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[摘要] 慢性肾脏病是一个纤维化过程不断进展的疾病,最终到达终末期肾病。各种脏器纤维化性疾病治疗的理想结果是纤维化的瘢痕组织有新的正常功能的组织和血管产生,从而全部或部分地恢复这个脏器的功能。治疗性血管再生成为医学界十分关注的课题,并在各个领域有较快进展。终末期肾脏病的治疗性血管再生由于再生血管加重蛋白漏出而未得到深入研究,但随着其他相关领域取得成果,如果终末期肾病血管再生采取基因转导手段,把握以VEGF为主要作用相关因子局部浓度变化,参考前人工作成果,有可能获得功能性再生血管,也有可能使损伤血管获得功能修复。因此,在目前相关领域工作基础上,对终末期肾病血管再生有必要给予再认识。
[关键词] 治疗性血管再生; 终末期肾病; VEGF
[中图分类号] R692 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701(2010)03-14-02
各种脏器的衰竭很多情况是脏器的纤维化和瘢痕形成所致,治疗的理想结果是纤维化的瘢痕组织有新的正常功能的组织和血管产生,从而全部或部分地恢复这个脏器的功能。慢性肾脏病就是一个纤维化过程不断进展的疾病。血管内皮生长因子(VEGF)在治疗心肌梗死、脑梗死以及在皮肤病的治疗中取得了良好成绩[1],给患者和医生带来了惊喜和光明的前景。而在肾脏病领域,由于血管的再生使蛋白溢出增加,阶段性促进了疾病症状的加重,因而治疗性血管再生的研究没有大的进展。但深入考虑,任何事物均具有其两重性,关键是如何把握和运用,所以重新认识VEGF及治疗性血管再生在慢性肾脏病治疗中的作用,有可能为晚期肾脏病的治疗带来一线光明。
1 VEGF及其受体
VEGF是一种特异作用于血管内皮细胞的有丝分裂原[2],人的VEGF基因由8个外显子和7个内含子构成,其mRNA通过不同的剪切方式,编码为不同的VEGF亚型,包括VEGF121、VEGF165、VEGF189和VEGF206,其中VEGF121缺失外显子6,而VEGF165缺失外显子6和7[3,4]。该基因的表达受葡萄糖、各种细胞因子(TGF、PDGF、IGF-I、Ang-2、IL-1和IL-6)和外界因素的影响[5,6]。在VEGF众多异构体中,除VEGF121不能与肝素结合外,其余的VEGF都为肝素结合的糖蛋白,但它们与肝素结合能力有差异,分别为VEGF189>VEGF165>VEGF121。其中大多数VEGF189和VEGF206与细胞外基质和细胞表面相接触,VEGF121完全以游离状态存在,而VEGF165既能与细胞外基质结合又可以以游离形式存在[7,8]。VEGF家族成员执行着不同生物学功能,VEGF121在生理和病理条件下诱导内皮细胞增殖,促进血管生成;VEGF165表达于心脏和肾脏等器官,对其血管维持和生成发挥作用;VEGF189和VEGF206主要促进淋巴血管的发育。研究发现人体组织和肿瘤中主要以VEGF121和VEGF165为主[9]。
VEGF受体为酪氨酸激酶受体,分为VEGFR-1、VEGFR-2和VEGFR-3,除此外,VEGF还有两个辅助受体,分别为Neuropilin -1(NRP1)和 Neuropilin-2(NRP2)[3]。不同的VEGF可以与其不同受体相互作用,如 VEGF121既能与VEGFR-1和VEGFR-2结合,也可以与NRP1结合,但是VEGF165仅仅能与VEGFR-1结合发挥信号传递作用。而VEGF189和VEGF206的前体与VEGFR-3相作用,成熟后,却仅与VEGFR-2作用[10]。与此同时,VEGF与不同的受体结合表现出不同的生物学作用,如VEGF与其受体VEGFR-2结合可促进血管生长和通透性,但是与VEGFR-1作用却相反,现认为VEGFR-1可能作为诱骗受体,来抑制VEGFR-2的信号转导。VEGFR-3在淋巴血管发生过程中发挥作用[11]。
2 VEGF在临床中的研究与应用
VEGF已被广泛地应用于心脏和肌肉组织缺血、骨组织治疗性血管再生等领域[10,12,13],现也被应用于肾脏血管恢复方面的研究。Yukinari Masuda等[14]用GBM抗体诱导产生小鼠Ant-GBM肾炎模型,一段时间后,发现肾小球开始硬化,其毛细血管减少,单核巨噬细胞增多,炎症反应明显,同时内源性VEGF及其受体明显下降,细胞间黏附分子上调等症状。但是注射外源性的VEGF后,以上症状明显改善,硬化组织减小,毛细血管生成增加等。Yukinari Masuda等[15]以Ant-Thy -1.1抗体诱导产生小鼠肾炎模型,其也通过注射外源VEGF165,在注射后第9天,伴随着肾小球内皮细胞增加,毛细血管开始修复,肾功能也明显好转。
加拿大西奈山医院samuel Lunenfeld研究所Eremina等[16]在《新英格兰医学杂志》上发表文章,他们发现在贝伐单抗治疗者中出现的肾小球损伤,是由于抗血管生成治疗所致肾小球生理性VEGF减少引起的。他们通过6个真实详尽的临床病例和一项直接验证的动物实验证实了肾脏“局部VEGF在微血管发病过程中起关键性保护作用”的观点,并由此建立起一个假说模型以解释上述肾病现象:足细胞分泌的VEGF是维持肾小球内皮细胞完整性所必需的,无论是通过药物还是遗传学方法,只要破坏了VEGF的功能,就可导致肾小球血栓性微血管病。Eremina等这一发现除进一步证实了VEGF在维持肾脏微血管正常功能的中心作用外,也为肾病治疗性血管再生的可行性研究提供了有力依据。
3 VEGF用于肾脏疾病治疗性血管再生的思考与再认识
3.1 肾脏疾病血管新生的生理病理复杂性
慢性肾脏疾病的治疗性血管新生主要是指肾小球毛细血管团的功能恢复,应该包括血管以出芽生长方式生出毛细血管(即Angiogenesis)、内皮祖细胞形成的血管(即vasculogenesis)和已存在的不完整毛细血管的结构和功能的再恢复。治疗性血管再生是一个生理病理现象复杂的过程,VEGF诱导血管发生受到诸多生长因子及其受体、细胞外基质和细胞粘连分子的调节,除VEGF外,目前已知的调节血管生成的内源性因子有碱性成纤维细胞生长因子、转化生长因子、肝细胞生长因子、前列腺素E2、血小板源性内皮细胞生长因子、血管生成素白介素-8等十余种。仅就已知的生理性毛细血管生成首先是VEGF诱导胚外中胚层来源的血岛外层的前体内皮细胞(成血管细胞)分化为内皮细胞,并使其在起初无血管组织增殖,形成原始的管状网络结构;接着,原始的管状结构通过血管扩张发生重构,使内皮细胞与血管平滑肌细胞、周围的基质互相连接形成分枝状的成熟血管,此过程参与的细胞因子为VEGF和ang-1;当血管处于不稳定状态时,其开始退化或出芽,是否出芽或退化,由VEGF决定,当有VEGF存在时,血管会出芽;反之则会退化。在肾脏的病理状态下,大量的细胞外基质的存在与利用、炎症状态、各种与血管生成有关的因子水平的控制,都将是治疗性血管生成过程中研究的问题。
3.2 肾脏疾病新生微血管的结构、功能
治疗性血管再生目的是获得有稳定结构和正常功能的微血管,肾脏毛细血管是内皮有孔的毛细血管,其不同于机体大多数组织的毛细血管,使用目前毛细血管新生方法能否生成具有这种特殊结构和长期稳定功能的毛细血管,是一个需要深入探讨的问题,了解肾脏血管生成的特殊环境也是一个不可回避的课题。
3.3 肾脏疾病治疗性血管再生的方法学认识
尽管肾脏的血管再生有几个途径,目前主要方法以VEGF诱导血管再生为主。外源性注射VEGF Yukinari Masuda等[15]已经做了较好的尝试,但是注射外源性VEGF蛋白具有一定的缺陷:①半衰期短,进入体内容易被降解,要达到应有的效果必须不断地注射。 ②外源性蛋白易引起机体免疫反应,二次注射可能被抗体中和。③靶向性差,蛋白随血液遍及全身,可能到达靶组织的量极少。④副作用较大,VEGF在癌症组织中表达较高,为癌症血管形成所必需,其有可能诱导正常组织向癌组织转化。因此,以质粒或病毒载体携带外源VEGF基因在病变组织中的表达解决了蛋白所具有的缺陷。Wang等[17]以质粒为载体携带外源基因VEGF,在大鼠心肌缺血模型中表达VEGF蛋白,促进了心肌缺血部位的毛细血管的生成。Nikola Arsic等[13]以腺病毒为载体介导VEGF在肌肉和心脏中表达蛋白,促进了该组织血管的修复,效果明显,表达的蛋白在其他组织中没有发现,在很大程度上解决了蛋白治疗的缺陷,其也为VEGF在肾脏中的应用奠定了基础。
4 结语
慢性肾脏病是一大类不断以肾脏纤维化进展、最终到达终末期肾脏病的疾病,严重影响着人类的健康和生活质量,目前的诸多治疗方法还不能达到满意的效果。治疗性血管再生已在其他相关领域取得令人振奋的成果,尽管在肾脏病过程中血管再生存在着诸多未知数或已知的副作用,相信随着研究的深入将会出现光明的前景。
[参考文献]
[1] 王冬,叶星沈. 缺血性疾病与治疗性血管再生[J]. 基础医学与临床,2004,24(3):245-249.
[2] Ferrava N,Henzel W. Pituifary follicular cells secrete a novel heparin- binding growth factor specific for vascular endothelial cells[J]. Biochem Biphys Res Commua,1998,161:851-858.
[3] Napoleone Ferrara. The biology of VEGF and its receptors[J]. Nature Med- ice,2003,9(6):669-676.
[4] Sara M,Weis. Pathophysiological consequences of VEGF induced vascular permeability[J]. Nature,2005,437(22):497-504.
[5] Bieke F,Schrijvers. The role of vascular endothelial growth factor(VEGF)in renal Pathophysiology[J]. Kidney International,2004,65:2003-2017.
[6] Duk-Hee Kang. Vascular endothelial growth factor:a new player in the pathogenesis of renal fibrosis[J]. Curr Opin Nephrol Hypertens,2003,12:43-49.
[7] Jacqueline Rivet. VEGF and VEGFR-1 are coexpressed by epithelial and stromal cells of renal cell carcinoma[J]. Cancer,2008,112(2):433- 442.
[8] Neufeld G,Cohen T. Vascular endothelial growth factor(VEGF)and its receptors[J]. FASEB J,1999,13:9-22.
[9] Olsson AK,Dimberg A. VEGF receptor signalling-in control of vascular function[J]. Nat Rev Mol Cell Biol,2006,7:359-371.
[10] Tuomas T. VEGF-D is the strongest angiogenic and lymphangiogenic effector among VEGFs delivered into skeletal muscle via adenoviru- ses[J]. Circulation Research,2003,92:1098-1106.
[11] George D.Yancopoulos. Vascular-specific growth factors and blood vessel formation[J]. Nature,2000,407(14):242-248.
[12] Jason A. Osteoblast expression of vascular endothelial growth factor is modulated by the extracellular microenvironment[J]. Am J Physiol Cell Physiol,2000,280:C72–C80.
[13] Nikola Arsic,Lorena Zentilin. Induction of functional neovascularization by combined VEGF and angiopoietin-1 gene transfer using AAV vectors[J]. Molecul Therapy,2003,7(4):450-459.
[14] Akira Shimizu,Yukinari Masuda. Vascular endothelial growth factor165 resolves glomerular inflammation and accelerates glomerular capillary repair in rat anti-glomerular basement membrane glomerulonephritis[J]. J Am Soc Nephrol,2004,15:2655–2665.
[15] Yukinari Masuda,Akira Shimizu. Vascular endothelial growth factor enhances glomerular capillary repair and accelerates resolution of experi- mentally induced glomerulonephritis[J]. American Journal of Pathology,2001,159(2):599-608.
[16] Eremina V,Jefferson JA. VEGF inhibition and renal thrombotic micro- angiopathy[J]. NEJM,2008,358(11):1129-1136.
[17] WANG YaMei,LIU Bing. Construction of VEGF recombinant plasmid pcDNA/V and its expression in model rats with acute myocardial ischemia[J]. Chinese Journal of Biotechnology,2006,2:220-225.
(收稿日期:2009-11-02)
[关键词] 治疗性血管再生; 终末期肾病; VEGF
[中图分类号] R692 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701(2010)03-14-02
各种脏器的衰竭很多情况是脏器的纤维化和瘢痕形成所致,治疗的理想结果是纤维化的瘢痕组织有新的正常功能的组织和血管产生,从而全部或部分地恢复这个脏器的功能。慢性肾脏病就是一个纤维化过程不断进展的疾病。血管内皮生长因子(VEGF)在治疗心肌梗死、脑梗死以及在皮肤病的治疗中取得了良好成绩[1],给患者和医生带来了惊喜和光明的前景。而在肾脏病领域,由于血管的再生使蛋白溢出增加,阶段性促进了疾病症状的加重,因而治疗性血管再生的研究没有大的进展。但深入考虑,任何事物均具有其两重性,关键是如何把握和运用,所以重新认识VEGF及治疗性血管再生在慢性肾脏病治疗中的作用,有可能为晚期肾脏病的治疗带来一线光明。
1 VEGF及其受体
VEGF是一种特异作用于血管内皮细胞的有丝分裂原[2],人的VEGF基因由8个外显子和7个内含子构成,其mRNA通过不同的剪切方式,编码为不同的VEGF亚型,包括VEGF121、VEGF165、VEGF189和VEGF206,其中VEGF121缺失外显子6,而VEGF165缺失外显子6和7[3,4]。该基因的表达受葡萄糖、各种细胞因子(TGF、PDGF、IGF-I、Ang-2、IL-1和IL-6)和外界因素的影响[5,6]。在VEGF众多异构体中,除VEGF121不能与肝素结合外,其余的VEGF都为肝素结合的糖蛋白,但它们与肝素结合能力有差异,分别为VEGF189>VEGF165>VEGF121。其中大多数VEGF189和VEGF206与细胞外基质和细胞表面相接触,VEGF121完全以游离状态存在,而VEGF165既能与细胞外基质结合又可以以游离形式存在[7,8]。VEGF家族成员执行着不同生物学功能,VEGF121在生理和病理条件下诱导内皮细胞增殖,促进血管生成;VEGF165表达于心脏和肾脏等器官,对其血管维持和生成发挥作用;VEGF189和VEGF206主要促进淋巴血管的发育。研究发现人体组织和肿瘤中主要以VEGF121和VEGF165为主[9]。
VEGF受体为酪氨酸激酶受体,分为VEGFR-1、VEGFR-2和VEGFR-3,除此外,VEGF还有两个辅助受体,分别为Neuropilin -1(NRP1)和 Neuropilin-2(NRP2)[3]。不同的VEGF可以与其不同受体相互作用,如 VEGF121既能与VEGFR-1和VEGFR-2结合,也可以与NRP1结合,但是VEGF165仅仅能与VEGFR-1结合发挥信号传递作用。而VEGF189和VEGF206的前体与VEGFR-3相作用,成熟后,却仅与VEGFR-2作用[10]。与此同时,VEGF与不同的受体结合表现出不同的生物学作用,如VEGF与其受体VEGFR-2结合可促进血管生长和通透性,但是与VEGFR-1作用却相反,现认为VEGFR-1可能作为诱骗受体,来抑制VEGFR-2的信号转导。VEGFR-3在淋巴血管发生过程中发挥作用[11]。
2 VEGF在临床中的研究与应用
VEGF已被广泛地应用于心脏和肌肉组织缺血、骨组织治疗性血管再生等领域[10,12,13],现也被应用于肾脏血管恢复方面的研究。Yukinari Masuda等[14]用GBM抗体诱导产生小鼠Ant-GBM肾炎模型,一段时间后,发现肾小球开始硬化,其毛细血管减少,单核巨噬细胞增多,炎症反应明显,同时内源性VEGF及其受体明显下降,细胞间黏附分子上调等症状。但是注射外源性的VEGF后,以上症状明显改善,硬化组织减小,毛细血管生成增加等。Yukinari Masuda等[15]以Ant-Thy -1.1抗体诱导产生小鼠肾炎模型,其也通过注射外源VEGF165,在注射后第9天,伴随着肾小球内皮细胞增加,毛细血管开始修复,肾功能也明显好转。
加拿大西奈山医院samuel Lunenfeld研究所Eremina等[16]在《新英格兰医学杂志》上发表文章,他们发现在贝伐单抗治疗者中出现的肾小球损伤,是由于抗血管生成治疗所致肾小球生理性VEGF减少引起的。他们通过6个真实详尽的临床病例和一项直接验证的动物实验证实了肾脏“局部VEGF在微血管发病过程中起关键性保护作用”的观点,并由此建立起一个假说模型以解释上述肾病现象:足细胞分泌的VEGF是维持肾小球内皮细胞完整性所必需的,无论是通过药物还是遗传学方法,只要破坏了VEGF的功能,就可导致肾小球血栓性微血管病。Eremina等这一发现除进一步证实了VEGF在维持肾脏微血管正常功能的中心作用外,也为肾病治疗性血管再生的可行性研究提供了有力依据。
3 VEGF用于肾脏疾病治疗性血管再生的思考与再认识
3.1 肾脏疾病血管新生的生理病理复杂性
慢性肾脏疾病的治疗性血管新生主要是指肾小球毛细血管团的功能恢复,应该包括血管以出芽生长方式生出毛细血管(即Angiogenesis)、内皮祖细胞形成的血管(即vasculogenesis)和已存在的不完整毛细血管的结构和功能的再恢复。治疗性血管再生是一个生理病理现象复杂的过程,VEGF诱导血管发生受到诸多生长因子及其受体、细胞外基质和细胞粘连分子的调节,除VEGF外,目前已知的调节血管生成的内源性因子有碱性成纤维细胞生长因子、转化生长因子、肝细胞生长因子、前列腺素E2、血小板源性内皮细胞生长因子、血管生成素白介素-8等十余种。仅就已知的生理性毛细血管生成首先是VEGF诱导胚外中胚层来源的血岛外层的前体内皮细胞(成血管细胞)分化为内皮细胞,并使其在起初无血管组织增殖,形成原始的管状网络结构;接着,原始的管状结构通过血管扩张发生重构,使内皮细胞与血管平滑肌细胞、周围的基质互相连接形成分枝状的成熟血管,此过程参与的细胞因子为VEGF和ang-1;当血管处于不稳定状态时,其开始退化或出芽,是否出芽或退化,由VEGF决定,当有VEGF存在时,血管会出芽;反之则会退化。在肾脏的病理状态下,大量的细胞外基质的存在与利用、炎症状态、各种与血管生成有关的因子水平的控制,都将是治疗性血管生成过程中研究的问题。
3.2 肾脏疾病新生微血管的结构、功能
治疗性血管再生目的是获得有稳定结构和正常功能的微血管,肾脏毛细血管是内皮有孔的毛细血管,其不同于机体大多数组织的毛细血管,使用目前毛细血管新生方法能否生成具有这种特殊结构和长期稳定功能的毛细血管,是一个需要深入探讨的问题,了解肾脏血管生成的特殊环境也是一个不可回避的课题。
3.3 肾脏疾病治疗性血管再生的方法学认识
尽管肾脏的血管再生有几个途径,目前主要方法以VEGF诱导血管再生为主。外源性注射VEGF Yukinari Masuda等[15]已经做了较好的尝试,但是注射外源性VEGF蛋白具有一定的缺陷:①半衰期短,进入体内容易被降解,要达到应有的效果必须不断地注射。 ②外源性蛋白易引起机体免疫反应,二次注射可能被抗体中和。③靶向性差,蛋白随血液遍及全身,可能到达靶组织的量极少。④副作用较大,VEGF在癌症组织中表达较高,为癌症血管形成所必需,其有可能诱导正常组织向癌组织转化。因此,以质粒或病毒载体携带外源VEGF基因在病变组织中的表达解决了蛋白所具有的缺陷。Wang等[17]以质粒为载体携带外源基因VEGF,在大鼠心肌缺血模型中表达VEGF蛋白,促进了心肌缺血部位的毛细血管的生成。Nikola Arsic等[13]以腺病毒为载体介导VEGF在肌肉和心脏中表达蛋白,促进了该组织血管的修复,效果明显,表达的蛋白在其他组织中没有发现,在很大程度上解决了蛋白治疗的缺陷,其也为VEGF在肾脏中的应用奠定了基础。
4 结语
慢性肾脏病是一大类不断以肾脏纤维化进展、最终到达终末期肾脏病的疾病,严重影响着人类的健康和生活质量,目前的诸多治疗方法还不能达到满意的效果。治疗性血管再生已在其他相关领域取得令人振奋的成果,尽管在肾脏病过程中血管再生存在着诸多未知数或已知的副作用,相信随着研究的深入将会出现光明的前景。
[参考文献]
[1] 王冬,叶星沈. 缺血性疾病与治疗性血管再生[J]. 基础医学与临床,2004,24(3):245-249.
[2] Ferrava N,Henzel W. Pituifary follicular cells secrete a novel heparin- binding growth factor specific for vascular endothelial cells[J]. Biochem Biphys Res Commua,1998,161:851-858.
[3] Napoleone Ferrara. The biology of VEGF and its receptors[J]. Nature Med- ice,2003,9(6):669-676.
[4] Sara M,Weis. Pathophysiological consequences of VEGF induced vascular permeability[J]. Nature,2005,437(22):497-504.
[5] Bieke F,Schrijvers. The role of vascular endothelial growth factor(VEGF)in renal Pathophysiology[J]. Kidney International,2004,65:2003-2017.
[6] Duk-Hee Kang. Vascular endothelial growth factor:a new player in the pathogenesis of renal fibrosis[J]. Curr Opin Nephrol Hypertens,2003,12:43-49.
[7] Jacqueline Rivet. VEGF and VEGFR-1 are coexpressed by epithelial and stromal cells of renal cell carcinoma[J]. Cancer,2008,112(2):433- 442.
[8] Neufeld G,Cohen T. Vascular endothelial growth factor(VEGF)and its receptors[J]. FASEB J,1999,13:9-22.
[9] Olsson AK,Dimberg A. VEGF receptor signalling-in control of vascular function[J]. Nat Rev Mol Cell Biol,2006,7:359-371.
[10] Tuomas T. VEGF-D is the strongest angiogenic and lymphangiogenic effector among VEGFs delivered into skeletal muscle via adenoviru- ses[J]. Circulation Research,2003,92:1098-1106.
[11] George D.Yancopoulos. Vascular-specific growth factors and blood vessel formation[J]. Nature,2000,407(14):242-248.
[12] Jason A. Osteoblast expression of vascular endothelial growth factor is modulated by the extracellular microenvironment[J]. Am J Physiol Cell Physiol,2000,280:C72–C80.
[13] Nikola Arsic,Lorena Zentilin. Induction of functional neovascularization by combined VEGF and angiopoietin-1 gene transfer using AAV vectors[J]. Molecul Therapy,2003,7(4):450-459.
[14] Akira Shimizu,Yukinari Masuda. Vascular endothelial growth factor165 resolves glomerular inflammation and accelerates glomerular capillary repair in rat anti-glomerular basement membrane glomerulonephritis[J]. J Am Soc Nephrol,2004,15:2655–2665.
[15] Yukinari Masuda,Akira Shimizu. Vascular endothelial growth factor enhances glomerular capillary repair and accelerates resolution of experi- mentally induced glomerulonephritis[J]. American Journal of Pathology,2001,159(2):599-608.
[16] Eremina V,Jefferson JA. VEGF inhibition and renal thrombotic micro- angiopathy[J]. NEJM,2008,358(11):1129-1136.
[17] WANG YaMei,LIU Bing. Construction of VEGF recombinant plasmid pcDNA/V and its expression in model rats with acute myocardial ischemia[J]. Chinese Journal of Biotechnology,2006,2:220-225.
(收稿日期:2009-11-02)