少；同時小鼠的成骨細(xì)胞的分化明顯減少，這可能與VEGF調(diào)控的RUNX2介導(dǎo)反應(yīng)減少有關(guān)［12］。

研究表明，成骨相關(guān)因子（如BMP、PDGF等）和成血管相關(guān)因子（如VEGF）在壞死修復(fù)過程具有協(xié)同作用，其共同組成的微環(huán)境在修復(fù)過程中必不可少［31］。轉(zhuǎn)錄因子Osterix（OSX）作為BMP-2誘導(dǎo)成骨細(xì)胞轉(zhuǎn)錄的特異性因子，在骨重建中必不可少，其能通過脯氨酸富有蛋白（PRR）激活VEGF信號通路調(diào)控VEGF在成骨細(xì)胞中的表達(dá)［32］。TNF-A，TGF-A和PDGF亦可通過VEGF結(jié)構(gòu)上的-50~-96 bp G+C-豐富區(qū)誘導(dǎo)生成VEGF［33］。PDGF還能避免因VEGF使得內(nèi)皮細(xì)胞分化、增殖和聚集形成相對過量導(dǎo)致的血管畸形的發(fā)生［34］。3.2 VEGF與破骨細(xì)胞 破骨細(xì)胞分化、激活、存活的調(diào)控主要是通過集落刺激因子-1/巨噬集落刺激因子（M-CSF）和核轉(zhuǎn)錄因子配體（RANK ligand）完成［35］。通過對M-CSF缺失的骨硬化癥小鼠的研究發(fā)現(xiàn)其破骨細(xì)胞、骨細(xì)胞的明顯減少［36］，然而，在骨硬化癥小鼠破骨細(xì)胞形成過程中，VEGF能替代M-CSF促進(jìn)其形成；這與VEGF能增強(qiáng)破骨細(xì)胞的再生能力和重吸收有關(guān)［37］，可能是由于VEGF是破骨細(xì)胞再生的重要刺激因子［38］。此外，VEGF還可通過VEGF/VEGFR-2通路增強(qiáng)破骨細(xì)胞的骨重吸收和存活能力［24］。Liu等［12］通過VEGFR-1缺失小鼠與正常小鼠的對照研究發(fā)現(xiàn)VEGFR-1缺失組小鼠骨髓細(xì)胞和破骨細(xì)胞的形成顯著增加。另外，VEGF還能通過刺激轉(zhuǎn)錄因子RUNX2和抑制轉(zhuǎn)錄因子PPARc2，調(diào)控骨髓干細(xì)胞（MSCs）的分化［38］。

4 中醫(yī)藥對VEGF調(diào)節(jié)作用

大量的研究表明，中醫(yī)藥可通過多種途徑調(diào)節(jié)VEGF表達(dá)，促進(jìn)骨血管新生和股骨頭壞死的修復(fù)。高冬等［39］研究發(fā)現(xiàn)血府逐瘀湯通過VEGF/VEGFR通路促血管新生，誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移和血管形成，促進(jìn)壞死區(qū)域修復(fù)。李引剛等［40］發(fā)現(xiàn)復(fù)元活血湯可以上調(diào)動物模型骨折早期斷端局部VEGF、BMP-2表達(dá)水平，增加骨折斷端局部骨痂厚度。高云等［41］發(fā)現(xiàn)海螵蛸能夠提高骨折早期VEGF mRNA的表達(dá)，并且能夠在達(dá)到峰值后VEGF mRNA的表達(dá)量于中后期維持于相對較高水平，促進(jìn)骨折早期骨痂新生微血管增生，加速骨折后期骨痂內(nèi)微血管完善，從而促進(jìn)骨折愈合。桃紅四物湯能夠有效提高VEGF表達(dá)，增強(qiáng)微血管增生，而其中木香與紅花進(jìn)行配伍能夠較為顯著地提高VEGF表達(dá)水平［42］。

5 小結(jié)與展望

VEGF對股骨頭壞死區(qū)新血管生成和壞死骨組織修復(fù)具有至關(guān)重要的作用。在股骨頭壞死發(fā)生發(fā)展過程中，缺氧缺血可以上調(diào)HIF-1α，誘導(dǎo)上調(diào)VEGF的表達(dá)，隨后通過與VEGFR-1、VEGFR-2等結(jié)合調(diào)控成血管性細(xì)胞增殖、遷移、存活、凋亡和血管通透性的增加，進(jìn)而促進(jìn)壞死區(qū)域血管新生；同時，VEGF還調(diào)節(jié)骨重建中成骨、破骨細(xì)胞的功能，促進(jìn)壞死區(qū)域的重吸收和新骨的形成。VEGF促進(jìn)骨損傷的修復(fù)相關(guān)研究也取得不少的成果，這對臨床上利用VEGF組織工程材料治療早期股骨頭壞死提供了基礎(chǔ)，對股骨頭壞死治療方法進(jìn)一步完善也具有指導(dǎo)意義。但VEGF在ONFH修復(fù)中促成骨作用是怎樣通過VEGF信號通路實(shí)現(xiàn)的，除此之外還有哪些相關(guān)通路也參與其中等都有待進(jìn)一步深入研究；再有，在股骨頭壞死修復(fù)的微環(huán)境中，成骨相關(guān)因子（如MMP、BMP、PDGF、IGF等）與VEGF成血管/成骨協(xié)同作用機(jī)制，也有待進(jìn)一步研究。此外，在股骨頭壞死修復(fù)中成骨、成血管兩個關(guān)鍵部分又是通過什么機(jī)制緊密聯(lián)系并相輔相成，目前其機(jī)制尚不明確，值得進(jìn)一步研究。

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R684

A

1004-745X（2015）04-0653-04

10.3969/j.issn.1004-745X.2015.04.031

2015-01-28）

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（81273770）；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目 （81373669）；浙江省科技廳重大專項(xiàng)（2012C13017-2）；浙江省中西醫(yī)結(jié)合骨關(guān)節(jié)病研究科技創(chuàng)新團(tuán)隊（2011R50022）；浙江省骨關(guān)節(jié)疾病中醫(yī)藥干預(yù)技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（2013E10024）

△通信作者（電子郵箱：luocheng981985300@163.com）