血管内皮生长因子介导的血管新生疗法在心血管疾病中的研究进展

王超 王蓓蕾 张黎明

综 述

血管内皮生长因子介导的血管新生疗法在心血管疾病中的研究进展

王超 王蓓蕾 张黎明

血管内皮生长因子； 血管新生疗法； 缺血； 心血管疾病

心血管疾病因其高发病率和高死亡率严重威胁全球人类健康，其中冠心病、心肌梗死等缺血性心血管疾病的死亡率逐年升高[1]。尽管临床上针对不同的人群研发了一些有效的治疗方法，如经皮冠状动脉介入治疗（PCI）和冠状动脉旁路移植术（CABG）等，但这些血运重建治疗均只能恢复大血管的供血，而对心肌弥漫性或小血管病变血流无明显改善，亦不能帮助坏死细胞恢复正常。

促进缺血区血管新生是一种新颖的治疗策略，即通过刺激心肌缺血区小血管生长和侧支循环的形成，实现心肌缺血区的自我搭桥。这对相当数量的弥漫性冠脉病变及难以接受传统血管重建治疗的患者，可能是一种极具吸引力的新型治疗模式[2]。这种新型治疗方法需要促血管生长因子的应用，目前常用的促血管生长因子主要包括血管内皮细胞生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factors，FGF）、血小板源性生长因子（platelet derived growh factor，PDGF）、 表 皮 生 长 因 子（epidermal growth factor，EGF）、转化生长因子（transforming growth factor，TGF）、肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等。其中VEGF是目前已知最强有力的血管生长因子，它与血管新生之间关系的研

究也较为深入。现将VEGF介导的血管新生与心血管疾病的关系作一综述。

1 血管内皮生长因子家族及其受体概况

1.1 VEGF家族 血管内皮生长因子又名血管通透性因子，是由Ferrara和Henzel[3]于1989年从培养的牛垂体滤泡星状细胞中分离出的一种多肽，具有特异性促血管内皮细胞增殖分裂、促进新生血管形成和侧支循环开放等作用。目前人体已知的VEGF家族通过可变剪接表达出VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E，VEGF-F 及胎盘生长因子（placental growth factor，PLGF）7 种亚型[4]。除VEGF-E在双链DNA病毒orf表达，以及VEGF-F是蛇毒来源之外，其余5类都可在哺乳动物中表达。其中VEGF-A是最早被发现也是最重要的。多种非内皮细胞可以分泌VEGF-A并以旁分泌的方式作用于内皮细胞刺激信号转导、调节细胞功能，而内皮细胞来源的VEGF-A则以自分泌的方式促进细胞存活。VEGF-A是哺乳动物胚胎发育阶段必需的生长因子，在新生血管的形成中发挥重要的作用[5]。由于mRNA的剪切方式不同，根据氨基酸的数目又分别命名为 VEGF121、VEGF145、VEGF165、VEGF189 和 VEGF206，生理情况下VEGF165和VEGF121是主要的存在形式。

1.2 VEGF受体（vascular endothelial growth factorreceptor，VEGFR） 目前已发现的血管内皮生长因子受体（VEGFR）家族成员有 5 种：VEGFR-1（Flt-1）、VEGFR-2（KDR/Flk-1）、VEGFR-3（Flt-4）、神经菌毛素-1（neuropilin-1，NP-1）和神经菌毛素-2（neuropilin-2，NP-2）。其中前3种属于酪氨酸蛋白激酶受体超家族，NP-1和NP-2为非酪氨酸激酶的跨膜受体。5种受体结合各自特异的配体发挥不同的生物学作用[6,7]。

2 VEGF与血管新生

血管系统建立有三种不同的方式，血管发生（vasculogenesis）、血管新生（angiogenesis）和小动脉生成（arteriogenesis）[8]。血管发生是胚胎发育早期新生血管形成的主要形式，由内皮祖细胞（endothelial progenitor cells，EPC），亦称成血管细胞（angioblast）趋化融合，并分化成内皮细胞（endothelial cells，EC）在原位形成新的管腔。血管新生是指在原有血管基础上通过出芽或毛细血管增殖方式产生新生血管。小动脉生成是指原有微小动脉经过细胞增殖和血管重塑形成功能性的肌性小动脉，是固有侧支循环生成的重要机制之一[9]。VEGF是公认的最具特异性且作用最强的内源性血管生长因子，可以调控以上所有类型的血管生成。通常情况下，缺血缺氧是引起血管新生的主要原因，而炎症刺激、机械因素和化学因素等是引发血管新生的次要原因。上述刺激因素通过诱导VEGF转录，增强VEGF mRNA的稳定性，防止其降解，使VEGF高度表达并间接提高其生理活性，从而建立侧支循环以满足机体需要[10]。因此，研究者开始尝试人为地通过各种途径提高心肌缺血部位VEGF的浓度，促进局部血管新生，提高心肌代偿能力，最终达到治疗缺血性疾病的目的[11]。

3 VEGF与心血管疾病的关系

3.1 VEGF与心肌梗死 血管内皮生长因子家族中 VEGF-A、VEGF-B、VEGFR-1、PLGF 等因子均与心肌梗死关系密切。Hojo等[12]在2000年时就发现，急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）患者血中VEGF的浓度显著增加，在AMI后14 d左右达到高峰，证明VEGF可以促进血管新生和内皮细胞增殖，对心肌梗死患者起到保护性的效应。另有研究[13]表明，心肌细胞VEGFR-1受体在心肌缺氧情况下表达明显上调，而VEGFR-1的激活能防止心脏的整体损伤，诱导心肌代偿性肥厚，改善心肌梗死后的心功能，最终促进心肌收缩力的恢复。Cheng等[14]的最新研究发现，急性心肌梗死小鼠的血清肌钙蛋白水平、心肌梗死面积、梗死区域微血管的密度和VEGF的表达量在梗死后7 d达到峰值，14 d后达到第二峰值，VEGF的表达量与微血管增加的密度呈正相关关系，表明VEGF可能参与心肌梗死后的心肌重塑和血管新生。上述研究结果均提示，细胞因子促血管新生疗法可能为PCI及CABG不能完全恢复血运重建的急性心肌梗死带来全新的治疗模式。

因此，不少课题组开展了VEGF基因相关的治疗研究。Vera Janavel等[15]发现，在绵羊心肌梗死模型上，冠状动脉急性闭塞后，将质粒介导的血管内皮生长因子（pVEGF）基因转移到缺血部位，能长期引发动脉血管新生、前体肌细胞增殖及成熟心肌细胞有丝分裂，从而缩小梗死面积，增强左室功能，提高心肌灌注并延缓心肌重塑。Lahteenvuo等[16]在广泛性心肌梗死大猪模型上通过腺病毒载体将VEGF-A、VEGF-B和VEGF-D基因转移到心肌缺血部位，同样显示心脏射血分数和其他心脏功能指标均有提高。需要注意的是，即使选择心肌内给药，在肝、肺和肾等脏器同样可以发现有病毒载体分布，但相对数量很少，并且VEGF基因在这些非靶向组织内表达也很低。另外治疗后会出现白细胞减少、C反应蛋白及肝酶短暂升高等反应，抗腺病毒抗体数量也会随着治疗剂量的增加而增加。

随着导管技术的精进，近年来经导管冠脉内导入VEGF基因能更好地促进缺血区心肌血管新生，改善心肌收缩能力，改善心功能[17]。但对长期效果、剂量、副作用有待进一步的深入研究，因此VEGF基因治疗在心肌梗死的临床应用仍受限制。

3.2 VEGF与冠状动脉粥样硬化 应用VEGF治疗冠状动脉粥样硬化患者，治疗途径一般有两种：①直接将VEGF重组蛋白注射入血管或心肌内；②将携带VEGF基因的表达载体注射入心肌内，促使VEGF高表达，从而发挥VEGF的促血管生成作用[18]。其中基因治疗对严重的冠状动脉粥样硬化型缺血性心肌病颇具吸引力。随着越来越多的患者采取诊断性治疗、血管成形术和支架手术，表达VEGF的局部靶向基因疗法协同这些治疗措施也显现出广阔的应用前景[19]。

目前，许多将VEGF基因成功转移到动脉粥样硬化动物模型的研究结果显示，刺激血管新生可以明显增加缺血组织区域的血流，提升肌肉有氧代谢的能力。然而，病毒载体药代动力学和生物分布在动物和人体上可能存在差异，导致血管新生治疗效果在人体上并不理想。国外有课题组进行过灌注导管转染VEGF-A基因的临床Ⅰ期试验，结果显示VEGF-A腺病毒载体（Adv-VEGF）可以在10 min内到达缺血的心脏。在该课题组的临床Ⅱ期试验（n=103）中，SPECT扫描结果显示Adv-VEGF可以显著改善心肌代谢功能，但运动负荷试验患者的运动耐量并没有提高，这很有可能是病毒载体在心肌内的分布剂量非常有限导致的[20,21]。另外，Ⅱ期临床试验失败的典型例子还有一个GENASIS试验（Genetic Angiogenic Stimulation Investigational Study），400例患有严重冠心病的患者接受了裸露VEGF-2基因心肌内注射，但最终有265例患者出现包括心肌水肿在内的多种副作用，试验最终被叫停[22]。迄今为止，基因治疗冠心病的临床研究多数还限于Ⅰ期试验，旨在观察治疗的安全性和剂量效应关系。

3.3 VEGF与斑块内血管新生 血管新生疗法在治疗动脉粥样硬化及其他心血管疾病时存在两种不同的观点。第一种，促血管生长的细胞因子可以增强血管内皮的心肌保护作用从而治疗缺血性心肌病；相反，第二种观点认为，治疗会加速斑块内新生血管的形成，导致斑块不稳定甚至破裂。这第二种观点直接关系到血管新生疗法的应用前景，值得关注。

1938年，Patterson[23]首次提出斑块毛细血管破裂会引起斑块内出血导致冠状动脉血栓形成；之后科学家发现成人的动脉内膜超过一定的厚度就会新生出血管；Barger等[24]总结前人研究并开创性地提出假说，动脉外膜血管增殖为动脉粥样硬化斑块提供氧气和营养物质使其增厚并超过一定厚度，构成病变的核心。人类的大动脉外膜都有一套微血管系统称为滋养血管网。在正常血管，血管壁上的滋养血管网只限定在外膜及中膜外层；在动脉粥样硬化侵蚀了的血管壁上，这些血管网更加丰富，并延伸到动脉粥样硬化病变的内膜。Williams等[25]在高胆固醇血症猴子模型上发现动脉粥样硬化斑块的血流和血管滋养管的数量成正比，改变动物的高胆固醇饮食之后引起的斑块退化也是与血管滋养管数量的减少有关。这些早先的实验研究均提示，斑块内血管异常增生与动脉粥样硬化的发生、发展关系密切。

目前关于血管新生可以导致动脉粥样硬化最有说服力的实验证据来自载脂蛋白E缺失（ApoE-/-）的高胆固醇血症小鼠模型。Moulton等[26]发现2种内皮细胞特异性血管新生抑制剂，endostatin和TNP-470，可以分别减少85%和70%的斑块面积。另一个实验显示，在ApoE及ApoB100基因敲除小鼠腹腔内注射重组人VEGF蛋白，可以促进动脉粥样硬化的形成[27]。VEGF在这个实验中的作用主要体现在可以增加骨髓来源的CD34+/Flk1+内皮祖细胞及巨噬细胞/单核细胞的数量，另外它可以增加斑块密度及巨噬细胞渗透性。以上研究进一步表明，在动脉粥样硬化形成和发展过程中，斑块内新生血管可能对斑块不稳定甚至破裂起关键作用。因此，2012年Moreno等[28]提出应用抗VEGF疗法抑制斑块内病理性血管新生，从而减少动脉粥样硬化斑块的形成。但是临床上抗VEGF疗法引起的高血压、左心室功能紊乱及血栓栓塞等心血管系统副作用同样不容忽视。综上所述，VEGF介导的治疗性血管新生与动脉粥样硬化的关系有待进一步深入研究。

4 问题与展望

VEGF介导的治疗性血管新生为缺血性心血管疾病的治疗提供了新的思路。然而目前开展的研究多停留在动物实验阶段，临床研究还有待继续探索。当前，血管新生疗法最需要解决的是治疗的安全性和可靠性问题，如上文中提到的白细胞减少、水肿等副作用，甚至出现由于转基因的过度表达而直接导致实验动物死亡的情况。另外，病理性斑块内血管新生与动脉粥样硬化的关系亦不容忽视，不能因为盲目追求治疗效果而导致其他不良后果的发生。随着研究的不断深入，治疗过程中注射方式、注射部位及不同患者的注射剂量等问题的解决，相信VEGF介导的血管新生疗法会为心血管疾病提供全新的治疗理念，帮助解决困扰人类健康的一大难题。

［1］Piccolo R，Giustino G，Mehran R，et al.Stable coronary artery disease:revascularisation and invasive strategies.The Lancet，2015，386：702-713.

［2］Makarevich PI，Rubina KA，Diykanov DT，et al.Therapeutic angiogenesis using growth factors：current state and prospects for development.Kardiologiia，2015，55：59-71.

［3］Ferrara N，Henzel WJ.Pituitary follicular cells secrete a novel heparin-binding growth factor specific for vascular endothelial cells.Biochem Biophys Res Commun，1989，161：851-858.

［4］Patil AS，Sable RB，Kothari RM.Occurrence,biochemical profile of vascular endothelial growth factor（VEGF） isoforms and their functions in endochondral ossification.J Cell Physiol，2012，227：1298-1308.

［5］Smith GA，Fearnley GW，Harrison MA，et al.Vascular endothelial growth factors： multitasking functionality in metabolism，health and disease.J Inherit Metab Dis，2015，38：753-763.

［6］李丽，蔡红燕，郭涛，等.血管生长因子及其信号传导通路的研究进展.心血管病学进展 2015，36：210-213.

［7］Roskoski R.VEGF receptor protein-tyrosine kinases：structure and regulation.Biochem Biophys Res Commun，2008，375：287-291.

［8］Hao L，Zou Z，Tian H，et al.Novel roles of perivascular nerves on neovascularization.Neurol Sci，2015，36：353-360.

［9］Yla-Herttuala S，Rissanen TT，Vajanto I，et al.Vascular endothelial growth factors：biology and current status of clinical applicationsin cardiovascularmedicine.J Am CollCardiol，2007，49：1015-1026.

［10］ Liu LX， Lu H，Luo Y， et al.Stabilization of vascular endothelial growth factor mRNA by hypoxia-inducible factor 1.Biochem Biophys Res Commun，2002，291：908-914.

［11］Syed IS，Sanborn TA，Rosengart TK.Therapeutic angiogenesis：a biologic bypass.Cardiology，2004，101：131-143.

［12］ Hojo Y，Ikeda U，Zhu Y，et al.Expression of vascular endothelial growth factor in patients with acute myocardial infarction.J Am Coll Cardiol，2000，35：968-973.

［13］ Zentilin L，Puligadda U，Lionetti V，et al.Cardiomyocyte VEGFR-1 activation byVEGF-B inducescompensatory hypertrophy and preserves cardiac function after myocardial infarction.FASEB J，2010，24：1467-1478.

［14］Cheng C，Li P，Wang YG，et al.Study on the expression of VEGF and HIF-1alpha in infarct area of rats with AMI.Eur Rev Med Pharmacol Sci，2016，20：115-119.

［15］Vera Janavel GL，De Lorenzi A，Cortes C，et al.Effect of vascular endothelial growth factor gene transfer on infarct size，left ventricular function and myocardial perfusion in sheep after 2 months of coronary artery occlusion.J Gene Med，2012，14：279-287.

［16］Lahteenvuo JE，Lahteenvuo MT，Kivela A，et al.Vascular endothelialgrowth factor-B induces myocardium-specific angiogenesis and arteriogenesis via vascular endothelial growth factor receptor-1- and neuropilin receptor-1-dependent mechanisms.Circulation，2009，119：845-856.

［17］赵瑞平，乌日娜.急性心肌梗死后不同治疗手段对梗死范围回缩率的影响及预后的评估.中国心血管病研究，2010，8：675-678.

［18］Tang YL，Zhao Q，Zhang YC，et al.Autologous mesenchymal stem cell transplantation induce VEGF and neovascularization in ischemic myocardium.Regul Pept，2004，117：3-10.

［19］ Yla-Herttuala S.Cardiovascular gene therapy with vascular endothelial growth factors.Gene，2013，525：217-219.

［20］Laitinen M，Zachary I，Breier G，et al.VEGF gene transfer reduces intimal thickening via increased production of nitric oxide in carotid arteries.Hum Gene Ther，1997，8：1737-1744.

［21］Laitinen M，Hartikainen J，Hiltunen MO，et al.Cathetermediated vascular endothelial growth factor gene transfer to human coronary arteries after angioplasty.Hum Gene Ther，2000，11：263-270.

［22］ Jacobs J.Combating cardiovascular disease with angiogenic therapy.Drug Discov Today，2007，12：1040-1045.

［23］Patterson JC.Capillary rupture with intimal hemaorrhage as a causative factor in coronary thrombosis.Archives of Pathology，1938，25：474-487.

［24］Barger AC，Beeuwkes R，Lainey LL，et al.Hypothesis：vasa vasorum and neovascularization of human coronary arteries.A possible role in the pathophysiology of atherosclerosis.N Engl J Med，1984，310：175-177.

［25］Williams JK，Armstrong ML，Heistad DD.Vasa vasorum in atherosclerotic coronary arteries：responses to vasoactive stimuli and regression of atherosclerosis.Circ Res，1988，62：515-523.

［26］Moulton KS，Heller E，Konerding MA，et al.Angiogenesis inhibitors endostatin or TNP-470 reduce intimal neovascularization and plaque growth in apolipoprotein E-deficient mice.Circulation，1999，99：1726-1732.

［27］ CellettiFL， Waugh JM， AmabilePG， etal.Vascular endothelial growth factor enhances atherosclerotic plaque progression.Nat Med，2001，7：425-429.

［28］Moreno PR，Purushothaman M，Purushothaman KR.Plaque neovascularization：defense mechanisms，betrayal，or a war in progress.Ann N Y Acad Sci，2012，1254：7-17.

Research progress of angiogenesis therapy mediated by vascular endothelial growth factor in cardiovascular disease

Vascular endothelial growth factor； Angiogenesis therapy； Ischemia； Cardiovascular disease

国家自然科学基金项目（项目编号：41506178、81401578）

200433 上海市，第二军医大学海洋生物医药研究中心，第二军医大学海军医学系海洋生物技术教研室

张黎明，E-mail：lmzhang@smmu.edu.cn

10．3969/j．issn．1672－5301．2016．10．002

R54

A

1672-5301（2016）10-0868-04

2016-05-18）