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作者:郭靖涛(河北省承德市中心医院)
冠心病的高发病率及死亡率使其成为人类健康的头号杀手，其中因心肌梗死、心功能不全导致的死亡占心血管病死亡率的50％以上。这类疾病的共同特征是心肌供血不足及细胞数量减少导致心功能低下。目前血运重建治疗无论是PCI 还是CABG均只能恢复大血管的供血，而对心肌弥漫或小血管病变血流无改善，不能促进坏死细胞的恢复，近年来国内外研究认为：血管内皮生长因子（VEGF）在促进梗死心肌再生是十分有效的，细胞的新生程度及细胞的存活数量有赖于良好的血液供应。因此在心肌再灌注治疗的同时使用能促进血管新生的细胞因子可促进细胞的新生及存活，从而改善心肌梗死患者的心脏功能。因此对于心肌梗死患者的治疗目标，不仅要及时对罪犯血管采取干预，恢复冠脉血流，而且促进血管内源性新生和心肌细胞再生也是主要目标之一。
血管内皮生长因子（VEGF）是一种促血管新生因子，炎症因子、低PH、肿瘤细胞均可刺激内皮细胞、平滑肌细胞、巨噬细胞分泌VEGF，但最主要是缺血、缺氧刺激，当机体缺氧时VEGF水平明显升高，可促进血管新生和侧枝循环形成、改善梗死后的心功能，本文从血管内皮生长因子与心肌梗死的关系及基因治疗方面作一综述。
1. 血管内皮生长因子（VEGF）成员及生物学作用。
血管内皮生长因子（VEGF）家族包括7种特定的蛋白质，分别为VEGF-A, VEGF-B, VEGF-C, VEGF-D,VEGF-E, PLGF和VEGF-F及其相应的受体，分别为：VEGFR-1（Flt-1）、VEGFR-2（KDR\FLK-1）、VEGFR-3（Flt4）和NRP-1,2。这些受体均是横跨膜的酪氨酸激酶受体，其受体的胞外蛋白区域与配体结合后，引起细胞内的酪氨酸激酶受体二聚化和自动磷酸化，进而激活下游的一系列蛋白。VEGF通过与其相应的受体之间的相互作用而发挥生物学效应。
VEGF-A首先由Senger发现，其为肿瘤细胞分泌的一种渗透因子， VEGF基因位于第6号染色体的短臂上，由8个外显子组成，被折叠成4个成熟的亚型，分别为：VEGF121, VEGF165,VEGF189 and VEGF206。VEGF-A不仅可诱导内皮细胞增殖、出芽和管腔形成，而且可诱导内皮细胞抗凋亡蛋白的表达，还可通过诱导内皮一氧化氮合酶（NO）生成而引起血管舒张，亦有发现：VEGF-A可和造血细胞、单核细胞、骨细胞和神经细胞上的许多受体结合，从而引发造血细胞从骨髓动员释放，单核细胞迁移、成骨细胞调节骨形成等效应。Zaher K. Otrock等研究发现：VEGF-A的表达和血管介入及生理性的血管生成密切相关，实验发现：实验发现：VEGF-A基因缺失的实验小鼠死于血管缺失和心血管畸形。
人类的VEGF-B基因位于第11号染色体长臂1区3带，包含8个外显子和6个内含子，其包括VEGF-B167和VEGF-B186两种亚型。Anne Marie Byrne等研究发现：VEGF-B在横纹肌组织、心肌、棕色脂肪组织中高表达，因此它的功能和高级细胞的能量代谢密切相关，VEGF-B的表达增加和心脏的血管新生的发展程度密切相关，在缺血性心肌病患者，VEGF-B的低表达、低调节和心肌的毛细血管的密度降低相关。缺失VEGF-B的老鼠有较小的心脏，并且在实验小鼠心肌梗死模型中，缺乏VEGF-B的老鼠的心肌损伤后修复功能受损，这表明冠脉血管重建部分程度上依赖于VEGF-B。
VEGF-C选择性的诱导淋巴管生成。VEGF-C属于血小板源生长因子家族（PDGF）/VEGF家族，它是VEGFR-2 、VEGFR-3的配体，Saaristo等在转基因小鼠实验中证实：VEGF-C选择性的诱导淋巴管生成，而不伴随血管生成。Enholm研究亦得到相似的研究结果：缺失双向VEGF-C等位基因的老鼠因淋巴管生成和发育不良而致的病理性水肿而死亡。
VEGF-D在其氨基和羧基末端被加工，VEGF-D的成熟体能与VEGFR-2、VEGFR-3结合，对活体组织的内皮细胞、血管原和淋巴管原起到致有丝分裂的作用，可引发活体组织内皮细胞、血管原和淋巴管原的有丝分裂的作用，研究发现：家兔后肢肌肉中的VEGF-D（通过腺病毒载体移入骨骼肌组织）能引起强烈的血管生成反应和淋巴管生成反应，在肿瘤实验动物模型中，VEGF-D在肿瘤的淋巴管生成和淋巴转移方面起着关键的作用，综上所述，VEGF-C和VEGF-D与淋巴管生成有特异性关系，是淋巴管生成的主要参与因子。
VEGF-E在氨基酸序列上仅有20％—25％的氨基酸和VEGF-A相同，是一种新型基因形式是VEGF-ENZ-7，是有效的血管生成刺激因子，相关数据表明：VEGF-ENZ-7能诱导活体组织的血管新生并且具有较小的副作用，因此，VEGF-E是临床前血管原治疗的最具潜力因子。VEGF-F对VEGF165有特定的阻断作用。
PLGF最初是在胎盘组织中发现，在胎盘组织、心脏组织、肺组织中均有表达，PLGF基因敲除的老鼠心肌梗塞后修复受损，PLGF的缺失导致血管新生减少、局部缺血的侧枝形成减少、创伤愈合、病理炎症和癌症的血管新生减少，研究发现PLGF和病理性的血管新生密切相关。PlGF在转基因老鼠皮肤中的过表达导致皮肤血管数量和管腔大小明显增加，同时血管的渗透性亦增加，相反，PlGF的低表达将导致炎症反应减低，同时炎性血管生成和炎性水肿减少。
VEGFR-1（Flt-1）由细胞外区域（为7个同源免疫球蛋白组成）、横跨膜区域和细胞内酪氨酸激酶结合区域组成，VEGFR-1与VEGF-A, VEGF-B 和PlGF有很高的亲和力，并与之结合，VEGFR-1的表达由低氧诱发，最近的动物实验研究表明：VEGFR-1在血管新生中起重要作用。其他的研究亦表明：VEGFR-1在单核细胞迁移、内皮前体细胞趋化、自然杀伤细胞粘附能力的增加等方面均有积极作用。LeCouter et al.研究发现VEGFR-1的激活引发肝细胞生长因子、白介素-6等肝源性细胞因子的旁分泌释放增加，从而刺激肝细胞增殖，Selvaraj et al.研究发现：在单核细胞中，胎盘生长因子与VEGFR-1结合，激活PI3激酶/AKT 和ERK-1/2途径，导致一系列炎性细胞因子趋化和感应。
VEGFR-2（KDR,人类 FLK-1,老鼠）首先由Terman et al在1991年分离出来，其可与VEGF-A, VEGF-C, VEGF-D 和 VEGF-E.结合，除内皮细胞外，VEGFR-2在神经元细胞、成骨细胞、巨噬细胞和造血干细胞上亦有表达。VEGFR-2通过Raf–MEK–ERK途径激活而诱导内皮细胞增殖和迁移，是抗血管原干预治疗的主要分子目标。
VEGFR-3（Flt4）由六个免疫球蛋白类似区域组成，VEGFR-3特异性地与VEGF-C和VEGF-D结合，研究发现：VEGFR-3在胚胎形成期心血管的发育、主要血管网的重塑以及成人期淋巴管生成均起着重要作用。
神经管蛋白-1最初作为一种130-140分子量的细胞表面蛋白而被发现，包括很多分泌蛋白和横跨膜蛋白。实验发现：NP-1调控机体VEGF165的水平，对于心血管的发展是必须的，NP-1在嵌合子小鼠的超表达导致毛细血管和血管的生成过多并出血，同时伴有心脏畸形。NP-2在淋巴内皮细胞中表达，NP-2的突变导致实验老鼠的淋巴小血管和淋巴毛细血管的形成异常。
VEGF受体包括Flt-1、KDR\FLK-1、Flt4和NRP-1,2，VEGF通过与其相应的受体之间的相互作用而发挥生物学效应，其所结合的VEGF家族成员如图所示。
Flt-1、KDR\FLK-1和NRP-1,2在血管新生方面起重要作用，而Flt4与淋巴管生成密切相关，Flt-1、KDR\FLK-1、Flt4均具有酪氨酸激酶活性，当受体的胞外蛋白区域与配体结合后，可引起细胞内的酪氨酸激酶受体二聚化和自动磷酸化，进而激活下游的一系列蛋白，从而调节VEGF信号，然而，NRP-1,2无酪氨酸激酶区域，其调节途径尚不清楚。Flt-1、KDR\FLK-1、Flt4均有IgG区域，包括细胞外区域、横跨膜区域和细胞内区域，而NRP-1,2有一个a1/a2、b1/b2区域和C区域。
2.VEGF与血管新生及侧枝循环形成
大量研究表明VEGF在体内和体外主要作用于血管内皮细胞，低氧、缺血均可刺激VEGF分泌增加，VEGF与血管内皮祖细胞上的特定受体结合，引发内皮细胞激活，并分泌一系列酶和分子物质，促进内皮细胞增殖和生长以及骨髓内皮祖细胞的动员、血管渗透性的增加和组织因子的趋化的一系列效应，最终诱导内皮细胞增殖、出芽、迁移和形成管腔，促进血管新生。大量研究表明VEGF的增强子序列中有一缺氧识别位点，缺氧时其受体快速上调，致使VEGF水平明显升高，促进血管新生及侧枝循环形成。研究发现：在动物急性心肌缺血时VEGF及其受体迅速而长久的表达，在心肌缺血期VEGFmRNA表达水平为非缺血期的3-5倍，Ogawa等研究发现：人正常心脏血管内没有VEGFmRNA及其受体的表达，而在心肌梗死时，在坏死区附近小静脉平滑肌细胞内及心肌内VEGFmRNA及其受体的表达明显升高，提示心肌梗死时，VEGF在心肌血管及其基质形成方面可能有重要作用。
3.血管内皮生长因子与心肌梗死的关系
血管内皮生长因子家族中与心肌梗死相关的因子研究较为充分的有VEGF-A、VEGF-B、VEGFR-1、PlGF、NP-1。Yin R, Yukihiro Hojo等研究发现：急性心梗患者血中血管内皮生长因子的浓度显着增加，其主要由外周单核细胞产生，在心梗后14天达到高峰，增加的水平取决于心梗时心肌损伤程度，其可促进血管新生和内皮细胞增殖对心梗患者起到保护性的效应，改善左室功能。 Lorena Zentilin等研究指出：腺相关病毒介导的基因载体VEGF-A165 ,VEGF-B167在心肌内的长时间表达可增强心肌收缩力、保护存活心肌、改善心室重塑、促进新陈代谢的相关基因表达，引发家兔心梗后心功能的明显改善，其通过增加肌钙蛋白与VEGFR-1和下游活化的PLCγ-1的相互作用来发挥积极的正性变力效应，表现为心肌纤维化减少和可收缩心肌数量增加。Zentilin等研究发现：心肌细胞VEGFR-1受体在心肌缺氧和受到氧化应激压力的时候，表达明显上调，VEGFR-1的激活能防止心脏的整体损伤、诱导心肌代偿性肥厚、改善心梗后的心功能、最终促进心肌收缩力；大量实验发现：VEGF-B在心肌梗死后发挥有力的抗细胞凋亡作用，过表达VEGF-B的转基因老鼠其心肌细胞明显肥大而心肌收缩功能不受影响，而VEGF-B基因敲除的老鼠则表现出较小的心脏，在心梗后注射VEGF-B蛋白可诱导心肌细胞肥大，其通过激活VEGFR-1，再引发aMHC的激活、βMHC和骨骼肌肌动蛋白的表达、SERCA2a,RYR,PGC1a的增加和心房尿钠肽合成等一系列代偿性的基因表达模式，最后导致心肌肥厚反应。
Hajime Iwama, MD等通过小鼠动物模型研究发现：在梗死心肌周围迅速产生PLGF，PLGF通过激活单核细胞促进创伤愈合和诱导血管新生。该研究发现：1.心梗后心脏PLGF的表达增多2.高表达的PLGF主要存在于血管内皮细胞3. PLGF在梗死区的表达部分取决于梗死心肌的数量多少。4.梗死后3天血清中PLGF的水平与急性期血中单核细胞的数量及心梗慢性期LEVF的改善程度呈正相关。5.心梗后血管内皮细胞的损伤程度决定心梗后PLGF的水平。可见，心肌PLGF的表达可吸引外周单核细胞动员和促进血管新生，而利于心梗后的创伤愈合。Yukihiro Hojo,et al指出：心梗后左室收缩功能改善的患者表达较高水平的单核细胞数量。实验发现：在心梗后3天血清中高表达PLGF的患者，其心梗恢复期LEVF明显改善，而低表达PLGF的患者其LEVF无明显提高。反之，心梗慢性期LEVF明显改善的患者，其在心梗急性期血清PLGF的水平明显升高。
4.血管内皮生长因子与心肌梗死PCI治疗
经皮冠脉内介入治疗(PCI)已经成为治疗冠心病(CHD)的一种主要手段，尤其对急性心肌梗死的患者，早期、快速地进行PCI治疗，开通闭塞的冠脉，恢复梗死区的血运重建，可显着减少心肌梗死面积及心脏泵功能损害、降低再梗死率和病死率。然而，PCI过程中常常造成内皮的机械性损伤和内皮裸露，引发胶原、纤维粘连素和促凝血物质释放入血，TXA2 /PGI2 升高，诱发血小板黏附和聚集，导致血栓形成，极易形成 PCI术后再狭窄，因此，再内皮化对于恢复正常的血管内皮的平衡状态和新生内膜形成是至关重要的，近年来发现血管内皮生长因子基因可以起到治疗组织缺血、预防PCI术后再狭窄等作用。Gareth J等研究认为， PCI术后血管内皮损伤使内皮祖细胞明显增多，其可加速血管内皮修复和迅速的再内皮化。涂晓文等研究发现： VEGF 能促进实验性动脉成形术及支架植入术后血管内皮细胞迅速再生，使血栓形成减少，阻断了VSMC 增生的启动环节，使新生内膜厚度和管腔狭窄程度减轻，给再狭窄的防治带来了希望。韦方、张陈匀等研究发现：远期心脏事件和再狭窄患者成功PCI术后VEGF 水平再次升高，而且随着VEGF峰值水平的增高，心脏事件和再狭窄发生率明显增加，二者呈显着正相关，可见，PCI 术后血浆VEGF水平对远期心脏事件和再狭窄具有独立预测价值。国内外众多实验研究均证实VEGF基因能够加速受损血管内皮的修复、抑制内膜增生、预防再狭窄。Asahara等利用球囊损伤兔股动脉并植入Plamax/schatz支架，再利用水凝胶球囊导管，在Plamax/schatz支架局部转染编码VEGF的重组质粒DNA,结果发现治疗组血管内皮再生速度快、修复完整（4周后处理组新生内皮面积与损伤内膜面积之比达100％而对照组仅:80％），内膜增厚减轻，损伤血管段对Ach和5-HT的血管舒张反应恢复，而平滑肌细胞无明显增殖现象。说明损伤血管段内皮细胞的解剖及功能均恢复良好，有效地抑制了血管狭窄的形成。魏辉[41]等研究发现：PCI术后半小时血清中VEGF水平明显低于术前，说明经PCI可以明显改善冠状动脉血流，心肌缺血得以改善，血清VEGF可以迅速下降。田丽红、莫振兆等研究发现：血清VEGF在PCI术前后可能发挥双重作用，在PCI术前诱导新生血管生成，减轻心肌缺血；术后早期促进相关血管内膜修复和平滑肌细胞增生。对于发生再狭窄或急性闭塞病变的患者，血清VEGF迅速急剧升高，再通后又迅速下降，其升高及下降时间明显早于心肌酶指标，且因其半衰期短，能敏感地反映心肌缺血及再灌注情况。
5.血管内皮生长因子与心肌梗死的基因治疗
急性心肌梗死造成了细胞功能的不可逆损伤，导致心功能下降和心室重塑，目前针对心肌梗死的治疗包括药物、内科介入及外科搭桥，然而对于弥漫或小血管病变不能完全恢复血运重建，同时任何方法均不能使坏死心肌恢复。近年来随着细胞因子治疗促血管新生及干细胞促细胞新生的研究开展，给急性心肌梗死治疗带来了新的革命。
Jenni Huusko等发现：VEGF在治疗性血管新生方面是很有效的。表达VEGF-A165的腺病毒载体(AdVEGF-A165）和表达VEGF-E的腺病毒载体(AdVEGF-E)可引起特有的内皮细胞增生。2011年9月，Vera Janavel GL等通过绵羊心肌梗死模型研究发现：冠状动脉急性闭塞后，质粒介导的血管内皮生长因子（pVEGF）基因转移能长期引发动脉血管新生、前体肌细胞增殖及成熟心肌细胞有丝分裂，缩小梗死面积，增强左室功能，增强心肌灌注和延缓心肌重塑。Meneveau N[45]研究发现：内皮集落形成细胞（ECFCs）可减少心梗后的微血管阻塞（MVO），缩小急性心肌梗死病人的梗死面积、延缓左室重塑。2011年，吴铿等人通过猪急性心肌梗死模型发现：IABP（主动脉内球囊反搏）治疗可促进猪心肌组织VEGF的表达水平明显增加，同时，猪心脏HE病理切片亦显示了IABP 治疗组猪心脏新生血管比对照组丰富，从而可推出IABP通过促进猪心肌VEGF的表达，从而改善急性心肌梗死猪的预后。
2008年，Li SR、Yin R等研究发现：自体骨髓单核细胞（BM-MNC）和间充质干细胞（MSCs）的移植改善心梗后左室重塑和修复受损心功能。2010年7月，第四军医大西京医院吕安林医生等应用新型支架和源自骨髓间充质干细胞（BMMSCs）的心肌样细胞成功在体内构建了工程化心肌组织，其表示“与天然心肌组织类似，植入的工程化心肌组织特异性肌钙蛋白呈阳性，且具有组织传导所需的缝隙连接和桥粒等自然结构，因此，该技术在损伤心肌组织修复应用中具有良好前景。2010年9月，白洁等人研究发现将促进血管新生的bFGF基因与促进细胞新生的MSCs联合经冠脉导入梗死相关血管，发现梗死区血管数量明显增多，血管密度明显增加，表明移植细胞分泌因子（如bFGF和VEGF）可促进血管再生，即内源性血管新生。
5.展望与前景
心肌梗死是冠心病患者的主要死亡原因，越来越引起人们的高度重视，心肌梗死的治疗已不仅仅局限于药物及血管再通，近年来研究认为:经导管冠脉内导入MSCs和VEGF基因能更好的促进缺血心肌血管新生，改善心肌收缩能力及缺血心肌血供，改善心功能。对于其中长期效果、副作用等均有待进一步的深入研究。随着生物技术和分子生物学研究的不断进展，以及大规模动物实验及临床研究的开展，相信不久的将来，干细胞移植联合促血管新生的基因治疗将给冠心病、心肌梗死的防治带来新的突破。
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