SDF—1/CXCR4轴及其抑制剂AMD3100调控Tip内皮细胞成血管效应的研究进展

孙英伦　杨镛

【摘要】 SDF-1/CXCR4轴近年来被广泛研究，它在调控Tip内皮细胞迁移及成血管等过程中起着重要的作用。AMD3100为SDF-1/CXCR4轴的抑制剂，可以选择性抑制SDF-1与CXCR4结合，在血管形成中受到广泛研究。本文对SDF-1/CXCR4轴及其抑制剂AMD3100在调控Tip内皮细胞成血管效应中的最新研究进展进行综述。

【关键词】 SDF-1/CXCR4轴； Tip内皮细胞； AMD3100； 血管形成

doi：10.14033/j.cnki.cfmr.2017.5.087 文献标识码 A 文章编号 1674-6805（2017）05-0160-03

近年来Tip内皮细胞在血管新生中的作用日益成为人们研究的热点，通过调控它的功能进而正性或负性影响新生血管的进程，这对缺血性疾病、肿瘤疾病等都有着重要的意义。

1 Tip内皮细胞及血管形成

新生血管形成是一个复杂的过程，它起始于胚胎发育期中胚层的血管内皮祖细胞（endothelial progenitor cells，EPCs），通过它增殖、迁移、聚集等形成初级血管丛，这一过程被称为血管发生（vsaculogenesis）。再通过初级血管网进一步生长、分化、塑型等，形成不同等级的动静脉、毛细血管网等，这一过程被称为血管形成（angiogenesis）。同时EPCs也在血管内皮损伤后的修复中起着重要作用[1]。它可以迁移到缺血损伤、炎症及肿瘤组织中形成新生血管，并分泌多种生长因子，包括血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、粒细胞集落刺激因子（granulocyte colony stimulating factor，G-CSF）、白细胞介素-8（nterleukin-8，IL-8）等促进新血管形成过程和组织再生[2]。其中VEGF-A起着关键作用，它与VEGFR2结合并激活Dll4/Notch信號通路，使原处于休眠状态的内皮细胞转化为Tip内皮细胞，作为整个新生血管的开端。Tip内皮细胞也叫尖端细胞，最初是由Kurz等[3]在鹌鹑胚胎细胞血管发生的最前端发现的。随后由Gerhardt等[4]于2003年提出Tip内皮细胞这一概念。它是一种独特的内皮细胞，具有高度迁移能力但无增殖性，可伸出大量的丝状伪足到周围组织中充分接受各种生长因子、化学信号的刺激，调控新生血管的数量和生长方向。且这些丝状伪足可与邻近的Tip内皮细胞相互识别并融合，进而形成稳定的血管连接。而Tip内皮细胞之后的部分被称为茎细胞（stalk cell），它构成了出芽血管的体部且在VEGF-A促进下具有增殖性，使新生血管向下生长。Yana等[5]研究证实，通过Tip内皮细胞产生的Ⅰ型膜结合型基质金属蛋白酶（membrane type Ⅰ metal loprotease，MTI-MMP）来水解内皮基底膜，从而在血管生芽起始阶段给茎细胞提供生长所需的空间生成管腔，进而形成结构完整、功能健全的血管，即管腔化（tubulogenesis）的过程。它的发现也证实了茎细胞是在Tip细胞带领下增殖分化，从而形成新的血管。有研究证实，Dll4/Notch信号通路对Tip内皮细胞的伪足形成和迁移能力有一定的抑制作用，并可调节VEGF因子的表达，降低其活性，以调控新生血管的稳定[6]。最近的研究表明，活化的转录因子Nrf2能够阻断内皮细胞中的PI3K/AKT信号通路，进而引起Dll4-Notch通路功能受到抑制，促进Tip内皮细胞在新生血管中出芽[7]。此外有研究证实，存在于茎细胞内的Notch受体的另一配体Jagged-1，能够抑制Notch/Dll4信号通路，从而确保从Tip内皮细胞向茎细胞生长的血管萌芽过程顺利进行[8]。通过VEGF-VEGFR/Dll4-Notch/Jagged1-Notch三组信号通路使Tip内皮细胞和茎细胞的相对数目处于一个平衡状态，保证了正常的血管新生过程。

2 SDF-1/CXCR4轴

趋化因子属于细胞因子大家族中的亚家族，它可以通过与靶细胞上合适的跨膜G蛋白受体结合促进细胞的聚集和迁移。根据其N端前两个半胱氨酸在氨基酸序列中的位置，趋化因子可以分为四种亚型：（X）C，CC，CX3C and CXC[9]。趋化因子CXC的配体SDF-1，又名CXCR12或前B细胞刺激因子（Pre-B cell stimulatory factor，PBSF），是第一个被证实在造血、心脏发育、血管形成、神经发育和组织干细胞形成中其重要作用的因子[10]。SDF-1最早是在小鼠骨髓基质细胞分泌的产物中被发现的。现已证实它在骨髓、心脏、肾脏、肝脏、胸腺、眼部和中枢神经系统等组织中广泛表达。人类SDF-1基因是一种位于染色体10q11.1位点，编码89和93个氨基酸多肽的封闭型基因。它有6种同分异构体：SDF-1α、SDF-1β、SDF-1γ、SDF-1δ、SDF-1ε、SDF-1ψ，其中前三种被证实来自于选择性mRNA剪接，同时也说明SDF-1是在剪接过程而不是转录水平被调节[11]。在这些同分异构体中，SDF-1α被广泛研究。通过构建心肌缺血的大鼠模型，证实了SDF-1α可促进干细胞迁移至远端缺血部位新生血管进行修复，同时它也可促进组织缺血再灌注损伤的修复[12]。

CXCR4是SDF-1特异性趋化因子受体，是一种有7个跨膜区域的G-蛋白-耦联化学因子受体。其基因编码352个氨基酸，编码基因位于人染色体2q21。SDF-1与CXCR4结合激活CXCR4受体偶联的G蛋白，继而激活下游信号转导途径，发挥免疫及炎症修复，调节细胞趋化性、迁移、黏附、存活和增殖等众多生物学作用。最早的关于CXCR4的研究集中在它对人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）感染的病理作用上。它是T型热带（X4）HIV病毒进入CD4+T细胞的一个共受体[13]。CXCR4在绝大多数间充质干细胞不表达，而在EPCs中高度表达。之后的研究发现，在造血细胞、内皮细胞、癌干细胞等一系列前体细胞中，CXCR4均有表达并且对胚胎发育中的细胞迁移和器官生长均有重要作用[14]。尤其在肿瘤细胞的研究中发现，CXCR4在多种人类癌症中出现，如乳腺、肾脏、肺、结肠和大脑的癌症上。在几种恶性血液病，如白血病、骨髓瘤中，也可见高表达水平的CXCR4[15]。这种表达在晚期和转移癌中尤为突出，推测这是与肿瘤发生的机制和结果有关。此外新的研究表明，CXCR4并不是SDF-1唯一的受体，SDF-1同样能与另外一种7次跨膜蛋白受体CXCR7相结合[16]。但是CXCR4与CXCR7二者间的相互关系还没被完全阐明。

3 SDF-1/CXCR4軸与Tip内皮细胞及血管形成

归纳总结近年来的研究，可以把SDF-1/CXCR4轴的生物学功能概括为以下几点：（1）参与胚胎发育过程。（2）介导免疫及炎性反应。（3）介导HIV感染。（4）参与恶性肿瘤的生长、浸润、转移等。（5）调控多种干细胞迁移及归巢。（6）参与新生血管形成。其中调控多种干细胞迁移及归巢和新生血管形成，日益成为人们研究的重点。人们发现可以通过调节SDF-1/CXCR4轴的功能及表达，进而调控干细胞及其前体细胞的迁移，达到促进受损组织血管等再生重建的目的。SDF-1/CXCR4轴能促进各种内皮细胞，包括Tip内皮细胞的迁移，从而促进血管新生和组织修复。研究表明，通过分别应用50、100、200 ng/ml的SDF-1诱导Tip内皮细胞迁移，证实了SDF-1可促进Tip内皮细胞的迁移，且呈浓度依赖性[17]。多种干细胞或祖细胞的迁移具有SDF-1浓度依赖性的特点，即CXCR-4阳性表达的细胞具有向高浓度SDF-1趋化性移动的能力。通过构建大鼠心肌缺血模型，发现SDF-1在缺血部位大量表达，诱导干细胞聚集于损伤处新生血管，减轻心肌损伤[18]。

研究表明，CXCR4在多种人类癌症细胞中过度表达，其中SDF-1/CXCR4轴介导的旁分泌和内分泌等过程对肿瘤细胞的增殖、侵袭、代谢和血管再生等起着重要作用。它也与肿瘤干细胞的再生密切相关[19]。此外在肿瘤细胞内，SDF-1/CXCR4轴也可激活多种影响细胞存活和增殖的信号传导通路，如PI3K/AKT和MAPK就是两个重要通路。最新的研究证实，血清应答因子（serum response factor，SRF）过度表达可以促进SDF-1因子表达，进而增强胃癌细胞的代谢水平。应用SDF-1/CXCR4轴拮抗剂AMD3100可降低SRF引起的胃癌细胞的活性[20]。现今SDF-1/CXCR4轴拮抗剂在肿瘤治疗中的应用成为人们研究的热点。最新的研究推测AMD3100主要通过两种途径抑制SDF-1/CXCR4轴在急性淋巴细胞白血病（acute myeloid leukemia，AML）中的功能：（1）通过AMD3100干扰AML细胞在化学治疗中由基质成分引起的接触性依赖和非依赖抵抗性；（2）通过影响SDF-1和激活其下游信号传导通路，包括PI3K/AKT和MAPK信号通路，进而干扰SDF-1/CXCR4轴功能。

4 问题与展望

SDF-1/CXCR4轴能够调节Tip内皮细胞的功能，进而影响血管再生这一过程。AMD3100可选择性抑制SDF-1与CXCR4结合。研究SDF-1/CXCR4轴和AMD3100对Tip内皮细胞生血管过程的影响，对明确血管生成的机制及有效调控血管再生，尤其是肿瘤血管的生成有重要的意义。但目前尚有许多问题待解决：SDF-1/CXCR4轴诱导Tip内皮细胞迁移的具体机制；CXCR4在癌症细胞中过表达的原因；是否有更适合人体的SDF-1/CXCR4轴拮抗剂及其疗效等。所以还需更加深入研究，以便更好地服务于临床。

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（收稿日期：2016-10-30）