促血管生成素-2的研究进展

张　杰，余晓岚

(湖北大学生命科学学院 工业生物技术湖北省重点实验室，湖北 武汉 430062)

促血管生成素(angiopoietin,Ang)是一类作用于血管内皮细胞的细胞调节因子，在新血管生成过程中起重要作用。目前已知的促血管生成素家族成员包括Ang-1、Ang-2、Ang-3 和Ang-4[1]。它们均能识别酪氨酸激酶-2受体(Tie-2)，但在血管再生中效应不同[2]。其中Ang-1和Ang-4是Tie-2的激动剂，能诱导Tie-2的酪氨酸磷酸化作用[3]。而Ang-2和Ang-3是Tie-2的拮抗剂，他们与Tie-2结合不诱导Tie-2的酪氨酸磷酸化作用，因而封闭了对血管再生、周细胞更新和造血作用必须的信号传导。现阶段对于Ang-1和Ang-2的作用研究较多，Ang-1、Ang-2和血管生成关系密切，尤其是Ang-2，在炎症所致的血管重构及肿瘤血管生成和增长中发挥重要作用，参与肿瘤新生血管的形成、延续，影响肿瘤的生长、转移[4]。作者在此简述了Ang-2与Ang-Tie信号通路的关系，探讨了Ang-2在炎症所致血管重构和肿瘤血管形成中的作用，展望了Ang-2在肿瘤诊断和治疗中的应用前景。

1　Ang-2与Ang-Tie信号通路的关系

血管生成素蛋白由促进高阶聚类形成的氨基末端结构域、促进多聚体形成的超螺旋结构域以及包含与Tie-2结合位点的羧基端纤维蛋白同源结构域组成。血管生成素蛋白能形成含3～6个或更多的单体蛋白的同源多聚体蛋白。一般而言，血管生成素蛋白是相当黏性的蛋白，尤其是Ang-1，有报道能与细胞外基质相互作用。

Ang-1最初被认为是Tie-2的活化配体。Ang-2与Ang-1的同源性为60%，Ang-2以与Ang-1相似的亲和力与Tie-2结合，但被认为是Tie-2的拮抗剂。Ang-1主要由血管周细胞(如周皮细胞和平滑肌细胞)表达，在成熟的血管中维持内皮细胞的生存和静止状态。相反，Ang-2是由进行血管重构的组织中活化的内皮细胞分泌的，它能通过拮抗Ang-1介导的内皮细胞静止来促进血管生成。在静止的非变化组织中，Ang-2水平较低。Ang-2的表达受到强烈的监管：在静止的成熟血管中其表达量通常是很低的，但在许多炎症和血管生成背景下[5]表达量会显著增加。如Ang-2在培养的内皮细胞中的表达量会因为肿瘤坏死因子(TNF)、血管内皮生长因子(VEGF)、缺氧等而增加。在培养的内皮细胞中,Ang-2蛋白通常储存在细胞内颗粒中。这些颗粒可以释放Ang-2以应对诸如聚丙烯酸甲酯(PMA)的刺激。

Ang-Tie信号系统被认为是在血管生成中起到重要作用的血管特异性受体酪氨酸激酶途径。这个信号系统的核心组成是Ang-1和Tie-2，Ang-1是激活途径的决定性的受体激动剂，Tie-2是同源受体。当Ang-1与Tie-2结合时，Tie-2几个胞质酪氨酸残基磷酸化，激活下游信号通路包括PI3-kinase/AKT和细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)。与Ang-1不同的是，外源的Ang-2只提供很弱的激活内皮细胞上Tie-2的作用。当外源性Ang-2和Ang-1加在一起时，Tie-2磷酸化的水平比单独添加Ang-1时减少，表明Ang-2是一种Tie-2拮抗剂[6]。在低浓度时，Ang-2 不能使内皮细胞中的Tie-2磷酸化从而拮抗Ang-1的激动作用；但最近的一项研究显示，Ang-2充当一个兴奋剂在Ang-1缺失或Ang-1存在时的剂量依赖抑制剂。

2　Ang-2与炎症所致血管重构及肿瘤血管形成的关系

2.1　Ang-2 在炎症所致血管重构中的作用

研究表明，在许多疾病和因素下的血管重构中，Ang-2的表达量明显增加。早前的研究发现，以重组Ang-1处理内皮细胞会降低对VEGF和TNF等介体的炎症反应[7]。同样的，机体血管置身于Ang-1环境下也会较少地渗漏VEGF和其它急性炎症介质。这些研究结果与炎症疾病中Ang-2表达量的增加，使Ang-Tie系统与血管内皮细胞对炎症刺激的应答连接起来。除了血液和淋巴脉管系统的畸形，Ang-2基因缺陷的小鼠在炎症背景下白细胞的快速补充存在不足。在感染中阻断Ang-2会导致几乎完全抑制血管重建和浸润白细胞显著减少。Ang-2阻断也减少了炎症相关内皮表型的变化，如P-和E-选择素表达增加。

在炎症环境下，Ang-2看似始终如一的作为Tie-2的拮抗剂。总的来说，在这些模型中，Ang-2是促炎因子，能促进血管的不稳定性。以前的工作显示Ang-1可以稳定血管，减少炎症。假设是，Ang-2必须通过行动抑制Tie-2信号(虽然其效果在Tie-2磷酸化和下游信号并没有被完全记录)。有解释认为Tie-2通过Ang-1或Ang-2激活，并不普遍地导致血管稳定，它可以产生不同的表型结果，这取决于环境中其它细胞和分子因素。因为Ang-2通常在较低的Ang-1条件下产生高水平的内皮细胞激活因子，Ang-2表达的时候Tie-2信号通常可以非常不同于静内皮细胞[7]。

就炎症与动脉粥样硬化等多种疾病的密切联系而论，Ang-2作为炎症过程的代理的理论具有重要的临床意义。由于内皮细胞是Ang-2的主要产生地点，Ang-2作为一个独立的炎症触发剂，意味着内皮细胞不仅仅作为链接器传送传播有害刺激导致炎症，也可以在适当的情况下作为整体炎症过程的罪魁祸首。因此，Ang-2应该作为一个消除最初的促炎焦点的治疗目标得到认可和积极评估[8]。

2.2　Ang-2 在肿瘤血管形成中的作用

Ang-2优先在血管重构内皮细胞中表达，例如在肿瘤中。一些原位杂交研究表明，不同来源的肿瘤疾病中，Ang-2的表达量都有增加，包括神经内分泌肿瘤[9]、肝癌[10]、胃癌[11]、血管肉瘤[12]、癌肉瘤[13]和星形细胞瘤[14]。最初的Ang-2在肿瘤中的功能模型建立血管退化前Ang-2的高表达，Ang-2作为Tie-2拮抗剂的作用，即Ang-2介导的Tie-2信号抑制是血管不稳定的必要因素，导致血管在VEGF存在时生长或VEGF不存在时退化[6]。

Ang-2在肿瘤生长中的决定性作用通过特定抑制剂绑定到Ang-2并防止其与Tie-2相互作用而建立。全身性的给予Ang-2阻滞剂会导致显著但局部的抑制人移植瘤(包括直肠癌、乳腺癌和表皮样癌)的增长[15]。尽管一些研究中使用的阻滞剂会同时抑制Ang-1和Ang-2，使用完全特定的Ang-1和Ang-2抑制剂清晰地表明，在肿瘤中Ang-2是占主导地位的Tie-2配体[16]。与抗血管生成作用机制相符的是，Ang-2阻滞剂减少肿瘤血管分布，显然通过抑制血管萌芽和/或缩小血管的大小。以前的研究表明，Tie-2的激活会引起正常组织的血管扩张，这通过增加内皮细胞增殖来实现。在肿瘤中，Ang-2的阻滞显著抑制内皮细胞增殖和显著缩小血管的大小，这与Tie-2活动减少相一致。由此确定，Ang-2与Tie-2 相互作用能促进内皮细胞生存，促进肿瘤的生长和血管生成。

Ang-2的作用效果与环境高度依赖，也与VEGF的水平相关。一个合理的解释是，Ang-2通过扰乱内皮细胞(ECs) 和peri-ECs之间的相互作用造成血管破坏，导致Ang-2在缺乏VEGF时加快血管的退化。然而，在VEGF存在时，Ang-2提高VEGF刺激并促进破坏的血管萌芽新的血管。事实上，在非小细胞肺癌患者中，Ang-2对于血管生成的影响只有当高表达VEGF才看的见。根据这一假说，超表达Ang-2和抑制VEGF可能在抑制肿瘤的生长上有互补效应。然而，一些研究表明，Ang-2限制了VEGF抑制的抗血管生成影响。抑制Ang-2和VEGF的表达，对血管的萌芽和退化有加性效应，导致进一步减缓肿瘤的生长。Ang-2功能的复杂性与细胞环境高度依赖，尚未充分探究。目前尚不清楚Ang-2如何和VEGF协作。对Ang-2在肿瘤血管生成以及VEGF与Ang-2的协作理解的提高将促进有效的抗血管新生和抗癌疗法进一步发展。

Ang-2的表达量在肿瘤形成的早期会有所上调。这是因为在共择血管中，相比于正常细胞，肿瘤组织生长较快，代谢旺盛，引起机体分泌Ang-2进行自杀式防御，破坏共择血管，抑制肿瘤生长。此时VEGF的表达量不变，导致肿瘤组织中血管的退化，造成肿瘤组织死亡。但在缺氧的环境下，一些残存的肿瘤组织会产生大量的VEGF[17]。同时由于Ang-2的表达量增加，促进血管退化，对早期肿瘤的生长起到遏制作用，但它也造成血管的不稳定，激活了内皮细胞。活化的内皮细胞对于VEGF的作用极为敏感，在VEGF由于缺氧而大量分泌的情况下，迅速增殖形成新的血管[18],因而促进了肿瘤的生长。而新生的血管由于Ang-2的大量存在而导致血管壁不完整，通透性较高，致使肿瘤细胞容易扩散转移。

3　Ang-2与肿瘤的诊断及治疗的关系

肿瘤的早期诊断对于提高治疗效果具有重要意义，随着医学科学的发展，肿瘤的诊断方法取得了非常巨大的进步。肿瘤在其生长过程中会产生一些特殊物质释放到血液中，例如甲胎蛋白、癌胚抗原等。通过检查血液中的这些物质可以对肿瘤进行诊断。

Ang-2在肿瘤细胞中广泛表达，但在正常组织中却表达有限。国外研究表明，Ang-2的高表达是肿瘤血管生成和侵袭的早期表现。在分别检测癌症患者和正常人群血清中Ang-2含量时，前者血清Ang-2水平明显高于后者。而且血清中Ang-2的含量与癌症的恶化程度相关，血清中 Ang-2水平的上调也预示着癌症的进一步恶化。目前此方面的研究主要是检测肿瘤组织或肿瘤患者血清中Ang-2的水平来诊断肿瘤。

近年来，通过抑制或破坏肿瘤血管生成成为肿瘤治疗新方法和关注的热点[19]。越来越多的实验表明，Ang-2可能代表一个有效的抗血管新生和抗肿瘤治疗途径。Ang-2阻滞能限制原发性肿瘤的肿瘤细胞内渗，通过减少肿瘤血管的数量和增加周皮细胞覆盖可以限制肿瘤细胞传播。血管生成素的单克隆抗体能够有效地抑制血管生成素的生血管活性，因此人们已开始致力于研究血管生成素的单抗。这为进一步研究新型生物靶向药物和设计特异性药物提供基础。同时通过基因工程技术和RNAi技术，构建Ang-2-siRNA表达载体，抑制Ang-2基因表达，能够显著抑制裸鼠移植性恶性黑色素瘤增殖及其血管的生长、生成，Ang-2-siRNA可为基因治疗恶性黑色素肿瘤开辟新的途径。

4　展望

越来越多的关于Ang-2在血管生成中的作用和治疗应用说明，Ang-2 在肿瘤血管生成和肿瘤生长中具有复杂功能。Ang-2与Tie-2依赖的传导通路以及与VEGF的相互作用调节肿瘤血管生成。在各类肿瘤组织中，Ang-2的表达量明显提高，同时在早期肿瘤发生过程中，血清中Ang-2含量较正常人要高，因此Ang-2可作为肿瘤早期检测的指标。Ang-2阻滞手段可以用来直接抑制肿瘤的血管生成和肿瘤生长，这包括Ang-2单抗的研发和Ang-2干扰技术的探索。 Ang-2 功能及其调节的复杂性具有高度的细胞环境依赖性。有关Ang-2在肿瘤的血管形成和发展中的作用的理解将有助于研究有效的肿瘤治疗新方法。

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