心肌缺血的分子再血管化
作者：郑 哲 胡盛寿
单位：北京市，中国医学科学院 中国协和医科大学 心血管病研究所 阜外心血管病医院 瓣膜及辅助循环研究室 100037
关键词：心肌缺血 血管内皮细胞生长因子 成纤维细胞生长因子
中国循环杂志990133 摘要 应用促血管生成因子(AF)的蛋白多肽或表达基因治疗心肌缺血的分子再血管化技术成为人们关注的热点。AF包括一大类蛋白多肽,其中血管内皮细胞生长因子(VEGF)和成纤维细胞生长因子(FGF)的研究最为深入,心肌缺血时VEGF和FGF及其受体表达增加,应用外源VEGF或FGF可以促进侧支和新生血管生成、改善血液灌注及减少缺血面积。心肌缺血的基因治疗是将AF的表达基因转入心脏,在局部产生表达蛋白发挥作用,一系列动物实验证实了其可行性。尽管目前仍有许多问题有待解决,但分子再血管化为终末期冠心病治疗提供了新的希望。
, 百拇医药
人们一直在研究各种改善心肌血液灌注的方法以治疗心肌缺血性疾病,Beck的网膜、骨骼肌心肌固定和心包撒粉,Vineberg的内乳动脉心肌内植入以及Sen等的心肌针刺打孔等方法,但疗效都欠佳。随着冠状动脉旁路移植术和经皮冠状动脉腔内成形术的开展,冠心病的治疗进入了一个新的阶段。但对于一些冠状动脉弥漫性病变、远端血管过细、多次手术或缺乏动静脉移植物等的病人仍无法进行以上的再血管化治疗。近年随着分子生物学技术的进展,用促血管生成因子(AF)或其表达基因促进缺血心肌侧支和新生血管生成的方法倍受人们的重视,这一方法被称为分子再血管化或分子旁路。
1 促血管生成因子
AF包括一大类可促进新生血管生成的蛋白多肽,目前已分离纯化和克隆的有:成纤维细胞生长因子(FGF)、血管内皮细胞生长因子(VEGF)、血小板衍生生长因子(PDGF)、转化生长因子(TGF)、肿瘤坏死因子(TNF)和Angiogenin等。FGF和VEGF的研究最为深入和广泛。FGF是AF中最早被提纯的,有碱性和酸性两种形式,具有肝素亲和性,可刺激内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞、表皮细胞等多种细胞增殖。VEGF是肝素结合的糖蛋白二聚体,是目前已知的最特异的促血管生成的细胞生长因子,因其信使核糖核酸(mRNA)的剪切方式不同,有多种氨基酸序列,VEGF的特异性受体flt-1和KDR/flk-1属于酪氨酸激酶类受体,只位于血管内皮细胞上。VEGF与其它AF的不同在于:①是一种可分泌蛋白;②仅作用于血管内皮细胞。体外实验证明VEGF和FGF都可以促进新生血管生成。
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2 促血管生成因子在心肌缺血时的表达和治疗作用
心肌缺血时可出现AF的表达增加,心肌梗死病人和急性缺血动物心肌的VEGF、FGF及其受体flt-1、flk-1和FGFR-1的表达都明显增强[1,2]。Xie等[3]发现鼠心肌缺血时新生毛细血管明显增多,免疫组化染色显示碱性FGF增多,提示AF可能是缺血诱发血管生成的中介因子。有人认为缺血是AF促血管生成作用的必要条件,缺血时内源性AF表达增强可能对外源性AF的促血管生成作用有放大效应。Harada等[4]在慢性缺血的心肌表面持续给予VEGF重组蛋白,使缺血区血流明显增加、心肌内血管密度增加。在兔冠状动脉内注射碱性FGF也可以增加侧支循环和减少心肌梗死面积[5]。在动物实验成功基础上,Schumacher等[6]对20例左冠状动脉前降支或对角支存在周围狭窄的病人,完成内乳动脉与前降支的吻合之后,在狭窄血管周围注射碱性FGF,12周后造影检查示注射部位周围血管网形成,血管网从冠状动脉近段跨过狭窄与远段血管连接,尽管没有血液动力学方面改善的证据,但为进一步临床应用提供了依据。除此之外,AF作为辅助的治疗手段被研究,如在血管植入支架的内层涂抹VEGF促进内皮化,以减少再狭窄和血栓形成并发症的发生。
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3 心肌缺血的基因治疗
由于重组蛋白半衰期短(VEGF仅约6分钟),需反复给药,且可能引起全身或其它部位的副反应。心肌缺血的基因治疗将AF的表达基因导入心脏组织,在局部表达产生蛋白多肽而发挥作用,这类似于缓释剂,所以更加安全有效。心血管系统常用的基因治疗方式有两种:一种是在体外培养细胞如血管内皮细胞等导入外源基因,再将转染的细胞植入体内;另一种是通过载体直接将表达基因导入心血管组织。常用的载体有脂质体—质粒复合体、质粒或裸露脱氧核糖核酸(DNA)和病毒,病毒载体包括腺病毒、逆转录病毒、腺病毒辅助病毒和单纯疱疹病毒等。
基因治疗被认为可以改变动脉粥样硬化的危险因素如治疗高脂血症等,但心肌缺血的基因治疗尚处尝试阶段。编码VEGF的质粒已被用于治疗周围血管栓塞的病人,并取得一定疗效[7],但质粒对心肌的转染效率似乎不高。腺病毒转染效率要高得多,Magovern等[8]在心肌内直接注射编码VEGF的复制缺陷性腺病毒,发现其表达产物可在注射点周围1.5 cm的范围内维持7天以上,不会对心脏功能、肝功能、肾功能等造成影响,也未见远隔器官的转染。Mack等[9]将之用于慢性缺血的猪心上,发现4周后心肌缺血面积减少、节段功能改善、侧支循环增多。Giordano等[10]在缺血猪心脏冠状动脉内注射FGF的腺病毒也取得明显的疗效。他们认为,以基因方法治疗心肌缺血将是一项很有前途的治疗手段。
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4 展望
虽然动物实验和有限的临床应用表明分子再血管化是可行和有效的方式,但到临床应用还有很多问题有待解决。VEGF和FGF血管内给药可能导致致命的低血压,还可能引起肿瘤、关节、视网膜等部位不必要的血管生成,其安全性有待进一步验证。较重组蛋白而言,基因治疗是一项诱人的手段,但目前的载体尚有缺陷,裸露基因或质粒安全,但转染效率低;腺病毒转染效率比质粒高几个数量级,但产生的部分病毒蛋白导致机体的免疫反应影响其持久效应,还有产生完全病毒的潜在危险性。此外基因治疗还有一些问题存在争议,如可能导致炎症、诱发突变和肿瘤形成等。虽然AF作用下数天就可以出现新生血管,但真正改善血供的时间有待进一步研究。尽管如此,分子再血管化作为一种新的治疗手段为冠心病的治疗提供新的希望。
作者简介：郑哲 男 27岁 住院医师 硕士研究生
参考文献
, http://www.100md.com 1 Banai S,Shweiki D,Pinson A,et al.Upregulation of vascular endothelial growth factor expression induced by myocarcial ischemia:implycations for coronary angiogenesis.Cardiovasc Res,1994,28:1176—1179.
2 Shinohara K,Shinohara T,Mochizuki N,et al.Expression of vascular endothelial growth factor in human heart.Heart Vessels,1996,11:113—122.
3 Xie Z,Gao M,Batra S,et al.The capillarity of left ventricular tissue of rats subjected to coronary artery occlusion.Cardiovasc Res,1997,33:671—676.
, 百拇医药
4 Harada K,Friedman M,Lopez JJ,et al.Vascular endothelial growth factor administration in chronic myocardial ischeemia.Am J Physiol,1996,270:H1791—1802.
5 Yanagisana-mina A,Uchida Y,Nakamura F,et al.Salvage of infarcted myocardium by angiogenic actin of basic fibroblast growth factor.Science,1992,257:1401—1403.
6 Schumacher B,Pecher P,von Specht BU,et al.Induction of neoangiogenesis in ischemic myocardium by human growth factors:first clinical results of a new treatment of coronary heart disease.Circulation,1998,97:645—650.
, 百拇医药
7 Takeshita S,Tsurumi Y,Couffinahl T,et al.Gene transfer of naked DNA encoding for three isoforms of vascular endothelial growth factor stimulates collateral development in vivo.Lab Invest,1996,75:487—501.
8 Magovern CJ,Mack CA,Zhang J,et al.Direct in vivo gene transfer canine myocardium using a replication-deficient adenovirus vector.Ann Thorac Surg,1996,62:425 —434.
9 Mack CA,Patel SR,Schwarz EA.Biologic bypass with the use of adenovirus-mediated gene transfer of the complementary deoxyribonucleic acid for vascular endothelial growth factor 121 improves myoxardial perfusion and function in the ischemic porcine heart.J Thorac Cardiovasc Surg,1998,115:168—177.
10 Giordano FJ,Ping P,McKirnan D,et al.Intercoronary gene transfer of fibroblast growth factor-5 increase blood flow and contractile function in an ischemic region of the heart.Nature Med,1996,2:534—539.
(收稿:1998-07-14 修回:1998-11-10), http://www.100md.com
单位：北京市，中国医学科学院 中国协和医科大学 心血管病研究所 阜外心血管病医院 瓣膜及辅助循环研究室 100037
关键词：心肌缺血 血管内皮细胞生长因子 成纤维细胞生长因子
中国循环杂志990133 摘要 应用促血管生成因子(AF)的蛋白多肽或表达基因治疗心肌缺血的分子再血管化技术成为人们关注的热点。AF包括一大类蛋白多肽,其中血管内皮细胞生长因子(VEGF)和成纤维细胞生长因子(FGF)的研究最为深入,心肌缺血时VEGF和FGF及其受体表达增加,应用外源VEGF或FGF可以促进侧支和新生血管生成、改善血液灌注及减少缺血面积。心肌缺血的基因治疗是将AF的表达基因转入心脏,在局部产生表达蛋白发挥作用,一系列动物实验证实了其可行性。尽管目前仍有许多问题有待解决,但分子再血管化为终末期冠心病治疗提供了新的希望。
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人们一直在研究各种改善心肌血液灌注的方法以治疗心肌缺血性疾病,Beck的网膜、骨骼肌心肌固定和心包撒粉,Vineberg的内乳动脉心肌内植入以及Sen等的心肌针刺打孔等方法,但疗效都欠佳。随着冠状动脉旁路移植术和经皮冠状动脉腔内成形术的开展,冠心病的治疗进入了一个新的阶段。但对于一些冠状动脉弥漫性病变、远端血管过细、多次手术或缺乏动静脉移植物等的病人仍无法进行以上的再血管化治疗。近年随着分子生物学技术的进展,用促血管生成因子(AF)或其表达基因促进缺血心肌侧支和新生血管生成的方法倍受人们的重视,这一方法被称为分子再血管化或分子旁路。
1 促血管生成因子
AF包括一大类可促进新生血管生成的蛋白多肽,目前已分离纯化和克隆的有:成纤维细胞生长因子(FGF)、血管内皮细胞生长因子(VEGF)、血小板衍生生长因子(PDGF)、转化生长因子(TGF)、肿瘤坏死因子(TNF)和Angiogenin等。FGF和VEGF的研究最为深入和广泛。FGF是AF中最早被提纯的,有碱性和酸性两种形式,具有肝素亲和性,可刺激内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞、表皮细胞等多种细胞增殖。VEGF是肝素结合的糖蛋白二聚体,是目前已知的最特异的促血管生成的细胞生长因子,因其信使核糖核酸(mRNA)的剪切方式不同,有多种氨基酸序列,VEGF的特异性受体flt-1和KDR/flk-1属于酪氨酸激酶类受体,只位于血管内皮细胞上。VEGF与其它AF的不同在于:①是一种可分泌蛋白;②仅作用于血管内皮细胞。体外实验证明VEGF和FGF都可以促进新生血管生成。
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2 促血管生成因子在心肌缺血时的表达和治疗作用
心肌缺血时可出现AF的表达增加,心肌梗死病人和急性缺血动物心肌的VEGF、FGF及其受体flt-1、flk-1和FGFR-1的表达都明显增强[1,2]。Xie等[3]发现鼠心肌缺血时新生毛细血管明显增多,免疫组化染色显示碱性FGF增多,提示AF可能是缺血诱发血管生成的中介因子。有人认为缺血是AF促血管生成作用的必要条件,缺血时内源性AF表达增强可能对外源性AF的促血管生成作用有放大效应。Harada等[4]在慢性缺血的心肌表面持续给予VEGF重组蛋白,使缺血区血流明显增加、心肌内血管密度增加。在兔冠状动脉内注射碱性FGF也可以增加侧支循环和减少心肌梗死面积[5]。在动物实验成功基础上,Schumacher等[6]对20例左冠状动脉前降支或对角支存在周围狭窄的病人,完成内乳动脉与前降支的吻合之后,在狭窄血管周围注射碱性FGF,12周后造影检查示注射部位周围血管网形成,血管网从冠状动脉近段跨过狭窄与远段血管连接,尽管没有血液动力学方面改善的证据,但为进一步临床应用提供了依据。除此之外,AF作为辅助的治疗手段被研究,如在血管植入支架的内层涂抹VEGF促进内皮化,以减少再狭窄和血栓形成并发症的发生。
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3 心肌缺血的基因治疗
由于重组蛋白半衰期短(VEGF仅约6分钟),需反复给药,且可能引起全身或其它部位的副反应。心肌缺血的基因治疗将AF的表达基因导入心脏组织,在局部表达产生蛋白多肽而发挥作用,这类似于缓释剂,所以更加安全有效。心血管系统常用的基因治疗方式有两种:一种是在体外培养细胞如血管内皮细胞等导入外源基因,再将转染的细胞植入体内;另一种是通过载体直接将表达基因导入心血管组织。常用的载体有脂质体—质粒复合体、质粒或裸露脱氧核糖核酸(DNA)和病毒,病毒载体包括腺病毒、逆转录病毒、腺病毒辅助病毒和单纯疱疹病毒等。
基因治疗被认为可以改变动脉粥样硬化的危险因素如治疗高脂血症等,但心肌缺血的基因治疗尚处尝试阶段。编码VEGF的质粒已被用于治疗周围血管栓塞的病人,并取得一定疗效[7],但质粒对心肌的转染效率似乎不高。腺病毒转染效率要高得多,Magovern等[8]在心肌内直接注射编码VEGF的复制缺陷性腺病毒,发现其表达产物可在注射点周围1.5 cm的范围内维持7天以上,不会对心脏功能、肝功能、肾功能等造成影响,也未见远隔器官的转染。Mack等[9]将之用于慢性缺血的猪心上,发现4周后心肌缺血面积减少、节段功能改善、侧支循环增多。Giordano等[10]在缺血猪心脏冠状动脉内注射FGF的腺病毒也取得明显的疗效。他们认为,以基因方法治疗心肌缺血将是一项很有前途的治疗手段。
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4 展望
虽然动物实验和有限的临床应用表明分子再血管化是可行和有效的方式,但到临床应用还有很多问题有待解决。VEGF和FGF血管内给药可能导致致命的低血压,还可能引起肿瘤、关节、视网膜等部位不必要的血管生成,其安全性有待进一步验证。较重组蛋白而言,基因治疗是一项诱人的手段,但目前的载体尚有缺陷,裸露基因或质粒安全,但转染效率低;腺病毒转染效率比质粒高几个数量级,但产生的部分病毒蛋白导致机体的免疫反应影响其持久效应,还有产生完全病毒的潜在危险性。此外基因治疗还有一些问题存在争议,如可能导致炎症、诱发突变和肿瘤形成等。虽然AF作用下数天就可以出现新生血管,但真正改善血供的时间有待进一步研究。尽管如此,分子再血管化作为一种新的治疗手段为冠心病的治疗提供新的希望。
作者简介：郑哲 男 27岁 住院医师 硕士研究生
参考文献
, http://www.100md.com 1 Banai S,Shweiki D,Pinson A,et al.Upregulation of vascular endothelial growth factor expression induced by myocarcial ischemia:implycations for coronary angiogenesis.Cardiovasc Res,1994,28:1176—1179.
2 Shinohara K,Shinohara T,Mochizuki N,et al.Expression of vascular endothelial growth factor in human heart.Heart Vessels,1996,11:113—122.
3 Xie Z,Gao M,Batra S,et al.The capillarity of left ventricular tissue of rats subjected to coronary artery occlusion.Cardiovasc Res,1997,33:671—676.
, 百拇医药
4 Harada K,Friedman M,Lopez JJ,et al.Vascular endothelial growth factor administration in chronic myocardial ischeemia.Am J Physiol,1996,270:H1791—1802.
5 Yanagisana-mina A,Uchida Y,Nakamura F,et al.Salvage of infarcted myocardium by angiogenic actin of basic fibroblast growth factor.Science,1992,257:1401—1403.
6 Schumacher B,Pecher P,von Specht BU,et al.Induction of neoangiogenesis in ischemic myocardium by human growth factors:first clinical results of a new treatment of coronary heart disease.Circulation,1998,97:645—650.
, 百拇医药
7 Takeshita S,Tsurumi Y,Couffinahl T,et al.Gene transfer of naked DNA encoding for three isoforms of vascular endothelial growth factor stimulates collateral development in vivo.Lab Invest,1996,75:487—501.
8 Magovern CJ,Mack CA,Zhang J,et al.Direct in vivo gene transfer canine myocardium using a replication-deficient adenovirus vector.Ann Thorac Surg,1996,62:425 —434.
9 Mack CA,Patel SR,Schwarz EA.Biologic bypass with the use of adenovirus-mediated gene transfer of the complementary deoxyribonucleic acid for vascular endothelial growth factor 121 improves myoxardial perfusion and function in the ischemic porcine heart.J Thorac Cardiovasc Surg,1998,115:168—177.
10 Giordano FJ,Ping P,McKirnan D,et al.Intercoronary gene transfer of fibroblast growth factor-5 increase blood flow and contractile function in an ischemic region of the heart.Nature Med,1996,2:534—539.
(收稿:1998-07-14 修回:1998-11-10), http://www.100md.com