色素上皮衍生因子与氧化应激

李瑞霞(综述)，陈海冰(审校)

(上海交通大学附属第六人民医院内分泌代谢科，上海市糖尿病研究所，上海市糖尿病重点实验室，上海市糖尿病临床医学中心，上海 200233)

色素上皮衍生因子与氧化应激

李瑞霞△(综述)，陈海冰※(审校)

(上海交通大学附属第六人民医院内分泌代谢科，上海市糖尿病研究所，上海市糖尿病重点实验室，上海市糖尿病临床医学中心，上海 200233)

色素上皮衍生因子(PEDF)是一种糖蛋白，属于丝氨酸蛋白酶抑制剂超家族，它首次从人视网膜色素上皮细胞的条件培养基中被纯化出来，具有很强的神经分化活性。之后被发现有抗氧化应激，抗血管新生，抗炎，抗血小板活化、聚集抑制血栓形成，抗细胞凋亡，营养保护神经等作用，并且它的一系列性能无一例外均涉及其抗氧化应激性能。现将PEDF与氧化应激的相互作用以及作用机制进行综述。

色素上皮衍生因子;氧化应激;炎症;凋亡;血栓形成

色素上皮衍生因子(pigment epithelium-derived factor，PEDF)作为一种神经营养因子而首次被发现，是1989年Tombran-Tink等［1］从胎儿视网膜色素上皮细胞的体外培养液中分离纯化的一种可溶性糖蛋白，属于丝氨酸蛋白酶抑制剂超家族。在人类，其染色体定位于17p13.3［2］。它是一种有效的内生性多功能因子，近年来又发现其具有抗血小板活化聚集、抑制血栓形成性能。众多研究证明PEDF可以通过其抗氧化应激作用及与此相关的抗血管新生，抗炎，抗血小板活化、聚集等作用达到对机体的保护作用。现对PEDF的不同保护作用及其作用机制进行综述。

1 PEDF的抗新生血管、抑制血管通透性增高作用

血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)是一种有效的促血管生长因子，调节血管的发生、发展，在细胞的增殖、迁移、增加通透性方面有重要作用［3］。PEDF能够有效地抑制血管新生，它与VEGF比值的失衡和新生血管的形成密切相关。Zheng等［4］研究发现培哚普利(血管紧张素转化酶抑制剂)可通过降低线粒体活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)的生成而降低牛视网膜毛细血管内皮细胞中VEGF/PEDF的比值(降低VEGF，升高PEDF)，ROS降低的原因是培哚普利上调过氧化物酶体增生物激活受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor-γ，PPAR-γ)及解耦联蛋白 2(uncoupling protein-2，UCP-2)的表达而降低线粒体膜电位;PEDF可诱导高糖及正糖条件下牛视网膜毛细血管内皮细胞中线粒体PPAR-γ及UCP-2的表达，进而降低膜电位，抑制线粒体ROS的生成，并且经不可逆性 PPAR-γ抑制剂GW9662处理后，PEDF上调UCP-2 的性能被阻断［5］。由此可见，氧化应激状态也是血管新生的使动因素，而PEDF可以抑制线粒ROS的生成从而缓解氧化应激，以致抑制血管新生。其作用靶点在线粒体PPAR-γ及UCP-2。

此外，Yamagishi等［6］研究发现给正常的大鼠静脉注射糖基化终产物(advanced glycosylation end product，AGE)不仅可通过刺激VEGF的表达增加视网膜血管的通透性，还可降低视网膜PEDF的水平;给予PEDF干预治疗，发现PEDF可抑制AGE诱导的VEGF介导的血管通透性增加。研究发现［6］，PEDF一方面可通过下调p22phox和gp91phox(NADPH氧化酶的膜组成部分)的mRNA水平来抑制NADPH氧化酶的活性，降低AGE暴露下的内皮细胞的ROS生成;另一方面PEDF还通过降低RAGE的表达而抑制AGE与其受体的作用，降低ROS生成，从而抑制血管新生及血管通透性的增高。此研究并没有明确PEDF抑制RAGE基因表达的分子机制。然而，近来有报道［7-9］，PPAR-γ 激动剂可下调 AGE 诱导的RAGE基因表达，因为 PEDF可活化多种细胞中PPAR-γ信号通路。

2 PEDF的抗炎作用

近年来的研究已揭示AGE及其受体系统可在多种细胞中诱导氧化应激以及炎性反应［10-11］。在人肾小球系膜细胞的体外实验中Ide等［12］发现AGE可显著地刺激系膜细胞内ROS的生成，活化核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)，上调炎性因子、单核细胞趋化蛋白1、血管细胞黏附分子1的RNA水平，而PEDF及NF-κB抑制剂可完全阻抑这一效应，由此可见，PEDF通过抑制AGE诱导的ROS的产生而抑制NF-κB的活化，最终阻抑炎性因子单核细胞趋化蛋白1、血管细胞黏附分子1的转录表达，以达到抗炎效果。Yamagishi等［13］研究发现，PEDF可抑制内皮细胞中肿瘤坏死因子α诱导的白细胞介素6基因的表达，并且更进一步证实，其作用是通过抑制NADPH氧化酶介导的ROS的生成进而阻滞NF-κB活化实现的。其中PEDF对NADPH氧化酶抑制的作用靶点在Rac-1(NADPH氧化酶膜组成成分)。肿瘤坏死因子α、白细胞介素6是经典的炎性因子，事实上ROS通过NF-κB的激活调节很多基因的表达，包括很多炎性因子都可被PEDF抑制。

另外，Zheng等［5］研究指出，PEDF通过线粒体途径及NADPH氧化酶途径抑制高糖诱导ROS的生成，阻抑Janus蛋白酪氨酸激酶2(JAK2)/信号转导与转录激活子3(STAT3)信号通路的活化，从而部分下调VEGF的表达，现经发现STAT3与天然及适应性免疫反应密切相关，所以这也是PEDF通过其抗氧化应激性调节炎性反应的一个重要途径。

3 PEDF的抑制血栓形成作用

Takenaka等［14］曾用结扎大鼠颈动脉的方法诱导血栓形成的模型并研究PEDF的抗血栓形成作用：①PEDF以剂量依赖形式抑制结扎大鼠颈动脉的血栓形成。②PEDF抑制P选择蛋白(血块中血小板活化的标志物)的表达。③PEDF抑制血块中过氧化物的形成以及NADPH氧化酶的活化。④PEDF以剂量依赖式阻断胶原诱导的ROS的形成、P选择蛋白的表达以及血小板的聚集。由此可见，PEDF的抑制血栓形成性能可能是通过其抗氧化应激抑制血小板的活化聚集而实现的，并且其作用靶点在NADPH氧化酶。血小板功能的改变与微血栓的形成有着紧密的联系，可能在糖尿病血管并发症的发病机制中发挥重要作用，并且越来越多的研究证实氧化应激的形成与血小板的活化聚集关系紧密，所以在2009年通过诱导糖尿病大鼠模型进一步对PEDF的抗血栓形成进行研究发现［15］：①PEDF或者磷酸吡多醛(AGE形成的抑制剂)可通过抑制NADPH氧化酶源性过氧化物的形成而抑制血小板P选择蛋白的表达与聚集，从而使糖尿病大鼠尾静脉出血时间缩短。②静脉给予正常大鼠注射AGE可模拟糖尿病对血小板活化及出血时间的影响，并且也可被外源性PEDF阻断。由此更加肯定了PEDF实际上是通过其抗氧化应激性抑制NADPH活化，进而减少ROS的生成实现其抗血小板聚集及血栓形成作用的。此外，经典的促炎因子(肿瘤坏死因子α、白细胞介素6)都是血栓形成的诱导因素，PEDF可通过其抗氧化应激功能抑制其基因表达，从而间接达到抑制血栓形成的目的。

4 PEDF的抗凋亡作用

Amano等［16］研究视网膜周细胞中 PEDF对氧化应激诱导的细胞凋亡、功能损伤的保护作用，采用高糖和H2O2诱导视网膜周细胞氧化应激模型发现：①PEDF或者抗氧化剂可显著地阻滞高糖诱导的周细胞的生长抑制。②一定剂量的PEDF可完全阻滞H2O2诱导的周细胞生存率的降低及其DNA合成的减少。③H2O2可增加周细胞内促凋亡分子Bax的mRNA水平，降低其抗凋亡分子Bcl-2 mRNA水平，PEDF完全的阻滞了H2O2诱导的这两种分子mRNA的变化，维持其在周细胞内的正常水平，并且单独应用PEDF、Bcl-2及Bax mRNA水平无变化。④caspase-3负责细胞组件的断裂、崩解，在细胞凋亡中发挥重要的作用。在高糖或者H2O2诱导的氧化应激状态下，在视网膜周细胞中其活化明显增加，此效应可被PEDF完全阻滞。

由此可见，氧化应激状态下，细胞内促凋亡分子Bax mRNA水平被上调，抗凋亡分子Bcl-2 mRNA水平下调，进而活化caspase-3，诱导细胞凋亡。PEDF通过其抗氧化应激性能抑制这一过程。但是，PEDF完成这一性能的具体机制并没有明确。谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)是哺乳动物中过氧化物解毒的主要抗氧化酶，其有一定的抗氧化作用。Amano等［16］试探性地研究GPx与PEDF抗氧化应激的内在联系，发现PEDF可显著上调高糖或者H2O2暴露下周细胞中GPx mRNA的水平并增强其活性。同样剂量下，PEDF单独使用并不影响周细胞中GPx表达及其活性。因此可以明确，PEDF通过上调GPx mRNA的水平并增加其活性而上调抗氧化应激诱导的Bax mRNA水平、降低Bcl-2 mRNA水平，活化及其下游的caspase-3，最终达到抗凋亡的作用。近来研究发现，PEDF在氧化应激状态下还可通过上调过氧化物歧化酶和谷胱甘肽的水平达到抗氧化应激的效果［17］。

另外，细胞外信号调节激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase 1/2，ERK1/2)通路也是PEDF抗凋亡的另一途径。Tsao等［18］研究发现，PEDF以剂量依赖形式抑制H2O2诱导的RPE细胞凋亡损伤;PEDF刺激ERK1/2蛋白的磷酸化使其活化;当用PD98059(ERK1/2抑制剂)抑制PEDF对ERK1/2的磷酸化作用时，PEDF的保护作用明显减弱。由此可见，PEDF可通过诱导ERK1/2的活化而对氧化应激状态下的RPE发挥保护作用。

5 PEDF的营养保护神经作用

作为一个多功能的糖蛋白，PEDF的神经营养作用已被发现［19］。氧化应激在帕金森病等神经变性疾病中扮演的使动角色也日益受到关注［20-22］。现已有研究显示［23］，PEDF可以对抗鱼藤酮及6羟基多巴胺的神经毒性作用从而保护多巴胺神经元，这两种药物是通过氧化应激的机制发挥毒性作用的，证明了PEDF可部分通过其抗氧化应激性能发挥神经保护作用。然而，其具体作用靶点尚不明确。Sanchez等［24］通过皮质神经细胞的体外实验进一步研究显示，过氧化氢处理皮质神经细胞时引起剂量依赖式的内源性PEDF降低，非活化形式caspase-3的降低及活化形式caspase-3的升高;预先给予PEDF孵育可明显抑制H2O2诱导的细胞内抗凋亡蛋白Bcl-2的表达下调;ERK1/2抑制剂可以显著阻抑H2O2诱导的氧化应激状态下PEDF对神经元的保护作用，并且在PEDF存在的条件下细胞内的抗凋亡蛋白Bcl-2显著升高，而ERK1/2抑制剂可显著削弱这种作用。因此PEDF通过ERK1/2途径稳定氧化应激状态下Bcl-2的水平以抑制caspase-3的活化，从而抑制氧化应激引起的神经元细胞的凋亡，完成其神经保护作用。这与上述PEDF的抗凋亡途径是吻合的。

6 小结

PEDF是一种有效的内源性多功能因子，具有抗氧化应激，抗血管新生、保护血管、抑制其在外界刺激下血管通透性的增高、抗炎、抗血小板活化、聚集抑制血栓形成、抗细胞凋亡等作用，而抗氧化应激作用是其众多性能的作用枢纽。在错综复杂的作用机制中，PEDF主要通过 NADPH氧化酶(p22phox/Nox4、gp91phox/Nox2 及 Rac-1、ERK1/2 通路、JAK2/STAT3通路)和线粒体(PPARγ及UCP-2)途径抑制ROS的生成减弱氧化应激的状态，从起始阶段对抗氧化应激诱导一系列机体损伤反应。在氧化应激过程中，PEDF可通过抑制氧化应激诱导的一些损伤因子的表达而对抗其损伤作用。PEDF还可以通过上调谷胱甘肽过氧化物酶、过氧化物岐化酶、谷胱甘肽等缓解氧化应激环境。总之，PEDF可从起始、过程、终末3个阶段对抗氧化应激及其引起的炎症等一系列损伤反应。

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Pigment Epithelium-derived Factor and Oxidative Stress

LI Rui-xia，CHEN Hai-bing.(Department of Endocrinology＆Metabolism，Shanghai Jiaotong University Affiliated Sixth People's Hospital，Shanghai Institute for Diabetes，Shanghai Key Laboratory of Diabetes，Shanghai Clinical Medical Center of Diabetes，Shanghai200233，China)

Pigment epithelium-derived factor(PEDF)is a glycoprotein which belongs to the super-family of serine protease inhibitors，first purified from the conditioned media of human retinal pigment epithelial cells as a factor which possessing potent neuronal differentiating activity.After that，some other properties of PEDF had been found successively including anti-oxidation，anti-angiogenesis，anti-inflammation，anti-platelet activation，inhibiting platelet aggregation，anti-apoptosis，and neurotrophic function.And all of these properties of PEDF are almost invariably involved the performance of its anti-oxidative stress.Here is to summarize the interaction between PEDF and oxidative stress and its specific mechanisms.

Pigment epithelium-derived factor;Oxidative stress;Inflammation;Apoptosis;Thrombosis

R58;R34

A

1006-2084(2012)13-1968-03

国家自然科学基金面上项目(30871204)

2011-12-06

2012-01-30 编辑：伊姗