血管内皮细胞生长因子与大肠癌关系的研究进展
作者：彭铁立 刘重贞 徐少勇
单位：郧阳医学院附属太和医院消化内科 十堰 442000
关键词：
郧阳医学院学报990337 血管内皮细胞生长因子(Vascular endothelial growth factor, VEGF)是一种特异地作用于内皮细胞的多功能因子，对诱导和调节肿瘤血管形成有重要作用。VEGF最早由Senger等于1983年报道，他们在无血清的癌细胞培养介质和癌性腹水中发现一种分子量为34～42 kD的肝素结合型蛋白，能使正常豚鼠血管渗透性明显增高，故当时命名为血管渗透因子(Vascular permeability factor，VPF)[1]。此后一些实验室相继从牛垂体滤泡细胞中分离出一种蛋白质，它对培养的内皮细胞有选择性促分裂作用，称之为VEGF[2]，后经N端氨基酸序列和其它结构特征分析证实，VEGF和VPF是同一种蛋白质。近年来有关VEGF的研究进展迅速，VEGF在肿瘤、心血管疾病和创伤修复方面的作用和应用前景引人注目。本文仅就VEGF的结构、生物学特性及功能、以及其与大肠癌的关系作一综述。
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1 VEGF的结构
人VEGF的基因结构已研究清楚，位于染色体的6p21，3[3]，该基因全长为28 kb，编码VEGF的基因长约14 kb，由8个外显子和7个内含子交替构成，编码产物为34～42 kD的同源二聚体糖蛋白。VEGF基因经过转录水平的剪切，可产生成4种不同的转录子，其中VEGF206含有8个外显子序列，VEGF189和VEGF165分别缺失了部分或全部第6外显子，VEGF121缺失了第6，7外显子。VEGF因为其基因选择性地剪切而影响所翻译的蛋白质性质。VEGF121分泌后呈可溶性形式存在，没有结合肝素的特性，VEGF165分泌后可以和细胞膜或基膜或细胞外基质含有肝素VEGF的糖蛋白结合，也可以呈可溶性形式存在，而VEGF189和VEGF206分泌后几乎全部和含肝素的糖蛋白结合，测不出游离部分。由于VEGF一般是以游离形式发挥作用，因此，有人认为结合型VEGF可能是一种储备形式，当机体需要时，通过蛋白水解酶的调节作用，使其释放出来。
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VEGF的结构具有高度的保守性。它是一种肝素结合型蛋白，由2个分子量为17-22KD的相同亚基经过二硫键连接而成的二聚体，亚基之间的二硫键如被还原，则丧失所有生物学活性。VEGF的等电点为8.5，因其表面有许多阳离子而呈弱碱性，有很强的耐热和耐酸能力[4，5]。Kech等发现VEGF的氨基酸序列与血小板源生长因子(Platelet-derived growth factor，PDGF)的B链有18%的同源性，PDGF-B链的全部8个半胱氨酸在VEGF中全部保留，故认为VEGF可能属于PDGF家族成员[6]。
2 VEGF的表达及其调节
在正常人和动物组织中VEGF的合成水平较低，但在胎儿组织及正在进行生理性血管生长的组织中，VEGF合成水平较高。在女性生殖系统中存在血管的自然发生过程，包括卵泡的发育、黄体的形成、子宫内膜的增生和受精卵在内膜的种植，VEGF参与每个过程，在血管形成的部位均有VEGFmRNA的表达。在黄体形成期VEGFmRNA表达增加，而在黄体萎缩期则无VEGFmRNA的表达[7]。另外，在成人的器官如肺、肾、心脏、肾上腺、肝脏以及胃粘膜和腹膜的巨噬细胞均可表达VEGFmRNA。VEGF也参与很多病理过程，在很多恶性肿瘤均有VEGF和其mRNA的表达，特别是在肿瘤组织坏死周围的血管增生丰富的部位[8]。此外，在缺血的心肌[9]、增殖型糖尿病视网膜病变[10]及类风湿性关节炎滑膜[11]等也有VEGFmRNA及其蛋白的高表达。
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VEGF表达的调节机制目前还不甚清楚。大量体内外实验已表明，缺氧和缺血是刺激VEGF合成的重要因素[12]。Goldberg等观察到VEGF在序列上具有氧敏感基因——促红素基因[13]，使得多年来人们观察到的氧对VEGF表达的调节作用在基因水平上找到依据。用放线菌素D和放线茵酮分别阻断转录过程和蛋白合成，证实缺氧对VEGFmRNA表达的调节是在转录和转录后水平[14]。此外，VEGF在女性生殖系统的表达呈现出周期性和时相性改变，提示VEGF的表达可被激素所调控[15]。另外，一些癌基因及抑癌基因如ras基因[16-17]、P53基因[18]以及一些细胞因子如转化生长因子α(TGF-α)、转化生长因子β(TGF-β)、表皮生长因子(EGF)、PDGF等对VEGF表达有正调节作用[19-21]。有报道，一氧化氮(NO)对VEGF表达也有调节作用[22]。
, 百拇医药 3 VEGF受体(VEGFR)
VEGF通过与其受体结合而发挥生物学效应。VEGFR属酪氨酸激酶受体家族第三亚型，目前发现至少有3种受体与VEGF有关，包括VEGFR1/flt-1 VEGFR2/KDR/flk-1 和VEGFR3/flt-4。flt-1和flk-1是VEGF的高亲和受体，主要在内皮细胞表达，但在单个核细胞和黑色素瘤细胞株也有表达，flt-4在胚胎时期存在于血管母细胞，随着细胞分化，最后局限于淋巴管内皮细胞，VEGF并不与flt-4结合，而是VEGF-C与其结合[11]。
VEGFR有不同的作用。体外实验表明，flk-1对VEGF的亲和力大于flt-1，表达flk-1的细胞对VEGF的刺激显示剧烈改变，包括细胞形态、肌动蛋白重组、趋向性、迁移性和分裂活性的改变，而表达flt-1的细胞则缺乏这些反应。表达VEGFRmRNA的肿瘤组织中血管内皮细胞上常伴有flk-1mRNA的相应表达，固有人认为：flt-1和flk-1参与血管发育的不同阶段，flt-1对血管的早期建立和静止期的内皮细胞有重要作用，与调节内皮细胞间的相互作用，以及内皮细胞与基膜间的相互作用有关[23]，而与内皮细胞对VEGF的促分裂和促渗透性刺激的反应无关，flk-1则主要在血管形成过程中起重要的调节作用[24]。
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4 VEGF的生物学功能
VEGF的生物学功能主要有三种：其一、能增加血管尤其是微小血管的渗透性，使血浆大分子物质外渗[1]，它这种作用甚至比组胺还强5万倍[25]。其二，VEGF是一种选择性促血管内皮细胞有丝分裂原，在体外可促进内皮细胞生长，在体内可诱导血管的发生[26]。有证据显示，VEGF的表达与组织中微血管密度及新生血管的数量密切相关[27]。其三，VEGF可改变细胞外基质，以利于血管生长。VEGF可诱导内皮细胞表达血浆蛋白溶酶原激活物、组织因子、基质胶原酶等，激发VIII因子从内皮细胞中释放[28]，这些作用可改变细胞外基质，使其易于血管的生长。此外，VEGF还有强烈的胞质聚钙作用[29]。
5 VEGF与大肠癌
VEGFmRNA虽然在一些正常组织中有表达，但在许多人类肿瘤组织及培养的肿瘤细胞株中却有显著的高水平表达[30]，其受体mRNA亦在肿瘤组织内的血管内皮细胞上有相应水平的表达，说明VEGF与肿瘤的生长密切相关。Brown等对17例结肠癌标本用原位杂交法证实，VEGFmRNA在所有结肠癌标本中均有表达，其中13 例的恶性上皮细胞表达尤其强烈，而对照组正常的结肠组织却无VEGFmRNA的表达或仅有轻微表达，在这17例结肠癌标本中，其中10例用免疫组化方法显示，癌细胞VEGF染色呈阳性，邻近血管的内皮细胞上也有部分VEGF阳性染色，且同时也有flt-1mRNA和flk-1mRNA的表达，而远离癌组织的内皮细胞既没有VEGF阳性染色也不表达flt-1mRNA或flk-1mRNA，这个结果提示VEGF与结肠癌的血管形成及其生长密切相关[31]，Konno检测了26例大肠癌病人组织中VEGF的水平，发现肿瘤组织中VEGF水平明显高于肿瘤周围正常组织中VEGF水平，且与肿瘤大小明显相关，而与其它临床病理学指标无关，他同时进行了动物实验证实移植了大肠癌细胞株的裸鼠中，肿瘤组织VEGF水平与肿瘤重量显著相关，而与肿瘤肝脏转移的数量无关[32]，这提示了结肠癌细胞产生的VEGF主要促进肿瘤的生长。
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一般认为，VEGF促进肿瘤生长的机制是：一方面，VEGF可增强血管的通透性，引起血浆蛋白(主要是纤维蛋白原)的外渗，沉积在血管外的基质中，为肿瘤细胞的生长和新生毛细血管网的建立提供了最佳基质。另一方面，VEGF与其受体结合，发挥其特异性的内皮细胞分裂原活性，刺激血管内皮细胞的增殖，从而促进血管的形成，丰富血管网的建立，为肿瘤的生长提供了充足的养份[30]。
VEGF不仅与大肠癌的生长密切相关，还与其转移及预后密切相关。Takahashi等对52例结肠癌和10例结肠腺瘤标本的免疫组化研究显示，在有转移的癌组织中VEGF染色阳性显著强于无转移的癌组织和腺瘤组织，在有转移的癌组织中的血管计数也明显高于无转移的癌组织和腺瘤组织，从而证实，VEGF不仅与血管发生增殖有关，并直接与肿瘤的转移相关，可作为判断预后的指标[33]。Dirix等用ELISA法检测了一系列癌症患者(其中包括47例大肠癌患者)血清中的碱性成纤维细胞生长因子(bfGF)和VEGF水平，发现术前bFGF或VEGF血清学水平有升高的病人中，大部分病人术后一月其血清学水平恢复正常，并提示VEGF/bFGF水平与肿瘤浸润动力学密切相关，可提供预后信息[34]。
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由于VEGF的表达无论是与血管的生成，还是与肿瘤细胞的生长、浸润、转移都有密切关系，因而检测组织中VEGF的表达将有利于大肠癌的早期诊断、病情估计、治疗方案的选择及预后的判断，同时也可通过抑制和阻断VEGF在肿瘤组织中的表达或阻断VEGF与其受体的结合，从而达到抑制肿瘤生长和转移的目的。已有人用动物验证实VEGF中和抗体对结肠癌有抗肿瘤和抗转移作用[35]。另有实验显示：将载有编码flt-1胞外部分cDNA的腺病毒载体局部转导给大肠癌动物模型的肿瘤组织内时，可抑制大肠癌的生长和转移[36]，这些试验为治疗大肠癌带来了有希望的前景。
参考文献
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(1998-12-16 收稿), http://www.100md.com
单位：郧阳医学院附属太和医院消化内科 十堰 442000
关键词：
郧阳医学院学报990337 血管内皮细胞生长因子(Vascular endothelial growth factor, VEGF)是一种特异地作用于内皮细胞的多功能因子，对诱导和调节肿瘤血管形成有重要作用。VEGF最早由Senger等于1983年报道，他们在无血清的癌细胞培养介质和癌性腹水中发现一种分子量为34～42 kD的肝素结合型蛋白，能使正常豚鼠血管渗透性明显增高，故当时命名为血管渗透因子(Vascular permeability factor，VPF)[1]。此后一些实验室相继从牛垂体滤泡细胞中分离出一种蛋白质，它对培养的内皮细胞有选择性促分裂作用，称之为VEGF[2]，后经N端氨基酸序列和其它结构特征分析证实，VEGF和VPF是同一种蛋白质。近年来有关VEGF的研究进展迅速，VEGF在肿瘤、心血管疾病和创伤修复方面的作用和应用前景引人注目。本文仅就VEGF的结构、生物学特性及功能、以及其与大肠癌的关系作一综述。
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1 VEGF的结构
人VEGF的基因结构已研究清楚，位于染色体的6p21，3[3]，该基因全长为28 kb，编码VEGF的基因长约14 kb，由8个外显子和7个内含子交替构成，编码产物为34～42 kD的同源二聚体糖蛋白。VEGF基因经过转录水平的剪切，可产生成4种不同的转录子，其中VEGF206含有8个外显子序列，VEGF189和VEGF165分别缺失了部分或全部第6外显子，VEGF121缺失了第6，7外显子。VEGF因为其基因选择性地剪切而影响所翻译的蛋白质性质。VEGF121分泌后呈可溶性形式存在，没有结合肝素的特性，VEGF165分泌后可以和细胞膜或基膜或细胞外基质含有肝素VEGF的糖蛋白结合，也可以呈可溶性形式存在，而VEGF189和VEGF206分泌后几乎全部和含肝素的糖蛋白结合，测不出游离部分。由于VEGF一般是以游离形式发挥作用，因此，有人认为结合型VEGF可能是一种储备形式，当机体需要时，通过蛋白水解酶的调节作用，使其释放出来。
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VEGF的结构具有高度的保守性。它是一种肝素结合型蛋白，由2个分子量为17-22KD的相同亚基经过二硫键连接而成的二聚体，亚基之间的二硫键如被还原，则丧失所有生物学活性。VEGF的等电点为8.5，因其表面有许多阳离子而呈弱碱性，有很强的耐热和耐酸能力[4，5]。Kech等发现VEGF的氨基酸序列与血小板源生长因子(Platelet-derived growth factor，PDGF)的B链有18%的同源性，PDGF-B链的全部8个半胱氨酸在VEGF中全部保留，故认为VEGF可能属于PDGF家族成员[6]。
2 VEGF的表达及其调节
在正常人和动物组织中VEGF的合成水平较低，但在胎儿组织及正在进行生理性血管生长的组织中，VEGF合成水平较高。在女性生殖系统中存在血管的自然发生过程，包括卵泡的发育、黄体的形成、子宫内膜的增生和受精卵在内膜的种植，VEGF参与每个过程，在血管形成的部位均有VEGFmRNA的表达。在黄体形成期VEGFmRNA表达增加，而在黄体萎缩期则无VEGFmRNA的表达[7]。另外，在成人的器官如肺、肾、心脏、肾上腺、肝脏以及胃粘膜和腹膜的巨噬细胞均可表达VEGFmRNA。VEGF也参与很多病理过程，在很多恶性肿瘤均有VEGF和其mRNA的表达，特别是在肿瘤组织坏死周围的血管增生丰富的部位[8]。此外，在缺血的心肌[9]、增殖型糖尿病视网膜病变[10]及类风湿性关节炎滑膜[11]等也有VEGFmRNA及其蛋白的高表达。
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VEGF表达的调节机制目前还不甚清楚。大量体内外实验已表明，缺氧和缺血是刺激VEGF合成的重要因素[12]。Goldberg等观察到VEGF在序列上具有氧敏感基因——促红素基因[13]，使得多年来人们观察到的氧对VEGF表达的调节作用在基因水平上找到依据。用放线菌素D和放线茵酮分别阻断转录过程和蛋白合成，证实缺氧对VEGFmRNA表达的调节是在转录和转录后水平[14]。此外，VEGF在女性生殖系统的表达呈现出周期性和时相性改变，提示VEGF的表达可被激素所调控[15]。另外，一些癌基因及抑癌基因如ras基因[16-17]、P53基因[18]以及一些细胞因子如转化生长因子α(TGF-α)、转化生长因子β(TGF-β)、表皮生长因子(EGF)、PDGF等对VEGF表达有正调节作用[19-21]。有报道，一氧化氮(NO)对VEGF表达也有调节作用[22]。
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VEGF通过与其受体结合而发挥生物学效应。VEGFR属酪氨酸激酶受体家族第三亚型，目前发现至少有3种受体与VEGF有关，包括VEGFR1/flt-1 VEGFR2/KDR/flk-1 和VEGFR3/flt-4。flt-1和flk-1是VEGF的高亲和受体，主要在内皮细胞表达，但在单个核细胞和黑色素瘤细胞株也有表达，flt-4在胚胎时期存在于血管母细胞，随着细胞分化，最后局限于淋巴管内皮细胞，VEGF并不与flt-4结合，而是VEGF-C与其结合[11]。
VEGFR有不同的作用。体外实验表明，flk-1对VEGF的亲和力大于flt-1，表达flk-1的细胞对VEGF的刺激显示剧烈改变，包括细胞形态、肌动蛋白重组、趋向性、迁移性和分裂活性的改变，而表达flt-1的细胞则缺乏这些反应。表达VEGFRmRNA的肿瘤组织中血管内皮细胞上常伴有flk-1mRNA的相应表达，固有人认为：flt-1和flk-1参与血管发育的不同阶段，flt-1对血管的早期建立和静止期的内皮细胞有重要作用，与调节内皮细胞间的相互作用，以及内皮细胞与基膜间的相互作用有关[23]，而与内皮细胞对VEGF的促分裂和促渗透性刺激的反应无关，flk-1则主要在血管形成过程中起重要的调节作用[24]。
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4 VEGF的生物学功能
VEGF的生物学功能主要有三种：其一、能增加血管尤其是微小血管的渗透性，使血浆大分子物质外渗[1]，它这种作用甚至比组胺还强5万倍[25]。其二，VEGF是一种选择性促血管内皮细胞有丝分裂原，在体外可促进内皮细胞生长，在体内可诱导血管的发生[26]。有证据显示，VEGF的表达与组织中微血管密度及新生血管的数量密切相关[27]。其三，VEGF可改变细胞外基质，以利于血管生长。VEGF可诱导内皮细胞表达血浆蛋白溶酶原激活物、组织因子、基质胶原酶等，激发VIII因子从内皮细胞中释放[28]，这些作用可改变细胞外基质，使其易于血管的生长。此外，VEGF还有强烈的胞质聚钙作用[29]。
5 VEGF与大肠癌
VEGFmRNA虽然在一些正常组织中有表达，但在许多人类肿瘤组织及培养的肿瘤细胞株中却有显著的高水平表达[30]，其受体mRNA亦在肿瘤组织内的血管内皮细胞上有相应水平的表达，说明VEGF与肿瘤的生长密切相关。Brown等对17例结肠癌标本用原位杂交法证实，VEGFmRNA在所有结肠癌标本中均有表达，其中13 例的恶性上皮细胞表达尤其强烈，而对照组正常的结肠组织却无VEGFmRNA的表达或仅有轻微表达，在这17例结肠癌标本中，其中10例用免疫组化方法显示，癌细胞VEGF染色呈阳性，邻近血管的内皮细胞上也有部分VEGF阳性染色，且同时也有flt-1mRNA和flk-1mRNA的表达，而远离癌组织的内皮细胞既没有VEGF阳性染色也不表达flt-1mRNA或flk-1mRNA，这个结果提示VEGF与结肠癌的血管形成及其生长密切相关[31]，Konno检测了26例大肠癌病人组织中VEGF的水平，发现肿瘤组织中VEGF水平明显高于肿瘤周围正常组织中VEGF水平，且与肿瘤大小明显相关，而与其它临床病理学指标无关，他同时进行了动物实验证实移植了大肠癌细胞株的裸鼠中，肿瘤组织VEGF水平与肿瘤重量显著相关，而与肿瘤肝脏转移的数量无关[32]，这提示了结肠癌细胞产生的VEGF主要促进肿瘤的生长。
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一般认为，VEGF促进肿瘤生长的机制是：一方面，VEGF可增强血管的通透性，引起血浆蛋白(主要是纤维蛋白原)的外渗，沉积在血管外的基质中，为肿瘤细胞的生长和新生毛细血管网的建立提供了最佳基质。另一方面，VEGF与其受体结合，发挥其特异性的内皮细胞分裂原活性，刺激血管内皮细胞的增殖，从而促进血管的形成，丰富血管网的建立，为肿瘤的生长提供了充足的养份[30]。
VEGF不仅与大肠癌的生长密切相关，还与其转移及预后密切相关。Takahashi等对52例结肠癌和10例结肠腺瘤标本的免疫组化研究显示，在有转移的癌组织中VEGF染色阳性显著强于无转移的癌组织和腺瘤组织，在有转移的癌组织中的血管计数也明显高于无转移的癌组织和腺瘤组织，从而证实，VEGF不仅与血管发生增殖有关，并直接与肿瘤的转移相关，可作为判断预后的指标[33]。Dirix等用ELISA法检测了一系列癌症患者(其中包括47例大肠癌患者)血清中的碱性成纤维细胞生长因子(bfGF)和VEGF水平，发现术前bFGF或VEGF血清学水平有升高的病人中，大部分病人术后一月其血清学水平恢复正常，并提示VEGF/bFGF水平与肿瘤浸润动力学密切相关，可提供预后信息[34]。
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由于VEGF的表达无论是与血管的生成，还是与肿瘤细胞的生长、浸润、转移都有密切关系，因而检测组织中VEGF的表达将有利于大肠癌的早期诊断、病情估计、治疗方案的选择及预后的判断，同时也可通过抑制和阻断VEGF在肿瘤组织中的表达或阻断VEGF与其受体的结合，从而达到抑制肿瘤生长和转移的目的。已有人用动物验证实VEGF中和抗体对结肠癌有抗肿瘤和抗转移作用[35]。另有实验显示：将载有编码flt-1胞外部分cDNA的腺病毒载体局部转导给大肠癌动物模型的肿瘤组织内时，可抑制大肠癌的生长和转移[36]，这些试验为治疗大肠癌带来了有希望的前景。
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