胎盘生长因子与呼吸系统疾病研究进展

许金花 关 巍

胎盘生长因子(placental growth factor，PIGF)是血管内皮生长因子(vascular endoth elial growth factor，VEGF)家族中的一员。PIGF不仅能够促进血管内皮细胞，尤其是微血管内皮细胞的增殖，还具有诱导血管内皮细胞的迁移和激活作用，并且可作为内皮细胞生长因子的趋化因子来调节内皮细胞的生长［1］。另外PIGF还具有促进单核细胞及内皮细胞的游走、增加内皮细胞通透性的作用。PIGF在肺内主要由肺上皮细胞分泌［2］。近年来，有研究表明，PIGF与呼吸系统疾病如支气管肺发育不良、慢性阻塞性肺疾病、肺间质纤维化、肺癌等有关。现对有关PIGF与呼吸疾病的研究进展进行综述。

一、PIGF及其受体生物学特征

1.PIGF:PIGF最早于1991年由Maglione等［3］在人的胎盘cDNA文库中分离纯化出来，是一种具有分泌作用的同二聚体糖蛋白。PIGF基因定位于14q24q-31，其碱基序列与VEG基因具有高度同源性。PIGF的53%蛋白质氨基酸组成与VEGF的相同，属于VEGF家族中一员。根据PIGF编码基因RNA不同的剪接方式，目前有4种异构体:即PIGF1、PIGF2、PIGF3、PIGF4。PIGF1是由Ⅰ～V、Ⅶ号外显子编码的。PIGF2是由Ⅰ～Ⅶ号外显子编码(第Ⅵ外显子含有63bp)而成，故PIGF2与PIGF1的不同在于前者因第Ⅵ外显子的存在而具有肝素的结合活性。PIGF3不但有PIGF1的6个外显子，还在Ⅳ和V号外显子之间、插有216bp的编码序列。PIGF4除含有与PIGF3同样序列外，还增加了PIGF2所具有的第Ⅵ外显子，编码肝素的结合区。PIGF1和PIGF3因为缺乏肝素的结合域外显子，主要以弥漫的形式存在。PIGF2和PIGF4均有肝素的结合域，主要以膜结合的形式存在。研究表明，PIGF在很多组织中表达，包括心脏、肺、甲状腺和骨骼肌中［4］。多种细胞可以产生PIGF，血管内皮细胞在静息状态下释放微量的PIGF，但是在激活状态下会产生大量的PIGF调节VEGF-A依赖的血管形成过程。其他细胞包括平滑肌细胞、炎症细胞、骨髓细胞、神经元细胞、肿瘤细胞在激活或者应激状态下也可产生大量PIGF［5-7］。

PIGF表达的调节因子主要包括氧含量和细胞因子。缺氧对于PIGF的基因表达具有组织依赖性。缺氧降低PIGF在滋养细胞中的表达，但是却增加了其在培养的纤维原细胞中的表达［8］。另外PIGF mRNA在鼠的缺血性心肌细胞中的表达增高［9］。PIGF的表达受细胞因子调节，如表皮生长因子、转化生长因子、IL-6［10］。彭文等［11］发现把IL-6加入原代培养的人早孕绒毛滋养层细胞中，滋养层细胞PIGF分泌会增加，还发现PIGF的分泌对IL-6具有时间和浓度依赖性。实验发现，原代滋养细胞和体外合体化的滋养细胞均可表达VEGF(包括PIGF);滋养细胞在1%的缺氧环境下培养24 h，VEGF mRNA表达显著升高，较氧浓度为21%的对照组高8倍，而PIGF则较对照组低73%;可见PIGF在滋养细胞缺氧条件下是下调的［13］。

2.PIGF受体:PIGF与其受体fms样酪氨酸激酶受体-1(VEGFR-1/Flt-1)特异性结合，通过跨膜信号传导发挥病理生理学作用。

PIGF的受体由酪氨酸激酶受体(fms-like tyrosine kinase，flt-1)和neuropilin-1(NP-1)受体组成。与PIGF具有特异性结合的细胞表面受体是VEGFR-1，即Flt-1，其以模性和可溶性两种形式存在。该受体在多种细胞上有表达，例如血管内皮细胞、滋养细胞、血管平滑肌细胞以及单核细胞。Fms样酪氨酸激酶受体在胚胎发育阶段对内皮细胞分化、血管形成及维持血管稳定发挥着重要的作用。循环中可溶性Fms样酪氨酸激酶受体是Fms样酪氨酸激酶受体基因的选择性剪接而形成的，该受体在C端有一个独特的、含有3个氨基酸的扩展区;与血管内皮生长因子、PIGF有高度亲和力的结合。有研究表明可溶性Fms样酪氨酸激酶受体有抗血管形成的特性，并能够对抗PIGF、血管内皮生长因子的生物学效应［12］。缺氧能够增加滋养细胞表达的可溶性fms样酪氨酸激酶受体。

二、胎盘生长因子与缺氧的关系

胎盘生长因子为缺氧诱导因子-1的靶基因，近来研究表明，内皮素-1，血管内皮生长因子及转化生长因子、和促红细胞生成素是缺氧性肺动脉高压(hypoxic pulmonary hypertension，HPH)的重要致病因子，在缺氧诱导因子的介导下产生并发挥着相应的作用［14］。缺氧诱导因子-1(hypoxia inducible factor-1，HIF-1)是在缺氧条件下广泛存在于哺乳动物以及人体的一种转录因子。HIF-1是目前发现的唯一特异的在缺氧状态下发挥活性的转录因子。目前已确定的HIF-1靶基因有近50种，VEGF、促红细胞生成素(erythropoietin，EPO)等，均依赖于 HIF-1的转录激活［15］。HIF-lα 就是通过诱导其下游缺氧反应基因的表达，广泛参与组织细胞的缺氧反应和缺氧适应性反应，并在此过程中发挥核心作用［16］。HIF-lα表达与VEGF、微血管密度(microvessel density，MVD)呈正相关，胎盘与VEGF有协同作用，是HIF-l的下游缺氧反应基因中的一员，故胎盘生长因子参与了缺氧条件下的反应［17-18］。

三、PIGF与呼吸系统疾病

1.PIGF与肺组织发育:研究发现，在初生鼠肺中，PIGF的表达很高，出生后迅速下降，提示PIGF可能在鼠肺的发育、成熟过程中起了作用［2］。肺PIGF主要由肺上皮细胞产生，但PIGF却可促进肺上皮细胞的凋亡。在体外培养鼠肺上皮细胞过程中发现，外源性的PIGF可以抑制肺泡上皮细胞的增殖，促进其凋亡［19］。通过检测早产新生儿脐带血中的PIGF表达水平，可以初步预测新生儿肺发育的好坏，PIGF越高，早产新生儿肺功能预后越差［20］。研究发现，早产新生儿使用机械通气后，肺更容易发生支气管肺发育不良(bronchopulmonary dysplasis，BPD)。利用体外培养人气道上皮细胞发现，类似于机械通气时的机械牵拉可以引起NO依赖的PIGF生成增加，进一步造成对肺上皮细胞的损害，这可以在一定程度上解释早产儿使用机械通气容易发生BPD的原因［21］。

2.PIGF与肺气肿及慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD):肺气肿是指终末细支气管远端的气道弹性减退，过度膨胀充气和肺容量增大并伴有气道壁破坏。而气道壁破坏主要由内皮细胞凋亡引起。

通过对PIGF的转基因小鼠的研究发现，过度表达PIGF，将引起肺上皮细胞的凋亡增加，造成VEGF生成减少，肺泡内皮细胞凋亡增加，肺泡隔消失，最终导致小鼠肺气肿［21］。后续研究发现，给小鼠吸入二氧化钛毫微颗粒后，可导致小鼠出现肺气肿样改变，在此研究过程中，PIGF也是异常升高的［22］。虽然上述两种方法造成的肺气肿都有 PIGF的升高，但其具体的机制不同。前者无炎症细胞的参与，可能是由于PIGF导致内皮细胞凋亡增加所致;后者有炎症参与，PIGF可能通过PI3K及其他途径，产生炎症趋化因子，如单核细胞趋化因子-1，肿瘤坏死因子，IL-1β，使炎症细胞聚集，造成肺内炎症反应、损害肺泡壁，最终坏死因子，IL-1β，使炎症细胞聚集，造成肺内炎症反应、损害肺泡壁，最终形成肺气肿样改变［23］。

Cheng等［24］测定184例COPD患者、212例吸烟者、159例不吸烟者的血清PIGF及VEGF，发现COPD患者PIGF浓度高于吸烟者及不吸烟者，而血清VEGF浓度在COPD组与对照组是相同的。他们同时测定20例COPD患者及18例对照组肺泡灌洗液的PIGF，发现COPD患者的PIGF浓度高于对照组，并且与FEV1%呈反比，同时TNF-α和IL-8也是增加的，但COPD患者肺泡灌洗液的VEGF水平低于对照组。对体外培养的支气管内皮细胞的研究发现，前炎症因子可诱导PIGF及VEGF蛋白表达，而应用PIGF、TNF-α和IL-8则降低VEGF表达，并且诱导细胞死亡。以上研究说明PIGF在COPD发病机制中起作用，并对VEGF具有抑制作用。

3.PIGF与肺间质纤维化:异常的血管生成、重构可能是肺纤维化的始动因素。1963年Turner等［25］首先发现在广泛性肺纤维化的患者肺中存在广泛的新血管生成以及重构，相继的研究表明肺部广泛损伤以后肺部促血管生成因子会明显升高［26］。采用博莱霉素诱导肺纤维化，在纤维化未形成之前促血管生成因子已经升高，在早期拮抗促血管生成趋化因子或给予抑制血管生成趋化因子能够显著减轻血管新生、重构以及肺纤维化，并提示了异常失控的血管生成在肺纤维化形成中发挥着重要的作用。郑敏辉等［27］在百草枯致肺纤维化的动物模型中也发现肺组织中PIGF mRNA表达明显高于对照组。

肺纤维化的形成是由肺损伤后修复功能失调而引起的。早期表现为肺泡炎，肺内大量的炎性细胞浸润。在炎性细胞、血小板等分泌的致纤维化因子的作用下，最终导致肺纤维化的形成。肺部炎症是肺纤维化的发生基础，PIGF能够促进血管生成因子增多，并能促进炎症反应［28］。在细胞培养的实验中显示PIGF能使肿瘤坏死因子α、IL-1βmRNA的表达增强，并能够提高IL-8、单核细胞炎性蛋白l β的水平。PIGF能通过Flt-1促进单核细胞趋化蛋白1及细胞间黏附分子的活化、迁移［29］。在小鼠实验中用基因转染方法，应用可溶性fms样酪氨酸激酶受体阻断血管内皮生长因子/PIGF，可明显减轻小鼠腹膜纤维变性以及博莱霉素导致肺纤维化的程度，并且明显减低血浆PIGF水平、病变组织细胞间黏附分子以及单核细胞趋化蛋白mRNA的表达 ，以上提示PIGF可能参与了肺纤维化的进程，通过阻断血管内皮生长因子/PIGF，在对抗纤维化治疗方面可能有效［30-31］。

4.PIGF与肺癌:在鼠肿瘤模型中PIGF-1和PIGF-2的稳定表达可减少肿瘤微血管的密度和分支形成［26］。研究表明，人类胎盘生长因子的过度表达可对移植到鼠体内的人类肺癌、结肠癌和脑部肿瘤细胞产生抑制作用，这对抗肿瘤治疗有指导意义［31］。色素上皮衍生因子(pigment epithelium derived factor，PEDF)属于丝氨酸蛋白酶抑制基因家族，是一种重要的内源性血管生成抑制因子.有资料表明PIGF与PEDF在非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)中表达成副相关［30］。PIGF在肺部肿瘤中高度表达已成事实，PIGF是促进肺部肿瘤的发展尚是抑制肺部肿瘤的发展还有待进一步研究。

在对NSCLC的系列研究中发现，抑制其PIGF的生成，可以降低肿瘤细胞的活力［32］。在肺癌组织中，癌性组织相对于其周围的正常组织，PIGF的含量明显增高，且和肿瘤的分期和大小相关，提示可以把它作为判断肺癌的预后因素的指标，因此PIGF将有可能作为一个治疗靶点［33］。在胚胎干细胞衍生的肿瘤中，重组体PIGF通过VEGFR-1使肿瘤细胞生长速度加快［34］。以上的研究大多基于PIGF促进肿瘤血管生成上的功能。但也有学者提出，PIGF可以抑制肿瘤血管生成。PIGF过表达，形成PIGF/VEGF异二聚体，可以减少VEGF二聚体的生成，而 VEGF/PIGF异二聚体的促血管生成能力是很弱的，大概不到 VEGF二聚体的二十分之一，导致肿瘤血管数量减少，管腔增大，肿瘤生长停滞［35］。关于PIGF在肿瘤细胞血管生成方面的作用，尚存在诸多争议。这种不同的结果，可能与不同的肿瘤微环境以及肿瘤发生、发展的早晚有关或者和PIGF的浓度有关。PIGF是促进肺部肿瘤的发展还是抑制肺部肿瘤的发展还有待进一步研究。

四、结语和展望

PIGF作为血管生成因子的一员，尽管已经被发现了数年，但是其作为血管生成因子的重要性却长期被低估了。近年来，关于PIGF在血管生成方面的研究也在不断拓展，随着研究的深入，关于其在呼吸系统疾病、炎症反应、伤口愈合、肿瘤方面所起的作用也逐渐成为热点。

尽管目前的研究已取得很大进展，但尚存在争议。PIGF发挥作用的机制比较复杂，其机理亦不明确，尚待后续研究进行合理解释和科学的论证，将来在基础研究或者临床试验的研究，将集中在PIGF介导的治疗方法在增强或抑制血管发生的潜在功能上，并以此为各种疾病的治疗和预防提供线索。

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