蔡源源 綜述 李光早 審校

血管內皮生長因子 （Vascular endothelial growth factor，VEGF）具有促進血管內皮細胞分裂與增殖，增加微靜脈、小靜脈的通透性，誘導絲氨酸蛋白酶和間質膠原酶的表達，使細胞質鈣聚集，誘導血管生成，在創(chuàng)傷愈合、胚胎發(fā)育、腫瘤生長和轉移過程中起著重要的作用。

1 VEGF及其受體

VEGF是由二硫鍵連接而成的二聚體糖蛋白，能與肝素結合，相對分子量34～45 KDa，NH2末端有特異的6個極性氨基酸組成的疏水基團，是分泌信號的標志。1983年，Senger等[1]從豚鼠的腹腔腫瘤中分離得到一種蛋白因子，發(fā)現它可以誘導血清蛋白由血管滲漏而不引起血管內皮細胞的損傷，稱為血管通透性因子（Vascular permeability factor，VPF）， 之后被認為是一種特異性作用于血管內皮細胞的多功能細胞因子，在體內有誘導血管生長、血管形成、內皮細胞增殖遷移，增加血管通透性的作用。人的VEGF基因位于染色體6p21，基因全長28 Kb，編碼基因長14 Kb，由8個外顯子及7個內含子構成[2]。編碼產物為同源二聚體糖蛋白，等電點為8.5，有很強的耐熱和耐酸能力。

VEGF是血小板衍生性生長因子（PDGF）家族的成員，其結構與PDGF-β鏈部分相同，有18%序列相符。PDGF/VEGF家族成員的共同結構是8個保守的被間隔的半胱氨酸殘基位于核心結構，通過8個保守的半胱氨酸的第二和第四之間的二硫鍵形成同源二聚體，這些結構對二聚化和生物活性至關重要。VEGF是一種多功能的細胞因子，可由內皮細胞、平滑肌細胞和一些間質細胞分泌。

已發(fā)現 VEGF 家族包括 7 個成員，VEGF-A、B、C、D、E、F[3]和 PIGF（Placeta Growth Factor，胎盤生長因子）[4]。 VEGF-A 發(fā)現最早，在組織和細胞中含量最豐富，功能最強，故多數文獻中的VEGF即指VEGF-A，它是以二硫鍵相連的寡二聚體糖蛋白，經不同剪切方式可以7種不同的亞型出現，即VEGF121、145、165、183、189和206。 VEGF165是最主要的同分異構體[5]。各亞型與肝素的結合能力、生理活性和作用各不相同[3]。VEGF121不與肝素結合，為可溶性分泌蛋白，分泌后較彌散；VEGF165的50%以分泌型存在，其余則與包膜上含硫酸乙酰肝素的蛋白多糖結合，具有很強的促進內皮細胞分裂增殖能力，在實驗和臨床中研究較多。各種VEGF亞型中VEGF165便于肌注和靜脈注射，一方面是因為具有可溶性，另一方面它可與蛋白多糖結合，作用時間較長，且誘導血管內皮細胞增殖的活性最強。VEGF-B基因定位于染色體11q13，主要在心肌等組織中表達，并且分布于絕大部分腫瘤中[6]。VEGF-C基因定位于染色體4q34，主要在心臟、胎盤等組織中表達，VEGF-B、C被認為與淋巴管的發(fā)育有關，腫瘤細胞特異性的表達2.4 KDa的VEGF-C mRNA，可能與腫瘤的淋巴轉移有關。VEGF-D基因定位于染色體Xp22.31，全長50 Kb，由6個內含子和7個外顯子組成。VEGF-D經過與VEGF-C相同的方式被水解成一種成熟形式分泌出來。主要在心、肺、腸道表達，促內皮分裂作用較弱。VEGF-E由149個氨基酸組成，其結構與VEGF121相似，缺乏堿性區(qū)與肝素結合區(qū)[7]。PIGF基因定位于染色體2p16～21，有PIGF-1和PIGF-2異構體，目前研究較少。

血管內皮生長因子受體（Vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR）是VEGF特異性的膜受體，具有高親和力，屬于酪氨酸激酶亞家族中的一個成員。作為一種典型跨膜鑲嵌蛋白，分為胞外區(qū)、跨膜區(qū)及膜內區(qū)3部分，以胞外7個免疫球蛋白樣的超二級結構、胞內2個間開的酪氨酸激酶區(qū)為其特征。VEGF家族受體有：①Fam樣酪氨酸激酶受體（Flt-1/VEGFR-1），主要與內皮細胞的形態(tài)及調節(jié)有關[8]；②激酶插入域或胎肝激酶受體（KDR/Flk-1/VEGFR-2），主要調節(jié)內皮細胞的分裂、增殖及血管通透，主要參與血管形成過程[9]；③VEGFR-3/Flt-4，激活該受體主要引起淋巴管內皮細胞增生。

2 VEGF及其受體的表達

盡管在健康的器官中一般沒有血管增殖，但VEGF起著維持原有血管密度，以及維持所必需的通透性而運輸營養(yǎng)物質的作用。VEGF基因的表達受缺氧、多種細胞因子，類固醇激素，瘤基因，抑瘤基因產物及一些小分子物質等因素的調控。目前認為，缺血或缺氧是誘導VEGF表達的最主要因素，VEGF能隨氧濃度的變化迅速上調達10倍以上。VEGF可表達于成纖維細胞、角朊細胞、血管內皮細胞、巨噬細胞等，其主要生物學功能就是促進血管形成。VEGF在成熟器官中表達較低，在一些代謝旺盛、血供豐富的組織細胞中，如腎小球足突細胞、前列腺上皮細胞、心肌細胞、精子細胞、腎上腺皮質細胞等，VEGF的表達較高。

VEGF與組織器官的發(fā)育密切相關。胚胎組織、胎盤、增殖期的子宮內膜、黃體等，由于生長發(fā)育和血管生成的需要，VEGF的表達呈較高水平[10]。對生理過程的影響主要體現在雌性的月經周期變化中對子宮內膜修復，及其在卵巢和黃體生成過程中對生育功能的影響。

VEGF在腫瘤生長及轉移、創(chuàng)傷愈合、牛皮癬、遲發(fā)性過敏反應和增生性瘢痕、瘢痕疙瘩等病理過程中可過量表達[11]。瘢痕疙瘩和增生性瘢痕的形成與角朊細胞中VEGF過度表達或許有密切關系，其機制可能是VEGF通過旁分泌機制作用于血管內皮細胞，在真皮內誘導生成大量新生血管，并能通過某種機制調節(jié)成纖維細胞的活性[12]，影響膠原代謝。同時，組織的缺氧也可刺激細胞分泌VEGF[13]。腫瘤的生長和轉移需要得到充足的營養(yǎng)物質，故而對血管生成具有特異性促進作用的VEGF成為腫瘤研究的熱點。研究表明，VEGF參與了體內的特異性與非特異性炎癥反應，并成為與視網膜新血管和視網膜病變相關的重要因子。

VEGFR主要在內皮細胞中表達，其他細胞中也可表達其中一種或兩種受體。除VEGFR-3分布于淋巴內皮細胞外，VEGFR-1、VEGFR-2主要在血管內皮細胞表達。VEGFR-1能在腎小球系膜細胞、單核細胞以及滋養(yǎng)層細胞等處表達；而造血干細胞、巨噬細胞、視網膜前體細胞則能表達VEGFR-2。這兩種受體均具有酪氨酸激酶活性，與VEGF結合具有特異性。正常組織中VEGFR一般呈低表達，但在特殊的生理及病理過程中，VEGFR可表達上調，如腫瘤或創(chuàng)傷等。在月經周期，VEGFR表達也可增高。在許多種腫瘤組織血管內皮細胞中其表達均可上調.應用RT-PCR技術，在卵巢癌和黑色素瘤細胞中測到KDR mRNA，提示VEGFR也可表達于腫瘤細胞，VEGF可通過旁分泌及自分泌途徑作用于腫瘤細胞受體。

3 VEGF表達的調控因素

VEGF的表達調控機制目前尚不清楚，一些細胞因子對VEGF的表達有正調節(jié)作用[14]。同時，缺氧狀態(tài)可以誘導刺激VEGF的表達。此外，蛋白激酶C、雌激素腺苷酸環(huán)化酶激活劑，以及雙氧水、紫外線也可誘導產生VEGF[15]。

3.1 細胞因子

腫瘤壞死因子-α、轉化生長因子-β、血小板源性生長因子、成纖維細胞生長因子、白細胞介素-1、表皮生長因子、前列腺素E等，均能使VEGF及其受體表達上調，提高其生物學活性[16]。實驗證實，bFGF和VEGF聯合使用，會明顯提高血管再生的速度及生成血管的直徑，同時大大提高了缺血肢體的血供[17]。TNF-α能使體外培養(yǎng)的內皮細胞發(fā)生遷移和管狀生長，但較低的劑量有明顯的促進血管生成的作用，而高劑量時則表現為抑制作用。把神經膠質瘤細胞和TNFα一起培養(yǎng)后發(fā)現，VEGF和VEGF基因啟動子SP-1區(qū)的RNA表達增高，其增高幅度為單獨孵化神經膠質瘤的5倍，證明TNFα的血管生成作用還和激活VEGF基因啟動子sp-1區(qū)有關。

3.2 缺氧

缺氧條件下機體組織VEGF表達上調，VEGF合成增多，其作用機制可能為：①缺氧誘導因子（HIF-1）誘導啟動VEGF的轉錄，HIF-1受氧氣和生長因子的調節(jié)，可以激活正常的缺氧感受基因，HIF-1可以在數分鐘內使VEGF增加30倍，從而調控VEGF表達[18]；②在缺氧環(huán)境下培養(yǎng)細胞，結果發(fā)現細胞內VEGF的表達及mRNA水平明顯增高，提示缺氧可導致VEGF的表達及釋放，并且是促血管生成的因素之一[19]。③缺氧使得一種核內核糖蛋白與VEGF mRNA非翻譯區(qū)的富含Au元件形成RNA-蛋白復合物，可顯著延長VEGF mRNA在體內的半衰期，從而間接提高VEGF的生理活性[20]。

3.3 血小板

血小板在VEGF的產生及調節(jié)中起重要作用。將人血小板和凝血酶在體外孵化，發(fā)現有大量VEGF產生。活化的血小板能釋放VEGF，這對創(chuàng)傷愈合及其他病理條件下的血管形成具有重要意義。研究認為，血小板和損傷的血管壁接觸可激發(fā)凝血機制，導致VEGF釋放。另外，Salgado等[21]在對惡性腫瘤的血液標本檢測時發(fā)現，VEGF濃度是正常的3.2倍，這一結果支持血小板具備儲存有生物活性的VEGF的作用。

3.4 其他

一些原癌基因和抑癌基因的表達產物，以及類固醇激素、交感神經也可以調控VEGF的表達，如促甲狀腺激素可通過旁分泌機制促進甲狀腺細胞合成、分泌VEGF；野生型p53基因通過與轉錄因子SP-1結合，可下調內源性VEGF mRNA，并抑制VEGF啟動子活性，而重組p53基因無此作用。

4 VEGF生物學作用

4.1 促進血管生成作用

VEGF最主要的生物學作用是可以促進動脈、靜脈，以及淋巴管來源的內皮細胞的生長[22]。自身內源性的VEGF是機體組織損傷恢復重要的血管生長因子，Wagatsuma[23]通過動物實驗證實，肌肉損傷后早期VEGF及其受體的mRNA表達明顯增高，與損傷早期的血管化程度密切相關，從而也間接說明了VEGF的重要的血管化作用。治療性血管生長素是治療缺血性血管疾病的一個新概念，它包括誘導血管發(fā)生、小動脈生成及淋巴管生成[24]。在血管生長中，VEGF調節(jié)內皮細胞胞外基質溶解、內皮細胞遷移、增生和管腔形成。其過程主要包括以下步驟[25]：①血漿的外滲，新生血管外基質的構筑；②新生血管芽雛形的形成；③血管芽的發(fā)育和擴展；④新生血管的成熟和改建。VEGF通過增加血管通透性，使血管內纖維蛋白原等血漿蛋白外滲，纖維蛋白原與血管外滲纖維連接蛋白等多種成分凝結形成交叉的纖維蛋白凝膠體，為內皮細胞、成纖維細胞的遷移提供一個纖維網絡，有利于血管生成。VEGF在多種在體模型中的促血管生成作用已經被多個實驗所證實[26]。此外，還有許多的體外和在體實驗表明，VEGF是血管內皮細胞的生存因子，Maharaj等[27]認為低水平生理量的VEGF-A是維持血管穩(wěn)定所必需的。在體外實驗中，Gerber等[28]發(fā)現VEGF是通過PI-3激酶-Akt通路發(fā)揮抗凋亡作用的；VEGF可以誘導內皮細胞內Bcl-2，Bcl-A1等抗凋亡蛋白的表達，從而起到抗凋亡作用。體外細胞培養(yǎng)發(fā)現，VEGF與內皮細胞受體結合后，可立即引起鈣離子內流。數秒內細胞內鈣離子增高4倍以上，并且刺激三磷酸肌醇的累積，表明其通過激活磷脂酶C而起作用[29]。體內實驗表明，VEGF對于機體的發(fā)育也是必不可少的，如抑制VEGF的作用，可以使新生鼠的血管發(fā)生顯著的凋亡改變，而成年鼠則沒有類似改變。Benjamin等[30]對腫瘤研究發(fā)現，新形成血管的內皮細胞對VEGF具有強烈的依賴性，而已經存在的、成熟的血管對VEGF的依賴性則較弱；認為這種依賴性下降的主要原因是由于外皮細胞或周細胞的覆蓋所致。

4.2 提高血管通透性

VEGF增加毛細血管后靜脈和小靜脈的通透性，主要作用于毛細血管后靜脈，在幾分鐘內即可增加血管對血漿蛋白的通透性，在已知的微血管通透性誘導物中作用最強，效應是組織胺的5萬倍。通過超微免疫組化定位后發(fā)現，VEGF結合在微血管內皮細胞的管腔外側面和一種被稱為囊-泡小體（VVO）的細胞器上[31]。VVO橫跨在內皮細胞管腔的內側面至外側面，是內皮細胞的胞質中一些囊、液泡組成的葡萄簇樣結構。囊、液泡直接由三層單位膜相連，此外還有一個由隔膜組成的可開閉的小孔。當孔打開時，血液中的大分子物質從相互連接的囊泡液中通過，進入周圍的組織間隙中。血管內皮細胞的基底膜面和VVO中有結合的VEGF，局部注射VEGF后可觀察到VVO的功能增強[32]。VEGF引起血管通透性增加，導致血漿蛋白廣泛的外漏，其中包括凝血因子、纖維蛋白原、纖維黏連蛋白、血漿酶原等[33]。這些蛋白直接或間接改變了細胞外基質成分，使其形成暫時性的新基質，允許并支持內皮細胞和成纖維細胞內向移動，遷移到成纖維細胞合成和分泌基質蛋白、蛋白聚糖，內皮細胞形成新的血管，共同構成新生肉芽組織，修復創(chuàng)傷。

4.3 其他作用

雖然血管內皮細胞是VEGF發(fā)揮作用的主要靶細胞，但是VEGF也可以作用于其他一些細胞并發(fā)揮促有絲分裂作用，例如：肺泡Ⅱ型細胞、淋巴細胞、視網膜色素上皮細胞、雪旺細胞等。此外，VEGF對骨髓來源的細胞也有一定的作用，它能提高單核細胞的趨化性，并通過誘導桿狀核-巨噬細胞前體細胞的成熟使克隆形成。此外，VEGF在視網膜血管新生、老年斑退化、風濕性關節(jié)炎及牛皮癬發(fā)生中均有重要作用[34]。

5 VEGF在創(chuàng)傷愈合中的表達

創(chuàng)傷愈合的關鍵就是血管生成，已經證實VEGF是最強的促血管內皮細胞有絲分裂原。VEGF作為血管生成的一個重要的調節(jié)因素，在創(chuàng)傷愈合研究中占據著特殊的地位。VEGF在正常組織的表達一般較微弱，但在創(chuàng)傷愈合中會有較強的表達。

Corral等[35]對兔耳缺血模型的研究發(fā)現，缺血皮膚及缺血創(chuàng)面VEGF mRNA表達均上調，且從損傷后第1天起直至第10天。對大鼠創(chuàng)傷皮膚內VEGF表達的免疫組化研究表明，創(chuàng)傷組于傷后12 h VEGF表達開始增強，以24～48 h表達最強。24～48 h VEGF除在上皮細胞表達外，在巨噬細胞及新生毛細血管內皮細胞內呈強陽性表達。48 h后血管內皮細胞表達漸弱。對急性放射性潰瘍的研究證實，輻射損傷的皮膚組織細胞合成分泌VEGF的功能，在潰瘍形成前被電離輻射輕度激活，但在潰瘍形成后，在輻射和創(chuàng)面的雙重刺激下，明顯低于單純創(chuàng)面，不能形成峰值，是潰瘍形成、發(fā)展及難以愈合的原因之一。

應當指出，僅考慮VEGF的促血管生成作用還不足以完全解釋缺血創(chuàng)面應用外源性VEGF后肉芽組織的快速生長，因為bFGF也有較明顯的促血管生成作用，但在缺血創(chuàng)面的應用中無明顯效果。VEGF還能增加微血管通透性，促進血漿蛋白滲出及細胞遷移至損傷區(qū)域，而bFGF則無此特性[36]。另外，VEGF與內皮細胞結合后會釋放許多具有生物學活性的生長因子及細胞因子，而bFGF不能。在缺血創(chuàng)面愈合中，VEGF165作用較VEGF121更為突出。VEGF表達的調節(jié)機制尚不十分清楚，但一些血清來源和旁分泌的生長因子與細胞因子， 包括 PDGF、EGF、TNF、TGF等都能使培養(yǎng)細胞VEGF表達上調3～20倍，而創(chuàng)傷修復各階段均有上述因子的表達。其中，bFGF具有直接調節(jié)作用，并且與VEGF協同作用明顯[37]。創(chuàng)傷早期階段的局部組織缺氧，對調節(jié)創(chuàng)面VEGF的表達具有重要作用。

綜上所述，作為體內的最強的促進血管生成的因子，VEGF在創(chuàng)傷愈合、胚胎發(fā)育、視網膜血管新生、風濕性關節(jié)炎以及腫瘤的生長和轉移中都起著重要的作用，同時，很多因素也影響著VEGF的表達和發(fā)揮作用。因此，進一步研究VEGF及其影響因素和調控機制，尋找特異性和靶向性強的目的基因和藥物，在血管性疾病的治療中具有重要的意義。

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