血管内皮生长因子对骨关节病影响的研究进展

黄俞龙综述，黄跃审校（遵义医学院形态学实验室，贵州遵义563099）

血管内皮生长因子对骨关节病影响的研究进展

黄俞龙综述，黄跃审校（遵义医学院形态学实验室，贵州遵义563099）

受体，血管内皮生长因子；骨关节炎；综述

血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是当前研究最多的细胞因子之一，该因子具有调节血管、促进血管生成的重要功能[1]，故既往亦被称为血管通透因子（vascularpermeability factor，VPF），目前有研究发现，该因子对骨形成、骨损伤修复亦有促进作用，故认为其骨关节病发病中均扮演着重要角色[2]。随着当今人们生活条件及饮食结构的改变，骨关节病发病率逐年升高，如类风湿关节炎、骨关节炎等疾病开始受到越来越多的重视，本文就VEGF对关节病的影响作一综述。

1 VEGF及受体

1.1 VEGF及其功能VEGF于20世纪80年代由Senger首次发现，其将一种蛋白质注入豚鼠皮内后发现该蛋白可引起血管通透性增高，故将此蛋白命名为VPF，后经科学家证实此蛋白质就是VEGF[3]。该因子基因定位于6p21.3，长度大约14 kb，内含8个外显子与7个内含子，在第8个外显子作用下其mRNA可翻译出2个异构体，即VEGFxxx和VEGFxxxb，前者是一种通过二硫键连接的二聚体糖蛋白，具有促进血管生成作用，而后者则抑制血管生成[4]。研究表明，VEGF除有增加血管通透性的作用外，还可以促进内皮细胞增殖，上调细胞间黏附分子表达，抑制内皮细胞凋亡等，并可促进动物大脑皮层神经元轴突再生及生长以起到神经细胞保护的作用，通过与特异性受体结合可促进淋巴管生成[5-6]。

1.2 VEGF受体（VEGFR）及其功能受体包括Flt-1（VEGFR-1）、KDR/Flk-1（VEGFR-2）、Flt-4（VEGFR-3）、神经毡蛋白-1（neuropilin-1）、neuropilin-2等[7]。其中Flt-1和KDR/Flk-1在结构上有类似之处，均有胞外的免疫球蛋白样结构域、单跨膜区及胞内的酪氨酸激酶序列，从功能上来说，前者对VEGF的亲和力明显高于后者。Flt-1主要在由VEGF介导的单核细胞转移及抑制树突细胞形成中扮演着重要角色，其还可以抑制由KDR/Flk-1所介导的细胞增殖，并调节胚胎期VEGF水平等[8]。KDR/Flk-1则主要起到促进血管内皮细胞有丝分裂及化学趋化的作用[9]。

2 VEGF及受体在骨发育中的作用

2.1 VEGF及受体在骨形成中的作用在胚胎发育过程中，长骨主要是以软骨内成骨方式形成的，有研究通过对人类新生骨骺骺板软骨观察后发现，在软骨钙化去的肥大软骨细胞中有VEGF表达，而在静止区及增殖区的软骨细胞则未有表达[10]，后有动物研究证实了上述结果，并于肥大软骨细胞中发现了Flt-1及Flk-1，故认为VEGF通过促进血管化、软骨吸收及骨化的方式，对软骨内成骨起到了关键作用[11]。故Beamer等[12]指出，软骨的成熟或许与VEGF及其受体的调节有关，正是生长板处的肥大软骨细胞表达VEGF及受体，而形成一种自分泌性的信号传导系统所致。VEGF对膜内成骨方式的骨形成亦有促进作用，如国外研究通过对小鼠颅骨胚胎发育过程进行观察，发现间充质细胞分化为成骨细胞区域的VEGF表达明显增多，对体外颅骨片培养时加入VEGF类似物后进行观察，骨片显著增厚，提示VEGF在骨形成中起到了重要作用[13]。

2.2 VEGF及其受体在骨修复中的作用新骨形成及骨改建是骨缺损修复过程中必不可少的环节，VEGF在成骨细胞及破骨细胞生长、分化及趋化中均有促进作用，特别是对骨缺损修复过程中起到显著作用。如Yu等[14]在研究成骨前体细胞胞外培养时，在其分化早期已然发现有少量VEGF及其受体表达，通过对骨块体外培养，发现骨组织块血管化的形成明显依靠细胞高表达VEGF的途径进行，而在对破骨细胞研究中发现，破骨细胞及其前体细胞均可表达VEGF与Flt-1，二者结合可致局部黏附激酶中的酪氨酸磷酸化，在激活相关信号传导通道后，可促进破骨细胞不断增殖趋化，促进局部骨吸收。

3 VEGF与骨关节病

3.1 骨关节病主要机制骨关节病，一般指骨关节炎。骨关节炎为一种退行性病变，系由于增龄、肥胖、劳损、创伤、关节先天性异常、关节畸形等诸多因素引起的关节软骨退化损伤、关节边缘和软骨下骨反应性增生，又称骨关节病、退行性关节炎、老年性关节炎、肥大性关节炎等。根据有无局部和全身致病因素，将骨关节炎分为原发性和继发性两大类。其中类风湿关节炎和骨关节炎为常见骨关节疾病。

在相关脊柱关节病的研究显示，VEGF可影响细胞外基质代谢，促进细胞质的聚钙作用，导致关节软组织的纤维素样增生[15]。另有研究报道，在VEGF的部分作用下，人关节软骨细胞加速凋亡，从而软骨纤维化加快[16-17]。据此可以推测VEGF蛋白表达与纤维素增生呈正相关的机制所在[18]。且随着更多研究的进行，可以了解到抗VEGF中和抗体明显抑制滑膜细胞增殖、血管新生及血管炎，随着骨性关节炎病程进展，VEGF表达逐渐增高，活动期血清VEGF水平高于缓解期患者和健康人[19]，且VEGF的差异表达与骨性关节炎退变有关。

3.2 VEGF与类风湿关节炎正常情况下血管内皮细胞更新较慢，VEGF呈现低表达，但当组织损伤发生炎性反应时，VEGF则可在各类生长因子及细胞因子如血小板源性生长因子（PDGF）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等作用下高度表达，且低氧环境亦可对组织中的VEGF及其受体的表达起到促进及诱导作用[20]。国外有大量研究发现，在类风湿关节炎患者的关节滑液中VEGF表达较高，并认为分泌VEGF的滑膜组织是来源于滑膜下层的巨噬样细胞及滑膜衬里层细胞[21]；且有研究发现，类风湿关节炎患者血清VEGF水平同病情进展存在正相关，即随病情进展VEGF水平可升高[22]。有研究在同其他骨关节病如骨关节炎患者对比研究中发现，该因子在骨关节炎患者滑膜组织中并无表达，显示出该因子似乎存在表达特异性。有研究通过体外实验亦证实了类风湿关节炎患者滑膜细胞具有高表达VEGF的作用，且其表达受TNF-α、白介素-1（IL-1）等炎性因子的调节[23]。有研究认为，正是因为类风湿关节炎患者滑膜组织中VEGF基因在被异常激活后的过度表达，造成大量VEGF蛋白生成，进而导致关节局部血管组织新生微血管形成，且逐渐进展为关节滑膜组织异常增生、肿胀出血及关节蜕变等病理过程的发生[24]。

3.3 VEGF与骨关节炎有报道指出，膝骨关节炎患者的关节软骨表达VEGF的细胞数量相比健康对照明显增多；作为促血管生成因子的VEGF数量显著增多，而抗血管生成因子血小板反应蛋白（TSP-1）则相对降低，且软骨原性血管内皮细胞生长因子ChM-I表达亦降低，故认为在骨关节炎疾病中，关节软骨中的抗血管生成因子与促血管生成因子之间的平衡被打破，血管由软骨下骨侵入至关节软骨内，加剧了软骨的破坏程度[25]。另有研究表明，VEGF与一氧化氮合酶2（NOS2）在骨关节炎滑膜组织中的表达有相关性，VEGF与NOS2的表达率相比正常组织均较高，故认为VEGF与NOS2可能是骨关节炎发生、发展的重要诱导因素[26]。晚期骨关节炎患者关节软骨细胞中HIF-1α和VEGF蛋白表达明显增加，提示上调靶基因VEGF表达是HIF-1α在骨性关节炎发病中可能的调节机制[27]。关节软骨细胞外基质中最重要的成分为蛋白聚糖与2型胶原[28]，由于骨关节炎患者的关节软骨属于缺氧环境，对软骨细胞表达VEGF及其受体有诱导作用，而后者可诱发入骨细胞基质金属蛋白酶（MMP）表达，MMP-3与MMP-1可分别使蛋白聚糖与2型胶原变性而裂解[29]，此外MMP-3通过激活MMP-1，对2型胶原病理性降解有促进作用，由于VEGF表达的增加，促进后MMP-1及MMP-3的过度表达，最终使细胞外基质降解、关节软骨组织破坏[30]。

4 展望

骨关节病的发病同多种因素有关，随着病理生理学及人类基因组学研究的进展，已证实多种细胞因子及基因型在骨关节病发病过程中扮演着重要角色，通过利用现代分子生物学技术等手段，可从细胞分子、基因蛋白等不同层次及水平上对骨关节病的生物学标志进行筛选和确定，有助于人们更为深入地认识骨关节病的发病机制。

众多研究结果证实，VEGF在骨关节病中表达明显增加，提示VEGF在骨关节病发病中起到了至关重要的作用。一方面，类风湿关节炎、骨关节病等疾病的基础病理改变激活了VEGF及其受体基因表达；另一方面，因此而表达上调的VEGF及其受体再次促进了骨关节病的病情进展。类风湿关节炎等骨关节病发病机制虽尚未明确，在临床治疗疗效上虽不理想，但通过对VEGF等生长因子抑制等手段，可能成为治疗骨关节病的潜在靶点，针对VEGF在骨关节病发病机制中所扮演的重要作用，有学者指出可通过利用VEGF单克隆抗体进行特异性治疗。随着人们对VEGF及其受体认识的进一步深入，探索VEGF及其受体表达的调控机制、寻找抑制VEGF及其受体发挥生物效应的方法等，将对未来骨关节病治疗的研究更有帮助。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2014.09.019

A

1009-5519（2014）09-1325-03

2014-01-27）

黄俞龙（1988-），男，贵州遵义人，硕士研究生，主要从事干细胞基础与应用的研究；E-mail：mr.1_baroque@qq.com。

黄跃（E-mail：huangyue60@sina.com）。