血管生成素探究

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1Ang1和Ang2的结构与生物学功能

1.1Ang1和Ang2的结构Ang1基因在1996年由Davis等[3]首次克隆出来。人Ang1基因定位于第8号染色体长臂上（8q22.3～q23），其基因开放的阅读框为1497bp，编码498个氨基酸。Ang1是一种糖蛋白，相对分子质量约75000。Ang2基因由Maisonpierre等[4]在1997年从人和小鼠的cDNA文库内首先克隆出来。人Ang2基因定位于第8号染色体短臂上（8q23.1），其基因开放的阅读框为1491bp，编码496个氨基酸。Ang1，Ang2的蛋白结构基本相同，均有信号肽、N端卷曲螺旋结构域（coiledcoildomain，CC）和C端类纤维蛋白原结构域（fibrinogenlikedomain，FL）。其主要的结构特点有：（1）Ang1、Ang2的N端信号肽分别由10和20个疏水氨基酸组成，与血管生成素分泌到细胞外有关。（2）卷曲螺旋结构域分别由180和200个左右氨基酸构成，该断氨基酸序列折叠弯曲，形成卷曲螺旋四级结构，这一结构可能与血管生成素和其他蛋白形成多聚体有关。（3）类纤维蛋白原结构域具有高度保守性，与血管生成素的生物学功能密切相关。改变该区域的氨基酸序列，血管生成素的功能也发生相应的改变；敲除血管生成素其他区域的氨基酸序列，保留该结构则其功能没有明显改变[34]。CC和FL结构域之间的连接肽是Ang1与细胞外基质（extracellularmatrix,ECM）连接的结构域[5]。Ang2和Ang1的主要区别在于CC与FL的交界处前者比后者少1个半胱氨酸，导致了其生物学功能的截然不同。

1.2Ang1和Ang2的生物学功能Ang1和Ang2是Tie2（tyrosinekinasewithimmunoglobulinandepidermalgrowthfactorhomologydomain2）的天然配体。Ang1主要由血管旁支持细胞包括周细胞（pericyte）、血管平滑肌细胞和肿瘤细胞等合成，通过旁分泌作用，与附近内皮细胞膜上的Tie2受体特异性结合，引起其受体磷酸化和随后的信号传递。迄今对调控其表达的因素知之甚少。Ang1的主要生物学功能有：(1)抑制内皮细胞凋亡、促进内皮细胞生存，减少血管的萎缩和退化。与血管内皮生长因子（VEGF）不同，Ang1不是细胞有丝分裂原，不能促进血管内皮细胞增殖和内皮细胞相互聚合形成血管，而是通过激活丝氨酸苏氨酸蛋白酶AKT，稳定细胞活力，抑制凋亡。(2)促进内皮细胞出芽，迁移，趋化。(3)稳定血管，防止渗漏[3,6]。Ang2主要由血管内皮细胞合成，通过自分泌作用，与自身细胞膜上的Tie2受体特异性结合，但不引起受体磷酸化和随后的信号传递。因此Ang2的主要功能是竞争性抑制Ang1形成不稳定的血管。缺氧、VEGF、碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）等因素可促进Ang2表达增高[7]。

2Ang1和Ang2与肿瘤的血管生成

Ang在肿瘤血管生成中发挥了重要作用，在很多多血管性的实体肿瘤中得到了证实，如在人胃癌、肝癌、乳腺癌和胶质细胞瘤等均可见到有Ang1和Ang2及其受体Tie2表达增加，特别是在肿瘤边缘的血管新生区。由此可见，Ang1、Ang2参与肿瘤的血管生成，但目前其具体的机制尚不完全清楚。Ang2与肿瘤血管生成关系密切，可促进肿瘤细胞及肿瘤血管的生长；但Ang1和肿瘤血管生成的关系尚有争议。

2.1Ang1与肿瘤血管生成

2.1.1Ang1在肿瘤中的表达及其对肿瘤生长的作用有研究表明，Ang1可促进肿瘤血管生长。Torimura等[8]用双重免疫荧光染色和RealtimePCR检测Ang1及其受体Tie2在不同肝癌细胞系和59例肝癌组织中的表达情况，发现Ang1在体外培养的肝癌细胞和肝癌组织中均较对照组表达升高，但与肿瘤的分化程度无相关性；其受体Tie2表达于内皮细胞、肝星状细胞和平滑肌细胞，说明Ang1在肝癌的血管生成中起了重要作用。Wang等[910]用免疫组化、RTPCR和WesternBlot检测53例胃癌组织和23例正常胃粘膜中Ang1的表达，结果显示有66％的胃癌组织中Ang1明显升高且与胃癌细胞株的分化程度有相关性。他们构建正、反义Ang1载体并将其转染至胃癌细胞SGC7901，裸鼠成瘤试验发现转染正义Ang1组肿瘤生长及血管生长较对照组明显增加，而反义转染组肿瘤生长缓慢，血管生长减少。Stratmann等[11]将内皮细胞与胶质瘤细胞共同培养于基质胶（matrigel）中，可检测到Ang1的表达，并观察到内皮细胞迁移，形成相互吻合的血管网，血管成条索状；反之，当去除胶质瘤细胞时，未能检测到Ang1的表达，而内皮细胞堆积成团，血管延伸异常。推测肿瘤细胞可分泌Ang1，使内皮细胞迁移、趋化，从而促进肿瘤血管生成。Zadeh等[12]将Ang1转染至恶性胶质细胞瘤，建立皮下和颅内动物模型，并用四环素控制Ang1的表达水平，发现Ang1可促进胶质瘤形成“丝球体”（glomeruloidbodies:microvascularproliferationandformationofvascularentities）,且有明显的剂量依赖性；而当阻断Ang1/Tie2作用后，“丝球体”形成也被阻断，由此推测Ang1是胶质细胞瘤病理性血管形成的关键调节分子。上述体、内外试验及临床研究均提示Ang1可促进肿瘤的血管生成。而与前述结论相反，也有少数人的研究结果认为Ang1抑制肿瘤血管生成。Tian等[13]用RTPCR检测乳腺癌细胞MCF7及组织中Ang1的表达时发现，Ang1在体外培养的癌细胞中大量表达，但在组织中的表达率仅为体外培养癌细胞的1/7。在乳腺癌的异种种植瘤动物模型中，Ang1过表达时，肿瘤边缘血管被大量的间充质细胞、周细胞所包绕，血管的扩张及出芽受限，癌细胞增殖减少，凋亡增加，肿瘤生长迟滞。Stoeltzing等[14]用重组Ang1转染人肝癌、结肠癌细胞并种植到裸鼠身上，发现转染Ang1的HT29种植瘤比转染空载体组的体积小，血管密度低，肿瘤细胞增殖程度低，血管周细胞包绕程度高，血管渗透性低。推测Ang1可通过抵抗血管渗漏，抑制血管新生，维持血管稳定，有阻止肿瘤转移的潜能。

2.1.2Ang1在肿瘤血管生成中的可能作用机制尽管目前就Ang1在肿瘤生成中的作用尚未形成一致观点，但其参与肿瘤血管生成已是一个不争的事实。认为Ang1可促进肿瘤血管生成主要有如下几方面的可能机制。（1）抑制内皮细胞凋亡。Ang1抗内皮细胞凋亡作用是一系列复杂的生化反应通路。其中由磷脂酰肌醇3激酶（phosphatidylinositol3kinase,PI3K）的信号传导在抗凋亡中起到重要作用。Ang1与Tie2受体结合后，能够引起与受体相连的PI3K的亚基P85磷酸化从而激活PI3K。随后活化的PI3K作用磷酸肌醇脂，提高细胞内1、4、5三磷酸肌醇和3、4、5三磷酸肌醇的含量，两者正性调节丝氨酸/苏氨酸激酶。苏氨酸结合磷脂酰肌醇后被磷酸化，磷酸化位点在激活环Thr308和羧基端Ser473，其中Ser473位点是依赖PI3K磷酸化的。Ang1作用后survivin表达升高，可通过抑制caspase7、caspase9磷酸化或Bad等途径抗凋亡[15]。（2）介导血管内皮细胞与血管旁细胞间的相互作用。Ang1是一种分泌性的蛋白分子，当肿瘤细胞受到各种因素作用后可分泌Ang1，Ang1可促进胞浆素及金属基质蛋白酶2（matrixmetalloproteinases,MMP2）的分泌，促进基底膜的降解，从而使内皮细胞迁移并促进与血管旁细胞间的相互作用[15]。（3）抑制肿瘤细胞凋亡。有实验发现转染Ang1基因的肿瘤细胞凋亡指数降低，但目前具体机制不清楚。而认为Ang1抑制肿瘤血管生成的主要机制是过高的Ang1使血管周细胞包绕程度高，减少了血管渗漏，形成稳定的血管，从而抑制了肿瘤的生长。由此可见，在肿瘤发展过程中，Ang1形成的稳定血管可以促进肿瘤血管生成，也可以抑制肿瘤生长，可能受到其他一些因子的调节[16]。

2.2Ang2与肿瘤血管生成

2.2.1Ang2在肿瘤中的表达及其对肿瘤生长的作用Ang2参与多种肿瘤的血管生成，且与肿瘤血管形成的数目、肿瘤的临床分期及预后关系密切。Ahmad等[17]应用Ang2cDNA转染人结肠癌细胞HT29建立小鼠荷瘤模型，发现Ang2转染组的肿瘤体积明显变大，肿瘤组织内血管密度明显增高，肿瘤细胞的增殖指数高；而Ang1转染组肿瘤的生长、血管密度均较对照组低，推测Ang2可能通过拮抗Ang1促进血管新生，从而加速肿瘤的生长。Etoh等[18]对胃癌病例的研究也发现，组织中Ang2高表达同时伴有血管密度增高、成熟度下降，患者临床TNM分期晚,术后生存率低。用Ang2转染的胃癌细胞接种裸鼠，结果发现肿瘤转移率增高，且转染的胃癌细胞在体外VEGF存在的条件下，能促进人脐静脉内皮细胞分泌更多的金属基质蛋白酶（matrixmetalloproteinases,MMP）和尿激酶等蛋白水解酶，这可能与Ang2促进肿瘤生长、转移有关。

2.2.2Ang2在肿瘤血管生成中的可能作用机制Ang2在早期可促进血管退化。在肿瘤形成早期，肿瘤细胞与宿主共择（cooption）并形成一个血供较好的血管区，但这些血管并不随肿瘤的生长而生长，却发生了退化，同时伴有Ang2表达增多。其可能的原因是肿瘤组织和健康组织为同一血供，由于肿瘤组织生长快、代谢高，较正常组织有优势，此时机体就自分泌Ang2进行“自杀性防御”，破坏被肿瘤组织占据的血管，阻止肿瘤的进一步生长。这期间VEGF的表达不增高，肿瘤组织表现为血管退化、肿瘤细胞凋亡。随后，边缘残存的肿瘤在缺氧的刺激下，产生大量的VEGF[19]。Ang2参与血管形成的启动阶段和激发阶段。Ang2开始通过拮抗Ang1破坏肿瘤血管，消除血管基底膜和血管旁细胞对血管形成的限制，并激活了内皮细胞；然后，在残余肿瘤细胞受到缺氧等刺激大量分泌VEGF的情况下，活化的内皮细胞对VEGF的作用极为敏感，迅速发生增殖、侵袭、迁徙，新生血管芽生。但由于Ang2的持续高表达拮抗了Ang1稳定血管的作用，所以新生的肿瘤血管管壁不完整，渗透性高。在肿瘤的生长过程中，发生了原宿主成熟血管的退化和肿瘤新生血管形成的双向效应，同时伴有Ang2的持续性增高和VEGF迟发性增高。另外，Ang2可通过细胞整合素激活FAK(focaladhesionkinase)、p130Cas和JNK(cjunNH2terminalkinase)，促进MMP2的表达与分泌，引起内皮细胞的迁移，促进肿瘤新生血管的形成，引起肿瘤的生长与转移[20]。

3有待进一步解决的问题

Ang1和Ang2均参与肿瘤的血管生成。Ang1在肿瘤血管生成的作用尚未达成一致的意见，Ang1是促进还是抑制肿瘤的血管生成？Ang1受哪些因素或细胞因子的调节？是否在肿瘤形成的不同阶段Ang1发挥了不同的作用？有哪些调控机制？Ang2主要是由血管内皮细胞产生，部分肿瘤细胞也能分泌Ang2，那么，这些表达Ang2的内皮细胞和肿瘤细胞是否存在某种自分泌调节机制？Ang2对淋巴管的作用机制是什么？这些问题都有待于进一步研究。相信随着对Ang信号转导、基因表达调控等方面进一步深入的研究，有望为肿瘤的临床治疗提供一种新途径。

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