自噬通過細(xì)胞因子促進(jìn)血管新生（一）
摘要 血管新生發(fā)生于機(jī)體多種生理病理過程中,已成為諸多病理過程的標(biāo)志之一。自噬參與調(diào)節(jié)機(jī)體血管新生。在病變組織中,自噬不僅與血管形成密切相關(guān),而且經(jīng)調(diào)節(jié)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(dǎo)的血管新生。血管新生過程中相關(guān)細(xì)胞因子參與調(diào)節(jié)自噬而影響新生血管的形成。通過二者的作用,既可以促進(jìn)血管新生,也可抑制血管新生,這種機(jī)制在機(jī)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(xì)胞因子促進(jìn)血管新生以及自噬通過血管新生細(xì)胞因子抑制血管新生兩個(gè)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(fā)生于機(jī)體多種生命過程中。在生理過程中,血管新生有助于胚胎發(fā)育、機(jī)體成長(zhǎng)及創(chuàng)傷愈合等。在病理過程中,其又有助于癌變和炎癥等病理產(chǎn)物的形成。血管新生已成為諸多病理過程的標(biāo)志之一。在疾病發(fā)生發(fā)展變化時(shí),其經(jīng)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(dá)驅(qū)動(dòng)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(dǎo)致新的血管生成 。與生理狀態(tài)不同,這種血管新生在病理改變的局部組織中異常地生長(zhǎng),因?yàn)槠湫枰銐虻难転榫植拷M織細(xì)胞提供必要的營(yíng)養(yǎng)和氧氣 。
自噬(autophagy)是一種進(jìn)化上高度保守的動(dòng)態(tài)細(xì)胞代謝過程 ,通過自噬不僅可清除細(xì)胞內(nèi)受損的和功能紊亂的細(xì)胞器,還能回收細(xì)胞代謝后的氨基酸和其他底物,用于新蛋白質(zhì)合成和能量生成 。適度自噬有益于機(jī)體正常細(xì)胞的存活,而過度自噬會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡。在機(jī)體病變的病理組織中,血管原位細(xì)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(fā)現(xiàn),在此過程中自噬不僅與新生血管形成密切相關(guān),而且可經(jīng)自噬為病理組織提供充足的氧與能量而促進(jìn)新生血管形成。自噬與血管新生相關(guān)細(xì)胞因子的關(guān)系密切,通過二者的作用,既可以促進(jìn)血管新生,也可抑制血管新生 。本文對(duì)自噬與血管新生相關(guān)細(xì)胞因子的關(guān)系給予綜述。
1 自噬通過細(xì)胞因子促進(jìn)血管新生
功能性血管形成過程包括新血管形成和重塑。當(dāng)此過程中氧供應(yīng)不足時(shí),氧平衡和缺氧刺激誘導(dǎo)血管新生細(xì)胞因子的產(chǎn)生 ,如血管生成因子-1(angiogenic factor with G-patch and FHA domain-1,AGGF-1)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelialgrowth factor,VEGF)、血管生成素2(angiopoietin2,Ang2)、基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1(stromal cell derivedfactor-1,SDF-1)、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子2(fibroblastgrowth factor-2,FGF-2)。這些細(xì)胞因子能與內(nèi)皮細(xì)胞上的同源受體結(jié)合,刺激細(xì)胞促進(jìn)血管生成。盡管這些細(xì)胞因子在血管形成中的關(guān)鍵作用及機(jī)制已被初步闡明,但血管形成中細(xì)胞自噬與上述血管因子間的相互作用機(jī)制才初步揭示。適度的自噬對(duì)于機(jī)體生理與病理發(fā)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(dá),用自噬誘導(dǎo)劑或抑制劑干預(yù)自噬過程會(huì)影響血管生成 ,這與血管生成相關(guān)基因表達(dá)紊亂相關(guān)。
1. 1 血管生成因子-1 與自噬
血管生成因子-1(AGGF-1)可誘導(dǎo)血管生成甚至過度生成。AGGF-1 是靜脈的特異性標(biāo)志物,其能在多潛能血管母細(xì)胞和血管炎癥過程中特異性表達(dá),其表達(dá)增加是引起Klippel-Trenaunay 綜合征(KTS)的病理基礎(chǔ) 。研究發(fā)現(xiàn),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(dòng)自噬后, 激活了vps34 脂質(zhì)激酶和參與自噬的becn1-vps34-atg14 復(fù)合體的組裝,使血管內(nèi)皮細(xì)胞(endothelial cells,ECs)、HL1 心肌細(xì)胞、H9C2 心肌細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞發(fā)生自噬。AGGF-1 介導(dǎo)的細(xì)胞自噬在血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移、毛細(xì)血管形成和主動(dòng)脈環(huán)血管生成中具有重要的作用。在AGGF-1+/ -敲除(knockout, KO)小鼠中表現(xiàn)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(guān)。用AGGF-1 蛋白治療后,可促進(jìn)梗死區(qū)血管生成,恢復(fù)心肌收縮功能、心臟射血分?jǐn)?shù)、減少梗死面積、抑制心肌細(xì)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(dǎo)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(nèi)皮生長(zhǎng)因子與自噬
神經(jīng)血管單元(neurovascular units,NVUs)能調(diào)節(jié)神經(jīng)變性疾病,異常的神經(jīng)血管功能在帕金森病發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用。神經(jīng)血管單元分泌的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)不僅是調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞存活的關(guān)鍵成分,而且還可以維持血管內(nèi)平衡、促進(jìn)血管生成和促進(jìn)神經(jīng)元存活,自噬可調(diào)節(jié)腦神經(jīng)血管單元形成 。Zou 等研究發(fā)現(xiàn),胱抑素-C(cystatin-C,Cys-C) 在A53 t-snca 轉(zhuǎn)基因小鼠不同腦區(qū)的VEGF、自噬標(biāo)記物L(fēng)C-3b 表達(dá)水平增加,這種途徑是經(jīng)Cys-C 誘導(dǎo)的VEGF,通過調(diào)節(jié)p-PCK-α/ p-ERK1/2-Nurr1 信號(hào)傳導(dǎo)后增強(qiáng)了血管自噬作用而實(shí)現(xiàn)的;在6-羥基多巴胺損傷的神經(jīng)細(xì)胞中,過度表達(dá)的胱抑素-C 通過VEGF 激活細(xì)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(dá)和VEGF 介導(dǎo)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(jīng)血管單元的活性。mTOR 是自噬的負(fù)調(diào)節(jié)因子,也是血管生成的主調(diào)節(jié)因子。在癌組織中,血管生成為癌細(xì)胞提供必須的氧和營(yíng)養(yǎng),使腫瘤快速發(fā)展。因此,靶向血管生成以預(yù)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(dǎo)的自噬誘導(dǎo),是通過抑制mTOR 的表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,吲哚拉林可能通過下調(diào)HIF-1α 介導(dǎo)的VEGF 的表達(dá)來(lái)抑制腫瘤組織中血管生成。另外,自噬誘導(dǎo)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞源性VEGF 激活后可促進(jìn)形成血管 。VEGF 對(duì)自噬和血管生成的影響可能使其成為神經(jīng)、癌癥等病變治療潛在的候選靶點(diǎn)。
1. 3 血管生成素2 與自噬
腫瘤細(xì)胞的侵襲、轉(zhuǎn)移和抗藥性需要血管生成,VEGF 和血管生成素2 被認(rèn)為是抗血管生成靶點(diǎn)治療的關(guān)鍵因子 。研究顯示,在人肺血管內(nèi)皮細(xì)胞中,腫瘤抑素活性T7 片段(T7)可誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞自噬,從而抑制缺氧條件下Akt 的磷酸化后下調(diào)Ang2 蛋白的表達(dá),最終抑制了人血管內(nèi)皮細(xì)胞的存活和成管,并誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡,延緩了人肺血管內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和人肝癌細(xì)胞(HepG2)的侵襲。T7 肽通過抑制Ang2、Akt 磷酸化和Ang2 調(diào)節(jié)的基質(zhì)金屬蛋白酶-2(matrix metalloproteinase-2,MMP-2),抑制血管生成并發(fā)揮其抗腫瘤作用,抑制自噬可顯著增強(qiáng)T7 肽的抗血管生成活性。血管生成在大段骨缺損修復(fù)過程中發(fā)揮關(guān)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(jī)制,Yin 等構(gòu)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(jié)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(dá)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(zhǎng)良好,血管生成顯著,骨缺損修復(fù)良好,表明高濃度的Ang2 通過誘導(dǎo)自噬促進(jìn)骨缺損處骨的血管生成,以改善骨缺損的修復(fù)。
此外, 有研究顯示, 間充質(zhì)干細(xì)胞療法(mesenchymal stem cell therapy,MSCT)聯(lián)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(jīng)治療后,通過激活PI3K/ AKT/ MTOR 信號(hào)通路而誘發(fā)了海綿體血管自噬并減少了凋亡,并誘導(dǎo)MSC 在體內(nèi)外表達(dá)更多的SDF-1 和VEGF。成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-2 是一種重要的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子,能刺激神經(jīng)發(fā)生和血管生成。在腦損傷后具有神經(jīng)保護(hù)、促進(jìn)損傷微血管新生作用。FGF2 的神經(jīng)保護(hù)作用與其調(diào)節(jié)自噬功能有關(guān)。FGF2 還可以通過抑制自噬作用保護(hù)神經(jīng)、血管細(xì)胞免受凋亡或壞死等多種形式的死亡 。
