脑卒中诱导VEGF-A保护神经血管单元作用的研究进展

龙 倩，王悬峰，肖 海

（1. 赣南医学院2019级硕士研究生；2. 赣南医学院2018级硕士研究生；3. 赣南医学院第一附属医院，江西 赣州 341000）

神经细胞损伤是缺血性脑卒中导致神经系统功能障碍的主要原因，几乎所有的治疗策略都以抢救神经细胞功能和修复神经细胞损伤为目标。近年来，人们逐渐认识到，大脑的正常功能不仅取决于神经细胞间的突触连接，还取决于大脑中不同成分功能之间的相互作用［1］。于是在2001 年提出了由血管内皮细胞、神经胶质细胞和神经细胞及细胞外基质等组成的神经血管单元（Neurovascular unit，NVU）的概念［2-5］。这一概念强调NVU所有成分和细胞间信号以及细胞与细胞外基质之间的信号的研究对于阐明缺血性中风的病理机制是至关重要的［6］。本文对脑卒中诱导血管内皮生长因子-A（Vascular endothelial growth factor A，VEGF-A）保护神经血管单元作用的研究进展综述如下。

1 VEGF家族

血管内皮生长因子（VEGF）家族是NVU 重要的保护和调节剂［7］，在脑卒中时VEGF 可减少神经细胞死亡，增加微血管数量，促进胶质细胞的增殖和迁移［8-9］。因此，目前认为使用VEGF 或VEGF 激动剂是脑卒中的潜在治疗策略。VEGF 家族目前包括7 个 成 员：VEGF-A，VEGF-B，VEGF-C，VEGF-D，VEGF-E，VEGF-F 和PlGF。而VEGF-A 是VEGF 家族主要成员，也是目前研究最广泛的血管内皮生长因子。VEGF-A 具有促血管生成、神经功能恢复和诱导神经发生作用［10］。近来，使用VEGF-A 治疗脑卒中已引起关注。但VEGF-A 治疗在临床前试验中效果不佳，这可能是因为VEGF-A 在调节NVU 中具有双重作用［11-12］：一方面VEGF-A可刺激血管内皮细胞增殖和迁移，促进新血管的形成，重建更有效的侧支循环网络，这些侧支循环网络可以绕过阻塞的血管，挽救缺血半暗带［13］；但另一方面VEGF-A 也可增加血管通透性［14-15］，这种作用可能导致脑水肿并增高颅内压，这在脑卒中的急性期是有害的［16］，血管通透性增加使通常被血脑屏障阻止的分子和免疫细胞进入神经组织，从而引起更严重的神经炎症［17］。

2 脑卒中后VEGF-A对神经血管单元的作用

2.1 VEGF-A对神经血管单元的保护作用

2.1.1 VEGF-A 促血管生成目前已发现3 种VEGF 酪 氨 酸 激 酶 受 体：VEGFR-1、VEGFR-2、VEGFR-3。VEGF-A与VEGFR-2结合可在缺血半暗带上调血管生成相关蛋白的表达［18］。在正常大脑中，使用VEGF-A 会导 致VEGFR-1 和VEGFR-2 上调［19］，显著增加脑血管的生成；过表达VEGF-A 的干细胞移植也可促进宿主神经组织的血管生成［20］。血管生成增加的作用机制可能是VEGFR-1 和VEGFR-2 两种受体相互竞争的结果，在大脑血管生成过程中起程序性调节作用，即VEGF-A和VEGFR-2结合起促进血管生成的作用，而VEGFR-1 的激活则降低这种血管生成的效应［21］，两者相互拮抗，共同调节。脑卒中发生后，VEGF-A 的这种作用被广泛认为依赖于PI3K/Akt 途径：VEGF-A 与VEGFR-2结合后，激活磷酸肌醇3-激酶（Phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）。PI3K 是血管生成过程中的核心蛋白，PI3K激活蛋白激酶B（Protein kinase B，Akt）［22］，促进血脑屏障中血管内皮细胞迁移［23］；另一项研 究也 表明［24］，VEGFR-2 耗 竭后 完全 阻断 了VEGF-A 诱导的人视网膜微血管内皮细胞中Akt 的磷酸化，同时在体外实验中血管内皮细胞的增殖，迁移和微血管形成均受到抑制，这说明血管生成对VEGF-PI3K-Akt 途径具有依赖性。此外，VEGFR-1在内皮细胞膜上拮抗VEGFR-2 的血管生成功能［25-26］，内皮细胞上的VEGFR-1 以高亲和力结合VEGF-A，但受体活性更低，血管生成作用更低［27］。除内皮细胞外，其他类型细胞也表达VEGF-A 受体，并可能促进血管生成，在血管网络的形成中起重要作用。周细胞包围在血管内皮细胞外，是大脑NVU的重要组成部分，也表达VEGFRs。周细胞表达的VEGFR-1限制了VEGF信号传导但可促进内皮细胞出 芽［28］。在 不 同 细 胞 系 中，VEGF-A 可 通 过 与VEGFR-1 和VEGFR-2 的结合来调节大脑中的血管生成，促进脑卒中后侧支循环的构建，挽救缺血半暗带脑组织。而如何平衡VEGFR-1 与VEGFR-2 的竞争作用，使病情向着有利方向进展，仍然是一个棘手的问题。

2.1.2 VEGF-A 促血管舒张VEGF-A 在中枢神经系统（Central nervous system，CNS）内外均具有促血管舒张作用，在缺血条件下可增加组织血流量。在全身缺氧预处理的自发性高血压大鼠模型中发现，VEGF-A 的增加可显著恢复自发性高血压大鼠内皮依赖性血管舒张，并减轻大鼠心脏的缺血再灌注损伤［29］。通过将单克隆血管内皮生长因子抗体贝伐单抗输注到肱动脉中观察前臂血管扩张度，发现生理浓度的循环血管内皮生长因子对于维持正常的血管舒缩至关重要［30］，上文所述，VEGF 可能会激活VEGF-PI3K-Akt 途径来诱导血管生成，而磷酸化Akt 可激活内皮型一氧化氮合酶（Endothelium nitric oxide synthase，eNOS）催化L-精氨酸向一氧化氮（NO）转化，这不仅会促进血管生成同样也会促进血管舒张。例如，eNOS通过环磷鸟嘌呤核苷（Cyclic guanosinc monophosphate，cGMP）介导，引起附近平滑肌细胞的松弛［31］，促进缺血缺氧后的血管舒张，导致脑血流量增加［32］。此外，在糖尿病脑卒中动物模型中，eNOS表达增加可改善脑血流量并减少梗死体积，与野生型小鼠相比，eNOS 基因突变型小鼠显示出更少的脑血流量和更大的脑梗塞面积［33］，间接证明了VEGF 可能通过eNOS 促进脑卒中后血管扩张的作用。但是一项关于是否持续使用NO 进行降压治疗，对于急性脑卒中高血压管理的局部因素随机对照试验，发现没有证据显示在急性脑卒中后的48 h内持续使用降压药可改善患者功能预后［34］。一种解释可能是，缺血中毛细血管周细胞收缩可抵消eNOS 可能的血管舒张作用［35］。因此，可以明确VEGF-A 在脑卒中模型中可以促进NVU 的血管舒张，降低局部血压，增加缺血区域血流量，但是由于脑卒中病理机制复杂，VEGF-A 促进血管舒张的时效性及相关机制还需更深入的探讨。

2.1.3 VEGF-A 促神经发生VEGF-A 不仅作用于血管内皮细胞，在神经系统稳态中也发挥着重要作用［36］。神经发生或新的神经细胞产生受到衰老、压力和脑损伤在内的多种生理和病理过程的调节。成年大脑中的神经发生主要在两个CNS 区域：侧脑室的脑室下区Ssubvenuicular zone，SVZ）和齿状回的颗粒下区（Subgranular zone，SGZ）［37］，脑缺血将刺激这两个区域的神经发生［38］，而脑卒中VEGF-A 水平升高可能是一个重要的诱因。在过表达VEGF-A 的转基因小鼠中，不但神经发生增加，而且新形成的神经细胞向梗死周围皮层的迁移也增加了［39］，另外缺血半暗带中迁移和发育的神经细胞数量增加似乎与VEGF-A 和VEGFR-2 相关［40］。VEGF-A 刺激神经干细胞的扩增，而若抑制VEGFR-2活性将降低神经干细胞的扩增［41］。使用氟乙酸盐抑制星形胶质细胞增殖后，减少了脑卒中大鼠模型中VEGF-A 介导的神经细胞新生，这表明VEGF-A 的促神经发生作用与纹状体星形胶质细胞转化为新的神经细胞有关［42］。VEGF 有可能通过直接作用于神经干细胞而不是依赖其在血管中的作用，控制神经干细胞沿吻侧迁移流（Rostral migratory stream，RMS）迁移。神经干细胞可表达VEGFR-2，从而在RMS中被神经胶质细胞表达的VEGF激活［43-44］。体外研究表明，从SVZ分离并在体外培养的NPC在mRNA水平上同时表达VEGFR-1 和VEGFR-2，并且VEGF 对SVZ 外植体中的神经干细胞具有化学吸引作用［45］。总的来说，VEGF-A 可通过多种机制影响脑卒中NVU 新生的神经细胞数量和迁移。

目前许多研究均证明VEGF-A 可通过多种方式促进神经功能的恢复，VEGF-A 可在多种卒中细胞培养模型中促进神经细胞存活，包括氧糖剥夺模型［46］和兴奋性毒性模型［47］。在体内大脑中动脉栓塞（Middle cerebral artery occlusion，MCAO）模型中也证实了VEGF-A 的保护作用，在大脑皮层表面局部应用VEGF-A 可减少脑梗死体积［48］，而在脑室内输注VEGF 抗体将增加大鼠的梗塞体积，并可降低脑水肿［49］。大鼠MCAO 后24 h 开始脑 室 内给予VEGF-A，持续3 d，1 个月后梗塞体积减少约1/3，还缓解了感觉运动和认知功能障碍，且行为改善持续至少2 个月［50］。与对照组相比，过表达VEGF-A的转基因小鼠MCAO 后，梗塞体积也减少了类似的程度，神经功能缺损得到了改善［51］。研究发现VEGF-A 主要通过与VEGFR-2 结合激活PI3K-Akt途径，以及有丝分裂原激活的蛋白激酶（Mitogen-ac-tivated protein kinase，MAPK）级联反应与神经细胞作用［52］。目前可以明确脑卒中VEGF-A 可通过多种方式保护神经组织，但VEGF-A 的给药时间和途径对于获得理想的结果至关重要［53］。而在体内研究中，很难将VEGF-A对神经细胞的直接保护作用与通过内皮细胞VEGFR介导的间接作用区分开。

2.2 VEGF-A 对神经血管单元的破坏作用虽然VEGF-A 可通过促血管生成、血管舒张、神经发生等多种方式促进脑卒中后大脑神经功能的恢复，但另一方面VEGF-A 也可增加血管通透性，影响血脑屏障功能，进而破坏神经血管单元，加重脑卒中的神经损伤。

脑卒中急性缺血期血管通透性增加引起脑水肿，进一步降低缺血半暗带血流供应，从而加重NVU 的损伤［54］。血脑屏障是保护大脑免受有害血源性物质影响的血管屏障，低水平的VEGF-A 维持对内皮细胞存活和血脑屏障的完整性是必要的［55］。但脑卒中会促进VEGF-A 高表达。VEGF-A 是血管通透性因子，在高水平时，可导致血管通透性增加，破坏血脑屏障功能，使CNS 稳态失衡，激活多种病理生理学反应［56］，如神经毒性蛋白渗透导致活性氧的产生和神经炎症、代谢功能紊乱导致代谢废物堆积、组织水肿导致营养物质运输障碍以及炎症细胞的进入过度激活免疫反应等。

虽然VEGF-PI3K-Akt-eNOS 途径的激活在急性脑卒中血脑屏障的通透性增加中起一定作用，但这种作用在更大程度上是通过VEGF-A-Src途径介导的［57］。在脑缺血再灌注3 h 内，非受体酪氨酸激酶（sarcoma re-ceptor coactivator，Src）就会短暂上调［58］VEGF-A 受体的作用。脑缺血急性期的VEGF-A 与VEGFR-2结合诱导Src 磷酸化从而导致血管渗透性增高［59］。在缺血条件下Src 可以调节VEGF-A 的表达，抑制Src 可以降低VEGF-A 的水平［58］，使血管通透性减低，降低脑水肿和脑损伤体积［60］。这就提示，VEGF-A-Src 途径的激活可能是脑卒中急性期治疗VEGF-A损伤作用的基础。VEGF-A-Src介导血管通透性主要的机制是调节内皮细胞之间的粘附连接和紧密连接，VEGF-A 磷酸化Src 触发关键细胞粘附分子VE-cadherin的内吞作用，随后小GTP结合蛋白Rac 和GTP 结合激活p21 蛋白激活激酶（p21 protein activated kinase，PAK）磷酸化。激活的pPAK磷酸化VE-cadherin，导致其内吞作用并随后破坏血脑屏障的细胞间连接［61-62］。在脑卒中急性期，VEGF-A 介导的血脑屏障破坏，血管通透性增加也可能导致神经炎症，脑卒中神经炎症反应将加重神经损伤，但在神经发生中也起着重要作用［63］，其中的发生机制也需要更多的实验来阐明。

3 展 望

VEGF-A 是促血管生成、血管舒张和神经发生的重要调控因子。但目前证明VEGF-A 在脑卒中具有保护NVU 作用的数据几乎完全基于动物模型，临床研究较少，且主要集中于内源性VEGF 水平作为脑卒中进展的生物标志物，在脑卒中动物模型中，使用VEGF-A 或VEGF-A 激动剂治疗可减少病变体积。但使用VEGF-A 时机以及给药途径是判断VEGF-A 治疗脑卒中有效性的重要因素。在急性期，VEGF-A 的增加会诱发血脑屏障破坏和血管渗漏，导致CNS 稳态失衡、周围免疫细胞侵袭和脑水肿。而VEGF-A 对血管完整性的有害影响是短暂的，因为VEGF-A 预处理和急性期后VEGF-A 的增加都显示其具有保护NVU 作用。因此如何把握给药时机，确定恰当的给药途径是VEGF-A 临床应用的关键问题。