血管内皮生长因子在脑缺血再灌注损伤中的作用研究进展

张海涛，张平综述 蒋传路，李永利审校



综 述

血管内皮生长因子在脑缺血再灌注损伤中的作用研究进展

张海涛，张平综述 蒋传路，李永利审校

脑缺血；血管内皮生长因子；血管再生；神经保护；脑水肿

【DOI】 10.3969 / j.issn.1671-6450.2015.07.033

血管内皮生长因子又称(vascular endothelial growth factor，VEGF)血管调理素因子(vascutotropin)或血管通透因子(vascular permeability factor)，是内皮细胞产生的特异性促有丝分裂原，具有促进内皮细胞增生、迁移，增加血管通透性及加速新血管形成的作用[1]。脑缺血后，VEGF不仅在慢性期能够促进血管及神经再生，参与神经保护，增强神经干细胞移植效用，而且在急性期对于促进血管通透性，破坏血脑屏障，诱发脑水肿也起着重要作用。此外，脑缺血后神经元凋亡对于损伤脑组织区域神经血管的可塑性调节也逐渐成为近年来的研究热点[2]。VEGF信号通路在脑缺血后作为一个重要的治疗靶点，在急性期和慢性期具有不同作用，其多效性仍需要进一步进行研究[3]。越来越多研究表明，VEGF及其受体的表达调控可能是脑缺血后神经血管修复机制中的一个关键环节[4]。

1 VEGF及其受体概述

1.1 VEGF及其同源异构体的结构特征 VEGF家族主要包括VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E、胎盘生长因子(placenta growth factor，PIGF)及蛇毒源性VEGF(snake venom VEGF)7个不同的同源二聚体蛋白。人VEGF基因位于染色体6p21.3，由7个内含子分隔8个外显子所组成。在转录时经过剪切，又产生6个亚型，即VEGF121、VEGF145、VEGF165、VEGF183、VEGF189和VEGF206，分别由121、145、165、183、189、206个氨基酸组成[5]。VEGF189和VEGF206是肝素结合蛋白，与细胞外肝素蛋白多糖结合；VEGF121具有可溶性，易于向周围组织弥散，不能与肝素结合；VEGF165作为分泌性可溶蛋白，主要通过与细胞外基质中特定成分结合发挥媒介作用；VEGF145与VEGF183比较少见，主要构成血管生成亚型家族；而VEGF(121)b、VEGF(145)、VEGF(165)b构成抗血管生成亚型家族[6]。

1.2 VEGF受体家族 VEGF受体家族主要包括2类：酪氨酸激酶受体与非酪氨酸激酶受体。酪氨酸激酶受体包括VEGFR-1(Flt-1)、VEGFR-2(Flk-1/KDR)及VEGFR-3，非酪氨酸激酶受体包括神经纤毛蛋白-1(neuropilin-1，NP-1)和神经纤毛蛋白-2(neuropilin-2，NP-2)。VEGF通过蛋白激酶/磷酸肌醇3-激酶/丝裂原活化蛋白激酶等信号通路与相应的受体结合引发受体磷酸化，进而激活丝裂原活化的蛋白激酶，诱导内皮细胞的增殖才能产生促进血管生成等一系列效应。VEGFR-2是VEGFR家族中发挥主要作用的受体，主要与VEGF-A、VEGF-E结合；VEGFR-1则以诱饵受体的形势通过阻止VEGF与VEGFR-2的结合而抑制血管再生[7]；VEGFR-3主要调控淋巴管内皮细胞的生长和功能，同时可促进神经再生[8]。神经纤毛蛋白主要以协同受体的形式增强VEGF信号通路的作用，NP-1和NP-2均能够增强VEGF121诱导的VEGFR-2磷酸化作用及内皮细胞增殖作用[9]。

2 脑缺血再灌注损伤后VEGF的表达调控

脑缺血后4 h内缺血半暗带区域神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞、脉络丛上皮细胞以及远端皮质区域即大量表达VEGF[10]。此外，脑缺血后24 h内VEGFR开始表达，在第3～5天达到高峰，VEGFR-2在缺血半暗带区域表达升高[11]。

脑缺血后VEGF的表达调控极其复杂，其中缺血缺氧是诱导VEGF表达的最主要因素。目前认为，缺血后低氧诱导因子-1(hypoxia-inducible factor-1，HIF-1)或低氧诱导因子-2(HIF-2)通过与VEGF基因5′端低氧反应元件结合，以环磷酸鸟苷途径调节VEGF的表达,进而促进内皮细胞增殖、血管出芽以及提高毛细血管渗透性。

3 VEGF/VEGFR在脑缺血再灌注损伤中的作用

3.1 影响血管通透性与脑水肿 除了作为血管内皮生长因子促进血管再生，VEGF还是目前最强的可增加血管通透性的物质之一，作用强度为组胺的5万倍。VEGF通过促进血管通透性可以诱发组织水肿，与脑缺血后脑水肿的形成密不可分。目前认为，VEGF可以促进小分子溶质通过胞质小窗及质膜小凹而进行内皮转运，同时各种水蛋白及血浆蛋白漏出增加以及内皮细胞紧密连接通透性增加，进而诱发脑水肿等一系列病理生理过程[12]。此外，VEGF可以通过激活各种组织分泌降解酶、基质金属蛋白酶，酶解微小血管，进而削弱血管壁完整性诱发水肿。近期研究发现，脑缺血后立即给予VEGF可通过调节血清类黏蛋白-1的表达导致血管通透性明显增加，诱发脑水肿[13]。因此在脑缺血急性期VEGF大量表达可能是诱发脑水肿、影响预后的一个关键因素。

3.2 促进血管再生 脑缺血再灌注损伤后修复的关键环节之一是血管再生，需要众多作用于血管内皮细胞和血管平滑肌细胞的调节因子，这些调节因子共同构成了复杂的信号网络[14]。脑缺血后VEGF可以通过vWF途径激活血管内皮细胞增殖迁移，激活细胞内的酪氨酸激活酶诱导多重下游信号促进血管生成，此外也可以通过一氧化氮(NO)途径促进缺血后血管再生。近期研究发现，PIGF基因敲除小鼠在缺氧性损伤后血管再生能力明显低于正常小鼠[15]，因此PIGF可能是影响血管再生的另一重要因素，但VEGF-A与PIGF对缺血后血管再生的具体关系有待进一步阐明。

作为血管再生过程中发挥主要作用的受体，VEGFR-2在受到刺激后通过磷酸化形成酪氨酸产物进而介导管壁通透性改变、内皮细胞增生、迁移、浸润及重构等一系列细胞内反应。而VEGFR-1主要通过竞争性结合阻止VEGF与VEGFR-2的结合发挥作用[7]。

3.3 促进神经再生与神经保护 VEGF最初作为血管内皮因子而为人所知，近年来发现VEGF对于神经细胞同样具有重要作用。VEGF可直接作用于中枢及外周神经系统的神经元及胶质细胞，促进神经元的增殖、存活、突触生长，促进胶质细胞增殖、迁移等。脑缺血后VEGF-A大量表达，通过激活VEGFR-2、PI3K及ERK1/2等信号通路抑制神经元凋亡，促进神经再生。此外，PIGF可以通过与VEGFR-1结合激活一系列下游信号通路而发挥神经保护作用[16]。研究发现脑缺血2～3 d后通过给予VEGF治疗可明显改善神经功能，而抑制VEGF后脑组织损害加重[17，18]。

在哺乳动物体内，神经再生主要发生于海马齿状回(hippocampal dentate gyrus，DG)及侧脑室下区(subventricular zone，SVZ)。脑缺血后VEGF不仅能促进神经前体细胞的增殖与迁移，同时也能促进缺血区神经元轴突的生长，诱导神经再生。Herz等[19]在脑缺血后3 d给予VEGF治疗发现损伤神经元轴突再生增强，运动功能及协调能力得到明显改善。Clarkson等[20]认为兴奋性神经递质与抑制性神经递质之间的平衡调节对于神经轴突再生并向缺血区域的迁移至关重要。

3.4 抑制细胞凋亡 VEGF在某些病理条件下可以拮抗细胞凋亡、刺激内皮细胞增殖，参与神经系统修复。VEGF的神经保护作用主要与VEGFR-2相关，通过调节PI3/AkT信号通路、抑制Caspase-3的活性以及抑制胱天蛋白酶-3 mRNA的表达，从而减少细胞凋亡。在VEGF对海马神经元缺氧以及NMDA兴奋性毒性损伤的保护机制研究中发现，VEGF通过直接抗兴奋性毒性作用抑制细胞凋亡，这也提示VEGF通过多个信号通路诱导抗凋亡基因及蛋白表达进而逆转细胞凋亡。

3.5 提高神经干细胞移植效用 除了对于神经及血管的各种作用，近年来随着神经干细胞移植研究的深入，人们逐渐发现VEGF在神经干细胞移植中同样具有重要作用。神经干细胞移植后能够大量表达VEGF-A，通过与VEGFR-2结合诱导NGF、BDNF等各种神经营养因子的释放，进而提高移植神经干细胞的生存率。最近研究发现，大鼠脑缺血进行神经干细胞移植治疗后VEGF表达明显增加，同时梗死体积减小、神经功能得到明显改善[21，22]。而Horie等[23]用VRGF单克隆抗体抑制VEGF作用后，发现神经干细胞移植的神经保护作用明显减弱。因此可以推测，VEGF在神经干细胞移植过程中可能是一个重要的作用靶点，但其具体作用机制有待进一步研究。

4 展 望

VEGF与脑缺血再灌注损伤的关系错综复杂，VEGF在脑缺血后发挥的促进血管再生、神经再生及神经保护等作用作为脑组织内源性反应对于机体神经功能恢复至关重要，加之近年来在神经干细胞移植中研究的深入，VEGF越来越被认为是改善脑缺血预后的一个重要治疗靶点。但同时由于VEGF在脑缺血急性期与血管通透性增加、血脑屏障破坏及脑水肿形成密切相关，因此作为一把双刃剑，在脑缺血的不同时期，VEGF的不同作用需要区别对待，这对于指导脑缺血临床治疗，进一步改善预后可能会具有重要意义。

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