[原创]VEGF与心肌治疗性血管新生

liuhtsmmu

缺血性心脏病在西方国家是发病率和死亡率均占主导地位的疾病，全球大约有数亿缺血性心脏病患者。冠状动脉血流灌注不足导致相应心肌缺血缺氧是进展期缺血性心脏病的主要问题，因此合理的治疗策略是增加冠状动脉的灌注。目前而言，传统的血运重建治疗包括冠状动脉搭桥术(CABG)和经皮腔内冠状动脉成形术(PTCA)对多数患者可以增加冠状动脉灌注，基本实现治疗目的，但对冠状动脉纤细和病变弥漫的患者这些治疗手段则难以奏效。治疗性血管新生指心肌内导入促血管生长因子刺激新血管的形成和成熟从而增加缺血心肌的血液灌注，其中血管内皮生长因子(VEGF)是动物实验和临床试验中研究最多的一种促血管生长因子。
1.VEGF家族及受体
VEGF即血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor)，是目前研究最多并且特异性最强的一种促血管生长因子。
人的VEGF基因位于6号染色体的6p21.3，由8个外显子和7个内含子交叉组成，其中编码区长约14kb。VEGF基因编码的产物蛋白属糖蛋白家族，在正常情况下表达水平较低，在病理情况下可出现高表达。VEGF家族中研究最多的是VEGF-A (VEGF-1)，天然的VEGF-A是能与肝素结合的45kDa的同源二聚体糖蛋白。人的VEGF-A有4种主要的亚型，是mRNA在不同剪切方式下产生的多种氨基酸序列，分别含121、165、189和206个氨基酸(VEGF121、VEGF165、VEGF189、VEGF206)。各种亚型的VEGF与肝素结合的程度不同，促血管新生能力也不同，其中VEGF165促血管新生能力明显强于VEGF121。VEGF121不与肝素结合，溶解度最高；VEGF165分泌后弥散分布，一部分结合到细胞表面和细胞外基质；VEGF189和VEGF206易与肝素结合，几乎全部结合到细胞外基质。VEGF家族成员除了VEGF-A外，还包括与VEGF-A结构同源的VEGF-B(VEGF-3)、VEGF-C(VEGF-2)、VEGF-D、VEGF-E和胎盘生长因子(PLGF)。
VEGF通过与靶细胞相应的受体结合发挥促血管新生作用。VEGF受体目前主要有3种：酪氨酸激酶flt-1(VEGFR-1)、KDR/flk-1(VEGFR-2)和flt-4(VEGFR-3)。VEGF-A主要与两种相关受体结合，即酪氨酸激酶VEGFR-1和VEGFR-2。VEGF-A各种亚型与各种受体间有着不同的亲和力，导致了促血管新生能力的不同。在3种受体中，VEGFR-2被认为是传递促血管新生信号最活跃的受体，绝大多数内皮VEGF功能性细胞信号包括促有丝分裂、促血管新生和增加血管通透性的信号，均经由VEGFR-2介导或与之密切相关。
2．VEGF促血管新生的机理
VEGF最初被认为是增加血管通透性的细胞因子，随后大量研究表明该因子在体内和体外主要作用于血管内皮细胞，发挥促血管新生作用。
VEGF促血管新生的主要机制包括：VEGF高度特异性地作用于血管内皮细胞，诱导内皮细胞增殖、出芽、迁移和形成管腔；VEGF在生理性血管新生(angiogenesis)和肿瘤的血管新生过程中可有效延长内皮细胞寿命，诱导内皮细胞表达抗凋亡蛋白，新生毛细血管缺乏平滑肌细胞或周细胞的支持，当缺乏VEGF时即可能因内皮细胞的凋亡而衰退；VEGF可以诱导内皮细胞产生纤溶酶原活化因子和间质胶原酶等，降解细胞外基质，促进内皮细胞迁移；VEGF可以诱导内皮一氧化氮合成酶(eNOS)的产生，增加NO的释放从而引起血管舒张，提高血管通透性。
过去认为，VEGF是血管内皮细胞特异的促有丝分裂原，VEGF受体仅分布于血管内皮细胞表面。现在发现，骨髓起源的细胞表面同样有VEGF受体的分布， VEGF可动员骨髓中的内皮祖细胞进入外周循环并定位到缺血组织，在原位分化形成内皮细胞成熟并形成新的血管，即血管发生(vasculogenesis)。
3．新血管形成的方式
目前认为新生血管生成有三种方式，包括血管新生(angiogenesis)、动脉生成(arteriogenesis)以及血管生成(vasculogenesis)。
血管新生  血管新生指已存在的毛细血管内皮细胞通过出芽方式萌生新的毛细血管，参与胚胎和成体的新血管形成。冠状动脉狭窄或闭塞后造成的缺血缺氧是内源性的促血管新生因素。缺血缺氧激活缺氧诱导因子(HIF-1α)的表达，HIF-1α能增加VEGF、VEGF受体flt-1和神经纤维网蛋白-1(neuropilin-1)在VEGF基因启动子区缺氧反应元件中的转录，增强VEGF的表达刺激血管新生。另外，缺氧通过VEGF基因3’-非翻译区的序列稳定编码VEGF的mRNA，维持VEGF的转录和翻译水平。
动脉生成  动脉生成是侧支微动脉的成熟或新生过程，经内皮细胞增殖和血管重塑形成管径和面积更大的血管造影可见的动脉。动脉生成不依赖缺血或缺氧的存在。动脉闭塞发生的情况下，已存在的侧支微动脉血流速度增加，管腔内剪切力增加，单核细胞在狭窄处粘附聚集，引起包括纤维母细胞生长因子(FGF)、血小板源性生长因子(PDGF)和VEGF在内的多种促血管生长因子的生成和释放，促成侧支微动脉的变粗和生成，最终促成缺血组织血供的改善。
血管生成  血管发生一直被认为仅限于胚胎发育期，直到最近，人们才接受出生后血管生成的存在。胚胎发育期的血管生成指由中胚层衍生的成血管细胞(angioblast)迁移、聚集、分化并在原位形成原始毛细血管网。成体血管生成是全身起源的内皮祖细胞(EPCs)和血管祖细胞(VPCs)在原位形成血管的过程。
血管生成在缺血性心脏病中对冠状动脉的影响目前还未得到确认，因此，血管新生、动脉生成和可能的血管生成三种方式促成了成体心脏的新血管形成，其中动脉生成是心肌血液灌注显著改善最关键而且必需的过程。
4．VEGF在心肌中的治疗性血管新生
4.1 动物实验
多数的动物实验表明，VEGF以蛋白或基因转染形式导入到动物缺血心肌中，新生血管形成明显增强。重组的人VEGF165蛋白(rhVEGF165)的促血管新生效果在狗和猪的心肌缺血模型中得到证实，经冠状动脉或心肌内注射等方式给予rhVEGF165蛋白可以增加侧支循环改善心肌灌注。在狗心肌缺血模型中，rhVEGF165蛋白通过球囊导管局部注射、通过3周或4周时间的微泵心外膜注入、心肌内注射以及28天的冠状动脉内注射。裸露质粒DNA或腺病毒载体转染的VEGF165、VEGF121和VEGF-2基因在缺血心肌中同样能促进新生血管的形成。使用ameroid环缩建立猪的慢性心肌缺血模型，通过开胸心肌内注射编码人VEGF165(phVEGF165)和VEGF-2(phVEGF-2)基因的质粒DNA或编码VEGF121的腺病毒载体(adenoVEGF121)，结果发现侧支循环灌注增加，心功能明显改善。研究还发现，冠状动脉内注入携带VEGF基因的腺病毒载体，靶基因的定位不准而且心肌内的基因表达水平更低，从侧面证明心肌内注射方式更为有效。最近的研究提示经导管心肌内注入phVEGF165同样有效，这种创伤小的基因导入方式同样能达到比较理想的效果。
4.2 临床试验
在众多的促血管新生因子中，VEGF和FGF己进入临床试验并取得较好疗效。
接受临床试验的患者患有严重的心绞痛，常规药物治疗无效，也不适合传统的血运重建治疗，然而大多数的试验研究提示使用VEGF治疗后患者症状减轻，运动时间延长，心肌灌注和左心室功能改善。
一些小的Ⅰ期临床试验不设对照组，目的是评价VEGF治疗的安全性和量效关系。Symes 等对药物治疗无效且不适合手术治疗的20 例冠心病患者心肌内注射phVEGF165 (剂量125～250μg)，60 天后，单光子发射计算机断层成像（SPECT）显示13例患者缺血性充盈缺损减少，冠状动脉造影显示所有患者至少有一支阻塞血管的侧支循环充盈改善。随访90天后，16 例患者心绞痛症状缓解，硝酸甘油用量减少。 在Ⅰ期临床试验基础上增加安慰剂作对照开展了更大的Ⅱ期临床试验，最有名的就是VIVA(VEGF在缺血状况下促血管新生)试验，该试验将178例“无选择”患者随机分配到安慰剂组、低剂量VEGF165组和高剂量VEGF165蛋白组，并随访至120天。与安慰剂组患者相比，从试验开始到第60天VEGF165组患者运动踏板时间(ETT)没有明显延长。直到第120天，相比安慰剂组，高剂量VEGF165组患者ETT呈现出延长趋势。相似的，在试验后60天，VEGF165与安慰剂相比没有明显减轻心绞痛，VEGF165组和安慰剂组的心肌灌注没有明显差异，到第120天，高剂量VEGF165组患者心绞痛症状明显减轻，与安慰剂组比较有明显统计学差异。
国外在4个试验研究中发现，经皮或手术方式基因转染VEGF-1或VEGF-2， 85例患有3级或4级心绞痛不适于传统血运重建的患者，随访33个月总死亡率是3.5％(3个病人)，同期5个对照研究中大约1000例病情相似的患者接受了激光心肌血运重建或持续的药物治疗，平均随访1年死亡率是11-13％，两者比较心肌内基因转染VEGF明显增加了心肌灌注降低了病死率。
5．VEGF治疗性血管新生的潜在风险
治疗性血管新生的潜在风险包括VEGF本身引起的风险以及促血管新生后引起的风险。
VEGF在临床应用中的风险取决于VEGF给予方式。静脉内给予VEGF蛋白可能产生低血压，其原因在于VEGF上调了一氧化氮的合成，然而，在临床基因转染预试验和试验中未发现这种并发症。肢体缺血病人给予VEGF基因后有证据表明血管通透性增加，会造成一过性的小腿水肿。给予小鼠和大鼠长时间的VEGF或局部给予超生理剂量的VEGF会观察到血管瘤的形成，当给予生理剂量的VEGF时并未发现血管瘤，人体试验中也未见血管瘤形成。
促血管新生后常见的一般性风险是VEGF可能促进肿瘤的血管新生，并且可能促进隐匿存在的恶性肿瘤的生长，还可能使增殖性或出血性视网膜病加重。目前临床试验结果并未证明治疗性血管新生能增加恶性肿瘤生长或转移的风险，但需要长期随访观察才能确认。100多例接受VEGF-1和VEGF-2治疗的患者（几乎1/3患有糖尿病或视网膜病），在基因转染前后由不知情的眼科医生作一系列眼底镜检查，随访4年未见新的视网膜病的发生。另外一个可能的并发症是进行性的新生内膜增厚，有观点认为注入VEGF可能加速了动脉粥样硬化的进展，但动物实验和临床试验并未证实这一观点，动物实验还发现VEGF能明显减轻内膜的增厚。
6．展望
心肌血管新生是一个非常有意义的研究课题，尤其是对于不适合传统血运重建和常规药物治疗的缺血性心脏病患者而言，治疗性血管新生已经显现出良好的增加心肌灌注的作用。在目前，治疗性血管新生还不可能替代CABG和PTCA，但治疗性血管新生作为有效的补充治疗措施，与CABG和PTCA等结合，扩大了缺血性心脏病治疗的适应征，尤其是为那些不适合作传统心肌血运重建的患者带来了福音。随着科技的进步和研究的深入，治疗性血管新生有望超越或取代传统的心肌血运重建，给缺血性心脏病的治疗带来革命性的进步。
本文已发表在2006年中华医学杂志，在此与大家分享。