運用血管生長因子治療心肌梗死的研究進展

本文刊於:中華心血管病雜誌, 2017,45(12) : 1100-1103

作者: 柳成蔭 蔣學俊

單位：武漢大學人民醫院心內科　武漢大學心血管病研究所　心血管病湖北省重點實驗室

目前對血管阻塞性疾病有多種治療方法，如血管成形術、溶栓和冠狀動脈旁路移植術。儘管這些方法確立已久，但它們仍有自身的局限性，尤其無法使受損器官再生。因此，需要發展新的方法促進缺血組織再生，通過組織自身的潛能來誘導新血管生長，增強組織修復。心肌梗死後微血管的再生和形成對心肌細胞的恢復及心功能的提高有顯著影響，特別是血管生長因子的作用尤其受到關注。目前發現的有促進血管再生作用的生長因子有血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）、成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor, FGF）、肝細胞生長因子（hepatocyte growth factor, HGF）、胰島素樣生長因子-1（insulin-like growth factor, IGF-1）等。較多的研究集中在心肌梗死後局部血管生長因子水平的提高上，目前效果較好的有採用基因工程方法提高因子的表達量，也有採用生物材料方法植入攜帶有血管生長因子的生物材料。本文將對其中幾種血管生長因子以及其與基因技術和生物材料聯合治療心肌梗死的研究方向作綜述。

一、歷史回顧

1．VEGF：

是內皮細胞的特異性有絲分裂原，同時也是1種有效的促血管形成和增加血管通透性的誘導因子。VEGF家族包括VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D和胎盤生長因子（PlGF）。血管內皮生長因子受體（VEGFR）家族包含3種亞型，即VEGFR-1、VEGFR-2和VEGFR-3。目前的研究熱點一般集中在VEGF-A和VEGFR-2。VEGFR-2與VEGF結合後，發生二聚化和酪氨酸殘基的自磷酸化，隨後激動胞內的信號級聯絡通路，調控細胞的增殖、遷移、存活和透性的改變[1]。研究發現VEGF的功能除了增強血管內皮細胞增生，促進血管形成外，還具有增加血管通透性，維持血管功能，促進組織癒合的作用[2]。不僅是VEGF-A有血管再生功能，胎盤生長因子（PIGF）也有治療心肌梗死的作用。研究發現在急性心肌梗死大鼠的心肌局部注射PIGF可顯著改善心功能並抑制左心室擴張，能促進血管再生並降低心肌細胞凋亡[3]。目前在藥物治療方面也發現VEGF表達增加對心肌梗死治療有顯著影響。最近的研究表明丹參多酚酸鹽和丹紅注射液能提高VEGF蛋白和mRNA的表達，增加梗死區的血管密度，減少細胞凋亡，改善心功能[4,5]。

2．鹼性成纖維細胞生長因子（bFGF）：

是體內發現的最為有效的促血管再生因子之一。bFGF受體中FGFR1、FGFR2是bFGF的高親和力受體，主要有降解毛細血管基底膜，促進內皮細胞遷移增生，促進小血管腔形成等作用[6]。bFGF刺激血管再生的啟動，對創傷部位受損組織具有明顯修復作用。在心臟或其他器官中，內皮間質轉化是協調內皮細胞的遷移、分化、增殖的重要過程，但是內皮間質轉化在腫瘤、組織纖維化、肺動脈高壓、動脈硬化等多種病理狀態下有重要發展作用[7]。在動脈粥樣硬化和血管狹窄過程中，內皮間質轉化影響內環境的平衡，導致血管功能異常、斑塊形成[8]。其在健康和疾病狀態下的不同表現是因為轉化生長因子-β（TGF-β）和FGF既有相互協同又有相互對立的作用[9]。最近新的研究發現將人工真皮與bFGF結合治療皮膚燒傷效果顯著，發現燒傷組織有更廣泛的毛細血管再生和內皮細胞及纖維細胞增殖，進一步說明bFGF在促進血管再生方面的重要作用[10]。因為其有促進血管再生的作用，目前較多的研究集中在如何抑制bFGF在腫瘤中的表達，以達到抑制腫瘤增殖的目的。

3．HGF:

是通過由單鏈的HGF前體轉化為有活性的雙鏈二聚體。HGF的生物功能有細胞增殖、細胞活化、器官發生和分化成類血管結構[11]。HGF分泌進入血液循環在心肌梗死的早期有保護作用。正常的心肌細胞HGF的濃度一般較低，在心肌細胞缺血和再灌注後HGF和其受體含量增加，在外周循環也有微量的增加。HGF對梗死心肌的保護作用和抗細胞凋亡作用證實在不利環境下生長因子對細胞存活的重要作用[12]。日本學者將人HGF質粒注射到豬的梗死心肌組織中，結果梗死區域明顯減少，毛細血管密度和局部心肌再灌註明顯增加[13]。將VEGF基因重組腺病毒載體、HGF基因重組腺病毒載體、生理鹽水，局部注射到豬心肌梗死區，發現VEGF和HGF有改善梗死後心肌灌注和心臟功能作用,能促進心肌細胞增生[14]。將HGF導入到臍血間充質幹細胞中，植入到燒傷後的大鼠體內，發現能明顯減輕燒傷引起的心肌組織損傷，進一步說明HGF對受損心肌有保護作用。

二、心肌梗死的治療

儘管有研究發現不穩定性心絞痛患者VEGF的水平是升高的[15]，但實際顯示心絞痛患者自然代償產生的血管生長因子是不足的。同時老年人其血管再生是受損的。非肥胖的糖尿病和高膽固醇患者VEGF表達減少，加上內皮細胞的功能異常，這都導致血管再生的障礙。循環動力學表明，靜脈注射生長因子不能達到生物效應需要的劑量和持續時間。這些都說明血管生長因子不能直接注射治療，目前較多的研究運用基因工程調高血管生長因子表達量，或者採用生物工程材料方法做到局部控制釋放。

1．基因幹細胞治療:

直接將含血管再生因子的重組質粒注射到心肌梗死區，可發現梗死區有新生血管再生，但對心功能的改善並不明顯。幹細胞治療也是心肌梗死治療的研究熱點，已有研究證實臍帶間充質幹細胞有對於心肌梗死治療的有效作用，但其缺乏血管再生作用。而將幹細胞與血管生長因子聯合用於心肌梗死治療取得了較好的效果[16]。

在運用VEGF方面，國內有研究將VEGF重組質粒體外轉染間充質幹細胞（mesenchymal stem cells，MSC），並移植到大鼠心肌梗死區，結果表明重組治療既能促進毛細血管的大量新生，也能為MSC增殖、分化等過程提供最佳的生長環境。能提高MSC在梗死心肌中的存活率，改善和恢復心功能[17]。新的研究設計將臍帶幹細胞混合VEGF後注射到心肌梗死區域，8周後發現相較於單獨注射組，混合後注射組的左心室射血分數明顯增加，纖維化明顯減少。說明臍帶幹細胞聯合VEGF對心肌梗死的治療更有效[18]。在聯合運用bFGF方面，新的研究將分別攜帶有空白基因、bFGF基因、FGF4-bFGF融合基因的病毒與骨髓間充質幹細胞（BMSC）融合後分別注射到大鼠的心肌梗死區，發現含有FGF4-bFGF融合基因的組存活率最高，bFGF表達水平最高，微血管密度最高、心功能提高最明顯[19]。在HGF方面,有研究對比臍帶來源的間充質幹細胞（UC-MSC）和HGF高表達的間充質幹細胞（HGF-UC-MSC）作用於動物心肌梗死區，可以發現二者都能提高心功能，其中HGF-UC-MSC組細胞凋亡減少，血管再生增加，心肌細胞再生增加都較UC-MSC組更為明顯[20]。

提高單個的血管生長因子的基因表達是有效的，聯合運用效果更為顯著。有研究將腺病毒介導HGF/VEGF雙基因轉染兔BMSC，利用HGF的抗心肌細胞凋亡和VEGF的促血管新生作用，提高移植細胞的成活率，取得良好的效果。並發現在心功能改善程度、血管計數方面，HGF/VEGF雙基因轉染BMSC移植的治療效果最佳[21]。最近新的研究運用使凋亡基因沉默的小干擾RNA（siSHP-1）和使VEGF表達增加的質粒DNA（pHI-VEGF）同時裝載到微粒聚合物上，在大鼠的心肌梗死模型治療中被證實能減少心肌細胞的凋亡，增強心臟微小血管的形成，說明雙信號基因治療在心肌梗死治療上是有前途的[22]。

2．生物工程治療:

在組織工程學中，水凝膠聚合物材料中有大量的水分，可提供類似細胞外基質的化學和物理環境。可注射水凝膠進體內後可由液態相轉化為固態相，因此將藥物、蛋白肽及幹細胞在注射前混入水凝膠中，可使這些生物活性物質得到局部緩慢釋放[23]。

將bFGF與溫度敏感型殼聚糖水凝膠混合注射到大鼠的心肌梗死區，與單獨注射組比較，混合組心功能明顯提高，血管密度明顯增加，心肌梗死面積和心肌纖維化明顯減少[24]。研究已設計出1種pH值和溫度響應的可注射水凝膠，它對心肌梗死後的酸性微環境敏感，能實現對血管生長因子的可控釋放，這種多聚物在pH值為7.4和溫度為37 ℃是液態相，在pH值為6.8和溫度為37 ℃時聚合形成固態相。在這種多聚物中加入bFGF後注射到心肌梗死區，發現其能持續釋放bFGF，並能顯著增加微血管密度，改善心功能[25]。國內有學者研究設計將1個特殊多肽片段CBD與VEGF結合形成融合蛋白（CBD-VEGF），將CBD-VEGF注射到大鼠急性心肌梗死周圍區，發現CBD-VEGF注射後能很好聚集和停留在梗死周圍區的細胞外基質中，在外周血中少有擴散，與對照組相比，明顯促進了梗死周圍區的血管增生和心功能的恢復[26]。進一步研究發現CBD-VEGF能特異的結合於Ⅰ型膠原，CBD-VEGF與膠原膜材料特異性結合而形成一種心肌補片，將心肌補片移植於家兔的心肌梗死區，能使VEGF持續釋放防止彌散，能有效地改善左心室功能，並能增加梗死區血管的密度[27]。Rodness等[28]將海藻酸鈣微粒體負載VEGF，結合殼聚糖形成水凝膠，在大鼠的心肌梗死模型實驗中治療效果明顯。不含VEGF的水凝膠同樣有改善心功能的效果，但含有VEGF的效果更為顯著。國內最新研究製備攜帶VEGF的乳液法靜電紡絲纖維膜，其在體外累計釋放VEGF達到14 d,達到血管再生的有效濃度，具有血管再生的潛能[29]。

與單獨1種生長因子的效果相比，聯合運用多種血管生長因子效果更為明顯。研究發現藻酸鹽水凝膠是1種有效的生長因子攜帶釋放載體，利用藻酸鹽水凝膠在C57B1/6小鼠心肌梗死局部有序釋放VEGF-A165和血小板生長因子，發現對比單獨使用1種生長因子，2種因子的有序釋放能更明顯的提升血管再生效果，提高心功能[30]。Ruvinov等[31]利用可親和的藻酸鹽水凝膠結合IGF-1和HGF注射到大鼠心肌梗死區，4周後發現，梗死區血管再生明顯增加，有成熟的血管形成，同時又阻止心肌細胞凋亡，促進心肌細胞再恢復。最近有研究設計了1種納米纖維凝膠支架，同時為了模擬天然的組織結構，將2種生長因子VEGF和bFGF封裝植入納米纖維支架中，通過體外化學缺氧實驗檢測生長因子的功能活性度，在家兔的心肌梗死模型中證明其對心功能的恢復是有效的。對比不同的支架，發現除支架材料和機械性能影響心臟功能的恢復外，支架的局部構型和化學環境同樣影響心臟的修復[32]。新加坡的學者用聚乙烯乙二醇纖維蛋白原水凝膠作為基質植入梗死後心肌，持續釋放VEGF和血管緊張素-1，結果表明心肌修復和心臟功能明顯好轉[33]。這些研究都說明幾種生長因子之間有相互協同的作用。

Madonna等[34]將VEGF微載體與幹細胞結合治療心肌梗死。對12周小鼠做心臟冠狀動脈結紮後，分別採用心肌局部注射脂肪來源間充質幹細胞（AT-MSC）、AT-MSC結合空載的聚乳酸微載體、AT-MSC結合含有VEGF的聚乳酸微載體，發現AT-MSC結合含有VEGF的聚乳酸微載體能抑制細胞凋亡，減少纖維化，增加血管再生，提高心功能。綜合來看，生物材料作為緩慢釋放的基質材料，在治療心肌梗死方面有其獨特的優越性。目前部分水凝膠材料已進入臨床實驗階段，在治療心肌梗死疾病方面研究成果更新，速度越來越快，雖然距離投放市場還有較遠的路，但可預見其廣闊前景[35]。

綜上所述，血管生長因子在心肌梗死後對心功能恢復方面的作用結果是肯定的。其與基因技術和生物工程技術結合，提高了局部血管生長因子的濃度和作用時間，為心肌梗死的治療提供了方向。目前臨床上心肌梗死治療多採用血管內支架置入的方法，而許多基礎研究採用開胸後心肌局部注射，如何將心肌注射應用到支架治療仍需更多的研究。在心血管治療方面，理想的方案是將血管生長因子與目前的導管技術結合，利用血管泄漏的現象，使血管生長因子進入局部組織。但冠狀動脈內給葯的安全性，導管內材料的穩定性以及給葯後的長期有效性都需要更多的實驗來證實。未來將血管生長因子與基因技術和水凝膠支架相結合，運用於介入治療將是更為有前景的治療策略。

參考文獻（略）

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