血管生成素和其受体信息通路对血管形成的调节作用
陈立波 杨镇
关键词：血管生成素 受体 通路
机体的血管形成有血管发生和血管生成2种方式，血管发生(vasculogenesis)是胚胎发育过程中成血管细胞形成原始血管的过程，肺、胰、脾、心、背动脉等内胚层来源器官的大血管形成都来源于血管发生；血管生成(angiogenesis)是原始血管丛或已存在的血管形成新血管的过程，外胚层、中胚层来源器官如脑、肾等的血管化主要经血管生成而形成，血管生成也是成熟机体形成新生血管的唯一方式。近年来发现一种新的信息传导途径，血管生成素(angiopoietins)和其受体Tie2在血管生成中发挥重要的调节作用[1]。
一、血管生成素/Tie2的血管生成调节机制
血管生成素有血管生成素-(1、2、3)等，其中血管生成素-(1、2)和血管生成关系密切。血管生成素-1基因位于染色体8q22.3-q23部位，是Tie2受体的激活性配体。血管生成素-1主要在胚胎期血管间质细胞、成体肌肉、前列腺、胎盘、卵巢、子宫等富血管组织中表达，其表达受缺氧、上皮生长因子(EGF)、转化生长因子-β(TGF-β)等的调控[1，2]。血管生成素-2基因位于染色体8p23，在发育期大血管平滑肌层、胎肝血管壁、成体子宫和胎盘等表达。血管内皮生长因子(VEGF)、EGF、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)、缺氧等促进血管生成素-2表达，而血管生成素-1、TGF-β则下调血管生成素-2水平；内皮细胞的血管生成素-2可能还通过抑制血管生成素-1活化形成自分泌环来维持血管生成的动态平衡。Tie2是血管内皮特异性的酪氨酸激酶型受体，在胚胎时期血管内皮均匀表达，在成年动物，Tie2主要表达于肺血管内皮以及卵泡、创口肉芽组织等进行活跃血管生成的血管内皮。Tie2基因敲除小鼠往往死于胚胎期血管发育障碍，提示Tie2在血管发育中起重要的调节作用。Tie2的受体后途径可能是通过作用于Dok-R、PI3激酶、AKT激酶，激活转录因子STAT，促进p21转录等参与血管生成的调节。
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1.血管生成素-1的血管生成调节机制：在血管生成的调节中，血管生成素-1不调控内皮细胞增殖，而是和Tie2受体结合，促进受体磷酸化，调节血管从内皮细胞层形成为多细胞的精细血管结构的血管成熟过程，并通过细胞-细胞、细胞-基质等相互作用维持血管结构。血管生成素-1的作用有：(1)对内皮细胞的趋化、聚集作用；(2)拮抗内皮细胞凋亡；(3)促进培养血管内皮细胞迁移和形成管状结构，增加管状结构的稳定性，加强VEGF、EGF等的血管稳定作用[3]；(4)吸引周细胞等血管周围细胞包围、支持内皮细胞，促进血管重塑、成熟，维持血管的完整性和调节血管功能；(5)成熟血管中血管生成素-1通过增加内皮细胞间、内皮细胞与血管周围细胞间连接，维持内皮细胞的静息状态和血管的完整，血管损伤时血管生成素-1还辅助VEGF等吸引内皮细胞的积聚以促进血管损伤后的再内皮化。
2.血管生成素-2的调节途径：血管生成素-2对不同细胞上的Tie2效应不同。在内皮细胞，血管生成素-2竞争抑制血管生成素-1引起的Tie2磷酸化，抑制血管周围细胞的积聚，并拮抗血管生成素-1对内皮细胞的趋化作用；而在成纤维细胞，血管生成素-2则诱导Tie2的磷酸化。血管生成素-2对血管生成的影响和局部微环境有关，当VEGF等促血管生成因子存在时，血管生成素-2竞争抑制血管生成素-1效应，促进血管结构松解，消除血管基底膜和周围细胞对血管形成的限制，并增加内皮细胞对VEGF等的敏感性，形成新的毛细血管。当局部缺乏这些因子时，血管生成素-2则通过抑制血管生成素-1的血管稳定作用有助于血管的消退[1]。
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二、血管生成素/Tie2在机体生理病理状态中的作用
1.血管生成素/Tie2的生理作用：野生型动物胚胎期血管间组织含大量有序排列的胶原纤维、周细胞和血管平滑肌(VSMC)细胞，这些细胞与血管内皮形成紧密连接；而在血管生成素-1基因敲除胚胎，血管发育障碍，组织间隔变小，缺乏胶原纤维。周细胞、内皮细胞变圆，和下面的细胞外基质、周细胞失去接触[4]。而血管生成素-1转基因新生小鼠皮肤的血管比正常小鼠更粗大，细胞间连接完整，毛细血管、小静脉数量和分支增多，管腔变大，部分静脉呈曲张样改变；随着年龄增长皮肤也变得更红[5]。和血管生成素-1或Tie2基因敲除鼠的表现相似，血管生成素-2转基因鼠的血管网呈广泛不连续性改变，正常树枝状血管结构也变为虫蛀状，大血管的发育也发生障碍，伴内皮细胞堆积[1]。成熟机体血管内皮都表达Tie2，提示Tie2受体参与维持成熟的血管结构。而在卵巢、子宫内膜等进行活跃血管形成器管的血管内皮，Tie2表达、磷酸化都显著增加；在大鼠卵巢，VEGF表达早于血管形成，血管生成素-2的表达以新生血管网的前沿最丰富，而血管生成素-1的表达和血管生成一致[6]。卵巢VEGF、血管生成素-(1、2)的这种分布方式表明随着卵巢周期的变化，VEGF、血管生成素-(1、2)协同调节血管的生长或消退。排卵期前，血管生成素-2抑制血管生成素-1的血管结构稳定作用，增加血管细胞对VEGF促血管形成的反应。VEGF促进血管形成后，血管生成素-1维持血管结构的稳定和成熟。而在排卵后，随着VEGF的缺乏，血管生成素-2则通过抑制血管生成素-1的作用促进血管的消退[1，6]。
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2.血管生成素/Tie2在创伤修复、缺血再通等中的作用：创伤周围的扩张血管在创伤初期就有Tie2表达、活化。创伤开始愈合时，肉芽组织新生微血管内皮强烈表达Tie2，和肉芽组织血管化一致，Tie2的最大表达强度在愈合第3 d；愈合后期，Tie2的表达局限于创口的边缘，5～9 d恢复至基础水平，也和肉芽组织的收缩及血管消退相一致。Tie2的这种表达方式提示其在成年组织的血管生成中发挥着类似胚胎形成时的促进血管组装、稳定和吸引周围细胞聚集的作用[6]。血管生成素-1还有助于血管的再生及缺血后再通，如肌肉内注射血管生成素-1基因质粒从解剖和功能上都明显改善缺血肢体的血管形成和血流量[7]。
3.血管生成素/Tie2在肿瘤血管生成中的作用：血管生成素/Tie2对肿瘤的血管生成发挥重要的调节作用。Tie2在正常乳腺和少血管良性肿瘤中缺乏表达，而在乳腺癌中表达显著，尤其在肿瘤周围的新生血管区、肿瘤和炎性细胞浸润的交界区，Tie2表达最强烈，肿瘤Tie2阳性血管/微血管比率也高于正常组织。因而有研究认为Tie2是肿瘤良恶性的标记，是肿瘤预后和治疗效果的评价指标[8]。部分对阻断VEGF途径无生物反应的肿瘤常表达Tie2，也表明Tie2是部分肿瘤血管化的主要信息途径[9]。Tie2促使肿瘤血管发芽，促进血管延长和肿瘤血管与供体血管间形成联系，而阻断Tie2效应则明显抑制肿瘤的增长、肿瘤血管形成及肿瘤细胞介质引起的大鼠角膜血管生成[9]。目前对血管生成素-(1、2)在肿瘤血管生成中的具体作用机制存在争议。有研究认为，血管生成素-2促进肿瘤血管生成，如胶质母细胞瘤中血管生成素-1主要表达于瘤细胞，血管生成素-2表达于瘤体血管的内皮细胞，尤其在缺乏血管周围细胞的小血管表达明显增加[10]；血管生成素-2在富血管的HCC中的表达显著增加，而缺血管HCC中的血管生成素-2表达较低；血管生成素-2转染大鼠转移瘤可显著增加瘤体的增长和瘤内出血[11]。但有研究表明血管生成素-1促进血管生成，而血管生成素-2则有助于肿瘤血管的消退。血管生成素-1转基因质粒肌肉注射促进血管形成，而血管生成素-2无血管生成效应[5，7]；在胶质瘤等肿瘤中肿瘤一开始就生长在宿主血管周围，随着肿瘤的早期发展，宿主的血管在血管生成素-2作用下发生退化，肿瘤细胞坏死，而在肿瘤的周边发生大量血管生成，导致肿瘤的进一步发展。因而血管生成素-2在肿瘤血管生成中的作用是拮抗血管生成素-1的Tie2活化作用，抑制内皮细胞与细胞外基质(ECM)、平滑肌细胞(SMC)、周细胞等支持细胞的相互作用，促进细胞凋亡，引起血管退化和肿瘤坏死，对肿瘤发挥防御作用[12]。
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总之，血管生成素/Tie2信息传导途径在血管生成调节中发挥着重要的作用，血管生成素-1和Tie2结合，促进血管重塑、成熟，维持血管的完整性和调节血管功能。血管生成素-2则竞争性抑制血管生成素-1，促进血管形成、血管重建和血管消退。肿瘤血管生成是当前研究的热点，对/Tie2在肿瘤血管生成中确切作用的阐明有助于对肿瘤发生机制的理解，并可能为临床治疗肿瘤提供有效的治疗策略。
作者单位：陈立波(430030武汉，同济医科大学附属同济医院外科)
杨镇(430030武汉，同济医科大学附属同济医院外科)
参考文献
[1]Maison-pierne PC,Suri C,Jones PF,et al.Angiopoietin-2,a natural antagonist for Tie2 that disrupts in vivo angiogenesis.Science,1997,177:55-60.
, 百拇医药
[2]Davis S,Aldrich TH,Jones PF,et al.Isolation of angiopoietin-1,a ligand for the Tie2 receptor by secretion-trap expression cloning.Cell, 1996,87:1 161-1 169.
[3]Hayes AJ,Huang WQ,Mallah J,et al. Angiopoietin-1 and its receptor Tie2 participate in the regulation of capillary-like tubule formation and survival of endothelial cells.Microvasc Res,1999,58:224-237.
[4]Suri C,Jones PF,Patan S,et al.Requisite rele of angiopoietin-1 a ligand for the Tie2 receptor,during embryonic angiogenesis.Cell,1996,87:1 171-1 180.
, 百拇医药
[5]Suri,C. Mcclain J,Thurston G, et al.Increased vascularization in mice overexpressing angiopoietin-1.Science,1998,282:468-471.
[6]Wong AL, Haroon ZA, Wemer S,et al. Tie2 expression and phosphorylation in angiogenesis and quiescent adulttissues.Circ Res,1997,81:567-574.
[7]Shyu KG,Manor O,magner M, et al.Direct intramuscular injection of plasmid DNA encoding angiopoietin-1 but not angiopoietin-2 augments revascularization in the rabbit ischemic. Circutation,1998,98:2 081-2 087.
, 百拇医药
[8]Peters KG, Coogan A, Berry D,et al.Expression of Tie2/Tek in breasttumor vsculature provides a new marker for evaluation of tumor angiogenesis.Br J Cancer,1998,77:51-56.
[9]Lin P,Poivern P,Dewhirst M,et al.Inhibition of tumor angiogenesis using a soluble receptor establishes a role for Tie2 in pathological vascular growth.J Clin Invest,1997,100:2 072-2 078.
[10]Stratmann A, Risau W,Pate KH. Cell ty-pe-specific expression of angiopotetin-1 and angiopoietin-2 suggests a roler in glioblastoma angiogenesis.Am J Pathol,1998,153:1 459-1 466.
[11]Tanaka S,Mon M,Sakamoto Y,et al.Bio-logic significance of angiopoietin-2 expression in human hepatocellular careinoma.J Clin Invest,1999,103:341-345.
[12]Holash J, Maisonpiere PC,Compton P, et al.Wiegand vessel cooption regression and grtwtin tumors mediated by angiopoietins and VEGF.Science,1999,284:1 994-1 998., 百拇医药
关键词：血管生成素 受体 通路
机体的血管形成有血管发生和血管生成2种方式，血管发生(vasculogenesis)是胚胎发育过程中成血管细胞形成原始血管的过程，肺、胰、脾、心、背动脉等内胚层来源器官的大血管形成都来源于血管发生；血管生成(angiogenesis)是原始血管丛或已存在的血管形成新血管的过程，外胚层、中胚层来源器官如脑、肾等的血管化主要经血管生成而形成，血管生成也是成熟机体形成新生血管的唯一方式。近年来发现一种新的信息传导途径，血管生成素(angiopoietins)和其受体Tie2在血管生成中发挥重要的调节作用[1]。
一、血管生成素/Tie2的血管生成调节机制
血管生成素有血管生成素-(1、2、3)等，其中血管生成素-(1、2)和血管生成关系密切。血管生成素-1基因位于染色体8q22.3-q23部位，是Tie2受体的激活性配体。血管生成素-1主要在胚胎期血管间质细胞、成体肌肉、前列腺、胎盘、卵巢、子宫等富血管组织中表达，其表达受缺氧、上皮生长因子(EGF)、转化生长因子-β(TGF-β)等的调控[1，2]。血管生成素-2基因位于染色体8p23，在发育期大血管平滑肌层、胎肝血管壁、成体子宫和胎盘等表达。血管内皮生长因子(VEGF)、EGF、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)、缺氧等促进血管生成素-2表达，而血管生成素-1、TGF-β则下调血管生成素-2水平；内皮细胞的血管生成素-2可能还通过抑制血管生成素-1活化形成自分泌环来维持血管生成的动态平衡。Tie2是血管内皮特异性的酪氨酸激酶型受体，在胚胎时期血管内皮均匀表达，在成年动物，Tie2主要表达于肺血管内皮以及卵泡、创口肉芽组织等进行活跃血管生成的血管内皮。Tie2基因敲除小鼠往往死于胚胎期血管发育障碍，提示Tie2在血管发育中起重要的调节作用。Tie2的受体后途径可能是通过作用于Dok-R、PI3激酶、AKT激酶，激活转录因子STAT，促进p21转录等参与血管生成的调节。
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1.血管生成素-1的血管生成调节机制：在血管生成的调节中，血管生成素-1不调控内皮细胞增殖，而是和Tie2受体结合，促进受体磷酸化，调节血管从内皮细胞层形成为多细胞的精细血管结构的血管成熟过程，并通过细胞-细胞、细胞-基质等相互作用维持血管结构。血管生成素-1的作用有：(1)对内皮细胞的趋化、聚集作用；(2)拮抗内皮细胞凋亡；(3)促进培养血管内皮细胞迁移和形成管状结构，增加管状结构的稳定性，加强VEGF、EGF等的血管稳定作用[3]；(4)吸引周细胞等血管周围细胞包围、支持内皮细胞，促进血管重塑、成熟，维持血管的完整性和调节血管功能；(5)成熟血管中血管生成素-1通过增加内皮细胞间、内皮细胞与血管周围细胞间连接，维持内皮细胞的静息状态和血管的完整，血管损伤时血管生成素-1还辅助VEGF等吸引内皮细胞的积聚以促进血管损伤后的再内皮化。
2.血管生成素-2的调节途径：血管生成素-2对不同细胞上的Tie2效应不同。在内皮细胞，血管生成素-2竞争抑制血管生成素-1引起的Tie2磷酸化，抑制血管周围细胞的积聚，并拮抗血管生成素-1对内皮细胞的趋化作用；而在成纤维细胞，血管生成素-2则诱导Tie2的磷酸化。血管生成素-2对血管生成的影响和局部微环境有关，当VEGF等促血管生成因子存在时，血管生成素-2竞争抑制血管生成素-1效应，促进血管结构松解，消除血管基底膜和周围细胞对血管形成的限制，并增加内皮细胞对VEGF等的敏感性，形成新的毛细血管。当局部缺乏这些因子时，血管生成素-2则通过抑制血管生成素-1的血管稳定作用有助于血管的消退[1]。
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二、血管生成素/Tie2在机体生理病理状态中的作用
1.血管生成素/Tie2的生理作用：野生型动物胚胎期血管间组织含大量有序排列的胶原纤维、周细胞和血管平滑肌(VSMC)细胞，这些细胞与血管内皮形成紧密连接；而在血管生成素-1基因敲除胚胎，血管发育障碍，组织间隔变小，缺乏胶原纤维。周细胞、内皮细胞变圆，和下面的细胞外基质、周细胞失去接触[4]。而血管生成素-1转基因新生小鼠皮肤的血管比正常小鼠更粗大，细胞间连接完整，毛细血管、小静脉数量和分支增多，管腔变大，部分静脉呈曲张样改变；随着年龄增长皮肤也变得更红[5]。和血管生成素-1或Tie2基因敲除鼠的表现相似，血管生成素-2转基因鼠的血管网呈广泛不连续性改变，正常树枝状血管结构也变为虫蛀状，大血管的发育也发生障碍，伴内皮细胞堆积[1]。成熟机体血管内皮都表达Tie2，提示Tie2受体参与维持成熟的血管结构。而在卵巢、子宫内膜等进行活跃血管形成器管的血管内皮，Tie2表达、磷酸化都显著增加；在大鼠卵巢，VEGF表达早于血管形成，血管生成素-2的表达以新生血管网的前沿最丰富，而血管生成素-1的表达和血管生成一致[6]。卵巢VEGF、血管生成素-(1、2)的这种分布方式表明随着卵巢周期的变化，VEGF、血管生成素-(1、2)协同调节血管的生长或消退。排卵期前，血管生成素-2抑制血管生成素-1的血管结构稳定作用，增加血管细胞对VEGF促血管形成的反应。VEGF促进血管形成后，血管生成素-1维持血管结构的稳定和成熟。而在排卵后，随着VEGF的缺乏，血管生成素-2则通过抑制血管生成素-1的作用促进血管的消退[1，6]。
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2.血管生成素/Tie2在创伤修复、缺血再通等中的作用：创伤周围的扩张血管在创伤初期就有Tie2表达、活化。创伤开始愈合时，肉芽组织新生微血管内皮强烈表达Tie2，和肉芽组织血管化一致，Tie2的最大表达强度在愈合第3 d；愈合后期，Tie2的表达局限于创口的边缘，5～9 d恢复至基础水平，也和肉芽组织的收缩及血管消退相一致。Tie2的这种表达方式提示其在成年组织的血管生成中发挥着类似胚胎形成时的促进血管组装、稳定和吸引周围细胞聚集的作用[6]。血管生成素-1还有助于血管的再生及缺血后再通，如肌肉内注射血管生成素-1基因质粒从解剖和功能上都明显改善缺血肢体的血管形成和血流量[7]。
3.血管生成素/Tie2在肿瘤血管生成中的作用：血管生成素/Tie2对肿瘤的血管生成发挥重要的调节作用。Tie2在正常乳腺和少血管良性肿瘤中缺乏表达，而在乳腺癌中表达显著，尤其在肿瘤周围的新生血管区、肿瘤和炎性细胞浸润的交界区，Tie2表达最强烈，肿瘤Tie2阳性血管/微血管比率也高于正常组织。因而有研究认为Tie2是肿瘤良恶性的标记，是肿瘤预后和治疗效果的评价指标[8]。部分对阻断VEGF途径无生物反应的肿瘤常表达Tie2，也表明Tie2是部分肿瘤血管化的主要信息途径[9]。Tie2促使肿瘤血管发芽，促进血管延长和肿瘤血管与供体血管间形成联系，而阻断Tie2效应则明显抑制肿瘤的增长、肿瘤血管形成及肿瘤细胞介质引起的大鼠角膜血管生成[9]。目前对血管生成素-(1、2)在肿瘤血管生成中的具体作用机制存在争议。有研究认为，血管生成素-2促进肿瘤血管生成，如胶质母细胞瘤中血管生成素-1主要表达于瘤细胞，血管生成素-2表达于瘤体血管的内皮细胞，尤其在缺乏血管周围细胞的小血管表达明显增加[10]；血管生成素-2在富血管的HCC中的表达显著增加，而缺血管HCC中的血管生成素-2表达较低；血管生成素-2转染大鼠转移瘤可显著增加瘤体的增长和瘤内出血[11]。但有研究表明血管生成素-1促进血管生成，而血管生成素-2则有助于肿瘤血管的消退。血管生成素-1转基因质粒肌肉注射促进血管形成，而血管生成素-2无血管生成效应[5，7]；在胶质瘤等肿瘤中肿瘤一开始就生长在宿主血管周围，随着肿瘤的早期发展，宿主的血管在血管生成素-2作用下发生退化，肿瘤细胞坏死，而在肿瘤的周边发生大量血管生成，导致肿瘤的进一步发展。因而血管生成素-2在肿瘤血管生成中的作用是拮抗血管生成素-1的Tie2活化作用，抑制内皮细胞与细胞外基质(ECM)、平滑肌细胞(SMC)、周细胞等支持细胞的相互作用，促进细胞凋亡，引起血管退化和肿瘤坏死，对肿瘤发挥防御作用[12]。
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总之，血管生成素/Tie2信息传导途径在血管生成调节中发挥着重要的作用，血管生成素-1和Tie2结合，促进血管重塑、成熟，维持血管的完整性和调节血管功能。血管生成素-2则竞争性抑制血管生成素-1，促进血管形成、血管重建和血管消退。肿瘤血管生成是当前研究的热点，对/Tie2在肿瘤血管生成中确切作用的阐明有助于对肿瘤发生机制的理解，并可能为临床治疗肿瘤提供有效的治疗策略。
作者单位：陈立波(430030武汉，同济医科大学附属同济医院外科)
杨镇(430030武汉，同济医科大学附属同济医院外科)
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[1]Maison-pierne PC,Suri C,Jones PF,et al.Angiopoietin-2,a natural antagonist for Tie2 that disrupts in vivo angiogenesis.Science,1997,177:55-60.
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[6]Wong AL, Haroon ZA, Wemer S,et al. Tie2 expression and phosphorylation in angiogenesis and quiescent adulttissues.Circ Res,1997,81:567-574.
[7]Shyu KG,Manor O,magner M, et al.Direct intramuscular injection of plasmid DNA encoding angiopoietin-1 but not angiopoietin-2 augments revascularization in the rabbit ischemic. Circutation,1998,98:2 081-2 087.
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[8]Peters KG, Coogan A, Berry D,et al.Expression of Tie2/Tek in breasttumor vsculature provides a new marker for evaluation of tumor angiogenesis.Br J Cancer,1998,77:51-56.
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[11]Tanaka S,Mon M,Sakamoto Y,et al.Bio-logic significance of angiopoietin-2 expression in human hepatocellular careinoma.J Clin Invest,1999,103:341-345.
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