艾慶燕,趙豫鳳,楊加周,王艷梅,苗乃周

細胞因子是一類由免疫細胞和相關(guān)細胞產(chǎn)生的具有調(diào)節(jié)功能的高活性、多功能蛋白質(zhì)多肽,在生殖系統(tǒng)各種不同細胞間復(fù)雜的局部調(diào)節(jié)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中起重要作用,其以自分泌或旁分泌形式直接或間接調(diào)節(jié)免疫平衡。血管內(nèi)皮生長因子 (vascular endothelial growth factor,VEGF)又名血管通透性因子,能高度特異性地作用于血管內(nèi)皮細胞,是強效的血管發(fā)生誘導(dǎo)物,以受體介導(dǎo)的方式發(fā)揮其生物學(xué)作用。VEGF和 (或)VEGF受體 (VEGFR)表達于許多與生殖有關(guān)的細胞,并調(diào)節(jié)生殖系統(tǒng)各器官的血管生成和通透性,是體內(nèi)與生殖有關(guān)的重要生長因子之一。

1 VEGF及其受體分子生物學(xué)特性

VEGF由各種正常細胞和腫瘤細胞合成分泌,兩個 17～22 kD的相同多肽鏈由二硫鍵連接而成分泌型同源二聚體糖蛋白,具有高度的保守性,對熱和酸穩(wěn)定,與乙酰肝素蛋白多糖有很高的親和力。VEGF cDNA序列顯示其有一個 N-糖基化位點可能與其細胞分泌有關(guān)。人類細胞中根據(jù)氨基酸殘基數(shù)不同分為 VEGF121、VEGF145、 VEGF148、 VEGF165、VEGF189和 VEGF206,這幾種亞型的同型二聚體具有基本相同的生物學(xué)活性,但因其與細胞表面和胞外基質(zhì)中乙酰肝素結(jié)合能力的不同而功能上有所差異,其中VEGF165是發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)的主要成分。

VEGFR屬酪氨酸激酶 c-fms家族,由 7個免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)形成的胞外部分,含有酪氨酸激酶的胞內(nèi)部分和疏水氨基酸組成的跨膜區(qū)域 3部分構(gòu)成。胞內(nèi)部分含有一段酪氨酸插入序列,是磷酸化的下游信號分子結(jié)合位點。VEGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要受體包括 fms樣酪氨酸激酶 (Flt-1)和胎兒肝激酶插入?yún)^(qū)受體 (KDR),均具有酪氨酸激酶活性。Lam等[1]證實VEGFR在血管形成中起不同的作用,KDR的表達明顯強于 Flt-1,因此 KDR可能為發(fā)揮主要功能的受體。

2 VEGF及其受體的生物學(xué)效應(yīng)

VEGFR被 VEGF刺激形成二聚體并活化,促進相鄰受體亞基的自身磷酸化和轉(zhuǎn)磷酸化,以觸發(fā)信號的傳導(dǎo),導(dǎo)致磷脂酰肌醇 3-激酶和磷脂酶 Cγ活化,前者使磷脂酰肌醇在肌醇環(huán) 3位上發(fā)生磷酸化產(chǎn)生第二信使;后者水解磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸 (IPI2)產(chǎn)生肌醇 l,4,5-三磷酸 (IPI3)和二脂酰甘油 (DAG),分別起到激活 Ca2+通道開放促進細胞 Ca2+升高和激活蛋白酶 C(PKC)的作用[2]。VEGF與 Flt-1結(jié)合后,表現(xiàn)為促內(nèi)皮細胞遷移,有調(diào)節(jié)血管通透性的作用;與KDR結(jié)合后則表現(xiàn)為促進細胞有絲分裂和抗凋亡作用。VEGF能介導(dǎo)內(nèi)皮及非內(nèi)皮效應(yīng)促進有絲分裂,使血管通透性增加,內(nèi)皮細胞增殖遷移、細胞間粘連,改變胞外基質(zhì)構(gòu)建新生血管的生長環(huán)境,在血管生成中起誘導(dǎo)和基因調(diào)節(jié)作用[3];刺激血小板 vWF的釋放調(diào)節(jié)纖溶系統(tǒng);促進腫瘤生長和轉(zhuǎn)移,激活單核細胞促其遷移,對組織重構(gòu)及再生等均有重要作用。

3 VEGF在睪丸中的表達及作用

VEGF轉(zhuǎn)基因小鼠的生精細胞內(nèi)有VEGF基因信號且出現(xiàn)于 1～12級精子細胞[4],說明 VEGF參與精子形成過程并可能調(diào)節(jié)男性生殖。VEGF蛋白表達于生精細胞、發(fā)育中的頂體和精子殘余體中[5],可能參與精原細胞有絲分裂的增殖分化以及精母細胞的減數(shù)分裂過程,促進和加速精子的發(fā)生,作用于精子細胞直接參與精子的形成。Flt-1和 KDR蛋白表達于各級精子細胞發(fā)育中的頂體內(nèi),說明 VEGF與其受體參與精子細胞變態(tài)過程,特別對精子頂體的發(fā)育具有重要作用。支持細胞的基部胞質(zhì)及殘余體表達 VEGF,其分泌的 VEGF通過旁分泌作用于生精細胞;VEGF和其受體共表達于 Leydig細胞質(zhì)中,通過自分泌調(diào)節(jié)睪酮的分泌,影響生精細胞的增殖分化、生精功能和精子發(fā)生的微環(huán)境,直接或間接調(diào)控精子的發(fā)生。VEGF表達于睪丸間質(zhì)血管內(nèi)皮及小血管平滑肌上調(diào)節(jié)睪丸微血管通透性和血管化對睪丸正常功能的發(fā)揮及微血管生成起著重要作用。

睪丸是具有高度增殖能力的組織,精子發(fā)生耗氧量大,輕度的氧濃度下降就會導(dǎo)致生精細胞的損害。VEGF和 Flt-1蛋白在實驗性左側(cè)精索靜脈曲張 (experimental left varicocele,ELV)2周組睪丸中表達均上調(diào),其可能作為保護因子參與精索靜脈曲張 (varicocele,VC)機制,抑制凋亡、誘導(dǎo)血管形成,改善對睪丸組織的營養(yǎng)或逆流熱交換系統(tǒng)功能[6]。隱睪組對側(cè)睪丸 VEGF的表達顯著增強,其表達水平與低氧誘導(dǎo)因子 1a(HIF-1a)同步,這是對組織缺氧進行的適應(yīng)性反應(yīng),通過改變組織的血管生成和代謝來維持氧的穩(wěn)態(tài),發(fā)揮一定的抗細胞凋亡作用[7]。精原細胞瘤 VEGF的表達明顯高于正常睪丸組織,且 KDR、Flt-1的表達均升高,提示血管生成在睪丸癌的病理進展起著重要作用[8]。VEGF在精原細胞瘤中主要表達于細胞質(zhì)內(nèi),其表達與精原細胞瘤的臨床分期密切相關(guān),臨床分期越晚,VEGF表達越明顯,轉(zhuǎn)移的機會也就越大[9]。

4 VEGF在附睪中的表達及作用

VEGF蛋白定位于人附睪的基底細胞、輸出小管的纖毛細胞及附睪管周肌樣細胞,KDR蛋白表達于附睪管體部基細胞及大的間質(zhì)血管內(nèi)皮細胞,Flt-1蛋白在附睪輸出小管及淋巴小管上表達[10]。VEGF和 Flt-1、KDR蛋白在附睪管上皮中的表達具有細胞和區(qū)域特異性[5]:VEGF蛋白幾乎表達于附睪管上皮所有主細胞胞質(zhì)中,近管腔游離面纖毛也呈陽性染色,附睪體部表達最強,頭、尾部次之;Flt-1和 KDR蛋白表達于上皮主細胞的核上部胞質(zhì)內(nèi),以附睪頭部最強,部分間質(zhì)小血管內(nèi)皮也為陽性。附睪上皮主細胞分泌大量的 VEGF蛋白與其相應(yīng)受體作用,調(diào)節(jié)自身的吸收和分泌功能,在附睪頭部可能參與睪網(wǎng)液的重吸收,在體部參與精子胞質(zhì)小滴的代謝,進而影響附睪管腔液的組成及精子成熟的微環(huán)境,參與精子的睪丸后成熟。體外實驗用VEGF165可刺激附睪使毛細血管及毛細淋巴管的內(nèi)皮細胞間隙增大、通透性增加,VEGF可能以旁分泌的形式影響間質(zhì)血管和淋巴管的通透性,調(diào)節(jié)附睪內(nèi)的微環(huán)境[11]。其在附睪中的分布格局可能與附睪區(qū)域特異的分泌和吸收功能有關(guān),通過調(diào)節(jié)微循環(huán)系統(tǒng)且以自分泌和旁分泌作用參與附睪原因的生殖活動。VEGF也可能作用于輸精小管纖毛細胞影響精子的運輸[2]。

VEGF及其受體對精子發(fā)生、成熟的調(diào)控作用也有負面性。VEGF在睪丸與附睪的高表達可導(dǎo)致血管新生且可能與男性不育有關(guān)[3],VEGF過度表達的轉(zhuǎn)基因鼠發(fā)現(xiàn)睪丸上皮增生及生精過程受阻、精子發(fā)生停止,毛細血管密度和通透性增高;附睪管膨脹且出現(xiàn)上皮細胞增生區(qū),間質(zhì)毛細血管數(shù)增加;可能因過度表達的VEGF對男性生殖道內(nèi)皮和非內(nèi)皮細胞雙重作用,附睪中的過度表達影響了附睪的結(jié)構(gòu)和功能,破壞了附睪管腔微環(huán)境,影響精子成熟,進而導(dǎo)致男性生育力下降甚至不育。ELV組左側(cè)附睪 Flt-1蛋白表達量的變化隨時間延長而減少具有時間累進性[6],提示 VC有可能通過影響附睪上皮蛋白的合成和分泌較早并持續(xù)地造成睪丸及附睪精子發(fā)生、熟微環(huán)境的改變,繼而導(dǎo)致男性不育。VEGF的高表達與附睪乳頭狀囊腺瘤的血管新生也有關(guān)。

5 VEGF在精子的表達及作用

精漿 VEGF水平對人類生殖有重要影響,VEGF受體定位于精子表面,精子頂體區(qū) Flt-1強表達,KDR微弱表達于精子鞭毛表面。精液中 VEGF水平較高,女性妊娠率相對增加,VEGF不僅通過作用于男性生殖道細胞的 VEGFR對男性生殖起調(diào)節(jié)作用,而且通過對精子細胞的直接調(diào)節(jié)作用,影響女性妊娠的幾率[13]。

VEGF、Flt-1和 KDR表達于大鼠附睪精子頭部的頂體、尾部的頸段、中段和主段,說明精子本身也是 VEGF的靶細胞之一[5]。精子在附睪成熟過程中的重要變化是精子膜結(jié)構(gòu)及其理化性質(zhì)的改變,包括膜的通透性、流動性、膜脂、膜蛋白、膜受體等改變。VEGF和其受體蛋白在附睪精子的頂體、尾部不同區(qū)段的表達表明它們可能以自分泌和旁分泌方式作用于不同的離子通道等機制參與精子的睪丸后成熟過程,通過重飾膜結(jié)構(gòu),參與頂體的發(fā)育成熟及功能活動;也可能形成或激活 Ca2+通道引起精子尾部鈣離子內(nèi)流,激活細胞內(nèi)信息傳遞,使精子呈現(xiàn)超激活運動而獲得運動能力,存在于精子尾部Ca2+相關(guān)離子通道在精子運動方面發(fā)揮著重要作用[14]。細胞內(nèi)重要的第二信使鈣離子在精子各個生理階段發(fā)揮重要作用,包括精子的運動、獲能、頂體反應(yīng)和獲得受精能力等。

6 VEGF在前列腺中的表達及作用

前列腺體積增大,間質(zhì)比例增加,以血管、平滑肌增生為主的組織 VEGF表達增加[15]。VEGF、KDR蛋白及 mRNA陽性表達廣泛分布于前列腺增生組織和前列腺癌的上皮細胞、少數(shù)基質(zhì)細胞和微小血管壁中,前列腺內(nèi)癌組織的表達強度明顯高于增生組織,隨腫瘤分級增高而明顯增加[16]。VEGF在前列腺癌中的表達與病理分級、遠處轉(zhuǎn)移相關(guān),可能成為前列腺癌預(yù)后的一個重要指標[17]。VEGF表達隨人類前列腺癌細胞轉(zhuǎn)移特性的增加而增加,且惡性細胞合成并分泌的 VEGF刺激血管生成的效率更高,除了以旁分泌刺激血管內(nèi)皮細胞增殖、血管新生外,還能通過自分泌調(diào)節(jié)腫瘤細胞增殖,在腫瘤的形成及進展過程中意義重大。前列腺液中的各種細胞因子可能就在精漿相互發(fā)生作用而導(dǎo)致不育。

總之,血管生成在男性生殖系統(tǒng)的許多疾病的發(fā)生、發(fā)展中起著重要作用,VEGF是血管生成的重要因素之一。VEGF及其受體在男性生殖領(lǐng)域中占有重要地位,但其在生殖系統(tǒng)中的表達意義、作用機制還需進一步研究,以更完善地了解其對男性生殖系統(tǒng)的調(diào)節(jié)機制,促進男性生殖生理學(xué)的發(fā)展。

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