血管内皮钙粘蛋白与血管性疾病的研究进展*

黄达阳综述，赵鹃审校

血管内皮钙粘蛋白与血管性疾病的研究进展*

黄达阳综述，赵鹃审校

血管内皮细胞（EC）作为组织与血液间的第一道屏障，在体液交换、白细胞渗出、血管发生等生理过程中起着重要的调节作用。而细胞之间的黏附连接是构成内皮屏障的基础，也在血管EC发挥功能的过程中起到了重要的作用。血管内皮钙粘蛋白（VE-cad）作为构成黏附连接的重要分子，在EC发挥功能的过程中所起的作用受到越来越多的关注。与此同时，VE-cad与血管发生和形成、稳定血管内环境等多方面功能有关，并与多种血管性疾病密切相关。

钙粘蛋白; 血管性疾病; 血管内皮

动脉血管内皮细胞（EC）是位于血管壁和血液界面之间的单层细胞，也是循环血液与血管之间的重要屏障。血液中的某些因素如细胞因子（肿瘤坏死因子和白细胞介素6、氧化脂蛋白）等炎性因子，可活化成巨噬细胞，形成脂质条纹[1]，并且当其作用于EC时，会使血管EC黏附性增加、EC损伤。当EC的修复速度不足以弥补凋亡的速度时，细胞间的裂隙增加，脂质积聚，导致动脉中层的逐渐蜕变和钙化，阻塞动脉管腔，最终将导致该动脉所供应的组织或器官的缺血或坏死。Rader等[2]2008年在《Nature》上提出：血管EC结构和功能的损伤是动脉粥样硬化（AS）形成和慢性心力衰竭发生的始动因素。血管内皮钙粘蛋白（VE-cad）是血管内皮所特有的，专一性的表达在血管EC的表面，也是主要的功能结构，因而对VE-cad的深入研究将有助于保护EC免受外界因素的损伤，并在控制疾病发展及改善临床治疗等方面有重要意义。本文主要介绍VE-cad与血管性疾病的一些相关研究进展。

1 血管内皮钙粘蛋白的结构特点

1991年Suzuki等首先发现VE-cad，是由胞外区、跨膜区和胞浆区三部分组成的穿膜蛋白。VE-cad是EC特有的膜蛋白，也是EC黏附连接的主要蛋白，由784个氨基酸组成，由5个细胞外重复区域、单跨膜区域、拓扑区域及富含丝氨酸区域构成。它主要位于细胞间连接的中上层（图1），借助p120、plako，与胞内、连环蛋白（-cat、-cat）连接组成复合体，在细胞间隙中呈试管样结构，在细胞内与丝状肌动蛋白（F-actin）联系，有助于细胞间信息传递。

2 血管内皮钙粘蛋白在血管内皮中的功能作用

VE-cad蛋白不仅在保持EC的完整性，而且维持EC的生理功能、血管发生和形成、稳定血管内环境等多方面起着重要作用。然而，VE-cad处于EC的中上层，构成细胞连接的第一道关卡，也最先、最容易受到外界刺激因素的影响。

图1 血管内皮钙粘蛋白的结构组成

VE-cad是重要的细胞生长周期和程序性死亡调节蛋白，对血管稳态的维持起重要作用。VE-cad调节血管EC生长的接触抑制，抑制293细胞凋亡，维持血管EC和VSMC（血管平滑肌细胞）生长的动态平衡，与此同时，VE-cad还可能通过调节血管内皮生长因子（VEGF）受体、生长素调控血管EC的生长周期。此外，VE-cad通过细胞延伸抑制细胞增殖，而在细胞受刺激后，其又会通过Rho依赖性骨架蛋白张力改变，促细胞增殖。上述多种机制联合作用维持血管稳态。

VE-cad在血管形成方面有重要作用，其对胚胎发育血管形成是非常必须的，Carmeliet 等[3]在干预转基因大鼠VE-cad-/-活性后，大鼠可以出现严重的血管发育障碍，其推测原因：可能在于EC缺少VE-cad表达，加速了EC凋亡，EC也失去或降低了对VEGF反应的能力，导致大鼠在发育早期即死亡。Murakami 等[4]在Carmeliet指导的其后研究中也发现：尽管血管系统已经形成的前提下，若VE-cad/ p120-cat复合物的断裂和再表达，将会促使已经形成的血管内膜层发生损伤，EC变性、坏死脱落。因而，VE-cad对血管的形成和发展是必不可少的。与此同时，VE-cad的可溶性片段EC1-3可通过抑制VEGF而抑制血管生成。也有研究发现VE-cad可接合到纤维蛋白N-domains区域，提示此功能可能与纤维蛋白诱导相关。

VE-cad间接参与内皮的紧密连接，其在EC黏附连接处刺激EC连接元件claudin-5的表达。Spagnuolo 等[5]在对VE-cad-/-动物或阻断VE-cad表达的单克隆抗体进行的研究中发现：VE-cad 缺乏时会引起EC失去单层排布的特点，并有部分基因突变的潜在可能；而且VE-cad 赋予EC在分裂时的‘接触抑制’的特征，对外界凋亡刺激有一定的抵抗作用。VE-cad 的表达缺陷可影响 claudin-5的形成。

VE-cad对炎症因子的黏附性有一定影响，而炎症因子是AS的主要原因之一[6]。Vestweber 等[7]和Nelson等[8]在研究中发现：外界刺激可促使EC膜上VE-cad 降解，一部分的VE-cad将游离于血液中，一部分将通过‘内吞’进入细胞浆中。血液中的可溶性VE-cad（sVE-cad）可增加EC损伤位置的炎性因子黏附性；还可通过促进新生血管形成和延伸，加重炎症细胞浸润。另一方面，细胞膜上的VE-cad 片段可在Rac和PAK的作用下，通过‘凋亡小体’内吞作用，进入细胞浆中，增加了EC的通透性。Gavard 等[9]指出细胞浆中内涵体内的VE-cad 片段也可以重新回到细胞膜，参与黏附因子的再循环。

近年，在血管内皮的连接处还发现了一些其他黏附分子（如PECAM-1、CD99、JAM等），但尚未发现对细胞接合分离起到重大作用，因此，目前VE-cad仍是最重要的黏附分子。

3 影响血管内皮钙粘蛋白功能的相关因素

P120连环蛋白缺失可导致VE-cad表达缺失，进而发生血管内皮屏障功能减弱。也与此同时发现VE-cad内吞途径依赖于网格蛋白、启动蛋白和AP-2，P120可以一直VE-cad进入AP-2丰富的膜区域[10]。P120通过多种方式调节VE-cad功能，需要不断深入研究。

血管内皮蛋白酪氨酸磷酸酶（VE-PTP）与VE-cad功能密切相关，Hatanaka等[11]对三种不同构象的VE-cad（野生型、T-658磷酸化型和T658去磷酸型）进行研究发现：只有T658磷酸化型VE-cad能与P120结合并固定于细胞连接处，从而维持EC的稳定性，减少细胞间伪足的形成；并且证实Y658位点的磷酸化对VE-cad发挥细胞连接的作用起着重要的意义。VE-cad的磷酸化不仅减弱VE-cad与连环蛋白的连接、降低复合物的稳定性，还会加速EC对VE-cad的胞吞作用增加[12]，减少VE-cad在细胞膜上的数量和功能，增加细胞间的通透性。深入研究VE-PTP在内皮屏障功能中的作用具有重要意义。

最近研究发现泛素化-蛋白酶系统参与调节VE-cad功能，蛋白酶抑制剂可以防止血管EC连接处的破坏，进而阻止VE-cad下调与VE-cad的突变表达，但具体机制目前仍不确切，可能与泛素化水平相关，也可能与调节蛋白积累有关。

转录因子TAL1与辅助因子形成多蛋白复合物与启动子附近的GATA元件连接活化该启动子，调控VE-cad的表达。转录因子KLF4等可通过增强其启动子的活性，上调VE-cad的表达[13]。

此外，还存在多种因素会影响VE-cad的结构功能，如VEGF、VEGF受体-2、小分子GTP酶、RAP1、鞘氨醇-1-磷酸（SIP）、JAM-C、ESAM、基质细胞微环境等。

4 血管内皮钙粘蛋白与血管性疾病

VE-cad与AS：VE-cad参与AS形成的多个环节，其参与AS形成始动环节血管对内皮表面剪切力的反应，并调节血管发生与炎症反应参与AS进展，此外还可调节脂质对血管的浸润[14]和AS斑块稳定性[15]。而AS、心肌重构等过程中发生炎性反应时，炎性因子的参与使冠状动脉内皮的VE受损，膜外部分断裂，形成N基残端，又使得可溶性VE-cad在AS患者的血清中显著升高。Cho 等[16]在体外实验中发现载脂蛋白A 可诱导VE-cad/β-cat复合体的断裂，降低β-cat磷酸化，并增加Akt和糖化合成酶激酶-3β蛋白的磷酸化，导致增加β-cat和VE-cad的细胞核“内化”，加速了AS早期病变的形成。我国湖南南华大学Wei等[17]在体外EC的研究中提出VE-cad蛋白表达降低和EC通透性增加是AS形成的早期表现。Soeki 等[18]通过对24例急性心肌梗死、26例稳定型心绞痛、30名健康对照者的冠状动脉窦和外周血中VE-cad浓度进行检测，发现冠状动脉窦中可溶性VE-cad浓度与Gensini评分呈正相关，独立于其他AS的危险因素（性别、年龄、高血压、糖尿病、吸烟、血脂分层）；而且可溶性VE-cad浓度的变化也先于其他危险因素。最近我国也有研究[19]，对20例急性心肌梗死病人、20例不稳定型心绞痛病人、20例稳定型心绞痛病人血清VE-cad、高敏C-反应蛋白浓度的变化，并与20名健康体检者进行比较，发现血清VE-cad和高敏C-反应蛋白浓度的升高可能与冠状动脉病变程度相关，对冠心病病变程度有较高的诊断价值。Bernard 等[20]发现，VE-cad在2 型糖尿病伴AS患者中显著高于正常水平，VE-cad 能作为改善2型糖尿病心血管风险的预测指标。

VE-cad与血管生成：VE-cad可参与调节各种细胞内进程，如细胞增殖、细胞凋亡以及调节VEGF受体的功能，其特异表达在血管EC上，对于维持血管EC的存活和血管形成发挥着重要作用。因此，VE-cad为胚胎发育时血管发生和出生后血管生成所必须。

有体外实验发现，VE-cad缺乏的胚胎的血管新生水平被抑制在非常初始的阶段，几乎没有新生肉芽组织。卵黄囊组织形态上正常但直到胚胎在孕中期死亡也没有血管枝的形成，这说明VE-cad在胚胎期血管发生的过程中是必要的。Derycke等[21]证实N-CAD的N基残端可以促进血管发生。

VE-cad与肿瘤血管：破坏内皮完整性是肿瘤细胞转移及血管生成的必要条件，而内皮完整依赖于细胞黏附连接，VE-cad作为最重要的黏附分子及血管生成拟态的重要调控分子在多种肿瘤中均存在表达，并参与肿瘤的发生、发展过程。Lopeza等[22]发现一些肿瘤相关的转录调节因子通过抑制VE-cad启动子活性发挥作用。VE-cad与血小板EC黏附分子共表达能增强急性白血病细胞跨脑微血管内皮迁移进入中枢神经系统，p38MAP 激酶可使VE-cad从EC连接处解离从而增加恶性黑色素瘤跨内皮迁移。血管瘤以EC快速增长及发生异型性为特征，在不同类型的上皮性肿瘤，钙粘蛋白的表达与肿瘤的浸润和转移呈负相关。在免疫组织化学研究中，对VE-cad在不同类型血管瘤的表达进行了分析，发现在血管瘤EC高表达，而在血管内皮瘤及血管肉瘤中，VE-cad虽表达很少、但仍可检测到。

与此同时， Li等[23]发现，VE-cad的N端胞外残基（EC1-3）可以抑制VEGF介导的EC生成和毛细微管结构的形成，且对正常组织不构成损害。另外，Corada等[24]也报道，一种VE-cad单克隆抗体BV14能抑制肿瘤新生血管形成而不改变正常血管的通透性，值得我们更多地关注。

VE-cad与血管炎：中性粒细胞浸润是血管炎一种特征性病变，从中性粒细胞外渗到炎症、血管损伤有一个严密的调节过程，需要黏附和迁移的多级级联反应。而VE-cad在其中起到重要作用[25]，其变化会增加血管EC的通透性，增加中性粒细胞外渗，但不能确定中性粒细胞的黏附迁移是VE-cad调节的结果还是先决条件，另外磷酸化等参与其过程。目前，对于VE-cad与血管炎的关系仍有待明确。

VE-cad是血管EC黏附连接的重要分子，在血管疾病发生发展过程中发挥关键作用，对于其研究主要集中于结构、功能及其影响因素等方面，而关于参与细胞连接调节的氨基酸残基及细胞信号级联的研究则比较少，不断探索研究相关机制及其与相关疾病的关系将帮助并指导临床工作、完善治疗方案，改善患者预后。

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2013-08-19）

（编辑：梅平）

黑龙江省留学归国科学基金项目（LC2011C13）

150001 黑龙江省哈尔滨市, 哈尔滨医科大学附属第一医院 心内科

黄达阳 硕士 主要研究方向：心力衰竭和心律失常研究 Email: hearthdy@126.com 通讯作者：赵鹃 Email: hrbzyz@sina.com

R541

A

1000-3614（2014）02-0152-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2014.02.019