血管内皮生长因子-B神经保护功能的研究进展

赵宏伟 黄一飞 胡莲娜 朱彩霞 罗 灵

血管内皮生长因子-B神经保护功能的研究进展

赵宏伟1，2黄一飞1胡莲娜2朱彩霞2罗 灵2

血管内皮生长因子-B（VEGF-B）隶属于VEGF家族。鉴于其与VEGF-A高度同源，对其生物功能的研究，长期以来集中于血管生长方面。近年来，随着对VEGF-B生物学功能研究的深入，发现其强大的神经保护功能才可能是其真正的价值归宿。

血管内皮生长因子-B；神经保护；神经元

血管内皮生长因子-B（vascular endothelial growth facto-B，VEGF-B）和血管内皮生长因子-A（vascular endothelial growth facto-A，VEGF-A）有47%的同源序列〔1〕。因此，长期以来VEGF-B一直被认为存在类似VEGF-A一样的促血管生成的作用。但曾令人困惑的是，多数的研究结果却与此相悖〔2〕。对VEGF-B基因敲除鼠，定向过表达VEGF-B的转基因鼠模型的研究显示:VEGF-B的存在并不影响血管再生〔3-4〕，用VEGF-B进行干预治疗后也不会增加局部血管的渗透性〔5〕。因此，长期以来，对VEGF-B的生物学功能存在广泛争议。近年来研究发现，VEGF-B存在独特的神经保护作用。在脑皮质神经元、脊髓神经元、视网膜神经元以及外周神经元均已证实VEGF-B能够提高其神经元的活力，起到保护神经元的功能。且外源性或内源性的VEGF-B干预可以部分逆转或缓解神经元损伤所致的病变。本文就近年来有关VEGF-B在中枢及外周神经元保护方面的研究进展作一综述。

1 VEGF-B的基本结构

VEGF-B属于血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的成员之一。于1996年由Grimmond S等人〔6-7〕发现并成功克隆。VEGF-B主要表达于心脏和神经组织〔8〕，也广泛表达于各种肿瘤组织、胎盘组织和脂肪组织〔9-10〕。它有两种异构型式〔11〕:VEGF-B167（42 kDa）和VEGF-B186（60 kDa）。VEGF-B167的羧基末端有肝素结合域，可以和细胞分子表面的硫酸乙酰肝素蛋白多糖结合，而VEGF-B186没有这样的肝素结合域，因此其存在方式更为游离〔1〕。VEGF-B主要通过与血管内皮生长因子受体-1（VEGFR-1）和神经毡蛋白-1（neuropilin-1，NRP-1）结合发挥作用〔8-12〕。

2 VEGF-B对脑皮质神经元作用的研究

SunY等〔13〕在大脑中动脉诱发卒中鼠模型中发现:VEGF-B基因敲除后的该模型鼠脑梗塞面积增加了40%，脑皮质神经元的损伤较野生型更为严重。Sun Y等〔14〕进一步的研究发现: VEGF-B基因敲除鼠在脑内海马齿状回颗粒下区（subgranular zone，SGZ）和侧脑室室下区（subventricular zone，SVZ）区域的脑皮质神经元增殖活力明显降低，出现了脑神经受损的情况。而SGZ和SVZ区域的神经元是脑内尚未成熟神经元的主要区域。当给予脑内注射VEGF-B后，这一状况得到了部分改善。因此Sun Y等认为，VEGF-B有促进成年鼠大脑神经元分化的作用，且对于已经损伤的脑神经元也具有一定的保护作用。Soliman S等〔15〕和Xie L等〔16〕在大脑中动脉阻塞模型的研究中也证实，伴随VEGF-B含量的升高，脑缺血和受损脑神经得以部分地改善。Yue X等〔17〕在帕金森疾病模型研究中证实，VEGF-B注射治疗可以改善该疾病模型脑内黑质和纹状体神经元的功能。Falk T等〔18〕也在帕金森疾病模型研究中证实，VEGF-B由于该模型的神经被损伤而激活，并进一步证实了外源性或内源性的VEGF-B表达升高有助于该模型引发的神经元变性的损伤修复。

3 VEGF-B对脊髓神经元作用的研究

Dhondt J等〔19〕在对VEGF-B基因敲除鼠原代培养的背根神经节（dorsal root ganglia，DRG）细胞研究中发现，体外培养的VEGF-B基因敲除鼠的DRG神经元细胞比野生型DRG神经元有着更强的细胞应激，且受紫杉醇诱导后更容易发生异常凋亡，这种基因敲除鼠更容易发生神经系统的退行性病变。用VEGF-B186分别对紫杉醇诱导的DRG神经元损伤进行了体外和体内的干预治疗后发现，VEGF-B186可以对抗DRG的这种应激反应，促进DRG神经元的存活。并进一步研究证实VEGF-B186的这种神经元的保护功能是通过与VEGFR-1结合后发挥作用的。Poesen K等〔20〕对VEGF-B基因敲除鼠与过氧化物歧化酶（SOD1）基因突变所致的肌萎缩侧索硬化（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）杂交鼠发现，VEGF-B基因敲除鼠本身并不引起肌肉萎缩，但可以加重该模型的运动神经元变性，在给予VEGF-B脑内注射后发现，VEGF-B可以抑制运动神经元细胞的异常凋亡，并提高该模型鼠神经元的存活率，最终延长该模型鼠的存活时间。

4 VEGF-B对视网膜神经元作用的研究

Li Y〔21〕的研究小组对VEGF-B的视神经保护功能进行了多种模型的较为深入的研究。该研究小组发现VEGF-B基因敲除鼠可以导致更为严重的实验性中风模型，在视神经夹持伤（optic nerve crush，ONC）鼠模型中表现为加速视网膜神经节细胞（RGCs）死亡。该研究小组在离体培养并用H2O2诱导的RGCs培养液中加入VEGF-B167治疗后，发现可以减少50%的RGCs凋亡数量，而用胎盘生长因子（placental growth factor，PLGF）治疗后却没有这样的效果。该研究小组还发现: VEGF-B167可以大幅度提高血清缺失诱导的和BCL-2修饰因子（Bcl-2 modifying factor，Bmf）诱导的RGCs的存活率。在ONC鼠模型的研究中，该研究小组发现:在视神经夹持伤后6 h VEGF-B和VEGFR-1表达开始增强，前者主要在RGCs层和内核细胞层增强，后者在内丛状层，部分在内核层和锥杆细胞层增强，1周后表达达到高峰。在给予玻璃体注射VEGF-B167及其抑制剂后RGCs存活率分别升高了1.7倍和降低了33%。玻璃体注射VEGFR-1的抑制剂后RGCs的存活率也降低了42%。Shan L〔22〕在对实验性单眼形觉剥夺小鼠进行脑内注射VEGF-B发现，形觉剥夺眼获得了更多的VEGF-B来改善该眼的形觉剥夺程度，该实验认为VEGF-B的这种对优势眼的阻止作用，可以看作是对视皮质中枢神经元的功能重建。

5 VEGF-B对周围神经元作用的研究

Guaiquil VH等〔23〕研究发现在含有VEGF-B的培养液中，三叉神经节细胞的存活时间较对照组延长，且可以引起三叉神经节细胞神经元轴突广泛的延长和分支形成。Guaiquil VH进一步用角膜上皮清创动物模型模拟角膜浅基质层的周围神经损伤发现，VEGF-B表达水平明显升高；在VEGF-B基因敲除鼠的上述模型用VEGF-B进行干预治疗后，角膜神经损伤得到了明显的改善。

6 VEGF-B神经保护机制的研究

VEGF-B通过与VEGFR-1和NRP-1结合发挥神经保护作用〔24-25〕。但二者结合是如何启动，以及继发下游的生物信息传递的分子生物学机制远未阐明。Li等〔21〕在体外和体内神经元损伤模型研究中证实VEGF-B通过与VEGFR-1结合，抑制凋亡相关蛋白BH3的表达，最终提高神经元的存活率。该研究小组认为:VEGF-B在抑制脑皮质神经元凋亡中可能通过激活细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinases，ERK1/2）信号通路活性发挥作用。在N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartic acid，NMDA）诱导的视网膜损伤模型中给予玻璃体注射VEGF-B167也证实了能够抑制BH3蛋白家族成员（Bmf、Hrk、Bid、Bim）和其他的凋亡相关基因的表达（TNF-a、Trp53inp1、Casp8、Bak、Bax），从而抑制RGCs的凋亡。但是否VEGF-B抑制RGCs凋亡也通过ERK1/2信号通路并没有给出明确的结论。Guaiquil VH〔23〕在用角膜基质神经损伤模型的研究中证实VEGF-B是通过与VEGFR-1结合后进一步通过PI3K-Akt信号通路实现对周围神经的保护功能。

VEGF-B发挥神经保护作用的另一种解释是VEGF-B可以提高细胞的能量代谢水平，直接提高细胞的生存能力〔26〕。Hagberg CE〔27〕研究小组发现在VEGF-B基因敲除的小鼠脂肪酸水平较低，导致在心脏、肌肉及棕色脂肪组织中脂肪酸的积累不足，进一步证实VEGF-B可以直接通过调节细胞的脂肪酸代谢来提高细胞能量代谢，从而增强细胞的存活能力。

7 VEGF-B神经保护的特点

VEGF是参与各种炎症、缺血或外伤引起的视神经损伤修复的重要因子，以往的研究主要集中于VEGF-A。而VEGF-A在发挥神经保护作用的同时所导致的血脑屏障渗漏，血管形成及炎症性水肿〔28〕，使其神经保护作用大打折扣。与VEGF-A不同的是，VEGF-B对新生血管形成作用较小。Li Y等〔21〕研究发现在给予视网膜神经元存活的有效治疗剂量后，正常的视网膜血管并不受影响。上述研究小组在激光诱导的脉络膜新生血管模型中证实VEGF-B的玻璃体腔注射也不会引起更为严重的病理性视网膜血管的形成。进一步用VEGF-B基因敲除鼠模型进行VEGF-B干预神经元的存活，发现治疗剂量的VEGF-B和VEGF-B基因敲除鼠均未见到视网膜血管渗透性的异常增加。Louzier V等〔5〕在用腺病毒基因转染VEGF-B的慢性低氧性肺动脉高压肺组织发现，肺血管渗透性也无异常改变。Zhong X〔29〕对VEGF-B的两种亚型VEGF-B186和VEGF-B186分别研究发现，VEGF-B186可以引起视网膜血管通透性增加，而VEGF-B167不会引起视网膜血管通透性增加。

VEGF-B尽管对血管新生，血管渗透性影响不大，但VEGF-B的存在有助于血管内皮细胞、周细胞和平滑肌细胞的存活〔2，30〕。可以通过抑制血管周细胞，平滑肌细胞及血管内皮细胞的凋亡，增加血管的存活质量。由此认为，VEGF-B对血管作用的贡献主要在于增强其存活的能力，这一点是同VEGF-A的重要不同点。也就是说，在神经保护方面，VEGF-B不仅可以直接作用于损伤神经，通过抑制神经元凋亡起到神经保护作用，同时可以作用于营养神经的血管，改善血管存活质量，进一步加强其神经保护功能的效力。

正常生理条件下，VEGF-B并不显示其明显的作用。这一点可以从VEGF-B基因敲除鼠的研究中得以证实。多数研究〔4，31〕认为VEGF-B基因敲除鼠及转基因鼠在正常情况下，各组织器官的血管通透性及血管组织结构均没有明显变化。Aase K〔32〕的研究显示:VEGF-B基因敲除鼠具有与正常野生型鼠一样的表型特征，有着正常的生活、生育能力和与正常野生型鼠一样数量的红细胞，血小板和白细胞。进一步深入研究后Aase K发现VEGF-B基因敲除鼠在心脏重量、形态和组织结构甚至心脏大血管的平滑肌肌动蛋白、心脏本身的毛细血管密度及毛细血管间隙均无明显异常。VEGF-B基因敲除鼠有着正常的心脏节律，心电图显示正常的QRS波，但P-Q间期普遍延长10%～15%，尚不清楚这种异常更多的意义。该研究还对VEGF-B基因敲除鼠在肌肉组织和肾脏进行了观察，也没有发现该组织血管方面的异常。Aase K还将能够缓慢释放VEGF或碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）的药物颗粒植入角膜层间，试图检测VEGF-B基因敲除鼠对血管生成的反应，结果也没有发现与正常野生型鼠之间明显的区别。VEGF-B基因敲除鼠尽管在神经系统方面的研究显示可能存在潜在的不良影响，如神经疾患的易感性等，但尚未发现引起直接的神经系统损害。

8 问题与展望

尽管VEGF-B的神经保护作用已在多种动物模型研究中显现出令人鼓舞的结果，如中风模型〔14，21〕、肌萎缩侧索硬化模型〔20〕以及帕金森模型〔18，33〕，但尚未进行人类神经损伤疾病的临床试验。VEGF-B神经保护功能的临床应用仍待探索。另外，VEGF-B的两种异构型式分别在神经保护方面的贡献大小尚不明确，研究者对此依然存在分歧。

VEGF-B主要通过与VEGFR-1和NRP-1结合发挥神经保护作用。VEGFR-1存在两种异构形式:膜性VEGFR-1和可溶性VEGFR-1。已经证实，在血管形成中，可溶性VEGFR-1与VEGF的高效率结合可以竞争性抑制膜性VEGFR-1与VEGF的结合，通过降低膜性VEGFR-1与VEGF的结合效率，抑制新生血管再生。也就是说，膜性VEGFR-1和可溶性VEGFR-1在血管新生中的作用相反〔34〕。而在神经保护方面，VRGF-B通过与它的两种受体mbVEGFR-1与sbVEGFR-1结合发挥作用，这两种受体是否也存在类似在血管方面的功能倾向，目前依然是尚待揭开的谜团。

VEGF-B具有神经保护功能已经得到广泛证实，但VEGF-B在机体应激情况下是如何启动，与受体结合后是如何激发下游的信息链以及在该生物信号的传递过程中与其他内源性因素的网络交互效应仍待深入探索。

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Advance research of neuroprotective function of VEGF-B

ZHAO Hongwei，HUANG Yifei，HU Lianna，et al.OphthalmologyDepartment，the General Hospital of PLA，Beijing 100853，China

Vascular endothelial growth factor-B（VEGF-B）belongs to the VEGF family.Given its high degree of homology with VEGF-A，the study in biological function was focused on the aspect of angiogenesis for long time.In recent years，with the further study of VEGF-B biology function，it was found that the powerful neuroprotective function of VEGF-B is likely to be the real value.

VEGF-B；neuroprotection；neurons

R774.6

A

1002-4379（2015）04-0293-04

10.13444/j.cnki.zgzyykzz.2015.04.019

国家自然科学基金（81271016）

1解放军总医院眼科，北京100853

2解放军第306医院眼科，北京100101

罗灵，ling.luoling1208@gmail.com