李瑞霞(綜述)，陳海冰(審校)

(上海交通大學附屬第六人民醫(yī)院內分泌代謝科，上海市糖尿病研究所，上海市糖尿病重點實驗室，上海市糖尿病臨床醫(yī)學中心，上海 200233)

色素上皮衍生因子與氧化應激

李瑞霞△(綜述)，陳海冰※(審校)

(上海交通大學附屬第六人民醫(yī)院內分泌代謝科，上海市糖尿病研究所，上海市糖尿病重點實驗室，上海市糖尿病臨床醫(yī)學中心，上海 200233)

色素上皮衍生因子(PEDF)是一種糖蛋白，屬于絲氨酸蛋白酶抑制劑超家族，它首次從人視網(wǎng)膜色素上皮細胞的條件培養(yǎng)基中被純化出來，具有很強的神經(jīng)分化活性。之后被發(fā)現(xiàn)有抗氧化應激，抗血管新生，抗炎，抗血小板活化、聚集抑制血栓形成，抗細胞凋亡，營養(yǎng)保護神經(jīng)等作用，并且它的一系列性能無一例外均涉及其抗氧化應激性能?，F(xiàn)將PEDF與氧化應激的相互作用以及作用機制進行綜述。

色素上皮衍生因子;氧化應激;炎癥;凋亡;血栓形成

色素上皮衍生因子(pigment epithelium-derived factor，PEDF)作為一種神經(jīng)營養(yǎng)因子而首次被發(fā)現(xiàn)，是1989年Tombran-Tink等［1］從胎兒視網(wǎng)膜色素上皮細胞的體外培養(yǎng)液中分離純化的一種可溶性糖蛋白，屬于絲氨酸蛋白酶抑制劑超家族。在人類，其染色體定位于17p13.3［2］。它是一種有效的內生性多功能因子，近年來又發(fā)現(xiàn)其具有抗血小板活化聚集、抑制血栓形成性能。眾多研究證明PEDF可以通過其抗氧化應激作用及與此相關的抗血管新生，抗炎，抗血小板活化、聚集等作用達到對機體的保護作用?，F(xiàn)對PEDF的不同保護作用及其作用機制進行綜述。

1 PEDF的抗新生血管、抑制血管通透性增高作用

血管內皮細胞生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)是一種有效的促血管生長因子，調節(jié)血管的發(fā)生、發(fā)展，在細胞的增殖、遷移、增加通透性方面有重要作用［3］。PEDF能夠有效地抑制血管新生，它與VEGF比值的失衡和新生血管的形成密切相關。Zheng等［4］研究發(fā)現(xiàn)培哚普利(血管緊張素轉化酶抑制劑)可通過降低線粒體活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)的生成而降低牛視網(wǎng)膜毛細血管內皮細胞中VEGF/PEDF的比值(降低VEGF，升高PEDF)，ROS降低的原因是培哚普利上調過氧化物酶體增生物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor-γ，PPAR-γ)及解耦聯(lián)蛋白 2(uncoupling protein-2，UCP-2)的表達而降低線粒體膜電位;PEDF可誘導高糖及正糖條件下牛視網(wǎng)膜毛細血管內皮細胞中線粒體PPAR-γ及UCP-2的表達，進而降低膜電位，抑制線粒體ROS的生成，并且經(jīng)不可逆性 PPAR-γ抑制劑GW9662處理后，PEDF上調UCP-2 的性能被阻斷［5］。由此可見，氧化應激狀態(tài)也是血管新生的使動因素，而PEDF可以抑制線粒ROS的生成從而緩解氧化應激，以致抑制血管新生。其作用靶點在線粒體PPAR-γ及UCP-2。

此外，Yamagishi等［6］研究發(fā)現(xiàn)給正常的大鼠靜脈注射糖基化終產(chǎn)物(advanced glycosylation end product，AGE)不僅可通過刺激VEGF的表達增加視網(wǎng)膜血管的通透性，還可降低視網(wǎng)膜PEDF的水平;給予PEDF干預治療，發(fā)現(xiàn)PEDF可抑制AGE誘導的VEGF介導的血管通透性增加。研究發(fā)現(xiàn)［6］，PEDF一方面可通過下調p22phox和gp91phox(NADPH氧化酶的膜組成部分)的mRNA水平來抑制NADPH氧化酶的活性，降低AGE暴露下的內皮細胞的ROS生成;另一方面PEDF還通過降低RAGE的表達而抑制AGE與其受體的作用，降低ROS生成，從而抑制血管新生及血管通透性的增高。此研究并沒有明確PEDF抑制RAGE基因表達的分子機制。然而，近來有報道［7-9］，PPAR-γ 激動劑可下調 AGE 誘導的RAGE基因表達，因為 PEDF可活化多種細胞中PPAR-γ信號通路。

2 PEDF的抗炎作用

近年來的研究已揭示AGE及其受體系統(tǒng)可在多種細胞中誘導氧化應激以及炎性反應［10-11］。在人腎小球系膜細胞的體外實驗中Ide等［12］發(fā)現(xiàn)AGE可顯著地刺激系膜細胞內ROS的生成，活化核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)，上調炎性因子、單核細胞趨化蛋白1、血管細胞黏附分子1的RNA水平，而PEDF及NF-κB抑制劑可完全阻抑這一效應，由此可見，PEDF通過抑制AGE誘導的ROS的產(chǎn)生而抑制NF-κB的活化，最終阻抑炎性因子單核細胞趨化蛋白1、血管細胞黏附分子1的轉錄表達，以達到抗炎效果。Yamagishi等［13］研究發(fā)現(xiàn)，PEDF可抑制內皮細胞中腫瘤壞死因子α誘導的白細胞介素6基因的表達，并且更進一步證實，其作用是通過抑制NADPH氧化酶介導的ROS的生成進而阻滯NF-κB活化實現(xiàn)的。其中PEDF對NADPH氧化酶抑制的作用靶點在Rac-1(NADPH氧化酶膜組成成分)。腫瘤壞死因子α、白細胞介素6是經(jīng)典的炎性因子，事實上ROS通過NF-κB的激活調節(jié)很多基因的表達，包括很多炎性因子都可被PEDF抑制。

另外，Zheng等［5］研究指出，PEDF通過線粒體途徑及NADPH氧化酶途徑抑制高糖誘導ROS的生成，阻抑Janus蛋白酪氨酸激酶2(JAK2)/信號轉導與轉錄激活子3(STAT3)信號通路的活化，從而部分下調VEGF的表達，現(xiàn)經(jīng)發(fā)現(xiàn)STAT3與天然及適應性免疫反應密切相關，所以這也是PEDF通過其抗氧化應激性調節(jié)炎性反應的一個重要途徑。

3 PEDF的抑制血栓形成作用

Takenaka等［14］曾用結扎大鼠頸動脈的方法誘導血栓形成的模型并研究PEDF的抗血栓形成作用：①PEDF以劑量依賴形式抑制結扎大鼠頸動脈的血栓形成。②PEDF抑制P選擇蛋白(血塊中血小板活化的標志物)的表達。③PEDF抑制血塊中過氧化物的形成以及NADPH氧化酶的活化。④PEDF以劑量依賴式阻斷膠原誘導的ROS的形成、P選擇蛋白的表達以及血小板的聚集。由此可見，PEDF的抑制血栓形成性能可能是通過其抗氧化應激抑制血小板的活化聚集而實現(xiàn)的，并且其作用靶點在NADPH氧化酶。血小板功能的改變與微血栓的形成有著緊密的聯(lián)系，可能在糖尿病血管并發(fā)癥的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用，并且越來越多的研究證實氧化應激的形成與血小板的活化聚集關系緊密，所以在2009年通過誘導糖尿病大鼠模型進一步對PEDF的抗血栓形成進行研究發(fā)現(xiàn)［15］：①PEDF或者磷酸吡多醛(AGE形成的抑制劑)可通過抑制NADPH氧化酶源性過氧化物的形成而抑制血小板P選擇蛋白的表達與聚集，從而使糖尿病大鼠尾靜脈出血時間縮短。②靜脈給予正常大鼠注射AGE可模擬糖尿病對血小板活化及出血時間的影響，并且也可被外源性PEDF阻斷。由此更加肯定了PEDF實際上是通過其抗氧化應激性抑制NADPH活化，進而減少ROS的生成實現(xiàn)其抗血小板聚集及血栓形成作用的。此外，經(jīng)典的促炎因子(腫瘤壞死因子α、白細胞介素6)都是血栓形成的誘導因素，PEDF可通過其抗氧化應激功能抑制其基因表達，從而間接達到抑制血栓形成的目的。

4 PEDF的抗凋亡作用

Amano等［16］研究視網(wǎng)膜周細胞中 PEDF對氧化應激誘導的細胞凋亡、功能損傷的保護作用，采用高糖和H2O2誘導視網(wǎng)膜周細胞氧化應激模型發(fā)現(xiàn)：①PEDF或者抗氧化劑可顯著地阻滯高糖誘導的周細胞的生長抑制。②一定劑量的PEDF可完全阻滯H2O2誘導的周細胞生存率的降低及其DNA合成的減少。③H2O2可增加周細胞內促凋亡分子Bax的mRNA水平，降低其抗凋亡分子Bcl-2 mRNA水平，PEDF完全的阻滯了H2O2誘導的這兩種分子mRNA的變化，維持其在周細胞內的正常水平，并且單獨應用PEDF、Bcl-2及Bax mRNA水平無變化。④caspase-3負責細胞組件的斷裂、崩解，在細胞凋亡中發(fā)揮重要的作用。在高糖或者H2O2誘導的氧化應激狀態(tài)下，在視網(wǎng)膜周細胞中其活化明顯增加，此效應可被PEDF完全阻滯。

由此可見，氧化應激狀態(tài)下，細胞內促凋亡分子Bax mRNA水平被上調，抗凋亡分子Bcl-2 mRNA水平下調，進而活化caspase-3，誘導細胞凋亡。PEDF通過其抗氧化應激性能抑制這一過程。但是，PEDF完成這一性能的具體機制并沒有明確。谷胱甘肽過氧化物酶(GPx)是哺乳動物中過氧化物解毒的主要抗氧化酶，其有一定的抗氧化作用。Amano等［16］試探性地研究GPx與PEDF抗氧化應激的內在聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)PEDF可顯著上調高糖或者H2O2暴露下周細胞中GPx mRNA的水平并增強其活性。同樣劑量下，PEDF單獨使用并不影響周細胞中GPx表達及其活性。因此可以明確，PEDF通過上調GPx mRNA的水平并增加其活性而上調抗氧化應激誘導的Bax mRNA水平、降低Bcl-2 mRNA水平，活化及其下游的caspase-3，最終達到抗凋亡的作用。近來研究發(fā)現(xiàn)，PEDF在氧化應激狀態(tài)下還可通過上調過氧化物歧化酶和谷胱甘肽的水平達到抗氧化應激的效果［17］。

另外，細胞外信號調節(jié)激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase 1/2，ERK1/2)通路也是PEDF抗凋亡的另一途徑。Tsao等［18］研究發(fā)現(xiàn)，PEDF以劑量依賴形式抑制H2O2誘導的RPE細胞凋亡損傷;PEDF刺激ERK1/2蛋白的磷酸化使其活化;當用PD98059(ERK1/2抑制劑)抑制PEDF對ERK1/2的磷酸化作用時，PEDF的保護作用明顯減弱。由此可見，PEDF可通過誘導ERK1/2的活化而對氧化應激狀態(tài)下的RPE發(fā)揮保護作用。

5 PEDF的營養(yǎng)保護神經(jīng)作用

作為一個多功能的糖蛋白，PEDF的神經(jīng)營養(yǎng)作用已被發(fā)現(xiàn)［19］。氧化應激在帕金森病等神經(jīng)變性疾病中扮演的使動角色也日益受到關注［20-22］?，F(xiàn)已有研究顯示［23］，PEDF可以對抗魚藤酮及6羥基多巴胺的神經(jīng)毒性作用從而保護多巴胺神經(jīng)元，這兩種藥物是通過氧化應激的機制發(fā)揮毒性作用的，證明了PEDF可部分通過其抗氧化應激性能發(fā)揮神經(jīng)保護作用。然而，其具體作用靶點尚不明確。Sanchez等［24］通過皮質神經(jīng)細胞的體外實驗進一步研究顯示，過氧化氫處理皮質神經(jīng)細胞時引起劑量依賴式的內源性PEDF降低，非活化形式caspase-3的降低及活化形式caspase-3的升高;預先給予PEDF孵育可明顯抑制H2O2誘導的細胞內抗凋亡蛋白Bcl-2的表達下調;ERK1/2抑制劑可以顯著阻抑H2O2誘導的氧化應激狀態(tài)下PEDF對神經(jīng)元的保護作用，并且在PEDF存在的條件下細胞內的抗凋亡蛋白Bcl-2顯著升高，而ERK1/2抑制劑可顯著削弱這種作用。因此PEDF通過ERK1/2途徑穩(wěn)定氧化應激狀態(tài)下Bcl-2的水平以抑制caspase-3的活化，從而抑制氧化應激引起的神經(jīng)元細胞的凋亡，完成其神經(jīng)保護作用。這與上述PEDF的抗凋亡途徑是吻合的。

6 小結

PEDF是一種有效的內源性多功能因子，具有抗氧化應激，抗血管新生、保護血管、抑制其在外界刺激下血管通透性的增高、抗炎、抗血小板活化、聚集抑制血栓形成、抗細胞凋亡等作用，而抗氧化應激作用是其眾多性能的作用樞紐。在錯綜復雜的作用機制中，PEDF主要通過 NADPH氧化酶(p22phox/Nox4、gp91phox/Nox2 及 Rac-1、ERK1/2 通路、JAK2/STAT3通路)和線粒體(PPARγ及UCP-2)途徑抑制ROS的生成減弱氧化應激的狀態(tài)，從起始階段對抗氧化應激誘導一系列機體損傷反應。在氧化應激過程中，PEDF可通過抑制氧化應激誘導的一些損傷因子的表達而對抗其損傷作用。PEDF還可以通過上調谷胱甘肽過氧化物酶、過氧化物岐化酶、谷胱甘肽等緩解氧化應激環(huán)境。總之，PEDF可從起始、過程、終末3個階段對抗氧化應激及其引起的炎癥等一系列損傷反應。

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Pigment Epithelium-derived Factor and Oxidative Stress

LI Rui-xia，CHEN Hai-bing.(Department of Endocrinology＆Metabolism，Shanghai Jiaotong University Affiliated Sixth People's Hospital，Shanghai Institute for Diabetes，Shanghai Key Laboratory of Diabetes，Shanghai Clinical Medical Center of Diabetes，Shanghai200233，China)

Pigment epithelium-derived factor(PEDF)is a glycoprotein which belongs to the super-family of serine protease inhibitors，first purified from the conditioned media of human retinal pigment epithelial cells as a factor which possessing potent neuronal differentiating activity.After that，some other properties of PEDF had been found successively including anti-oxidation，anti-angiogenesis，anti-inflammation，anti-platelet activation，inhibiting platelet aggregation，anti-apoptosis，and neurotrophic function.And all of these properties of PEDF are almost invariably involved the performance of its anti-oxidative stress.Here is to summarize the interaction between PEDF and oxidative stress and its specific mechanisms.

Pigment epithelium-derived factor;Oxidative stress;Inflammation;Apoptosis;Thrombosis

R58;R34

A

1006-2084(2012)13-1968-03

國家自然科學基金面上項目(30871204)

2011-12-06

2012-01-30 編輯：伊姍