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编号:10211455
血管内皮生长因子在缺血性心血管病的应用进展
http://www.100md.com 《重庆医学》 2000年第1期
     作者:晋军 向常青 黄岚

    单位:三军医大学新桥医院心内科 400037

    关键词:

    重庆医学000161

    1 VEGF概述

    血管内皮生长因子(VEGF vascular endothelial growth factor)又称血管通透因子(VPF vascular permeability factor),1989年由David等首先从牛垂体滤泡星状细胞培养液中被分离纯化,它被认为是一种肝素结合分子,能特异地作用于血管内皮细胞,强烈刺激其增殖,促进血管形成。它的分子量为46KD,是由两个分子量各为23KD的不同亚单位组成的二聚体,并在其NH2端有一独特的氨基酸序列,即N端含有26个疏水氨基酸构成的信号肽,其第一位氨基酸是丙氨酸,C端富含碱性氨基酸。VEGF基因全长14Kb,包含8个外显子及7个内含子,其中外显子6和7在成熟的mRNA中既可存在也可丢失。由于VEGF mRNA的剪接方式不同,存在四种VEGF变异体。根据氨基酸的长短分别命名为:VEGF206、VEGF189、VEGF165、VEGF121。
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    血管内皮细胞的表面存在着特异性的VEGF受体,VEGF通过与受体结合而诱导血管内皮细胞的增殖。VEGFs受体属酪氨酸激酶类,受体包括:fms样酪氨酸激酶(FLT1)、激酶结构域受体/胎肝激酶-1(KDR/FLK1)和FLT4三种成分。

    VEGF通过与受体结合可以产生一系列生物效应,包括:刺激内皮细胞的有丝分裂,参与内皮细胞的分化过程[1];促进毛细血管形成;提高毛细血管的通透性;引起缓慢的剂量依赖性舒张冠状动脉作用[2]

    2 VEGF与组织缺氧

    冠状动脉血液供应不足或中断是缺血性心脏病最基本的病理生理基础,由此引起心肌组织需氧与供氧的不平衡,从而引发一系列的临床症状,如:心绞痛、心肌梗塞等。而组织缺氧是这一过程的关键环节。我们知道:组织缺血缺氧会导致新生血管的增多,以增加血流量、提高缺血组织的氧供。如:高原生活的人群、动物,其肺毛细血管密度增加,增强了氧的摄取量。长期以来,推测作为缺氧引起的血管生长的媒体物质很多,但一直未得到最后确认。VEGF的发现及对其的深入研究表明,VEGF直接特异地作用于血管内皮细胞,引起内皮细胞的增殖,在新血管生成过程中起“扳机”作用。因而可以基本肯定,VEGF正是这样的重要媒介物质之一。缺氧机体通过激发VEGF的高表达,建立侧支循环来满足机体对氧的需求。大量实验证明,多种体外培养的细胞及活体组织在缺氧条件下均可诱导VEGF的产生。神经胶质瘤细胞、心肌细胞、内皮细胞、人乳腺癌成纤维母细胞、大鼠骨骼肌细胞等在缺氧条件培养后,VEGF mRNA水平显著增加[3.4]。进一步的研究表明[5],缺氧诱导VEGF表达上调也是可逆的过程,在心肌血管平滑肌细胞中,VEGF基因及蛋白表达在缺氧时增高,而在恢复常氧后其表达迅速降低,直至正常。有证据表明[6]:VEGF基因表达存在着氧敏感的调控机制。
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    心肌缺氧引起机体反馈性调节VEGF表达上调,其信号传导是由酪氨酸激酶参与完成的,VEGF的两种受体属于酪氨酸激酶受体家族,该类受体被激活后,受体蛋白本身的酪氨酸残基(位于胞浆区)发生磷酸化,同时使其具有了催化其它蛋白质磷酸化的性质,进一步被信号系统分子所识别,从而连接活化的受体传导级联反应[7]。具体的信号传导通路有:激活PLC-γ通路,Ca2+依赖通路和ras功能的调节,另外有人证实,在VEGF与其受体结合所引发的信号传导有NO/cGMP的参与[8]

    3 VEGF与心血管疾病

    冠状动脉血供的重建是治疗缺血性心脏病最有效和最根本的方式。经典的方法包括血管内溶栓,血管成形,冠脉搭桥等。而VEGF作为最主要的血管再生促进剂,能促进冠脉侧支循环的建立,它的出现无疑为缺血性心血管病的治疗,提供了新的途径。有研究者提出:“冠脉侧支循 环的建立,将大大改变冠状动脉疾病的历史”[9]
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    缺血心肌侧支循环的建立主要经过两个过程:增生和重构(Proliferation and Remodeling)[9]。增生有两种方式:毛细血管生成和血管形成(Angiogenesis and Vasculogenesis),前者指在已存在的血管上,以出芽的方式长出新的毛细血管,该过程依赖于内皮细胞的有丝分裂 ,最终增加缺血心肌的毛细血管密度,是VEGF主要的作用方式。而后者指已存在的血管,扩大形成新的肌性动脉,其形成过程不仅是内皮细胞,而且有平滑肌细胞的分裂增殖参与完成,主要作用是使局部狭窄的动脉扩大和再通。目前以VEGF为始动触发因素介导的“分子搭桥术”已成为研究的热点,并已取得一系列成果:1994年,Banai、Harada等[10.11]在冠脉狭窄、闭塞的动物模型中,应用VEGF蛋白冠脉内注射,每日一次,28天后发现:实验组与对照组相比,侧支血管增加40%,心肌内分布的血管密度增加89%,并可改善冠脉血流,侧支循环血管形成的数量随VEGF剂量的增加而增加[12]。在家兔后肢血管闭塞模型中,Takeshita、Bauters、Asahara等分别使用重组VEGF蛋白肌肉注射[2]、静脉注射[13]、动脉内注射[14]等治疗方法,均取得相似结果。但由于VEGF在循环中的半衰期很短(<6min)[12],故在实际应用中极不稳定,且造价高,不适于广泛推广。鉴于裸露DNA在血流中很快降解,未被摄入至肌肉的DNA即被破坏,大大减少了毒性反应、免疫反应等不良后果,Takeshita等[15]因而开始探讨裸质粒DNA无载体的转基因方法应用于家兔后肢血管闭塞模型,治疗缺血性疾病。实验采用重组人VEGF编码的裸质粒DNA溶液,涂抹于水凝胶球囊导管头部表面,送入所结扎动脉,扩张球囊,促进血管平滑肌细胞(SMC)对质粒DNA的摄取。30天后髂内动脉造影,定量分析,结果发现:转基因组与对照组相比,缺血区毛细血管密度差异显著(0.77±0.06;0.51±0.02 p<0.0001),应用动脉内多普勒探测,局部血管血流增加、压力升高。Tsurumi等[16]另一组裸质粒DNA转基因实验也取得相似的结果,他们在同样的兔后肢缺血模型中,采用裸质粒DNA直接注射入缺血肢体肌肉的方法,经RT-PCR证实,这种质粒DNA可以复制,并能在相当长的时间内稳定地表达所编码的蛋白质,说明尽管裸质粒DNA转染效率不高,但其生物效应是显著的,除裸基因直接转染外,目前已构建的可用于转染VEGF基因的载体有:DEAE-右旋糖酐、疱疹病毒、腺病毒及脂质体等[17.18.19]
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    美国Isner等[20]在总结前人成果的基础上,经美国FDA和NIH批准,应用球囊导管直接转染VEGF质粒DNA技术开始临床试用,治疗肢体缺血性疾病。目的是证实phVEGF165基因治疗的有效性,探索适宜的治疗剂量,为今后进一步应用于缺血性心脏病打下基础。病例选择为非手术治疗不满意、伴有静息痛或缺血性溃疡、存在截肢危险、年龄大于40岁的患者。共有22例患者参加治疗,前两名各接收100μg质粒DNA,接着两名各接收300μg,在证实安全的情况下,将其余的18例分为3组,分别接收1000μg,2000μg,4000μg,该实验计划观测时间为12个月。从其初步结果预测,VEGF基因治疗用于临床的前景充满希望。

    VEGF除用于缺血性疾病的治疗外,还可用于冠脉内支架植入术后,Van等[21.22]在64只家兔髂外动脉内植入血管支架后,实验组利用球囊局部给予重组VEGF蛋白100mg,结果发现:实验组支架部位血栓形成与对照组比较大大减少(5.3±3.7% vs 29.3±6.8% p=0.006),同时,实验组血管内支架内皮化在7天达到91.8%,而对照组支架内皮化在7天不到40%。说明在血管内支架植入后应用VEGF,对减少血栓形成所引起的再狭窄的发生具有重要意义,有益于血管支架在临床的进一步广泛应用。Asahara[23]等在29只SD大鼠建立颈动脉球囊损伤模型,其中实验组(n=16)局部给予VEGF100μg,30min。对照组(n=13)给予生理盐水,分别于2周、4周后观察受损颈动脉的病理改变,发现实验组血管内皮化面积显著高于对照组(p<0.01),局部血管平滑肌细胞增生则明显低于对照组(p<0.05)。说明VEGF可加速损伤血管内皮的再生,同时抑制损伤后血管中膜层的增厚。
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    此外,VEGF可作为一项监测指标,早期诊断急性心肌缺血。Seko[24]等在19例急性心肌梗塞早期临床病人血清中发现,其VEGF水平与正常人相比显著升高(252.4±158.1pg/ml vs未测到),而再灌注之后其血清水平随即下降,甚至达正常范围。由此推测:血清VEGF水平的高低可作为临床病人早期心肌缺血重要的敏感指标之一。

    4 目前及今后研究中尚待解决的问题

    尽管VEGF已显示出其潜在的治疗意义,但在实际应用中仍存在一些问题[25]:(1)在编码VEGF的裸质粒DNA肌肉注射、球囊导管转染以及应用其它载体的转基因方法中,哪一种是最有效的,最适于在临床应用的。(2)在应用重组的VEGF蛋白或基因转染治疗缺血性疾病时,对人体会有哪些毒副作用,应当如何避免。(3)应用VEGF可以在缺血区产生新生血管,但在生长因子作用消失后,这些新生血管又可以维持多久?(4)在缺血区,VEGF可以产生新生血管,那么在非缺血区VEGF是否也可以刺激新生血管的产生?⑤与冠脉搭桥、血管成形术等介入治疗相比,应用VEGF产生新生血管是否是最佳选择?
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    5 结 语

    VFGF作为一种近年来新发现的、具有多种生物学活性、广泛生理功能的细胞生长因子,它的作用特点、生理特性正逐步被人们所认识、利用。针对其促进血管生成的特点,一方面:完善目前转基因治疗已取得的成果,进一步深入发展到临床应用。另一方面:是否能够开发利用某种外源性的干预因素,使其在需要侧支循环生成的心血管疾病中,高水平表达,促进新生血管的生成。而在需要抑制血液供应的肿瘤等组织中,低水平甚至完全不表达。充分利用其特性,完善其生理功能,更好地应用于临床,相信这将是目前及今后研究的方向和重点。

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