李駿劉旭東

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淺談VEGF的相關(guān)研究進(jìn)展

李駿1劉旭東2

【摘要】血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF），是研究人員在20世紀(jì)末期發(fā)現(xiàn)的，是通過內(nèi)皮細(xì)胞分離出的特異性促細(xì)胞分裂原。近幾十年來，人們通過不斷的研究，對VEGF有了更為深入的了解與認(rèn)識。本文通過對VEGF的結(jié)構(gòu)、功能及亞基進(jìn)行簡單的總結(jié)，并分析VEGF與血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子受體（vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR）結(jié)合后的信號傳導(dǎo)通路過程及相關(guān)參與因子。從而探討針對VEGF/VEGFR目前的分子靶向治療的優(yōu)缺點(diǎn)及未來的發(fā)展情況。

【關(guān)鍵詞】血管內(nèi)皮生長因子；血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子受體；信號通路；分子靶向治療

1 引言

血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF），是20世紀(jì)末期的研究人員從內(nèi)皮細(xì)胞分離出的特異性促細(xì)胞分裂原，并通過實(shí)驗(yàn)證明其具有誘導(dǎo)生理性和病理性血管生成的能力。在過去的一段時(shí)期，血管通透性因子成為最新發(fā)現(xiàn)的具有促進(jìn)血管滲透性增加的因子，但分離提取后被證明出與血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）是相同的。近幾十年來，人們通過不斷的研究，對VEGF有了更深層次的認(rèn)識，如今提到的VEGF又被稱為VEGFA，其家族成員還包括所述VEGFB，VEGFC，VEGFD和胎盤生長因子（PLGF）的成員。這些家族成員有著不同的表達(dá)方式，不同的受體特異性和不同的生物學(xué)功能。VEGFA，它通常被稱為血管內(nèi)皮生長因子，是家族生長因子分子量較大的一個(gè)，人類的VEGFA基因結(jié)構(gòu)中包含了八個(gè)外顯子，它們被七個(gè)內(nèi)含子分離。隨著對VEGF研究的深入，研究者們發(fā)現(xiàn)幾個(gè)明顯的變體，這些變體發(fā)生的原因可能是由于選擇性剪接形成的。正因如此，它們的受體特異性和生物學(xué)功能也是不同的。

1.1 血管新生與疾病

血管新生主要在原有的毛細(xì)血管與/或微靜脈基礎(chǔ)上通過血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移，從先前存在的血管處以芽生或非芽生（套疊）的形式生成新的毛細(xì)血管。有些疾病的發(fā)生發(fā)展和治療與血管新生有密切的聯(lián)系。血管新生與成人疾病關(guān)系較大，如腫瘤、類風(fēng)關(guān)、子宮內(nèi)膜異位癥、動(dòng)脈粥樣硬化斑塊等。血管新生受到促血管生成因子和抑血管生成因子的調(diào)控。血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）就是最重要的促血管生成因子之一，而且VEGF/VEGFR信號通路在病理性血管生長的過程中也起到非常關(guān)鍵的作用。相關(guān)研究表明，轉(zhuǎn)染后癌基因通過增加腫瘤的VEGF表達(dá)進(jìn)入腫瘤細(xì)胞后，會顯著增加血管生成的活性。

1.2 VEGF家族受體

VEGF的結(jié)合位點(diǎn)是在體內(nèi)、外血管內(nèi)皮細(xì)胞的表面上。與VEGF結(jié)合存在兩個(gè)重要的受體-酪氨酸激酶（RTKs），VEGFR-1和VEGFR-2。因此VEGFR-1和VEGFR-2具有相似的結(jié)構(gòu)，均有7免疫球蛋白樣胞外結(jié)構(gòu)域，一個(gè)跨膜區(qū)和一個(gè)激酶插入?yún)^(qū)，而激酶插入?yún)^(qū)中斷了共識酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域的序列。VEGFR-2（KDR/Flk-1）是 VEGF的主要功能受體，介導(dǎo) VEGF促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖、促內(nèi)皮細(xì)胞存活作用與抗凋亡、促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞遷移、提高血管通透性等效應(yīng)。VEGFR-3（Fms-like-tyrosine kinase，F(xiàn)lt-4）也屬于受體酪氨酸激酶（RTKs），是RTKs的同一種類的家庭成員之一，但它不是與VEGFA結(jié)合的受體而是與VEGFC、VEGFD結(jié)合[1]。除了這些RTKs之外，血管內(nèi)皮生長因子與共同的受體家族——Neuropilins（NRP）。 綜上所述，目前發(fā)現(xiàn)的 VEGF受體（VEGFR）主要有VEGFR-1、VEGFR-2、VEGFR-3、Neuropilin（NRP1/NRP2）。而VEGF 主要結(jié)合在兩類酪氨酸激酶受體上：VEGFR-1 和 VEGF-2。

1.2.1 VEGFR-1（Flt-1）的分子量為180KDa，主要表達(dá)于單核細(xì)胞、滋養(yǎng)層細(xì)胞、腎系膜細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞。雖然在10年之前，VEGFR-1是第一個(gè)被確定為血管內(nèi)皮生長因子受體RTKs，但這種分子的確切作用目前仍在爭論。最近的證據(jù)表明，VEGFR-1的功能和信號屬性是可以根據(jù)不同動(dòng)物的不同細(xì)胞的發(fā)育階段來決定的。VEGFR-1的表達(dá)由于缺氧導(dǎo)致HIF-1依賴機(jī)制激活而得到上調(diào)的。VEGFR-1不僅與VEGFA而且與PLGF和VEGFB都會結(jié)合，但是它不與VEGFR-2結(jié)合。結(jié)合依賴于VEGFR-1的胞外免疫球蛋白（Ig）。VEGFR-1存在形式包括全長形式，可變剪接形式和可溶形式（sFlt-1）。全長形式和可溶性VEGFR-1兩者與VEGFA結(jié)合比VEGFR-2具有更高的親和力。因此VEGFA結(jié)合VEGFR-1可能會間接地阻止VEGFR-2的激活，特別是在血管新生初期。因此，sFlt-1已經(jīng)涉及到了血管生成的負(fù)調(diào)節(jié)劑的研究。經(jīng)過相關(guān)研究表明，VEGFR-1通過酪氨酸自身磷酸化來應(yīng)答血管內(nèi)皮生長因子[2]，這對于VEGF/VEGFR-1結(jié)合后的信號通路研究具有重大的生物學(xué)意義。目前，VEGFR-1的信號已被證實(shí)誘導(dǎo)基質(zhì)金屬蛋白酶9（MMP-9）產(chǎn)生，進(jìn)而可以促進(jìn)肺癌內(nèi)皮細(xì)胞生長和肺癌轉(zhuǎn)移。VEGFR-1在造血祖細(xì)胞和原始內(nèi)皮細(xì)胞募集反應(yīng)中也起到了重要的作用，它的活化是通過PLGF招募VEGFR-1-陽性造血干細(xì)胞引起的，進(jìn)而來重建造血功能。

1.2.2 VEGFR-2是VEGF的主要功能受體。雖然它與其配體的親和力較低，但VEGFR-2的作用卻不容忽視。VEGFR-2分布較為廣泛，主要分布于內(nèi)皮細(xì)胞表面，其他細(xì)胞還包括造血干細(xì)胞、視網(wǎng)膜前體細(xì)胞、巨核細(xì)胞。它的胞外Ig樣結(jié)構(gòu)域與可VEGFA抗原結(jié)合，VEGFR-2與VEGFA結(jié)合后會促進(jìn)受體二聚化并通過通過同種近膜Ig樣結(jié)構(gòu)域間的親和力作用來達(dá)到長久的穩(wěn)定，使細(xì)胞內(nèi)的酪氨酸殘基磷酸化/自身磷酸化。VEGFR-2在完整細(xì)胞內(nèi)經(jīng)過二聚化和配體依賴的酪氨酸激酶磷酸化后，將導(dǎo)致細(xì)胞的有絲分裂、細(xì)胞趨化和釋放存活信號。它的激活可以使VEGF誘導(dǎo)幾種蛋白質(zhì)在內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)磷酸化，其中包含有磷脂酶C-γ （protein kinase C-γ），PI-3激酶，Ras GTPase激活蛋白和SRC家族。還可以通過激活Raf/MeK/ErK通路，VEGFR-2的特征也是激活該通路并誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞增長，而在此過程中起決定作用的是蛋白激酶C而不是Ras，但是其間存在另一個(gè)途徑蛋白激酶C（PKC）介導(dǎo)鞘氨醇激酶（SPK）激活從而使RAS途徑激活[3-4]。VEGF/ VEGFR-2結(jié)合后通過酪氨酸激酶磷酸化位點(diǎn)Y1175磷酸化后激活PLC-γ，前者進(jìn)一步激活PKC。同時(shí)磷酸化的PLC-γ水解膜磷脂的PIP2產(chǎn)生DAG和IP3。IP3的逐漸積累將導(dǎo)致的細(xì)胞內(nèi)Ca2+增加，同時(shí)DAG激活PKC家族成員。PKC的激活也將導(dǎo)致PKD的活化，后者與磷酸化后的cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（CREB）以及熱休克蛋白27（HSP27）一同激活組蛋白脫乙酰酶的核轉(zhuǎn)位酶（HDAC）5和7從而增加核轉(zhuǎn)運(yùn)。VEGFR-2酪氨酸激酶磷酸化位點(diǎn)Y1214激活后會引起NCK/FYN復(fù)合物聚集并介導(dǎo) PAK-2的磷酸化，隨后激活Cdc42以及p38MAPK，與此同時(shí)在MAPKAPK2依賴性HSP27也被激活，從而促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的侵襲性。GAB1含有一個(gè)PI3K中的p85亞基結(jié)合位點(diǎn)。因此，GAB1/PI3K兩者的結(jié)合及血管內(nèi)皮生長因子刺激均可導(dǎo)致的PIP3的增加，這一過程還可激活GTP結(jié)合的RAC，導(dǎo)致膜的皺褶的形成和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)性增強(qiáng)[5]。

綜上所述，VEGFA/VEGFR-2（KDR）結(jié)合后會介導(dǎo)VEGF促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖、促內(nèi)皮細(xì)胞存活作用與抗凋亡、促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞遷移、提高血管通透性等效應(yīng)。與VEGFR-2結(jié)合后VEGF突變體可以全面地增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞的有絲分裂原和通透性，而與VEGFR-1結(jié)合的突變體缺乏這兩種功能。

2 VEGF的靶向治療

在確定VEGF具有促進(jìn)血管生成和淋巴管生成的作用以來，這些功能就一直占據(jù)著VEGF研究領(lǐng)域的主導(dǎo)地位，并且這些研究對血管生成時(shí)復(fù)雜過程及機(jī)制有著深刻的見解及認(rèn)識。重要的是，這些研究為針對VEGF和VEGFR靶向治療的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。目前，此類抗血管生成治療的藥物已應(yīng)用于臨床治療當(dāng)中?？筕EGF中和抗體（貝伐單抗，雷珠單抗），VEGF-165-RNA核酸適體（哌加他尼），VEGFR-1/R-2融合肽（VEGF-A-trap）和VEGFR TK多激酶抑制劑（索拉非尼，舒尼替尼等）已被批準(zhǔn)用于臨床，見圖1。貝伐單抗和VEGFR TK多激酶抑制劑可用于治療癌癥[6]。

圖1 部分抗血管生成藥物圖

針對于VEGF RTKs的靶向治療：大量的臨床研究表明，以VEGF/VEGFR信號通路發(fā)揮血管生成過程中的中心作用的各種疾病，如癌癥，各種血管內(nèi)皮生長因子信號抑制劑，包括抗VEGF中和抗體及VEGFR激酶/多激酶抑制劑，已研制成功并現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于臨床。這些藥物在癌癥治療中有效的延長無進(jìn)展生存率以及總生存期，并已被批準(zhǔn)用于多種實(shí)體腫瘤如結(jié)腸直腸癌，肺癌（非小細(xì)胞肺癌），乳腺癌，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，肝癌和腎癌[7]。有關(guān)研究在皮膚癌的小鼠移植瘤模型中通過抗體介導(dǎo)抑制VEGFR-2，發(fā)現(xiàn)腫瘤體積消縮減、新生腫瘤細(xì)胞被損害以及微血管密度降低。此外，VEGFR-2的表達(dá)或活性的抑制阻斷了VEGF-VEGFR-2-NRP1信號軸，這種抑制作用可以在體外阻礙膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的生存力和增加神經(jīng)膠質(zhì)瘤異種移植瘤小鼠的生存時(shí)間。這次研究是以細(xì)胞內(nèi)VEGFR-2的信號發(fā)生和抑制VEGFR-2酪氨酸激酶活性，并未通過貝伐單抗等藥物[8]。

3 結(jié)論

多細(xì)胞生物體細(xì)胞內(nèi)的信號傳遞是高度復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)過程。不同的外界或內(nèi)在刺激會引發(fā)不同的信號傳導(dǎo)和信號偶聯(lián)，從而對生物的生命活動(dòng)進(jìn)程進(jìn)行調(diào)控。信號通路的異常往往與腫瘤發(fā)生相關(guān)。由于膽管癌的發(fā)病率在全世界范圍內(nèi)表現(xiàn)出一個(gè)逐漸增加同時(shí)又缺乏有效的治療措施，因此找到治療膽管癌的關(guān)鍵靶位點(diǎn)以及靶向藥物成為目前研究熱點(diǎn)之一。在眾多疾病中VEGF的信號通路都扮演者重要的角色，其中最為熟知的應(yīng)為癌癥，目前針對于癌癥的VEGF相關(guān)的分子靶向治療已經(jīng)得到進(jìn)一步的完善，但許多問題有待解決，例如嚴(yán)重的副作用，難以預(yù)知的不良反應(yīng)及藥物之間復(fù)雜的藥理作用等等。不過許多新型的VEGF/VEGFR的抑制劑正在被研究探討。sFlt-1（可溶性VEGFR-1）、sFlk-1（可溶性VEGFR-2/sKDR）也VEGF NRPs逐步被人們所重視和研究。相信隨著對VEGF及其受體信號通路的不斷研究，針對于VEGF的靶向治療或藥物開發(fā)都會有更為穩(wěn)定的發(fā)展。

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【中圖分類號】R735.7

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】1674-9308（2016）09-0201-03

doi：10.3969/j.issn.1674-9308.2016.09.141

基金項(xiàng)目：內(nèi)蒙古自治區(qū)科技廳科技計(jì)劃項(xiàng)目資助課題（項(xiàng)目編號：kjt15sf03）

作者單位：1 內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010059；2 內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院急診外科，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010059

通訊作者：劉旭東，E-mail：nmliuxudong@163.com

The Research Progress of VEGF

LI Jun1LIU Xudong2, 1 Inner Mongolia medical university Graduate faculty, Hohhot Inner Mongolia 010059, China, 2 Inner Mongolia medical university People's hospital affiliated Emergency surgical department, Hohhot Inner Mongolia 010059, China

[Abstract]Vascular endothelial growth factor (VEGF), researchers foundthat in the late 20thcentury, is separated by the endothelial cell-specific mitogen. In recent decades, people through continuous research on VEGF have a more in-depth understanding and knowledge. This paper was given a brief summary based on the VEGF structure, function and subunit simple. Analysis of the signal VEGF and vascular endothelial growth factor receptor (VEGFR) pathway upon binding to participate in the process and related factors. So as to explore the advantages and disadvantages for the future development of the VEGF / VEGFR current molecular targeted therapy.

[Key words]Vascular endothelial growth factor, Vascular endothelial growth factor receptor (VEGFR), Signaling pathway, Molecularly targeted therapy