PDGF- C 和PDGF- D 对心血管系统疾病影响的研究进展

钱丁丁 周建庆

血小板源性生长因子在20 世纪70 年代被首次发现，从那以后该因子得到了研究人员广泛的研究[1]。PDGF 主要包括PDGF-A、PDGF-B、PDGF-C 和PDGF-D。人们先发现了PDGF-A 和PDGF-B，那时认为PDGF 仅涵盖了这两种[2-3]。直到2001 年和2002 年PDGF-C 和PDGF-D 被相继发现人们才改变了这个看法[4-5]。PDGF 主要通过与两个PDGF 酪氨酸激酶受体结合从而发挥它的生物学效应（PDGF-A 只能和PDGF-α 结合，PDGF-B 和PDGFR-α、PDGFR-β 都能结合，PDGF-C只能和PDGFR-α 结合，PDGF-D 只能和PDGFR-β 结合）。传统意义上，PDGF 被认为是间充质来源细胞（如成纤维细胞、平滑肌细胞和胶质细胞）的有丝分裂原。然而，最近有研究表明PDGF 的功能比以前认为的要广泛得多，这些蛋白对多种细胞类型有直接影响，包括干细胞/祖细胞、神经元细胞、血管内皮细胞和炎症细胞[6]。由此可见，PDGF 在生理和病理条件下发挥着重要作用。此外，由于其强大的作用，PDGF 及其受体被认为是治愈很多疾病的一个靶点。

1 PDGF-C 和PDGF-D 的结构和生物学功能

PDGF-C 和PDGF-D 属于PDGF/血管内皮生长因子家族，分别存在于4 号染色体和11 号染色体上[7]。PDGF-C 和PDGF-D 除了具有经典PDGF 的共同结构（即PDGF-A 和PDGF-B）外，还有一个额外的独特的n端幼崽结构域（补体亚组分c1r/c1s、海胆表皮生长因子样蛋白和骨形态发生蛋白1）与细胞外基质结合防止扩散[8-9]。CUB 结构域蛋白（CUB domain-containing protein，CDCP）阻断了n 端生长因子结构域受体的结合，需要体外裂解生长因子结构域才能激活并诱导受体信号传导[10-11]。PDGF-C 和PDGF-D 的铰链区位于幼崽结构域和生长因子结构域之间，含有幼崽结构域在受体结合前蛋白水解去除的裂解位点。PDGF-C 和PDGF-D 是同源二聚体（PDGF-CC 和PDGF-DD），在蛋白水解激活前以全长形式分泌。细胞外裂解是由丝氨酸蛋白酶进行的。纤溶酶和组织纤溶酶原激活剂（Tissue plasminogen activator，tPA）裂解PDGF-C，而纤溶酶、尿激酶纤溶酶原激活物（Urokinase plasminogen activator，uPA）和基质酶可裂解PDGF-D[11-13]。Riehle 等[13]用tPA 敲除小鼠与过表达PDGF-C 的转基因小鼠杂交，结果显示分裂的PDGF-C水平仍然很高，提示其他蛋白酶也可能参与PDGF-C的裂解。一项研究还表明，使用基质酶去除CUB 结构域增加了PDGF-DD 与细胞外基质的结合，而生长因子域的裂解降低了PDGF-D 的缔合和细胞外基质，这可以作为显性负配体防止PDGF-B 和PDGFR-β 的激活介导[14-15]。最近的研究表明，通过修改neuropilin-1 PDGF 受体信号，从而影响PDGF-D 和PDGFR-β 信号的传导[16]。PDGF-C 和PDGF-D 在许多不同类型的细胞和组织中都有广泛的表达。人类PDGF-C 表达为3.9 kb 和2.8 kb两个转录本[16]。PDGF-C 能促进巨噬细胞、平滑肌细胞、内皮细胞的增值和迁移[17-19]。通过对多种细胞类型的影响，PDGF-C 已被证明对胚胎发育、纤维化、伤口愈合和血管再生有着很大影响[20-21]。PDGF-D 主要表达于内皮细胞和平滑肌细胞[22]，它还在伤口愈合、纤维化以及癌症和心血管疾病中有着重要的作用[23-25]。下面笔者对PDGF-C 和PDGF-D 对各种心血管系统疾病的影响作一概述。

2 PDGF-C 和PDGF-D 在心肌梗死中的作用

心肌梗死的定义为心肌细胞因长期缺血而死亡，它占缺血性心脏病的10%左右[26]。它发生在血液供应被阻断到心肌的一段，这导致心肌坏死和凋亡。心肌梗死通常是由冠状动脉粥样硬化病变的破裂引起的，这会导致血栓的形成、堵塞动脉，使其无法向心脏区域供血,导致心肌细胞缺血坏死[27-28]。因此，需要能够减少坏死和凋亡、增加细胞存活和血管重建、减少胶原沉积和炎症的治疗干预。而血管生成因子的组合基因治疗可能是改善梗死心脏功能的一种有前途的治疗策略。事实上，已有研究表明PDGF-CC 蛋白治疗可增强心肌梗死小鼠缺血后的血运重建[28-29]。还有研究发现心肌梗死后，梗死区PDGF-A 和PDGF-D 表达水平升高，而梗死周围正常心脏PDGF-B 和PDGF-C 表达水平降低[30]。此外，PDGF-D表达水平在梗死晚期增加，并持续升高6 周，边缘区及梗死心肌染色较强。在心肌梗死的早期和晚期阶段均可检测到PDGFR-α 和PDGFR-β 表达水平上升[30]。使用PDGFR-α 和PDGFR-β 中和抗体会抑制这些受体并减少胶原蛋白沉积在梗死的区域。PDGFR-β 抑制导致有缺陷的血管生成和新生成的血管的渗透性增加。相比之下，PDGFR-α 抑制没有这种效果。此外，在诱导产生心梗后的第7 天，在小鼠使用PDGFR-β 抑制区域显示出梗死心脏中含有红细胞的出血性区域，说明PDGF 介导的信号通路在梗死后修复的调控中发挥着重要而独特的作用。另一方面，研究表明PDGF-C 和PDGF-D 可能是心肌缺血梗死后修复所必需的，例如有研究表明，PDGF-C 蛋白治疗可促进心肌缺血小鼠模型的再血管化，从而增加梗死心脏的血管密度和平滑肌细胞的覆盖[31-32]。

3 PDGF-C 和PDGF-D 在心肌纤维化的作用

心肌纤维化是心肌细胞外基质（Cardiomyocyte extracellular matrix，ECM）蛋白的病理扩展，发生于大多数类型的心脏病[33]。这种情况常见于许多心脏疾病，如心肌梗死后、心力衰竭、高血压和糖尿病性心肌病。心肌梗死会导致心肌细胞的突然丢失，并引发炎症，从而导致ECM 替代坏死心肌[34]。此外，由高血压引起的持续性压力过载可导致广泛的心肌纤维化，这可能导致心室扩张、合并舒张和收缩期心力衰竭。此外，代谢压力、肥胖和毒性损害（如酒精）可以诱导心肌纤维化的进展变化。α-肌球蛋白重链（α-Myosin heavy chain，MHC）启动子驱动的小鼠心脏中PDGF-C 的过度表达可诱导心脏纤维化、心肌病和脉管系统的改变。如微血管扩张和血管渗漏，增加了心肌中平滑肌包裹血管的密度[34-35]。类似地，表达由心脏特异性α-MHC 启动子驱动的PDGF-D 核心结构域的PDGF-D 转基因小鼠显示心脏纤维化，随后是扩张型心肌病并显示血管重塑，例如血管扩张，平滑肌细胞（smooth muscle cell，SMC）覆盖血管密度升高和血管SMC 的增殖，导致动脉壁增厚[36]。另外，PDGF-C刺激内皮祖细胞从骨髓中募集[37]。使用PDGF-D 处理的大鼠心脏成纤维细胞的体外研究表明，随着金属基质蛋白酶-1（MMP-1）、MMP-2、MMP-9，金属蛋白酶组织抑制因子1（Metalloproteinase tissue inhibitor-1，TIMP-1）和TIMP-2 的表达增强，心脏成纤维细胞增殖和肌成纤维细胞分化增加[31]。有趣的是，PDGF-D 处理的心脏成纤维细胞表现出转化生长因子β1（transforming growth factorβ1，TGF-β1）表达增加，TGF-β1 的沉默消除了PDGF-D诱导的TGF-β1 产生及其促纤维化作用，表明PDGF-D通过TGF -β1 信号通路在纤维发生中起作用。

4 PDGF-C 和PDGF-D 在心脏重塑中的作用

PDGF-D 也被认为参与大鼠梗死心脏的心脏重塑和心脏修复。所有PDGF 配体和受体均在正常心肌中表达。心肌梗死后，梗死心肌中PDGF-D 表达增加，主要由内皮细胞、巨噬细胞和肌成纤维细胞表达，而PDGFB 和PDGF-C 表达减少[30]。PDGF-C 在心脏特异性转基因小鼠中的过度表达也诱导了较不发达的心肌纤维化，伴有成纤维细胞样细胞和扩张型心肌病的增生[37-38]。冠状动脉内腺相关病毒介导的PDGF-C 和PDGF-D 转移增强了心脏同种异体移植物炎症、纤维化和慢性排斥。基于这些结果，PDGF-A，PDGF-C 和PDGF-D 信号传导的抑制可能抑制心脏同种异体移植物的慢性排斥反应。Fan 等[38]和Thomas 等[39]建立脱氧皮质酮诱导的高血压、盐敏感模型大鼠，探索了大鼠心肌纤维化中PDGF信号通路的调节机制。PDGF 家族的所有成员表达增加，PDGF-D 除外，其保持不变。使用抗炎药法舒地尔抑制心肌炎症和PDGF-A 和PDGF-B 的表达，PDGF-C 和PDGFR-α 降低，而PDGFR-β 未改变。

5 PDGF-C 和PDGF-D 在动脉粥样硬化中的作用

在动脉粥样硬化血管壁中，PDGF-C 和PDGF-D 均增加并主要由内皮细胞、血管SMC 和巨噬细胞分泌。PDGF-D 在暴露于动脉粥样硬化血流的内皮细胞中表达上调，并在巨噬细胞分化期间被诱导。PDGF-D 在脂肪条纹中强烈表达，其增加的表达通过抑制多种SMC基因的表达促进血管SMC 表型转换，包括平滑肌α-肌动蛋白（Smooth muscle α- actin，α-SMA）和平滑肌肌球蛋白重链[38]。此外，在血管成型术后的颈动脉粥样硬化大鼠颈动脉内膜中PDGF-D 表达上调，并且已应用于大鼠颈动脉模型中[40]，PDGF-C 和PDGF-D 在血管的外膜层中的表达被上调。由于巨噬细胞积聚，PDGF-C 水平在动脉壁中增加，导致SMC 增殖[41]。结果表明，PDGFC 和PDGF-D 可能通过刺激MMP-9 的活性和影响单核细胞迁移从而在动脉粥样硬化中发挥重要作用。PDGF-C 和PDGF-D 与血管损伤诱导的新内膜增生的形成有关，并且其可能成为预防血管再狭窄的靶标。

6 小结与展望

大量研究表明，PDGF-C 和PDGF-D 是心血管系统的关键调节因子。PDGF-C 和PDGF-D 在许多不同类型的细胞中广泛表达，具有多向作用。体内和体外研究均已证明PDGF-C 和PDGF-D 治疗可改善心脏功能并增加血管生成，并且PDGF-C、PDGF-D 和PDGF 受体的拮抗剂可在抑制纤维化或动脉粥样硬化中具有治疗用途。希望未来的研究可以更好地揭示PDGF-C和PDGF-D 在心血管系统中的功能和调节机制的分子基础，这可能有助于开发治疗人类疾病的新型治疗策略。