血管内皮细胞生长因子及受体对脑损伤的保护作用
【摘要】 血管内皮细胞生长因子(VEGF)及其受体在脑组织损伤后的表达和上调起到了血管神经再生、保护和修复的作用。本文对其生物学效应、表达的和外源性可能性等方面综述，认为应用VEGF及受体对脑损伤具有保护意义，可望成为一种新的治疗脑损伤的方法
【关键词】 脑损伤;脑保护;血管内皮;细胞生长因子;受体
Abstract： Angiogenesis,neuroprotection and nerve regeneration are major biological functions of vascular endothelial growth factor(VEGF)and vascular endothelial growth factor receptor (VEGFR).The expression and upgrade of VEGF/VEGFR in brain injury may indicate three functions as described above.In this article,biological effect,change of expression and administration of VEGF/VEGFR are reviewed,with the conclusion that VEGF/VEGFR has significant protective effect on brain injury.
Key words:brain injury;brain protection;vascular endothelium;cell growth factor;receptor
近10年来，有关脑损伤后内源性损害因子和脑保护的研究已取得了一定进展，分子生物学技术不仅为研究脑损伤的发生机制及修复、再生过程提供了新方法，也有助于从分子水平阐明内源性脑损害因子或保护因子表达的调控和作用机制。近年来，越来越多的学者注意到血管内皮细胞生长因子(vascular endthelial growth factor,VEGF)的生物学作用。研究表明，VEGF及VEGF受体(VEGF receptor，VEGFR)不仅在肿瘤的发生过程中起作用，而且在组织的低氧、损伤中起到了保护、修复的作用。
1 VEGF的生物学效应
VEGF是一种目前发现的作用最强的促血管生长因子，对血管内皮细胞有强烈的促分裂和趋化作用。根据VEGF基因外显子的不同有6种变异体，即VEGF?121、VEGF?145、VEGF?165、VEGF?183、VEGF?189、VEGF206，其中VEGF?165是VEGF生物学活性的主要存在形式。VEGF在正常成人和动物组织中呈静止或弱活化状态，可有一定的表达，但一般水平很低。在病理情况下，如创伤后组织损伤、肿瘤发生时，VEGF表达均有上调[1-3]。目前认为VEGF基因启动子区含有低氧诱导因子?1(HIF?1)反应元件，在低氧状态下可直接诱导VEGF的表达;在低氧的响应过程中，VEGF mRNA的稳定性增强，半衰期延长，表明低氧调节VEGF不仅发生在转录水平，同时发生在转录后水平。VEGF通过fms样酪氨酸酶受体(fms like tyrosine kinase,Flt?1)和含有激酶插入域的受体(kinase domain region,KDR/Flk?1)结合发挥生物学效应。体内一些其它的因素也参与了VEGF的调节,如白介素?6(IL?6)、转化生长因子(TGF)及血小板源内皮细胞生长因子(PDGF)[4]。
VEGF的生物学效应主要有血管生成作用、神经营养和神经保护作用。在促血管生成方面，VEGF能够促使内皮细胞有丝分裂，诱导血管内皮细胞的分裂、增殖，并促使内皮细胞迁移，增强了毛细血管通透性、使血浆外渗，有利于新生血管以出芽的方式促成周围血管大量血管形成，新生血管的数量与VEGF的表达密切相关[5]。VEGF的神经保护和再生研究相对较少，其机制也不甚明确。初步研究表明VEGF对神经组织有直接保护作用和促进神经轴突发芽、神经元数目增加的作用。Jin等[6，7]用VEGF作用于离体培养的鼠大脑皮质神经元和大鼠脑室，观察到神经元数目明显增加，神经元轴突增殖和延长，VEGF受体flk-1表达上调，并且用flk-1阻滞剂能够降低VEGF的效应。
2 VEGF在脑组织中的表达
VEGF在急性缺血性脑损伤中的表达有许多研究。实验表明，脑缺血后18小时神经细胞有VEGF的表达，24小时达到高峰，而内皮细胞则在7天达到高峰并持续14天以上。巨噬细胞可能是缺血早期VEGF的主要来源[8]。Wang等[9]观察到大脑中动脉梗死后2小时在梗死中心可检测到VEGF，1天后梗死灶周边VEGF显著增高。张爱梅等[10]将脑梗死早期患者的 血浆VEGF增高与梗死灶大小、神经功能的缺失进行比较，认为两者有相关关系。在创伤性脑损伤的动物实验和临床研究中已发现VEGF的表达，认为创伤性脑损伤后VEGF的表达和上调与脑组织的自身保护有关。吴克荣等[11]利用大鼠脑外伤模型，并采用免疫组化SABC法观察了创伤后VEGF的表达。发现伤后1小时已有VEGF的表达，24小时达到高峰，48小时开始下降。吕文等[12]也发现大鼠在弥漫性轴索伤后24小时VEGF的阳性细胞数明显增多。Sk?ld等[13]对创伤性脑损伤后VEGF动态变化实验研究中发现，伤后1天损伤灶有VEGF表达上调，表达高峰在伤后4~6天;同时VEGFR的表达持续1周以上。
3 外源性VEGF治疗作用
近年来“血管生成疗法(therapeutic angiogenesis)”概念为利用外源性VEGF对缺血损伤后脑组织的保护提供了理论和实践基础，即应用外源性VEGF蛋白及VEGF基因治疗脑组织损伤，诱导脑缺血组织血管生成，重建血液循环，减轻缺血低氧造成的继发性脑损害，以达到保护脑组织，促进神经功能恢复的目的。
外源性VEGF首先用于治疗缺血性心脏疾病、皮肤溃疡以及肢体的缺血性疾病。近年来，VEGF用于治疗脑缺血性损伤已为学者越来越重视，在研究外源性VEGF对缺血组织的保护机制时，人们发现外源性VEGF对缺血区神经元和内皮细胞有直接保护作用，后来又发现外源性VEGF也能通过促血管生成而间接保护脑组织。Silverman等[14]采用外源性VEGF蛋白处理大鼠胚胎脑组织后观察微血管生长情况，发现组织血管数量增加，血管腔扩大，侧枝血管生成，并且还观察到神经元和胶质细胞的密度增加。而在经抗VEGF抗体处理后，上述改变明显减弱。他认为外源性VEGF能促进脑微血管的增生，胶质细胞增加，从而对神经元提供一个理想的修复环境。Rovak等[15]将外源性VEGF?165用于促进大鼠的周围神经移植，发现在神经吻合处可见神经轴突的发芽和伸长，认为VEGF?165能够对移植后的周围神经组织进行修复。还有作者将大鼠脊髓横贯性损伤后用VEGF 165基因处理损伤处，发现伤后3~10天VEGF的明显表达，皮质脊髓束的逆行性变性改变得到改善，而且还发现在损伤部远端有新生的轴突[16]。
4 外源性VEGF治疗脑损伤的导入载体和途径
目前脑组织血管生成研究的焦点在于如何建立一种简便、安全、快速、有效的VEGF引入体内途径，并最大程度地发挥生物学效应。常用基因治疗的基因导入方法有：病毒载体介导(如疱疹病毒、腺病毒、逆转录病毒)、脂质体介导、质粒介导、基因埋线、球囊导管导入、应用转化细胞包被冠脉内支架给药等，但以病毒载体介导体系最为稳定，并且转移率较高，在生物医学实验中成为最常用的基因载体。
在如何引入外源性VEGF的研究方面，国内外学者做了一些有益的尝试。Yano等[17]将VEGF?165制成胶囊后置入大鼠纹状体，使VEGF能够持续小剂量的释放，认为对减轻缺血性脑损害，提高神经功能恢复有利。Rosentein等[18]将外源性VEGF注入缺血性损伤大鼠大脑皮质，观察到注射部位明显而局限的血管生成。国内孟云等[19]研究了经脑室内注射VEGF?165对实验性大鼠脑出血血脑屏障的影响，发现在脑出血后24小时血脑屏障的通透性达到高峰，以后逐渐下降，与对照组相比有显著性差异。认为经脑室内注射VEGF?165对实验性大鼠脑出血脑水肿有保护作用。在VEGF基因治疗的研究方面，国内外学者也作了大量的探索，给药途径以脑表面及蛛网膜下腔为多。Christenson等[20]将表达基因或目的基因的复制缺陷型病毒载体通过小脑延髓池导入鼠和狗的脑脊液中，观察到脑室表面和脑动脉的外膜等区域有不同程度的VEGF基因表达。饶宜光等[21]研究了经大鼠静脉和小脑延髓池导入外源性rAAV-VEGF165基因对缺血边缘区血管生成的影响，认为2种方式均能使微血管密度增加，以小脑延髓池导入法优于静脉给药。Kusaka等[22]将phVEGF施用于慢性脑灌注不足大鼠的颞肌上，并予以外科血管重建术，观察到颞肌细胞和脑组织毛细血管的数量和扩增范围较对照组明显增加，认为VEGF基因治疗+血管重建术可以明显改善脑底缺血性疾病，如Moyamoya病。虽然目前对外源性VEGF对脑缺血损伤组织的保护和治疗作用以及导入途径已经有了一定的研究，但应用于脑损伤的临床治疗还有待时日。
5 VEGF受体的研究
VEGF通过与细胞表面特异受体结合而发挥作用。VEGFR属于酪氨酸激酶受体家族(receptor tyrosine kinases，RTKs)第三亚型，目前发现的VEGF受体有3种：VEGFR?1(fms?like?tyrosine kinase，Flt?1)、VEGFR?2(kinase domain region KDR/Flk?1)和VEGFR?3(Flt?4)。VEGFR由7个胞外Ig样区、一个单一短链跨膜序列和一个含酪氨酸蛋白激酶的胞内区组成，其信号转导途径与酪氨酸蛋白激酶的级联反应有关。VEGF与受体胞外区结合后，受体二聚体化，进而诱导受体胞内区的酪氨酸残基自动磷酸化和细胞内信号蛋白的酪氨酸磷酸化，转导胞内信号，发挥生物学效应。在成人组织，VEGFR?1和VEGFR?2主要在血管内皮细胞上表达，而VEGFR?3主要在淋巴内皮细胞表达。VEGF与不同的受体结合产生不同的生物学作用。VEGFR?1(Flt?1)能结合VEGF?A、VEGF?B和PlGF，介导血管内皮细胞与基质的作用，也影响血管内皮细胞的分化成熟，在血管内皮细胞排列成管腔时发挥主要作用。VEGFR?2可结合VEGF?A，VEGF?C和VEGF?D，与血管岛、血管形成和造血有关，可使毛细血管内皮细胞分裂、增殖，使肌动蛋白重组，使细胞产生显著的形态学改变，增加通透性及趋化性。VEGFR?3可结合VEGF?C和VEGF?D，能够促进淋巴管内皮细胞增生。在转VEGF?C基因的小鼠皮下，可引起丰富的淋巴管形成和原有淋巴管的延伸。
目前VEGFR主要用于抑制肿瘤新生血管的，如利用抗体中和VEGF，降低其浓度，或利用无生物活性的VEGFR片段与有功能的VEGFR竞争，抑制信号转导等。近来VEGFR反义寡核苷酸用于研究的也逐渐增多，但通过VEGFR对脑损伤的保护方面研究还不多。van Bruggen等[23]将能够抑制VEGFR活性的抗VEGFR蛋白mFlt(1?3)?IgG治疗脑缺血性大鼠，发现不仅脑水肿在急性期得到缓解，而且8~12周后梗死面积有一定缩小，对减轻发病早期由于血脑屏障受损引起的脑水肿有一定帮助。也有作者[24]研究了脑外伤后给予VEGFR2的抑制剂对损伤组织的影响，结果显示创伤区出血范围增加，特异性神经元烯醇酶和S100蛋白表达升高，提示VEGF及VEGFR在脑外伤后的表达上调起到了脑组织的保护作用。
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