色素上皮衍生因子与眼部新生血管
【摘要】 色素上皮衍生因子（PEDF）是人及动物眼中天然存在的一种糖蛋白，属于丝氨酸蛋白酶抑制剂家族，主要来源于视网膜色素上皮细胞，也可见于角膜、房水、玻璃体及视网膜中。它具有抗血管新生和神经保护的双重作用。目前研究认为PEDF是最为有效的眼内新生血管天然抑制剂，对新生血管的形成起着重要的调控作用。
【关键词】 色素上皮衍生因子 眼部新生血管
0引言
眼部血管增生性疾病，如角膜新生血管、增殖型糖尿病视网膜病变（PDR）、湿性年龄相关性黄斑变性等可严重影响患者视力，眼部与其它组织一样，在正常情况下，脉管系统较稳定，血管增生刺激因子和抑制因子之间达到平衡，共同控制眼部血管形成。VEGF是较强的新生血管刺激因子。现在越来越多的证据表明，色素上皮细胞衍生因子(pigment epithelium derived factor, PEDF)是目前最有效的血管增生抑制剂之一[1-4]，将成为血管增生性疾病的候选药物。
1 PEDF的定义
PEDF是人及动物眼中天然存在的一种糖蛋白,分子量为50KD,具有2个结构域:Ｎ端的神经营养区域和Ｃ端的丝氨酸蛋白酶抑制超基因家族反应环[5]。人PEDF蛋白编码基因位于第17号染色体的短臂末端，DNA序列分析显示PEDF属于丝氨酸蛋白酶抑制剂(serinprotease inhibitor, serpin)基因超家族，但它不具有抑制蛋白酶的活性[6,7]。
PEDF最初是Tombran-Tink等 [8]于1989年从胎儿视网膜色素上皮细胞培养液中分离出来的，由此得名。它可以诱导体外培养的视网膜母细胞瘤细胞系Y79Rb神经元分化。在人胚胎发育到17wk的RPE细胞就已经具有这种活性，PEDF被认为是影响早期神经元发育的一个候补因子。后来在人和鼠中克隆和纯化。
2 PEDF在眼组织的分布
早期对人胚和牛眼的研究发现视网膜RPE细胞可表达PEDF蛋白，并分泌到周围视网膜感光细胞间质中（IPM）[9,10]，后来发现角膜组织和睫状上皮中也有PEDF的表达，尤其在角膜缘上皮中有强烈表达。对人睫状上皮细胞的研究发现在睫状上皮非色素细胞中可见很强的PEDF的免疫反应[11]，这说明睫状上皮非色素细胞可分泌PEDF。另外眼的房水和玻璃体中也含有PEDF，房水的PEDF在生理情况下主要由睫状上皮细胞合成和分泌，而玻璃体内的PEDF主要由视网膜分泌，且含量很高。有研究表明视网膜感光细胞间基质（IPM）中PEDF浓度最高，约是玻璃体中浓度的10倍，是房水中浓度的100倍。 此外，在其他视网膜和脉络膜细胞中也含有PEDF，国内有学者研究表明[12]，实验性脉络膜新生血管组织（CNV）中有PEDF mRNA的表达。胬肉组织中也有PEDF和VEGF的不平衡表达[13]。Wolfram等[14]研究发现在正常人及豚鼠视网膜Müller中可有PEDF的表达，并且在缺氧情况下，体外培养的视网膜Müller中PEDF表达减少。
3 PEDF的抗血管生成作用
目前研究认为，PEDF具有抗血管新生作用和神经营养功能。
以往对PEDF的神经保护作用及抗肿瘤作用研究较多, 1999年Dawson等[15]首次发现PEDF还具有很强的抑制血管的作用，可能是维持角膜、玻璃体等眼内组织无血管形成的主要原因，在玻璃体内是主要的血管增生抑制剂。
增殖性糖尿病视网膜病变及湿性年龄相关性黄斑变性患者玻璃体中PEDF含量明显减少[16,17]，说明PEDF与新生血管之间有直接关系，并且在眼部新生血管形成过程中，PEDF及VEGF比率失衡。但现在还不十分清楚PEDF是通过阻止受体结合还是激活血管形成信号系统而直接拮抗VEGF的。
缺氧由于VEGF水平升高，可强烈刺激新生血管形成。同时，PEDF减少，更易于形成新生血管。Gao等[18]在氧诱导的视网膜新生血管大鼠模型中检测到视网膜组织VEGF的含量较正常对照组升高了5倍，而PEDF的含量下降了2倍，VEGF∶PEDF的比值升高了10倍。VEGF∶PEDF比值的改变与视网膜新生血管形成的程度呈正相关，显示出在视网膜病理新生血管形成中，血管抑制剂与血管刺激剂之间的平衡被打破，这一发现进一步证明了PEDF作为血管抑制剂参与了眼后新生血管形成的调节。 在黄斑变性及其他视网膜病变合并症中，新生血管膜从脉络膜长入视网膜是致盲的主要原因，全视网膜激光光凝可引起实验性脉络膜新生血管形成，此新生血管组织中PEDF大量表达，国内也有研究表明[12]在实验性小鼠脉络膜新生血管组织（CNV）中均有VEGF和PEDF mRNA的表达，PEDF mRNA阳性表达主要存在于包绕CNV组织的梭形色素上皮细胞中，两者表达失衡，结果说明VEGF和PEDF的表达失衡与CNV的形成过程密切相关。
Wolfram等[14]研究发现，视网膜Müller细胞也可分泌PEDF，在缺氧情况下，PEDF分泌减少而VEGF分泌增多，且PEDF的浓度受VEGF的控制，说明两者失衡与视网膜新生血管形成关系密切。
4 PEDF抗血管增生机制
PEDF抑制新生血管的机制目前尚未明确，可能是通过抑制血管内皮细胞的移行和增殖、促进血管内皮细胞凋亡等途径来起作用。PEDF可以抑制多种血管生成诱导剂，包括血小板衍生因子、血管内皮生长因子、白介素 8、酸性成纤维细胞生长因子以及溶血磷脂酸所引起的内皮细胞的移行。研究结果显示PEDF对培养的内皮细胞如牛肾上腺、人真皮微血管内皮细胞和脐静脉血管内皮细胞等有特异性的抑制作用，PEDF对内皮细胞的抑制作用呈剂量依赖性，其半数有效剂量(median effecive dose, ED50)为0.4nmol/Ｌ，是目前用抑制内皮细胞移行方法测得的活性最高的抑制因子。在超过1.0nmol/Ｌ剂量时, PEDF可以抑制碱性成纤维细胞生长因子诱导的毛细血管内皮细胞增殖，抑制率可达40%[15]。另外，Stellmach等[19]认为，PEDF可能是通过促进活化的血管内皮细胞凋亡，使血管内皮细胞对缺氧诱发的新生血管的信号不起反应。体外实验中，人血管内皮细胞易受轻微环境影响，培养液中凋亡阳性细胞数随PEDF剂量的增加而增加；同样，在体内实验中，用PEDF处理的高氧动物的视网膜凋亡的血管内皮细胞与未用PEDF处理的视网膜相比高达8倍，对已经存在的正常的血管内皮细胞则无反应。说明PEDF的抗血管形成作用具有选择性，它仅对活化的血管内皮细胞起作用，这一点尤其当PEDF作为一种药物进行治疗时尤为重要。
PEDF与内皮细胞有亲和力表明这种作用可能由受体介导，目前已从视网膜母细胞瘤细胞及视网膜神经细胞中分离纯化出80～85 kDa的PEDF受体[20,21]，但这种受体与内皮细胞上的其他受体是否一样还不十分清楚。也有实验表明, PEDF可能作用于细胞粘附分子(胶原蛋白Ⅰ，肝素)，即靶向细胞外基质来调节其抑制血管内皮细胞增生的活性。确切机制还有待于进一步研究。
5展望
有关PEDF的作用机制尚有许多疑问：PEDF与其他血管调控因子之间的互相作用，是否存在PEDF特异性受体及PEDF抑制内皮细胞的信号转导通路等, 有待进一步研究。PEDF具有抑制病理性血管新生和神经营养双重生物学功能，既可以有效地抑制血管新生，又能有效地保护神经元，可以在疾病的同时保护视功能，为眼部新生血管性疾病的治疗提供了新的思路，其将成为试图控制糖尿病视网膜病变、早产儿视网膜病变、年龄相关性黄斑变性等疾病很有潜力的药物。同时其高效、无明显副作用的特点使其具有良好的应用前景。目前PEDF对新生血管的治疗还处于早期阶段，还需大量研究进一步证明其安全性和有效性。随着研究的深入，PEDF必将为眼部新生血管性疾病的防治带来新的突破。
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