Рудько А.С.

ФГБНУ «НИИ глазных болезней», ул. Россолимо, 11, А, Б, Москва, Россия, 119021

Эфендиева М.Х.

ФГБНУ «НИИ глазных болезней», ул. Россолимо, 11, А, Б, Москва, Россия, 119021

Будзинская М.В.

ФГБУ "Научно-исследовательский институт глазных болезней" РАМН, Москва

Карпилова М.А.

ФГБУ "Научно-исследовательский институт глазных болезней" РАМН, Москва

Влияние фактора роста эндотелия сосудов на ангиогенез и нейрогенез

Журнал: Вестник офтальмологии. 2017;133(3): 75-81

Просмотров : 19

Загрузок :

Как цитировать

Рудько А. С., Эфендиева М. Х., Будзинская М. В., Карпилова М. А. Влияние фактора роста эндотелия сосудов на ангиогенез и нейрогенез. Вестник офтальмологии. 2017;133(3):75-81. https://doi.org/10.17116/oftalma2017133375-80

Авторы:

Рудько А.С.

ФГБНУ «НИИ глазных болезней», ул. Россолимо, 11, А, Б, Москва, Россия, 119021

Все авторы (4)

В организме человека присутствуют определенные полипептиды, объединенные в группу факторов роста. Они имеют широкий спектр биологического действия и, как и гормоны, влияют на различные процессы: митогенез, дифференцировку и др. Но вместе с тем в отличие от гормонов факторы роста, как правило, продуцируются неспециализированными клетками, находящимися в различных тканях, и оказывают эндокринное, паракринное и аутокринное действие [1].

Известно, что васкулоэндотелиальные факторы роста (vascular endothelial growth factor — VEGF) играют ключевую роль в течении эмбриогенеза и жизнедеятельности организма. Принимают участие в дифференцировке ангиобластов и влияют на ангиогенез и васкулогенез как патологический, так и нормальный [2, 3]. Следует отметить, что цитокины группы VEGF путем сложных биохимических реакций участвуют в защите нейронов от апоптоза, проявляя нейропротекторные свойства [4].

Группа VEGF образована: VEGF-A, VEGF-B, VEGF-C, VEGF-D и плацентарным фактором роста (Placental growth factor — PlGF) [5]. Наряду с вышеперечисленными были открыты: белок VEGF, кодируемый вирусами VEGF-E, и белок VEGF-F, содержащийся в яде некоторых змей.

VEGF-A является наиболее изученным пептидом из семейства VEGF. Изначально его описывали как фактор, улучшающий проницаемость эндотелиальных клеток (ЭК). В дальнейшем оказалось, что, помимо влияния на проницаемость сосудов, VEGF-A оказывает существенный ангиогенный эффект и вовлекается в процессы нормального и патологического роста сосудов.

В результате альтернативного сплайсинга человеческой мРНК VEGF-A образуются шесть изоформ (индексы обозначают число аминокислот в конкретном белке): VEGF121, VEGF145, VEGF165, VEGF183, VEGF189, VEGF 206 [6, 7].

Различные биологические функции изоформ VEGF продемонстрированы в исследованиях на мышах с «выключением» изоформспецифичных генов VEGF. P. Carmeliet и соавт. [8] обнаружили, что мыши, экспрессирующие только VEGF120 (гомолог человеческого VEGF121), умирали вскоре после рождения, а те, которые выживали, страдали от ишемической кардиомиопатии и полиорганной недостаточности. I. Stalmans и соавт. [9] отметили, что у мышей, экспрессирующих исключительно VEGF188 (человеческий VEGF189), происходит нарушение развития артериол и примерно половина умирает при рождении. Однако мыши с экспрессией лишь VEGF164 (человеческий VEGF165) жизнеспособны и здоровы [9]. Эти наблюдения подчеркивают важность VEGF164 (человеческий VEGF165) как главного звена в деятельности VEGF.

VEGF-B имеет две изоформы, образованные посредством сплайсинга VEGF-B167 и VEGF-B186. Они связываются с VEGFR-1 (vascular endothelial growth factor receptor-1) и нейропилином-1 (NRP-1) [6, 7].

VEGF-B вырабатывается в различных тканях, но преимущественно в сердце и поперечнополосатых мышцах. VEGF-B может напрямую стимулировать рост и миграцию ЭК in vitro и in vivo [2, 6], но определенная роль VEGF-B не известна.

В ходе генетического исследования (экспериментально вызванного инфаркта миокарда) было выявлено: мыши с дефицитом VEGF-B имеют небольшие размеры сердца и увеличенное время восстановления. Предположительно, это говорит о связи VEGF-B с регенерацией коллатералей коронарных артерий [10]. A. Mould и соавт. [11] приводят данные о том, что у мышей с выключенным геном VEGF-B наблюдается снижение ангиогенного ответа при коллагениндуцированном артрите, что указывает на роль VEGF-B в воспалительном ангиогенезе.

VEGF-C также принадлежит к семейству VEGF и обладает ангиогенными и лимфогенными свойствами. Экспрессия VEGF-C совместно с рецепторами способствует выживаемости и пролиферации опухолевых клеток [12].

VEGF-D, известный как c-fos-индуцированный фактор (FIGF), локализуется в опухолевых клетках. В тканях взрослых людей VEGF-D экспрессируется в сердце, легких, скелетной мускулатуре и тонкой кишке [12].

Вирусный VEGF-гомолог VEGF-E обладает ангиогенной активностью [7]. Последовательности VEGF‐E кодируются парапоксивирусом (parapoxvirus Orf virus (OV)). Полагают, что VEGF‐E и VEGF‐A обладают похожей биоактивностью, например, оба фактора стимулируют высвобождение тканевого фактора, пролиферацию, хемотаксис, выращивание ЭК сосудов in vitro и ангиогенез in vivo [13].

PlGF обеспечивает пролиферацию периферического трофобласта [12]. Вырабатывается преимущественно в плаценте, сердце и легких. Взаимодействует с VEGFR-1 и NRP-1 [7]. Связывание PlGF с VEGFR-1 ведет к формированию комплекса между VEGFR-1 и высвобождению VEGF-A для активации VEGFR-2, стимулируя ангиогенез [6, 12]. PlGF вызывает повышение экспрессии VEGF-A, фактора роста фибробластов-2 (FGF-2), фактора роста тромбоцитов-В (PDGF-B), матричных металлопротеиназ (MMPs) и других ангиогенных факторов. Более того, PlGF увеличивает продолжительность жизни, рост и миграцию ЭК и способствует образованию новых сосудов [6, 12].

Таким образом, группа VEGF, включающая VEGF-A, VEGF-B, VEGF-C, VEGF-D, VEGF-E, VEGF-F и PGF, участвуя в сложном цитокиновом каскаде, контролирует большое количество физиологических и патофизиологических реакций организма.

Семейство VEGF стимулирует клеточный ответ, связываясь с тремя тирозинкиназными рецепторами (VEGFR-1, VEGFR-2, VEGFR-3) и двумя ко-рецепторами (NRP-1, NRP-2) [2]. Стимулы, поступающие на рецепторы VEGFR-1 и VEGFR-2, подвергаются различным преобразованиям [14, 15].

Активация VEGFR-1 приводит к изменению сосудистой проницаемости, миграции моноцитов, гемопоэзу и развитию ЭК. S. Hiratsuka и соавт. [16] в ходе эксперимента на мышах обнаружили, что выключение VEGFR-1 смертельно для мышей вследствие избыточного роста ЭК и дезорганизации эмбриональных сосудов.

Предполагается, что основная функция VEGFR-1 состоит не только в передаче митотического сигнала, но и в отрицательной регуляции VEGF-A на клетки эндотелия сосудов. В пользу этой гипотезы свидетельствует структурная особенность, а именно — существование растворимой формы рецептора (sVEGFR-1), образующейся в результате альтернативного сплайсинга [17]. Растворимая форма не является трансмембранным белком. В ней отсутствует тирозинкиназный домен, и она не способна передавать сигнал, что в свою очередь приводит к угнетению ангиогенеза сетчатки in vivo [18].

B. Ambati и соавт. [19] высказали суждение, что причиной отсутствия сосудов в роговице является экспрессия растворимой формы VEGFR-1 и торможение захвата эндогенного VEGF-A.

R. Foxton и соавт. [20] в своих исследованиях доказали, что VEGFR-1 и VEGFR-2 содержатся в ганглионарных клетках сетчатки.

VEGFR-2 и VEGFR-3 локализованы на сосудистых и лимфатических Э.К. Они участвуют в васкулогенезе, но в процессах ангиогенеза в основном задействован VEGFR-2.

Считается общепризнанным, что VEGFR-2 — основной рецептор биологического действия VEGF-A. Немаловажен тот факт, что с VEGFR-2 также взаимодействуют факторы роста VEGF-C, VEGF-D и VEGF-E.

Активация VEGFR-2 вызывает стимуляцию целого ряда путей сигнальной трансдукции, обусловливающих в дальнейшем митогенез, миграцию и выживаемость клеток эндотелия. Полное выключение VEGFR-2 ведет к прекращению развития сосудов [21]. Недостаток экспрессии VEGFR-2 приводит к эмбриональному летальному исходу и патологическому развитию кровеносных сосудов [22].

Стимулы VEGFR-2 варьируют в зависимости от его клеточной локализации и интернализации VEGFR-2 и его последующих внутриклеточных сигналов, необходимых для артериального морфогенеза [23].

Генетические изменения влияют на строение VEGFR-2 и нарушают ангиогенные процессы. Мутации в гене VEGFR-2 могут привести к образованию сосудистых опухолей и запустить патологический ангиогенез [24].

VEGFR-3 играет важную роль в формировании кровеносных сосудов в период ранних фаз эмбриогенеза и служит ключевым регулятором в формировании лимфатических сосудов в поздних стадиях [25].

Многие формы VEGF связываются с нетирозинкиназными трансмембранными рецепторами, называемыми нейропилинами (NRP) [26, 27]. Существуют две формы — NRP-1 и NRP-2, которые выделяются эндотелиальными, опухолевыми клетками и несколькими видами чувствительных нейронов, включая клетки спинального ганглия, обонятельного и зрительного нерва и некоторых симпатических нейронов [28]. P. Carmeliet и M. Tessier-Lavingne [29] предположили, что взаимодействие NRP-1 с VEGF-A способствует нейропротекции, но это недостаточно изучено у человека.

Имеются данные о том, что VEGF-A стимулирует нейрогенез, миграцию и выживаемость нейронов, аксональное проведение [30].

Нейрогенез — это процесс формирования новых нейронов из нервных стволовых клеток (НСК), включающий пролиферацию эндогенных стволовых клеток, миграцию и дифференциацию в зрелый нейрон. B. Wang и K. Jin [31] в своих независимых исследованиях выявили, что процесс роста нейронов продолжается в течение всей жизни.

VEGF стимулирует пролиферацию ЭК сосудов и, возможно, влияет на разрастание НСК.

Как же этот фактор участвует в нейрогенезе? Хорошо известно, что нейрогенез происходит в двух отдельных областях головного мозга (ГМ) в течение всей жизни: в субвентрикулярной зоне (СВЗ) латерального желудочка и субгранулярной зоне (СГЗ) в зубчатой извилине гиппокампа [31]. В обеих областях нейрогенез происходит в непосредственной близости от роста кровеносных сосудов. Это наблюдение привело к концепции «ангиогенной ниши нейрогенеза», которая благоприятствует пролиферации и дифференциации предшественников нейронов [32].

Имеются два предположения, объясняющих связь роста новообразованных сосудов с нейрогенезом: VEGF-A может стимулировать нейрогенез, действуя напрямую на нервные клетки-предшественники, экспрессирующие соответствующие рецепторы; VEGF-A может влиять на нейрогенез путем обеспечения структурной и матриксной поддержки или секрецией других нейрогенных факторов [30].

Рецепторы VEGFR-1 и VEGFR-2 экспрессируются на НСК в СВЗ и гиппокампе взрослых [33].

К. Jin и соавт. [34] сообщили о том, что при интравентрикулярном введении VEGF усиливается пролиферация НСК в СВЗ и СГЗ.

После интравентрикулярного введения VEGF распределяется и накапливается в паренхиме ГМ, некоторое время оставаясь интактным [35], затем в ГМ запускается ангиогенез посредством экспрессии и стимулирования VEGFR-1-рецепторов.

В эксперименте на животных при локальном применении VEGF обнаружили защитное действие VEGF в обход отрицательного воздействия на сосудистую проницаемость. Местное применение VEGF на корковый слой, так же как и внутримышечные инъекции VEGF, уменьшают площадь инфаркта и отек ГМ после временной окклюзии средней мозговой артерии (middle cerebral artery occlusion — MCAO) [36].

N. Beazley-Long и соавт. [37] в исследованиях на модели ишемии-реперфузии доказали, что VEGF увеличивает выживаемость ганглионарных клеток сетчатки у крыс, проявляя нейропротективные свойства.

Y. Feng и соавт. [38] подвергали новорожденных крыс гипоксии в течение 140 мин, затем через 5 мин после реоксигенации интрацеребровентрикулярно вводили VEGF. В ходе исследования отмечалось уменьшение гипоксического повреждения ГМ.

F. Sun и соавт. [39] в своем исследовании использовали модель крысы, ГМ которой подвергали кратковременной очаговой ишемии путем окклюзии средней церебральной артерии в течении 90 мин. Во время эксперимента ученые определяли зону ишемии, неврологические функции и сосудистый профиль «с» и «без» интравентрикулярного введения VEGF на 1—3-й день реперфузии. Было выявлено, что VEGF уменьшает площадь ишемии, улучшает неврологические характеристики, повышая выживаемость новых нейронов в зубчатой извилине и СВЗ, и стимулирует ангиогенез в ишемизированном полосатом теле.

Оказалось, что в мозге, подверженном ишемии, VEGF оказывает сильный нейропротекторный эффект, способствуя выживаемости новых нейронов, и влияет на ангиогенез [39].

F. Sun и соавт. [39] обнаружили, что интравентрикулярное введение VEGF после ишемического повреждения приводит к улучшению неврологического состояния и уменьшению ишемического очага. Это позволяет сделать заключение, что VEGF имеет важное значение в постинсультном нейрогенезе так же, как и ангиогенезе.

Становится очевидным тот факт, что, помимо нейрогенеза, в постинсультном восстановлении принимает участие еще один ключевой механизм — ангиогенез [40].

Ангиогенез — это сложный биологический процесс, приводящий к формированию новых сосудов из уже существующих [41], и включает в себя много этапов: пролиферацию, прорастание ЭК, формирование трубкообразной сосудистой структуры, разветвление и создание анастомозов [42].

VEGF-A принимает участие в сосудистом ответе во время ишемии ГМ, при которой происходит активная выработка VEGF-A [43, 44], что приводит к формированию новых сосудов [45] и стимулированию нейрогенеза [46].

Процессы нейрогенеза и ангиогенеза в постинсультном периоде связаны и согласованы друг с другом. Р. Thored и соавт. [47, 48] обнаружили, что нейробласты мигрируют из СВЗ к ишемической области, где происходит постишемический ангиогенез, и эти нейробласты мигрируют рядом с сосудами Г.М. Даже через 16 нед после инсульта в поврежденном полосатом теле происходит незначительный ангиогенез и нейробласты устремляются в эту область [48].

VEGF воздействует на нейроны, стимулируя рост аксонов и улучшая выживаемость нейронов шейных (ШГ) и спинных ганглиев. Нейроны обоих ганглиев содержат VEGFR-2-рецептор. M. Sondell и соавт. [49] после двойного иммунного окрашивания VEGFR-2 и VEGF наблюдали коэкспрессию во многих нейронах ШГ.

Механизмы, лежащие в основе того, как при инсульте запускаются и нейрогенез, и ангиогенез, до сих пор неясны. ЭК активизируются ишемией, затем в ишемической пограничной зоне выделяются несколько факторов, регулирующих биологическую активность НСК, особенно миграцию нейробластов. Эти Э.К. продуцируют фактор стромальных клеток (SDF-1α) и MMPs. SDF-1α хемокин подсемейства рецептора хемокина (chemokine receptor type — CXC), связываясь с хемокиновыми рецепторами 4-го типа (CXC chemokine receptor type 4 — CXCR-4), сопровождает миграцию нейробластов к периинфарктной области [50]. MMPs разрушают экстрацеллюлярный матрикс, делая клетку проницаемой, и вовлекаются в процесс миграции нейробластов от нейрогенного участка к ишемическому краю [51].

Кроме того, выработка хемокинов влияет на миграцию нейробластов, активацию ЭК в ишемической зоне и выделение VEGF, стимулируя нейрогенез [52].

Вышесказанное наводит на мысль о высокоскоординированном механизме взаимодействия нейрогенеза и ангиогенеза, который способствует улучшению восстановления мозга после ишемического повреждения.

Активированные VEGF/VEGFR-2 и Ang-1/Tie2 (ангиопоэтин 1/тиразинкиназный рецептор-2-angiopoietin-1/tyrosine kinase receptor-2) участвуют в регуляции ангиогенеза в ишемической области. L. Zhang и соавт. [53] обнаружили, что введение VEGF и стимуляция VEGF-рецепторов через 48 ч после инсульта способствуют формированию новых сосудов, увеличивают сосудистую проницаемость и улучшают перфузию в области инфаркта ГМ крысы. Они подчеркнули, что после введения VEGF крысам с ишемией ГМ происходит восстановление неврологических функций.

Т. Lin и соавт. [54] отметили, что после развития инсульта временные профили Ang-1/Tie2 значительно отличаются от других ангиогенных факторов, таких как VEGF/VEGFR; Ang-1/Tie2 проявляют свою активность во время поздних стадий развития сосудов — ремоделирования и созревания. Tie2 преобладает в ЭК и важен для сосудистого формирования и поддержки. H. Beck и соавт. [55] установили, что после ишемического повреждения возрастающее выделение Ang-1/Tie2 приводит к развитию новых сосудов, стабилизируя функционирование сосудов ГМ.

В серии экспериментальных и клинических исследований установлено увеличение уровня VEGF-A в периферической крови [56—58] при опухолевом росте [59], воспалительном процессе [60], хронических инфекционных заболеваниях [25] и ишемическом поражении [61].

В плазме крови у пациентов с инсультом различного генеза наблюдались отличия в концентрациях VEGF. В контрольную группу входили пациенты без сердечно-сосудистых заболеваний, таких как инсульт, коронарная недостаточность и фибрилляция предсердий, и были зарегистрированы как здоровые пациенты Hisayama Study — известного международного когортного исследования [62]. По данным разных авторов, концентрация VEGF в плазме в группе контроля варьировала от 245±28 [63] до 471±13 [56] пг/мл. В день возникновения инсульта концентрации составляли: при атеротромботическом — 593±29 пг/мл, лакунарном — 584±26 пг/мл, кардиоэмболическом — 561±24 пг/мл и других типах — 543±30 пг/мл. Следует подчеркнуть, что при всех видах инсульта отмечалось повышение VEGF по сравнению с показателями контрольной группы (471±13 пг/мл). Этот факт говорит в пользу существования связи между количеством VEGF и инсультом Г.М. При всех видах инсульта на 90-й день измерения наблюдалось увеличение VEGF (620±15 пг/мл) [36].

Таким образом, VEGF не только ангиогенный фактор, но и мощный фактор роста, участвующий в нейрогенезе и нейропротекции. Он взаимодействует с различными клетками и тканями не только ГМ, но и глаза. Гипоксия запускает выработку VEGF в ишемической области мозга, что находит отражение в повышении содержания VEGF в плазме. Ряд исследований доказывает, что VEGF играет важную роль в ангиогенезе in vivo. Использование VEGF с целью реваскуляризации ишемизированных участков ГМ может стать потенциальным методом лечения ишемических инсультов.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail