劉磊,劉健,萬磊,縱瑞凱,曹云祥
(1.湖北中醫(yī)藥大學(xué),武漢 430065; 2.安徽中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院風(fēng)濕科)
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·綜述·
中醫(yī)藥對血管新生相關(guān)信號通路的影響
劉磊1,劉健2,萬磊2,縱瑞凱2,曹云祥2
(1.湖北中醫(yī)藥大學(xué),武漢 430065; 2.安徽中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院風(fēng)濕科)
[摘要]血管新生是機(jī)體常見的重要生理、病理過程,其過程涉及多種細(xì)胞、細(xì)胞因子及相關(guān)信號通路,多種疾病的發(fā)生發(fā)展均血管新生密切相關(guān)。細(xì)胞因子通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路調(diào)節(jié)血管新生相關(guān)細(xì)胞的遷移、增殖、凋亡影響血管新生。近年來對血管新生機(jī)制的最新研究表明,VEGF通路、Notch通路、PTEN/PI3K/AKT通路、JAK/STAT通路參與調(diào)節(jié)血管新生。中醫(yī)藥可通過調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路調(diào)節(jié)血管新生,在治療以血管新生為主要病變基礎(chǔ)的疾病上取得了一定成績。
[關(guān)鍵詞]血管生成調(diào)節(jié)劑;新生血管化,生理性;信號傳導(dǎo);中草藥
血管新生是機(jī)體常見的重要生理、病理過程,腫瘤組織生長、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎血管翳形成等病理變化,血管新生均涉及其中。血管新生過程涉及細(xì)胞(內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞等)、細(xì)胞因子(生長因子、炎性因子、趨化因子等)、細(xì)胞外基質(zhì)及多種信號傳導(dǎo)通路,是各種因素、多個環(huán)節(jié)共同參與的錯綜復(fù)雜的過程。中醫(yī)藥在治療血管新生相關(guān)疾病上存在一定優(yōu)勢,現(xiàn)從血管新生相關(guān)信號傳導(dǎo)通路及中醫(yī)藥對其調(diào)控方面進(jìn)行概述。
1血管新生過程
血管新生是指在原有血管床基礎(chǔ)上的血管發(fā)芽,從現(xiàn)已存在的血管系統(tǒng)中形成新的血管是血管由少到多的過程,涉及到多種信號分子的共同參與[1]。在組織缺血缺氧、炎細(xì)胞浸潤誘導(dǎo)及細(xì)胞因子如血管新生因子等多種因素的作用下,原組織微血管內(nèi)皮細(xì)胞激活,合成釋放如金屬蛋白酶等可降解原血管基底膜,使原有血管基底膜及基地部發(fā)生降解,血管通透性增加。在多種生長因子及趨化因子的作用下血管內(nèi)皮細(xì)胞穿過原血管壁發(fā)生遷移、增殖,形成芽生血管腔,新生血管芽相互融合形成血管網(wǎng),趨化周圍細(xì)胞進(jìn)一步包裹構(gòu)建血管結(jié)構(gòu)[2]。血管新生過程是一系列調(diào)控因子共同作用的結(jié)果,如血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)結(jié)合VEGFR-2激活p38MAPK通路、RAS-MEK-ERK通路、P13K-Akt /PKA途徑促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、分化。轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)可激活TGF-β/Smad信號通路,可調(diào)節(jié)細(xì)胞核的轉(zhuǎn)錄活動,促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移,誘導(dǎo)新生血管的形成。內(nèi)皮抑素與整合素α5β1結(jié)合,可下調(diào)粘著斑激酶活性,影響MAP通路中ERK1/P38的磷酸化,抑制內(nèi)皮細(xì)胞的遷移,血小板反應(yīng)蛋白-1(TSP-1)可降低細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白bcl-2的表達(dá),提高bax的表達(dá)進(jìn)而抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖,以構(gòu)建新生的穩(wěn)態(tài)血管結(jié)構(gòu)[3-4]。
2血管新生信號通路
2.1VEGF信號通路與血管新生VEGF是由二硫鍵連接而成的二聚體糖蛋白,VEGF家族有VEGF-A、B、C、D、E、F及胎盤生長因子(PIGF)7個亞型。VEGF主要有VEGFR-1、VEGFR-2、VEGFR-3 3種酪氨酸激酶受體及NP-1、NP-2兩種非酪氨酸激酶的跨膜受體。VEGFR-1主要表達(dá)于血管內(nèi)皮細(xì)胞。VEGFR-2表達(dá)于內(nèi)皮細(xì)胞、單核細(xì)胞、干細(xì)胞。VEGFR-3僅表達(dá)于成年期淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞及胚胎靜脈內(nèi)皮細(xì)胞。NP-1、NP-2表達(dá)于神經(jīng)軸突、血管內(nèi)皮細(xì)胞及各種腫瘤細(xì)胞。VEGFR-2與VEGF的親和力雖低于VEGFR-1,但VEGFR-2活化后產(chǎn)生的酪氨酸激酶生物效應(yīng)更強(qiáng),因此VEGFR-2在VEGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中起主導(dǎo)作用[5]。VEGF與VEGFR-2結(jié)合后形成二聚體,激活并將細(xì)胞膜/細(xì)胞質(zhì)激酶級聯(lián)反應(yīng)信號傳遞到細(xì)胞核,通過抗凋亡等機(jī)制調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞的存活,促進(jìn)血管新生并維持其完整性。VEGFR-2主要是通過PLC-γ-PKC-Raf-MEK-MAPK信號通路促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖。VEGFR-2活化后磷酸化PLC-γ,增強(qiáng)水解4,5二磷酸磷脂酰肌生成DAG、IP3。DAG是PKC的生理激活劑,而IP3可增加細(xì)胞內(nèi)的鈣離子濃度,介導(dǎo)生成NO與前列腺素影響血管通透性[6]。VEGF與VEGFR-2結(jié)合后可激活鳥嘌呤三核苷酸酶,最終可通過引起內(nèi)皮細(xì)胞張力纖維中肌動蛋白的重塑,使內(nèi)皮細(xì)胞遷移。通過黏附分子整合蛋白與其配體結(jié)合或VEGF與其受體結(jié)合后可激活黏著斑激酶FAK,F(xiàn)AK激活細(xì)胞內(nèi)MAPK、JNK通絡(luò),進(jìn)一步實現(xiàn)對細(xì)胞生長、凋亡、粘附及遷移的影響。研究表明佐劑性關(guān)節(jié)炎大鼠滑膜組織VEGF表達(dá)水平與滑膜微血管計數(shù)及關(guān)節(jié)炎指數(shù)成正相關(guān)[7],說明VEGF介導(dǎo)的血管新生與關(guān)節(jié)炎的發(fā)病密切相關(guān)。
2.2Notch信號通路與血管新生Notch 信號通路是一種進(jìn)化上高度保守的信號機(jī)制,是細(xì)胞之間直接作用的主要信號通路之一。Notch信號通路由Notch受體(Notch1-4)、配體(Del11、Del14、Jagged1、Jagged2)和靶基因轉(zhuǎn)錄因子(HES1)等組成。Notch家族是作為高度保守的跨膜蛋白,可以廣泛調(diào)節(jié)細(xì)胞的發(fā)育和分化。Notch信號通路是調(diào)控體內(nèi)穩(wěn)態(tài)和細(xì)胞分化的重要信號通路,Notch信號由兩個鄰近細(xì)胞的Notch受體與配體相互作用而激活,釋放出Notch的胞內(nèi)段(NICD),NICD在細(xì)胞核內(nèi)與轉(zhuǎn)錄抑制因子RBP-JK結(jié)合、招募共活化物如組蛋白乙?;D(zhuǎn)移酶P /CBP等,可活化分化拮抗基因的轉(zhuǎn)錄,表達(dá)產(chǎn)物與相應(yīng)的分化效應(yīng)基因的啟動子特異性結(jié)合,并募集 Groucho/TLE等轉(zhuǎn)錄共抑制因子,最終影響細(xì)胞的分化、增殖和凋亡[8-9]。Notch配體和受體在內(nèi)皮細(xì)胞或周細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞表達(dá),提示Notch信號途徑在血管發(fā)育中發(fā)揮重要作用。有研究表明敲除Notch配體Del14基因小鼠,其動脈血管內(nèi)皮細(xì)胞Del14蛋白表達(dá)減少,小鼠可出現(xiàn)背主動脈血管狹窄閉鎖或破裂、動脈分支缺陷等血管畸形的發(fā)生[10],說明該信號途徑涉及血管形成。使用Del14/FC融合蛋白 、抗Del14體阻斷異種移植瘤小鼠模型的Notch-Del14信號通路后可促進(jìn)內(nèi)皮出芽從而增加血管密度,但非功能血管增多,功能血管相對減少。研究發(fā)現(xiàn)缺失配體Jagged1將會激活Notch信號,而導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞出芽減少從而抑制血管新生[11]。尖細(xì)胞和莖細(xì)胞由內(nèi)皮細(xì)胞分化而來,是具有高度遷移活性,其增殖可促進(jìn)血管芽延伸、延長形成新血管管腔網(wǎng)絡(luò),而Notch信號通路及VEGF共同調(diào)控了內(nèi)皮細(xì)胞向尖細(xì)胞和莖細(xì)胞分化的過程[12]。Notch信號激活可以限制管腔的擴(kuò)大和血管萌芽,繼而抑制血管新生;而通過阻斷Notch信號可誘發(fā)血管內(nèi)皮細(xì)胞增生,因此,可調(diào)控Notch號通路開放,抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞增生和凋亡,影響血管新生。
2.3PTEN/PI3K/AKT信號通路與血管新生磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B (PI3K/AKT)信號通路在細(xì)胞的凋亡、存活、增殖等活動中發(fā)揮重要的生物學(xué)作用[13]。PI3K 是由一個催化亞基 p110 和一個調(diào)節(jié)亞基 p85 構(gòu)成的二聚體蛋白。PI3K可將其分為 I、II、III 3 個亞型。在 PI3K 家族中,研究最廣泛的是I型PI3K。p85亞基與蛋白激酶C、RAS 等激活蛋白的相互作用,激活催化亞基 p110,從而活化 PI3K。PI3K其主要通過在磷脂酰肌醇的肌醇環(huán)三位進(jìn)行磷酸化產(chǎn)生胞內(nèi)重要的第二信使—磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸(PIP3) 而發(fā)揮作用[14]。Akt 是一種絲氨酸 / 蘇氨酸蛋白激酶,有三個家庭成員 AKT1、AKT2 和 AKT3。Ser473 和 (或)Thr308 位點的磷酸化是 Akt 激活的必要條件?;罨?Akt 通過磷酸化作用激活或抑制其下游靶蛋白的表達(dá),引起信號傳導(dǎo)通路的級聯(lián)反應(yīng),進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞周期蛋白,維持細(xì)胞存活與凋亡的動態(tài)平衡?;罨腁KT可磷酸化內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)使之激活,產(chǎn)生NO,NO可刺激血管舒張、血管重塑和血管生成[15];PI3K/AKT信號還可通過多種途徑上調(diào)缺氧誘導(dǎo)因子1α(HIF-1α)[16],HIF-1α可促進(jìn)VEGF及其他血管生成因子的表達(dá)和分泌,VEGF是一個強(qiáng)大的血管生成誘導(dǎo)劑,同時其本身又可活化PI3K/AKT信號通路,從而通過自分泌和旁分泌兩種途徑刺激血管生成;活化的AKT還可通過磷酸化IKKs,使I_κB降解,激活NF_κB,從而上調(diào)血管生成因子。PTEN是PIP3的主要負(fù)性調(diào)節(jié)蛋白,其主要功能是使PIP3去磷酸化,從而拮抗PI3K/AKT通路的活化[17]。PTEN通過PIP3調(diào)節(jié)包括AKT在內(nèi)的許多下游信號蛋白,過度表達(dá)PTEN或使用PI3K抑制劑可使VEGFmRNA表達(dá)減少。PTEN抑制內(nèi)皮細(xì)胞VEGF的主要受體VEGFR2與PI3K的結(jié)合。說明作為血管生成開關(guān)的調(diào)控軸心,PTEN/PI3K的活性狀態(tài)決定促進(jìn)/抑制血管的生成,PTEN通過抑制PI3K/AKT信號通路抑制血管形成,PTEN表達(dá)缺失和PI3K/AKT通路的過度活化必然促進(jìn)血管的新生。有研究表明佐劑性關(guān)節(jié)炎大鼠的滑膜組織及前列腺癌組織中微血管密度表達(dá)升高并與PI3K/AKT通路相關(guān)基因、蛋白的表達(dá)成正相關(guān),亦證明該通路與血管新生密切相關(guān)[18]。
2.4JAK/STAT信號通路與血管新生JAK激酶/信號傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄活化因子(JAK/STAT)信號通路是重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑之一,其廣泛參與調(diào)節(jié)疾病的病理生理過程[19]。JAK家族是一類非跨膜型的酪氨酸激酶,迄今為止共發(fā)現(xiàn)4個成員:JAK1、JAK2、JAK3和TYK2。JAK家族有7個高度保守的功能結(jié)構(gòu)區(qū)JH1-JH7,JH1,JH2起催化作用,JH3-JH7的氨基端同源區(qū)域主要是受體結(jié)合區(qū)域。STAT家族已發(fā)現(xiàn)有7個成員,分別為STAT1-4、STAT5a、STAT5b、STAT6。JAK激酶選擇性地與跨膜細(xì)胞因子受體結(jié)合,誘導(dǎo)受體發(fā)生二聚化,激活JAK激酶啟動磷酸化,隨后招募一個或者多個STAT。之后JAK催化STAT發(fā)生磷酸化,活化的STAT蛋白以二聚體的形式進(jìn)入核內(nèi),與DNA靶序列特異性結(jié)合,調(diào)節(jié)相應(yīng)基因表達(dá),完成細(xì)胞因子介導(dǎo)的信號由胞外傳至胞內(nèi)的全過程。對體外內(nèi)皮細(xì)胞實驗證實[20],抑制STAT3化能顯著降低VEGF和HIF-1α表達(dá)水平,同時miRNA-9能下調(diào)內(nèi)皮細(xì)胞中的細(xì)胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子(SOCS5),激活JAK/STAT信號通路,增加內(nèi)皮細(xì)胞遷移和增殖。有研究表明多種細(xì)胞因子(PDGF、PIGF)可通過JAK/STAT誘導(dǎo)了平滑肌細(xì)胞的增殖與遷移,與動脈粥樣硬化病病變密切相關(guān),而抑制JAK2/STAT3信號通路可誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞凋亡。
3中醫(yī)藥對血管新生信號通路的調(diào)節(jié)
許多疾病如類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、腫瘤等疾病的發(fā)病均伴隨有血管新生,特別是微血管新生更是與疾病的發(fā)展、發(fā)展密切相關(guān)。在中醫(yī)學(xué)傳統(tǒng)理論“扶正祛邪”及“活血通絡(luò)”理論指導(dǎo)下,結(jié)合辨病與辨證,中醫(yī)藥在治療以血管新生為主要病變基礎(chǔ)的疾病上取得了一定成績。
3.1中醫(yī)藥對VEGF通路的影響有研究表明中藥復(fù)方制劑新風(fēng)膠囊(藥物組成:黃芪、薏苡仁、雷公藤、蜈蚣)能有效降低AA大鼠足跖腫脹度、關(guān)節(jié)炎指數(shù)、滑膜微血管密度MVD,該藥物影響滑膜血管翳形成的主要機(jī)制與新風(fēng)膠囊能有效降低AA大鼠滑膜VEGF-A mRNA的表達(dá)有關(guān)[21]。臨床研究證明消痰散結(jié)方[22](藥物組成:制南星、制半夏、枳實、陳皮、茯苓、全蝎、蜈蚣、土鱉蟲、炙甘草)對胃癌患者胃癌組織、胃癌癌旁近端、胃癌癌旁遠(yuǎn)端組織微血管密度MVD和VEGF-A/VEGF-2 有不同程度的下調(diào)作用,消痰散結(jié)方治療胃癌的部分作用機(jī)制可能與其抑制VEGF-A/VEGF-2信號通路,降低微血管密度有關(guān)。
3.2中醫(yī)藥對Notch通路的影響研究表明蝎毒多肽提取物[23]可能通過抑制腫瘤微環(huán)境中Notch1和Del14的表達(dá),從而發(fā)揮抑制腫瘤新生微血管功效。中藥化痰消瘀方[24](藥物組成:陳皮、半夏、半枝蓮、貓爪草﹑雞內(nèi)金、紫丹參、薏苡仁、蒲黃粉、蒲公英)可顯著改善胃癌前病變模型大鼠胃黏膜組織病理學(xué)狀況,逆轉(zhuǎn)癌前病變,其機(jī)制可能是通過下調(diào)Notch1表達(dá),從而促使細(xì)胞增殖與凋亡的狀態(tài)平衡有關(guān)。
3.3中醫(yī)藥對TEN/PI3K/AKT通路的影響有研究表明在肺腺癌移植瘤裸鼠模型中,瘤裸鼠脾、胃、肺組織中PI3K,AKT蛋白和基因表達(dá)增加,順鉑聯(lián)合補(bǔ)中益氣湯[25](藥物組成:黃芪、甘草、人參、當(dāng)歸、橘皮、升麻、柴胡、白術(shù))可降低肺腺癌移植瘤裸鼠脾、胃、肺中PI3K、AKT蛋白及基因的表達(dá),從而保護(hù)脾、胃、肺的功能,PI3K/AKT信號通路上可能有補(bǔ)中益氣湯作用的靶點。
3.4中醫(yī)藥對JAK/STAT信號通路的影響研究表明[26]益氣活血解毒方(藥物組成:銀花藤、黃芪、薏苡仁、南星、乳香、沒藥、川芎、歸尾、赤芍、姜黃、生地黃、防風(fēng))能明顯抑制膠原誘導(dǎo)性關(guān)節(jié)炎大鼠關(guān)節(jié)滑膜組織增生,緩解炎性滲出,并顯著降低CIA大鼠血清中白細(xì)胞介素、基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)2、MMP13,升高基質(zhì)金屬蛋白酶的組織抑制劑(TIMP)1、TIMP3的含量,益氣活血解毒方能夠抑制IL-6介導(dǎo)的Jak/Stat細(xì)胞信號通路活性,調(diào)節(jié)MMP/TIMP的失衡狀態(tài),抑制關(guān)節(jié)軟骨及骨質(zhì)的炎性損傷。
血管新生過程中涉及細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)如炎性細(xì)胞因子、生長細(xì)胞因子等互相交織,信號傳導(dǎo)通路通過激酶相互聯(lián)系和作用,不同信號通路之間信息交互作用存在的可能的“cross-talk”等因素決定了血管新生的繁瑣復(fù)雜。這些因素決定了對疾病血管新生病變開展研究不能流于單一方法、角度、單種細(xì)胞的研究,應(yīng)開展體內(nèi)與體外實驗相結(jié)合的實驗研究,實驗應(yīng)采用先進(jìn)的、不同層次檢測方法,同時高度注重局部病變與整體的聯(lián)系。
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基金項目:國家臨床重點??浦嗅t(yī)風(fēng)濕病科建設(shè)項目(財社[2013]239號);國家中醫(yī)藥重點學(xué)科中醫(yī)痹病學(xué)建設(shè)項目(國中醫(yī)藥發(fā)[2009]30號);“十二五”國家科技支撐計劃項目(2012BAI26B02);安徽省重點實驗室建設(shè)項目(1306c083035); 安徽省科技計劃項目(11010402170)
作者簡介:劉磊,博士在讀,Email:dr_tcm_liu@126.com 通信作者:劉健,主任醫(yī)師,教授,博士生導(dǎo)師,Email:liujianahzy@126.com.cn
中圖分類號:R285;R331.3
文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
DOI:10.3969/J.issn.1672-6790.2016.03.031
Corresponding author:Liu Jian,Email:liujianahzy@126.com.cn
(收稿日期:2016-02-17)
Effects of traditional Chinese medicine on angiogenesis related signaling pathway
LiuLei*,LiuJian,WanLei,ZongRuikai,CaoYunxiang
(*HubeiUniversityofChineseMedicine,Wuhan430065,China)
[Abstract]Angiogenesis is a common and important process of physiological and pathological.The process involves a lot of cells,cytokines and related signaling pathways.The development of many diseases are closely related to angiogenesis.Cytokines can affect angiogenesis by signaling pathways to mediate migration,proliferation,apoptosis of angiogenesis-related cell.In recent years,new research about mechanism of angiogenesis shows that VEGF pathway,Notch pathway,PTEN/PI3K/AKTpathway,JAK/STAT pathway involved in regulating angiogenesis.Chinese medicine can be regulating angiogenesis by adjusting signal transduction pathways,and had made certain achievements in the treatment of angiogenesis-based diseases.
[Key words]Angiogenesis modulating agents;Neovascularization,physiologic;Signal transduction;Drugs,Chinese herbal