Влияние фактора роста эндотелия сосудов на ангиогенез и нейрогенез

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 invitro и invivo [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 invitro и ангиогенез invivo [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 invivo [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 invivo. Использование VEGF с целью реваскуляризации ишемизированных участков ГМ может стать потенциальным методом лечения ишемических инсультов.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.