Ang/Tie-2信號傳導(dǎo)系統(tǒng)與視網(wǎng)膜微血管形成

【摘要】  促血管生成素（angiopoietins, Ang）及其受體Tie-2構(gòu)成的Ang/Tie-2信號傳導(dǎo)系統(tǒng)對于血管生成（angiogenesis）過程中血管成熟與穩(wěn)定、調(diào)控血管完整性具有重要意義。該家族不同因子對于血管生成作用不同，而且同一因子對于血管生成的作用也隨條件的不同而改變。對于生理和病理狀態(tài)下的視網(wǎng)膜微血管形成，Ang/Tie-2信號傳導(dǎo)系統(tǒng)起到調(diào)節(jié)血管結(jié)構(gòu)的持久穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)滲漏的作用，這對于糖尿病視網(wǎng)膜病變（diabetic retinopathy, DR）的治療提供了一個重要的思路。

【關(guān)鍵詞】  促血管生成素 Tie-2 糖尿病視網(wǎng)膜病變

      0引言

     DR是糖尿?。―iabetes mellitus, DM）為常見和嚴(yán)重的微血管并發(fā)癥之一。DR發(fā)生、發(fā)展的確切機(jī)制目前尚不十分清楚,但在DR的發(fā)展過程中，視網(wǎng)膜毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞（endo-thelial cell, EC）和周細(xì)胞（pericyte）的凋亡加速，新生血管形成及其滲漏對于DR的發(fā)展起到了重要作用。

     Ang是繼血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）之后發(fā)現(xiàn)的又一類內(nèi)皮細(xì)胞特異性的促血管新生因子（endothelium-specific proangiogenic factor），這類細(xì)胞因子與受體Tie-2結(jié)合后構(gòu)成Ang/Tie-2信號傳導(dǎo)系統(tǒng),該系統(tǒng)血管生成的過程中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用[1]，參與調(diào)節(jié)血管成熟，維持內(nèi)皮細(xì)胞完整性，是決定血管退行萎縮或者滲漏增殖的重要因素。在DR的發(fā)生、發(fā)展的過程中起到重要的作用。

    1 Ang/Tie-2信號傳導(dǎo)系統(tǒng)組成

    1.1配體Ang家族成員  Ang家族有4個成員:Ang-1，Ang-2，Ang-3及Ang-4。其中Ang-1，Ang-2和血管生成關(guān)系密切。

    1.1.1 Ang-1分子結(jié)構(gòu)、表達(dá)  1996年, Davis等[2]利用分子克隆技術(shù)從COS細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了Ang-1，這是一種由498個氨基酸所組成、分子量為70 ku的糖蛋白。以后的研究證實(shí)，Ang-1基因位于染色體8q22-q23，cDNA編碼的Ang-1有3個結(jié)構(gòu)域：N端100個氨基酸為結(jié)構(gòu)域，為絞股螺旋鏈狀（coiled-coil），此區(qū)介導(dǎo)單體間的同源多聚體連接；第101～280氨基酸為第2結(jié)構(gòu)域，具有分泌型信號肽的典型特征；第281～496氨基酸是第3結(jié)構(gòu)域，為膠原纖維樣區(qū)（FL），此區(qū)介導(dǎo)Ang-1與Tie2受體間的結(jié)合、生物信號傳遞及效應(yīng)。Ang-1主要在血管旁細(xì)胞包括周細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞，以及腫瘤細(xì)胞中表達(dá)；在成年人體，Ang-1呈全身低水平表達(dá)，缺氧、上皮生長因子及轉(zhuǎn)化生長因子-β等可以調(diào)節(jié)Ang-1的表達(dá)。

    1.1.2 Ang-2分子結(jié)構(gòu)、表達(dá)  1997年，也就是Davis等發(fā)現(xiàn)Ang-1后的第2a，Maisonpierre等[3]又成功的運(yùn)用分子克隆技術(shù)發(fā)現(xiàn)了Ang-2。其編碼基因在人類位于第8號染色體8p21，編碼生成的Ang-2是一種全長496氨基酸的蛋白質(zhì)，主要以同源二聚體形式存在,與Ang-1的氨基酸組成具有60％以上的同源性。同Ang-1類似, Ang-2也分3個結(jié)構(gòu)域，主要區(qū)別在于卷曲結(jié)構(gòu)域與纖維蛋白原樣結(jié)構(gòu)域的交界處比Ang-1少一個半胱氨酸，正由于這一差異，Ang-2成了Ang-1的天然競爭性抑制劑。Ang-2主要在血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)，正常成年人僅表達(dá)于卵巢、子宮和胎盤等組織中，缺氧、血管內(nèi)皮生長因子、上皮生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子-β等可調(diào)節(jié)Ang-2表達(dá)[1]。

    1.1.3 Ang-3與Ang-4的分子結(jié)構(gòu)及表達(dá)  目前關(guān)于Ang-3和Ang-4的研究報道并不多。1999年，Valenzuela等[4]分別從小鼠和人的胎盤中分離出的2種分泌蛋白——Ang-3和Ang-4，Ang-3、4的基因定位于20p13，兩種蛋白好像是同一個基因座的不同譯本；Ang-3與Ang-4彼此在結(jié)構(gòu)上的差異遠(yuǎn)大于Ang-1和Ang-2之間在結(jié)構(gòu)上的差異，而且Ang-3與Ang-4的空間表達(dá)也存在較大種屬間差異，Ang-3在鼠體內(nèi)有廣泛的表達(dá)，而Ang-4僅在人體肺組織中有較高的表達(dá)，后來的研究發(fā)現(xiàn),在人膠質(zhì)瘤中也可見Ang-4表達(dá)[5]。進(jìn)一步的研究表明，Ang-3約含503個氨基酸，與Ang-1、Ang-2分別有45.1%和44.7% 的同源性。Ang-4與Ang-l結(jié)構(gòu)類似，對受體起激活作用，而Ang-3與Ang-2結(jié)構(gòu)類似，起拮抗作用。

    1.2 Ang受體——Tie2  Tie2是一種酪氨酸激酶樣受體。Zieler等[6]于1992年從人胎盤中成功克隆出人的一種新的蛋白酪氨酸激酶受體基因TEK/Tie2,幾乎與此同時，Runting 和Wilks等[7]一同從老鼠肺cDNA文庫中克隆出老鼠的一種蛋白酪氨酸激酶受體基因Tie-2,定位于染色體9p21。目前的研究證實(shí)，Tie-2受體是一種含有1 122個氨基酸的跨膜型酪氨酸激酶受體,由胞外區(qū)，跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū)構(gòu)成，其胞外區(qū)由2個免疫球蛋白樣片段、3個富含半胱氨酸區(qū)和3個纖溶酶重復(fù)序列組成，胞內(nèi)區(qū)結(jié)構(gòu)具有酪氨酸激酶活性。目前僅在EC和早期造血干細(xì)胞（early hemopoietic stem cell）表面發(fā)現(xiàn)Tie-2的表達(dá)[8,9]。

    2 Ang/Tie-2信號傳導(dǎo)系統(tǒng)在視網(wǎng)膜血管形成中的作用

     就目前所知, Tie-2 是Ang-1 的受體, Ang-1作用的特異性很高。Ang-1結(jié)合Tie-2 后便促使其磷酸化,然后通過一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑完成復(fù)雜生理功能。Ang-1與Tie-2 受體結(jié)合后,能夠引起與受體相連的磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidy-linostitol、3-kinase, PI3-kinase）的亞基P85磷酸化而激活PI3-kinase[9,10] 。隨后活化的PI3-激酶作用于磷酸肌醇脂, 提高胞內(nèi)1、4、5-三磷酸肌醇和3、4、5-三磷酸肌醇的含量, 二者正性調(diào)節(jié)絲氨酸/蘇氨酸激酶。蘇氨酸激酶(Akt)結(jié)合磷脂酰肌醇后被磷酸化, 磷酸化位點(diǎn)在激活環(huán)Thr308和羧基端Ser473。其中Ser473 位點(diǎn)是依賴PI3K磷酸化的[11]。磷酸化后引起一系列生理變化。

    2.1 Ang/Tie-2信號傳導(dǎo)系統(tǒng)對視網(wǎng)膜血管形成的生理作用  許多研究結(jié)果都表明，Ang/Tie-2系統(tǒng)很可能在視網(wǎng)膜新生血管發(fā)生及形成中發(fā)揮重要作用。Hackett 等[12]報道無論是在胚胎視網(wǎng)膜發(fā)育階段或是成人視網(wǎng)膜病理性新生血管形成階段, 視網(wǎng)膜表面和內(nèi)核層Ang-2表達(dá)都增高, 提示Ang-2 能輔助VEGF促進(jìn)視網(wǎng)膜新生血管形成。Hackett等[13]的另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示,在視網(wǎng)膜的血管發(fā)生過程中，由于Ang-2缺陷小鼠視網(wǎng)膜表層血管床發(fā)育延遲，發(fā)育不完整，在血管形成起作用的中間和深層血管床完全缺如，Ang-2缺陷小鼠還出現(xiàn)玻璃樣血管退行障礙，產(chǎn)生與一種常見先天異常—嬰兒持續(xù)性胎兒血管（persistent fetal vasculature, PFV）較為類似的表型。另外，Umeda等[14]的研究也顯示：早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜疾病的視網(wǎng)膜纖維血管膜中有Ang-2，Tie-2表達(dá)增高；而且，早產(chǎn)模型鼠視網(wǎng)膜病變組織中Ang-2，Tie-2的mRNA表達(dá)升高[15]。轉(zhuǎn)基因Ang-2缺陷鼠，不可誘導(dǎo)視網(wǎng)膜新生血管形成[13]；也提示Ang-2可能與視網(wǎng)膜新生血管形成有關(guān)。

     在體外的細(xì)胞培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)，Ang-1和Ang-2都可以單獨(dú)使牛視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞(BRECs)形成管狀結(jié)構(gòu)，且Ang-1，Ang-2均可加強(qiáng)VEGF促BRECs形成管狀結(jié)構(gòu)的作用[16]。Joussen等[15]通過體外、內(nèi)實(shí)驗(yàn)都證明，用s-Tie-2-Fc阻斷Ang/Tie2受體途徑可以抑制低氧所致的視網(wǎng)膜新生血管形成。

     這些結(jié)果都提示，Ang/Tie信號傳導(dǎo)系統(tǒng)的各個成員對視網(wǎng)膜微血管形成起到重要的促進(jìn)作用。

    2.2 Ang/Tie-2信號傳導(dǎo)系統(tǒng)成員在DR中的表達(dá)及其對DR的保護(hù)作用

    2.2.1 Ang/Tie信號傳導(dǎo)系統(tǒng)在DM患者體內(nèi)的表達(dá)變化在DR患者體內(nèi)Ang/Tie信號傳導(dǎo)系統(tǒng)的成員增加。糖尿病眼部重要的并發(fā)癥是視網(wǎng)膜血管滲漏（血管滲漏是新生血管的標(biāo)志）和毛細(xì)血管無灌注。DR后期一個重要的改變就是視網(wǎng)膜缺血、缺氧、誘導(dǎo)VEGF上調(diào)，刺激視網(wǎng)膜新生血管形成，這是缺血誘導(dǎo)血管滲漏的主要原因。

    Takagi等[16]研究顯示：人視網(wǎng)膜血管增殖標(biāo)本中， Ang-2，Tie-2表達(dá)均有升高；且在缺血性視網(wǎng)膜疾病所致的視網(wǎng)膜血管增殖膜中Ang-2，Tie-2表達(dá)明顯高于非缺血性視網(wǎng)膜疾病。支持這一觀點(diǎn)的另外一些實(shí)驗(yàn)是Chiarelli等[17]于2002年所做測定，他們測定了223個糖尿?。―M）患者的血清Ang（sAng）水平,發(fā)現(xiàn)DM兒童Ang血清濃度升高，微血管并發(fā)癥與血漿Ang水平顯著相關(guān)，長期嚴(yán)格控制血糖能使Ang濃度下降。Malamitsi- Puchner等[18]發(fā)現(xiàn)在胰島素依賴性糖尿?。↖DDM）中，sAng水平顯著升高，女性的sAng水平高于男性。與此同時，Ozaki等[19]收集了30例PDR病例和21例增生性玻璃體視網(wǎng)膜?。╬roliferative vitreoretinopathy, PVR）患者的玻璃體液，經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)Ang水平均有所升高。

    2.2.2 Ang-1對DR的保護(hù)作用  在人類和嚙齒類動物DR早期就有部分白細(xì)胞通過細(xì)胞間黏附分子-1（ICAM-1）黏附于視網(wǎng)膜血管并且引致毛細(xì)血管阻塞，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞損傷和死亡以及血—視網(wǎng)膜屏障破壞[20,21]。Joussen等[15]發(fā)現(xiàn)Ang-1可以阻止和逆轉(zhuǎn)糖尿病視網(wǎng)膜血管病變，在給予糖尿病大鼠模型球內(nèi)注射不同劑量Ang-1后結(jié)果發(fā)現(xiàn)：Ang-1可以抑制血—視網(wǎng)膜屏障破壞，并呈劑量依賴性；Ang-1可以保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞免受白細(xì)胞介導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞損傷作用；Ang-1可以降低VEGF和ICAM的mRNA和蛋白水平，從而降低Akt激酶活性，降低視網(wǎng)膜內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）和一氧化氮（NO）水平；Ang-1也可以通過降低視網(wǎng)膜細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（Erk激酶）活性，減少白細(xì)胞黏附血管內(nèi)皮細(xì)胞，并抑制該激酶促內(nèi)皮細(xì)胞死亡的作用。

    3 Ang在DR治療中的展望

     DR早期病理改變?yōu)橐暰W(wǎng)膜微血管通透性升高，DR發(fā)展到后期，將由NPDR期發(fā)展為以視網(wǎng)膜新生血管和纖維化為特征的PDR期，在PDR期視網(wǎng)膜新生血管引起的滲漏對患者的視力影響極大，如果能夠有效的抑制視網(wǎng)膜新生血管引起的滲漏必將抑制DR的進(jìn)一步發(fā)展。目前的研究表明，Ang-1具有調(diào)節(jié)內(nèi)皮之間、內(nèi)皮—基質(zhì)之間相互作用, 促進(jìn)血管成熟并維持血管結(jié)構(gòu)，在VEGF等生長因子的存在下, 由于其抗凋亡、促內(nèi)皮遷移的作用, 增強(qiáng)了VEGF的促內(nèi)皮芽性生長及血管網(wǎng)絡(luò)形成作用，而Ang-2做為Ang-1的拮抗劑能拮抗Ang-1的這些生物效應(yīng)。如何在DR的狀況下調(diào)整Ang/Tie-2信號傳導(dǎo)系統(tǒng)各成員的表達(dá)及作用，使其在DR早期血管重建，血管穩(wěn)定，防滲漏中大程度的發(fā)揮有益作用，是一個極有研究價值值得深入研究的問題。

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作者：左中夫，劉學(xué)政