自噬通過細胞因子促進血管新生（一）

摘要　血管新生發生于機體多種生理病理過程中,已成為諸多病理過程的標志之一。自噬參與調節機體血管新生。在病變組織中,自噬不僅與血管形成密切相關,而且經調節血管新生向病理組織提供必要的氧與能量。通過抑制自噬可以抑制缺氧、能量缺乏等刺激誘導的血管新生。血管新生過程中相關細胞因子參與調節自噬而影響新生血管的形成。通過二者的作用,既可以促進血管新生,也可抑制血管新生,這種機制在機體生理和病理過程中具有重要的作用。本文從自噬通過血管新生細胞因子促進血管新生以及自噬通過血管新生細胞因子抑制血管新生兩個方面概述了自噬在血管新生過程中的作用,為疾病的治療提供新的思路與方法。 

血管新生(angiogenesis)發生于機體多種生命過程中。在生理過程中,血管新生有助于胚胎發育、機體成長及創傷愈合等。在病理過程中,其又有助于癌變和炎癥等病理產物的形成。血管新生已成為諸多病理過程的標志之一。在疾病發生發展變化時,其經過“萌芽”階段從已有的血管中形成新的血管,促血管生成因子的過度表達驅動了血管生成,這造成了促血管生成和抗血管生成因子之間的局部失衡,從而導致新的血管生成 。與生理狀態不同,這種血管新生在病理改變的局部組織中異常地生長,因為其需要足夠的血管為局部組織細胞提供必要的營養和氧氣 。

自噬(autophagy)是一種進化上高度保守的動態細胞代謝過程 ,通過自噬不僅可清除細胞內受損的和功能紊亂的細胞器,還能回收細胞代謝后的氨基酸和其他底物,用于新蛋白質合成和能量生成 。適度自噬有益于機體正常細胞的存活,而過度自噬會導致細胞死亡。在機體病變的病理組織中,血管原位細胞增生并遷移形成新的血管,以提供其所需氧和能量。研究[5] 發現,在此過程中自噬不僅與新生血管形成密切相關,而且可經自噬為病理組織提供充足的氧與能量而促進新生血管形成。自噬與血管新生相關細胞因子的關系密切,通過二者的作用,既可以促進血管新生,也可抑制血管新生 。本文對自噬與血管新生相關細胞因子的關系給予綜述。

1　自噬通過細胞因子促進血管新生

功能性血管形成過程包括新血管形成和重塑。當此過程中氧供應不足時,氧平衡和缺氧刺激誘導血管新生細胞因子的產生 ,如血管生成因子-1(angiogenic factor with G-patch and FHA domain-1,AGGF-1)、血管內皮生長因子(vascular endothelialgrowth factor,VEGF)、血管生成素2(angiopoietin2,Ang2)、基質細胞衍生因子-1(stromal cell derivedfactor-1,SDF-1)、成纖維細胞生長因子2(fibroblastgrowth factor-2,FGF-2)。這些細胞因子能與內皮細胞上的同源受體結合,刺激細胞促進血管生成。盡管這些細胞因子在血管形成中的關鍵作用及機制已被初步闡明,但血管形成中細胞自噬與上述血管因子間的相互作用機制才初步揭示。適度的自噬對于機體生理與病理發展過程中的血管生成是必不可少的。研究顯示,在新生的血管叢中,有ATG7、ATG8和Beclin1 的表達,用自噬誘導劑或抑制劑干預自噬過程會影響血管生成 ,這與血管生成相關基因表達紊亂相關。

1. 1　血管生成因子-1 與自噬

血管生成因子-1(AGGF-1)可誘導血管生成甚至過度生成。AGGF-1 是靜脈的特異性標志物,其能在多潛能血管母細胞和血管炎癥過程中特異性表達,其表達增加是引起Klippel-Trenaunay 綜合征(KTS)的病理基礎 。研究發現,AGGF-1 具有治療冠心病和心肌梗死的潛力 。Lu 等研究顯示,在心肌梗塞模型小鼠中,AGGF-1 通過激活c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)以啟動自噬后, 激活了vps34 脂質激酶和參與自噬的becn1-vps34-atg14 復合體的組裝,使血管內皮細胞(endothelial cells,ECs)、HL1 心肌細胞、H9C2 心肌細胞和血管平滑肌細胞發生自噬。AGGF-1 介導的細胞自噬在血管內皮細胞增殖、遷移、毛細血管形成和主動脈環血管生成中具有重要的作用。在AGGF-1+/ -敲除(knockout, KO)小鼠中表現出自噬減少,這與心肌梗死后血管生成抑制、梗死面積增大和收縮功能障礙有關。用AGGF-1 蛋白治療后,可促進梗死區血管生成,恢復心肌收縮功能、心臟射血分數、減少梗死面積、抑制心肌細胞凋亡和纖維化,從而增加了小鼠存活率。由此可見,AGGF-1 通過自噬誘導血管新生的作用在治療心血管疾病中意義重大。

1. 2　血管內皮生長因子與自噬

神經血管單元(neurovascular units,NVUs)能調節神經變性疾病,異常的神經血管功能在帕金森病發病機制中發揮重要作用。神經血管單元分泌的血管內皮生長因子(VEGF)不僅是調節神經細胞存活的關鍵成分,而且還可以維持血管內平衡、促進血管生成和促進神經元存活,自噬可調節腦神經血管單元形成 。Zou 等研究發現,胱抑素-C(cystatin-C,Cys-C) 在A53 t-snca 轉基因小鼠不同腦區的VEGF、自噬標記物LC-3b 表達水平增加,這種途徑是經Cys-C 誘導的VEGF,通過調節p-PCK-α/ p-ERK1/2-Nurr1 信號傳導后增強了血管自噬作用而實現的;在6-羥基多巴胺損傷的神經細胞中,過度表達的胱抑素-C 通過VEGF 激活細胞自噬顯著增加了血管生成, 而用3-甲基腺嘌呤( 3-methyladenine,3-MA)阻斷自噬后顯著降低了VEGF表達和VEGF 介導的血管生成。可見胱抑素-C 可能通過與VEGF 和自噬途徑的相互作用參與神經血管單元的活性。mTOR 是自噬的負調節因子,也是血管生成的主調節因子。在癌組織中,血管生成為癌細胞提供必須的氧和營養,使腫瘤快速發展。因此,靶向血管生成以預防癌癥是一種積極的治療策略。Yen 等研究顯示,吲哚拉林(indatraline)介導的自噬誘導,是通過抑制mTOR 的表達來實現的,吲哚拉林可能通過下調HIF-1α 介導的VEGF 的表達來抑制腫瘤組織中血管生成。另外,自噬誘導膠質瘤干細胞源性VEGF 激活后可促進形成血管 。VEGF 對自噬和血管生成的影響可能使其成為神經、癌癥等病變治療潛在的候選靶點。

1. 3　血管生成素2 與自噬

腫瘤細胞的侵襲、轉移和抗藥性需要血管生成,VEGF 和血管生成素2 被認為是抗血管生成靶點治療的關鍵因子 。研究顯示,在人肺血管內皮細胞中,腫瘤抑素活性T7 片段(T7)可誘導血管內皮細胞自噬,從而抑制缺氧條件下Akt 的磷酸化后下調Ang2 蛋白的表達,最終抑制了人血管內皮細胞的存活和成管,并誘導血管內皮細胞凋亡,延緩了人肺血管內皮細胞的遷移和人肝癌細胞(HepG2)的侵襲。T7 肽通過抑制Ang2、Akt 磷酸化和Ang2 調節的基質金屬蛋白酶-2(matrix metalloproteinase-2,MMP-2),抑制血管生成并發揮其抗腫瘤作用,抑制自噬可顯著增強T7 肽的抗血管生成活性。血管生成在大段骨缺損修復過程中發揮關鍵作用。為了研究Ang2 和自噬在組織工程骨血管生成中的作用機制,Yin 等構建了新西蘭白兔橈骨缺損模型,在骨缺損處注射不同濃度的Ang2。結果顯示,隨著Ang2 濃度的增加,愈合組織中LC3-I/ LC3-II、Beclin-1、VEGF 和CD31 的表達增加,而SQSTM1/ P62 則呈劑量依賴性下降。高濃度Ang2 處理后,新骨痂生長良好,血管生成顯著,骨缺損修復良好,表明高濃度的Ang2 通過誘導自噬促進骨缺損處骨的血管生成,以改善骨缺損的修復。

此外, 有研究顯示, 間充質干細胞療法(mesenchymal stem cell therapy,MSCT)聯合體外沖擊波治療(extracorporeal shockwave therapy,ESWT)能改善勃起功能障礙(erectile dysfunction,ED)。經治療后,通過激活PI3K/ AKT/ MTOR 信號通路而誘發了海綿體血管自噬并減少了凋亡,并誘導MSC 在體內外表達更多的SDF-1 和VEGF。成纖維細胞生長因子-2 是一種重要的神經營養因子,能刺激神經發生和血管生成。在腦損傷后具有神經保護、促進損傷微血管新生作用。FGF2 的神經保護作用與其調節自噬功能有關。FGF2 還可以通過抑制自噬作用保護神經、血管細胞免受凋亡或壞死等多種形式的死亡 。