Ang/Tie-2信号传导系统与视网膜微血管形成

【摘要】  促血管生成素（angiopoietins, Ang）及其受体Tie-2构成的Ang/Tie-2信号传导系统对于血管生成（angiogenesis）过程中血管成熟与稳定、调控血管完整性具有重要意义。该家族不同因子对于血管生成作用不同，而且同一因子对于血管生成的作用也随条件的不同而改变。对于生理和病理状态下的视网膜微血管形成，Ang/Tie-2信号传导系统起到调节血管结构的持久稳定性，调节渗漏的作用，这对于糖尿病视网膜病变（diabetic retinopathy, DR）的治疗提供了一个重要的思路。

【关键词】  促血管生成素 Tie-2 糖尿病视网膜病变

      0引言

     DR是糖尿病（Diabetes mellitus, DM）为常见和严重的微血管并发症之一。DR发生、发展的确切机制目前尚不十分清楚,但在DR的发展过程中，视网膜毛细血管内皮细胞（endo-thelial cell, EC）和周细胞（pericyte）的凋亡加速，新生血管形成及其渗漏对于DR的发展起到了重要作用。

     Ang是继血管内皮生长因子（VEGF）之后发现的又一类内皮细胞特异性的促血管新生因子（endothelium-specific proangiogenic factor），这类细胞因子与受体Tie-2结合后构成Ang/Tie-2信号传导系统,该系统血管生成的过程中发挥重要的调节作用[1]，参与调节血管成熟，维持内皮细胞完整性，是决定血管退行萎缩或者渗漏增殖的重要因素。在DR的发生、发展的过程中起到重要的作用。

    1 Ang/Tie-2信号传导系统组成

    1.1配体Ang家族成员  Ang家族有4个成员:Ang-1，Ang-2，Ang-3及Ang-4。其中Ang-1，Ang-2和血管生成关系密切。

    1.1.1 Ang-1分子结构、表达  1996年, Davis等[2]利用分子克隆技术从COS细胞中发现了Ang-1，这是一种由498个氨基酸所组成、分子量为70 ku的糖蛋白。以后的研究证实，Ang-1基因位于染色体8q22-q23，cDNA编码的Ang-1有3个结构域：N端100个氨基酸为结构域，为绞股螺旋链状（coiled-coil），此区介导单体间的同源多聚体连接；第101～280氨基酸为第2结构域，具有分泌型信号肽的典型特征；第281～496氨基酸是第3结构域，为胶原纤维样区（FL），此区介导Ang-1与Tie2受体间的结合、生物信号传递及效应。Ang-1主要在血管旁细胞包括周细胞和血管平滑肌细胞，以及肿瘤细胞中表达；在成年人体，Ang-1呈全身低水平表达，缺氧、上皮生长因子及转化生长因子-β等可以调节Ang-1的表达。

    1.1.2 Ang-2分子结构、表达  1997年，也就是Davis等发现Ang-1后的第2a，Maisonpierre等[3]又成功的运用分子克隆技术发现了Ang-2。其编码基因在人类位于第8号染色体8p21，编码生成的Ang-2是一种全长496氨基酸的蛋白质，主要以同源二聚体形式存在,与Ang-1的氨基酸组成具有60％以上的同源性。同Ang-1类似, Ang-2也分3个结构域，主要区别在于卷曲结构域与纤维蛋白原样结构域的交界处比Ang-1少一个半胱氨酸，正由于这一差异，Ang-2成了Ang-1的天然竞争性抑制剂。Ang-2主要在血管内皮细胞表达，正常成年人仅表达于卵巢、子宫和胎盘等组织中，缺氧、血管内皮生长因子、上皮生长因子、转化生长因子-β等可调节Ang-2表达[1]。

    1.1.3 Ang-3与Ang-4的分子结构及表达  目前关于Ang-3和Ang-4的研究报道并不多。1999年，Valenzuela等[4]分别从小鼠和人的胎盘中分离出的2种分泌蛋白——Ang-3和Ang-4，Ang-3、4的基因定位于20p13，两种蛋白好像是同一个基因座的不同译本；Ang-3与Ang-4彼此在结构上的差异远大于Ang-1和Ang-2之间在结构上的差异，而且Ang-3与Ang-4的空间表达也存在较大种属间差异，Ang-3在鼠体内有广泛的表达，而Ang-4仅在人体肺组织中有较高的表达，后来的研究发现,在人胶质瘤中也可见Ang-4表达[5]。进一步的研究表明，Ang-3约含503个氨基酸，与Ang-1、Ang-2分别有45.1%和44.7% 的同源性。Ang-4与Ang-l结构类似，对受体起激活作用，而Ang-3与Ang-2结构类似，起拮抗作用。

    1.2 Ang受体——Tie2  Tie2是一种酪氨酸激酶样受体。Zieler等[6]于1992年从人胎盘中成功克隆出人的一种新的蛋白酪氨酸激酶受体基因TEK/Tie2,几乎与此同时，Runting 和Wilks等[7]一同从老鼠肺cDNA文库中克隆出老鼠的一种蛋白酪氨酸激酶受体基因Tie-2,定位于染色体9p21。目前的研究证实，Tie-2受体是一种含有1 122个氨基酸的跨膜型酪氨酸激酶受体,由胞外区，跨膜区和胞内区构成，其胞外区由2个免疫球蛋白样片段、3个富含半胱氨酸区和3个纤溶酶重复序列组成，胞内区结构具有酪氨酸激酶活性。目前仅在EC和早期造血干细胞（early hemopoietic stem cell）表面发现Tie-2的表达[8,9]。

    2 Ang/Tie-2信号传导系统在视网膜血管形成中的作用

     就目前所知, Tie-2 是Ang-1 的受体, Ang-1作用的特异性很高。Ang-1结合Tie-2 后便促使其磷酸化,然后通过一系列信号转导途径完成复杂生理功能。Ang-1与Tie-2 受体结合后,能够引起与受体相连的磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidy-linostitol、3-kinase, PI3-kinase）的亚基P85磷酸化而激活PI3-kinase[9,10] 。随后活化的PI3-激酶作用于磷酸肌醇脂, 提高胞内1、4、5-三磷酸肌醇和3、4、5-三磷酸肌醇的含量, 二者正性调节丝氨酸/苏氨酸激酶。苏氨酸激酶(Akt)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[11]。磷酸化后引起一系列生理变化。

    2.1 Ang/Tie-2信号传导系统对视网膜血管形成的生理作用  许多研究结果都表明，Ang/Tie-2系统很可能在视网膜新生血管发生及形成中发挥重要作用。Hackett 等[12]报道无论是在胚胎视网膜发育阶段或是成人视网膜病理性新生血管形成阶段, 视网膜表面和内核层Ang-2表达都增高, 提示Ang-2 能辅助VEGF促进视网膜新生血管形成。Hackett等[13]的另一项实验结果提示,在视网膜的血管发生过程中，由于Ang-2缺陷小鼠视网膜表层血管床发育延迟，发育不完整，在血管形成起作用的中间和深层血管床完全缺如，Ang-2缺陷小鼠还出现玻璃样血管退行障碍，产生与一种常见先天异常—婴儿持续性胎儿血管（persistent fetal vasculature, PFV）较为类似的表型。另外，Umeda等[14]的研究也显示：早产儿视网膜疾病的视网膜纤维血管膜中有Ang-2，Tie-2表达增高；而且，早产模型鼠视网膜病变组织中Ang-2，Tie-2的mRNA表达升高[15]。转基因Ang-2缺陷鼠，不可诱导视网膜新生血管形成[13]；也提示Ang-2可能与视网膜新生血管形成有关。

     在体外的细胞培养中发现，Ang-1和Ang-2都可以单独使牛视网膜血管内皮细胞(BRECs)形成管状结构，且Ang-1，Ang-2均可加强VEGF促BRECs形成管状结构的作用[16]。Joussen等[15]通过体外、内实验都证明，用s-Tie-2-Fc阻断Ang/Tie2受体途径可以抑制低氧所致的视网膜新生血管形成。

     这些结果都提示，Ang/Tie信号传导系统的各个成员对视网膜微血管形成起到重要的促进作用。

    2.2 Ang/Tie-2信号传导系统成员在DR中的表达及其对DR的保护作用

    2.2.1 Ang/Tie信号传导系统在DM患者体内的表达变化在DR患者体内Ang/Tie信号传导系统的成员增加。糖尿病眼部重要的并发症是视网膜血管渗漏（血管渗漏是新生血管的标志）和毛细血管无灌注。DR后期一个重要的改变就是视网膜缺血、缺氧、诱导VEGF上调，刺激视网膜新生血管形成，这是缺血诱导血管渗漏的主要原因。

    Takagi等[16]研究显示：人视网膜血管增殖标本中， Ang-2，Tie-2表达均有升高；且在缺血性视网膜疾病所致的视网膜血管增殖膜中Ang-2，Tie-2表达明显高于非缺血性视网膜疾病。支持这一观点的另外一些实验是Chiarelli等[17]于2002年所做测定，他们测定了223个糖尿病（DM）患者的血清Ang（sAng）水平,发现DM儿童Ang血清浓度升高，微血管并发症与血浆Ang水平显著相关，长期严格控制血糖能使Ang浓度下降。Malamitsi- Puchner等[18]发现在胰岛素依赖性糖尿病（IDDM）中，sAng水平显著升高，女性的sAng水平高于男性。与此同时，Ozaki等[19]收集了30例PDR病例和21例增生性玻璃体视网膜病（proliferative vitreoretinopathy, PVR）患者的玻璃体液，经过检测发现Ang水平均有所升高。

    2.2.2 Ang-1对DR的保护作用  在人类和啮齿类动物DR早期就有部分白细胞通过细胞间黏附分子-1（ICAM-1）黏附于视网膜血管并且引致毛细血管阻塞，导致内皮细胞损伤和死亡以及血—视网膜屏障破坏[20,21]。Joussen等[15]发现Ang-1可以阻止和逆转糖尿病视网膜血管病变，在给予糖尿病大鼠模型球内注射不同剂量Ang-1后结果发现：Ang-1可以抑制血—视网膜屏障破坏，并呈剂量依赖性；Ang-1可以保护血管内皮细胞免受白细胞介导的内皮细胞损伤作用；Ang-1可以降低VEGF和ICAM的mRNA和蛋白水平，从而降低Akt激酶活性，降低视网膜内皮型一氧化氮合酶（eNOS）和一氧化氮（NO）水平；Ang-1也可以通过降低视网膜细胞外信号调节激酶（Erk激酶）活性，减少白细胞黏附血管内皮细胞，并抑制该激酶促内皮细胞死亡的作用。

    3 Ang在DR治疗中的展望

     DR早期病理改变为视网膜微血管通透性升高，DR发展到后期，将由NPDR期发展为以视网膜新生血管和纤维化为特征的PDR期，在PDR期视网膜新生血管引起的渗漏对患者的视力影响极大，如果能够有效的抑制视网膜新生血管引起的渗漏必将抑制DR的进一步发展。目前的研究表明，Ang-1具有调节内皮之间、内皮—基质之间相互作用, 促进血管成熟并维持血管结构，在VEGF等生长因子的存在下, 由于其抗凋亡、促内皮迁移的作用, 增强了VEGF的促内皮芽性生长及血管网络形成作用，而Ang-2做为Ang-1的拮抗剂能拮抗Ang-1的这些生物效应。如何在DR的状况下调整Ang/Tie-2信号传导系统各成员的表达及作用，使其在DR早期血管重建，血管稳定，防渗漏中大程度的发挥有益作用，是一个极有研究价值值得深入研究的问题。

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作者：左中夫，刘学政