Ang-1、Ang-2/Tie2信号通路在血管生成中的研究进展

张小芳 刘 丹综述 姚宝珍审校

促血管生成素-1、-2及其受体 Tie2(Angiopoietin-1、Angiopoietin-2/ tyrosine Kinase Receptors 2,Ang-1、Ang-2/Tie2)是近年来发现的一种除血管内皮生长因子(Vascular Endothelial Growth Factor,VEGF)之外的一条新的血管生成信号转导通路[1],这条新的信号通路在人类生理性血管形成中发挥重要作用,另有研究表明,Ang-1、Ang-2/Tie2信号通路在肿瘤、创伤、炎症等多种病变中也起一定作用。研究它们对疾病发生的影响有助于为相关疾病的治疗提供新线索,本文就Ang-1、Ang-2/Tie2在血管发生发展中所起的作用作一综述。

1 Ang-1、Ang-2/Tie2信号通路

1.1 Tie2

Tie2是酪氨酸激酶受体,其配体是 Ang-1、Ang-2,与免疫球蛋白及上皮样生长因子(Epidermal Growth Factor,EGF)受体具有同源性,主要表达于血管内皮细胞[2]。Tie2基因定位于1p33～1p34,mRNA全长4.4 kb,该蛋白前体由1 124个氨基酸残基组成。Ang-l和Tie2结合形成二聚体,使后者磷酸化而被激活,Ang-2与Tie2结合可抑制后者的活性[3]。

1.2 Ang-1/Tie2

Ang-1基因位于8q22.3～q23部位,由498个氨基酸组成,其中N端有一疏水分泌信号肽和α螺旋结构域,C端包含一纤维蛋白原类似结构域[4]。Ang-l在体外不能直接促进内皮细胞生长,可能与新生血管的启动不同,但在新生血管管腔形成过程中起作用,使血管结构稳定[5]。Ang-l和受体结合后活化Tie2,Tie2活化的内皮细胞可吸引血管平滑肌细胞、周细胞等包围、支持内皮细胞形成完整的血管壁,从而促进血管生成,同时通过细胞与细胞、细胞与基质等相互作用维持血管结构的稳定[5～7]。因此,Ang-1主要与维持内皮细胞和周围的支持细胞之间的相互作用有关,在维持血管结构的稳定中起重要作用。

1.3 Ang-2/Tie2

Ang-2基因位于8p23.1,在正常成人中主要分布于卵巢、子宫和胎盘,可能与这三种组织中血管再建较多有关[6]。Ang-2由 496个氨基酸组成,与 Ang-1有60%的同源性,也可与受体Tie2结合。多数学者认为Ang-2为无信号传导功能的Tie2配体,它不引起Tie2受体的磷酸化,可以竞争性地阻断Ang-1的效应,有促进内皮祖细胞(Endoth elial Progenitor cells,EPC)移行的作用,Ang-2与内皮祖细胞间的相互作用可能是新生血管形成的始动环节[3]。但也有报道认为,在高浓度时Ang-2与Ang-1类似,使受体磷酸化后促进内皮细胞的存活[7]。还有研究认为,Ang-2在调节血管生成过程中并不调控内皮细胞增殖,而是与内皮特异性Tie2结合,促进或抑制Tie2的磷酸化,并通过受体下游途径调节血管的成熟[8]。故Ang-2/Tie2信号通路在血管形成中作用复杂,具体机制还有待进一步研究。

2 Ang-1、Ang-2/Tie2在生理性血管生成中的功能

大鼠卵巢VEGF的表达早于血管形成,Ang-2的表达以新生血管网的前沿最丰富,而Ang-1的表达和血管生成一致,随着卵巢周期的变化,三者协同调节血管的生长和消退。排卵后,随着VEGF水平降低,Ang-2又通过抑制Ang-1的作用而促进血管消退。胚胎发育早期,Ang-2在心脏和毛细血管床周围不表达,只在主动脉和大的动脉分支中表达,相比于Ang-1的广泛分布,Ang-2主要呈点状分布,仅局限在内皮细胞和相关的外周细胞中[9]。剔除Ang-1基因小鼠其胚胎在第12.5天死亡,解剖发现胚胎多数脏器中的血管密度降低,部分内皮细胞变圆,支持细胞(如周细胞、平滑肌细胞)减少[9]。由此可见Ang-1、Ang-2在生理性血管生成和稳定中起重要作用。

3 Ang-1、Ang-2/Tie2在病理性血管生成中的作用

3.1 Ang-1、Ang-2/Tie2与肿瘤

病理性血管生成包括关节炎、糖尿病视网膜病变、肿瘤的生长和转移等新血管的生成。肿瘤生长依赖于新生血管为其提供足够的养料。近年来研究表明,在多种肿瘤血管中,Ang-1、Ang-2和Tie2的表达不同。生理状态下,Ang-1/Tie2途径受到严格的调控,而在肿瘤组织中,缺氧及巨噬细胞分泌的肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白介素-1β(IL-1β)等因子可造成周细胞凋亡,并诱发Ang-1表达增加而促进肿瘤组织中的血管生成[10]。但 Ang-1在不同肿瘤中表达并不一致,如Ang-1在肝癌组织、癌旁组织及正常肝组织中的阳性表达率无显著性差异[8],在膀胱癌患者血清中Ang-l明显高于非肿瘤组织和正常对照组[11],增生期血管瘤组织的Ang-1 mRNA表达则低于正常组织[12]。胃癌、肠癌、喉癌中也有Ang-2的表达,但这种表达多在癌组织而非血管新生内皮细胞,还有研究表明Ang-2有利于肿瘤的转移。喉癌组织中Ang-2和基质金属蛋白酶-7(MMP-7)表达的阳性率明显高于癌旁喉黏膜组织,且Ang-2表达与肿瘤分级及临床分期相关[13]。Ang-2及Tie2在肝癌组织中的阳性表达率明显高于癌旁组织,而癌旁组织的阳性表达率又高于正常肝组织[11]。

Ang-2通过结合Tie2,竞争性抑制Ang-1促 Tie2磷酸化作用,破坏血管稳定性,增加VEGF血管生成作用,促进肿瘤生长;Ang-2的表达增加可促进肿瘤血管新生和新的毛细血管再建及形成[12,14]。正常组织中Ang-1 mRNA广泛表达,而Ang-2表达量较低或者不表达;在增生期血管瘤,Ang-2 mRNA表达显著高于正常组织[11]。Park等[14]研究认为肠腺瘤中Ang-2和VEGF表达可能是肠腺瘤恶变的标志物之一。是否能通过阻断Ang-2/Tie2信号通路抑制肿瘤的生长及转移需进一步的研究。

3.2 Ang-1、Ang-2/Tie2与损伤、炎症、缺血缺氧性疾病

Ang-2是重要的血管损伤因子,能引起内皮细胞肿胀、变性,进而出现细胞坏死和凋亡。在高氧的刺激下,Ang-2及其受体Tie2被激活,而Ang-1被抑制。Heijden等[15]研究发现,急性肺损伤(Acute Lung Injury,ALI)和急性呼吸窘迫综合征(Acute Respiratory Distresssyndrome,ARDS)患者循环中Ang-1的表达水平无差别,而 Ang-2表达和Ang-2/Ang-1比值在ALI/ARDS患者中明显增高,且和肺水肿及ALI/ARDS的严重程度平行。Willam等[16]发现,低氧和炎症刺激因子TNF-α、IL-1可诱导人冠脉微血管内皮细胞和人脐带静脉内皮细胞株Ang-1及其受体Tie2基因的表达。在糖尿病肾病动物模型中,肾小球内皮细胞Ang-2表达上调,并伴有细胞凋亡增多和尿蛋白增加,Ang-2转基因模型动物中也有明显的蛋白尿和肾小球细胞凋亡[17]。异位子宫内膜碎片仍可分泌Ang-1和Ang-2,种植后的子宫内膜碎片仍有血管生成活动,推测含有大量Ang-1、Ang-2的内膜碎片进入腹腔后,以其很强的血管生成能力获得血供,并进一步侵袭、发展,使病灶不断扩大[18]。子宫内膜异位症的发生发展可能与在位内膜组织中高水平的Ang-1和Ang-2有关。

4 Ang-1、Ang-2/Tie2在疾病治疗中的作用

肿瘤性血管属于高度不成熟血管,其生成依赖肿瘤组织产生的促血管生成因子,后者作用的发挥需要克服保持血管稳定的因素。已有不少针对Ang-1、Ang-2/Tie2信号通路抑制肿瘤生长及转移的相关研究报道,但由于Ang-1、Ang-2/Tie2信号通路的具体机制还不是很明确,因而限制了其在临床上的应用。

Ang作为重要的血管内皮调节因子,在移植物排斥反应和移植物血管病变中的作用已引起移植学界的关注,并且在心脏移植领域的一些研究中初步显示了其潜在的重要价值[19,20]。Nykanen等[19]在对大鼠移植心脏血管病变模型的研究中,利用腺病毒介导的Ang-1和Ang-2转基因表达,发现Ang-1和Ang-2在移植心脏中有着相似的抗炎症和抗凋亡效应。在同种异体肾移植大鼠术后4周、8周和12周,移植肾组织中Ang-1、Ang-2和Tie2 mRNA的表达差异有统计学意义。与同种同基因肾移植大鼠比较,同种异基因肾移植大鼠术后8周、12周的 Ang-l mRNA表达下降,而Ang-2 mRNA和Tie2 mRNA表达升高[20]。

血管新生疗法指的是用内生的或使用外源性的生长因子等方法促进新血管生成,包括缺血组织中的侧支循环建立。目前已有Ang-1/Tie2信号通路在创伤修复、血管再通及减轻水肿和神经修复的研究。Ang-1能有效促进新生的脉络膜新生血管形成和成熟,促进疤痕形成[21]。Ang-2基因敲除大鼠和使用Ang-1寡核苷酸干预大鼠可以避免高氧所致的急性肺损伤[22];McCarter等[23]还发现使用Ang-1治疗脂多糖(LPS)所致的急性肺损伤可以明显减轻炎症反应;Joussen等[24]研究结果表明Ang-1治疗组与糖尿病性视网膜病变对照组相比,视网膜表面细胞水肿明显减轻。最近有研究表明激光光凝诱导的大鼠脉络膜新生血管在Ang-1处理组的发生率及晚期渗漏率明显低于对照组,其机制可能是Ang-1通过促进血管内皮细胞的聚集与重塑,维持了新生血管的稳定性,有效防止了炎症反应和血管通透性增加。研究还发现,脑缺血再灌注后Ang-1表达增加,当Ang-1与Tie2结合后可以抑制脑微血管内皮细胞的凋亡,从而减轻VEGF产生的血管通透作用,减少脑缺血后血脑屏障的渗漏,降低脑水肿程度[7]。

5 展 望

Ang-1、Ang-2/Tie2信号转导通路在人类生理性和病理性血管生成过程中均起到重要作用。该通路是除VEGF之外的新的信号转导通路,对它们的研究有助于阐明血管生成的机制,并且为利用这些靶点进行相关疾病的治疗打下基础。Ang-1有促进血管生成、稳定血管结构的作用,可以利用Ang-1的这一特性与VEGF共同来治疗血管退化性疾病;Ang-1可增加内皮细胞间连接的紧密性,可以利用这一特性减少血管的渗漏,减轻炎症反应。Ang-2对血管生成的作用是双重的,如何合理利用Ang-2促血管退化作用来治疗血管异常增生性疾病是值得研究的课题。通过抑制Ang-1、Ang-2/Tie2信号通路减少血管生成进行肿瘤的治疗也是可期的有效途径之一 。但Ang-1、Ang-2/Tie2信号通路在临床实践中的应用还有待进一步研究。

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