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动脉、静脉和淋巴系统的分子标志物（全文）

血管标志物被认为是心脏发育开始有血液搏动后出现的，但是血管标

志物的决定性分子在第一次心搏前就存在。鼠的静脉特异性胞外受体、信

号通路蛋白、和转录因子均在胚胎发育后第9天（E9.0）出现在静脉内皮

细胞中，动脉特异性分子在E8.5天出现，淋巴管源于静脉，其分子标志

物也出现于E9.0。

血管外科手术如静脉旁路、动静脉瘘（AVF）、或血管补片成形术，

会使分子标志物发生改变，另外，一些血管疾病，如动静脉畸形（AVM）

或Kaposi肉瘤，也是以血管标志物的异常表达为特征。

血管发育（vasculardevelopment）：简述

血管发生（vasculogenesis）

在胚胎形成早期，血管由中胚层演化而来。鼠E6.5中胚层分化成成

血管细胞（hemangioblasts），进一步生成两种不同的细胞群：造血祖

细胞（hematopoieticprecursorcells）和内皮祖细胞（endothelial

precursorcells）。内皮祖细胞相互作用形成血岛（bloodislands）并在

E9.0进一步结合成毛细管样血管和背主动脉（图1A）。启动血管生成的

重要因子是血管内皮生长因子（vascularendothelialgrowthfactor,

VEGF），在E7.0时，VEGF受体2（VEGFR－2）特异性出现在内衬于血

岛的内皮祖细胞上。血管发生这一过程的主要产品是原始毛细血管丛

（primitivecapillaryplexus）并随着胚胎生长而进一步重塑。血管发生

只发生于胚胎发生（embryogenesis）过程中，不会出现于正常成年人。

血管发生产生原始毛细血管网络后，再分化成动脉、静脉和淋巴管网络。

血管对于胚胎活力是必不可少的，进一步发育为成熟的循环系统还需经过

angiogenesis过程。

图ogenesis发生过程，最终形成原始毛细血管丛；

enesis发生过程，不仅存在于胚胎生成期，也存在于整个生命

周期；

ogenesis是血管扩张和重塑的过程，不涉及新生血管。

脉管发生（Angiogenesis）

随着胚胎生长，原有血供已无法满足组织增长，此时，原始毛细血管

网络必须重塑和扩张，经历血管生成的过程以满足代谢需求。

Angiogenesis在胚胎形成期间出现，不像vasculogenesis，

Angiogenesis在整个生命周期持续存在。

新生血管的萌芽是对组织缺氧释放信号的应答反应。缺氧诱导因子－

1α(HIF－1α)介导了在现存血管基础上的新生毛细血管的萌芽（图1B）。

VEGF通过与细胞上VEGFR－2交互作用，直接刺激tipcells导致新生血

管生成，而tipcells由现存血管的内皮细胞演化而来，并延伸至周围组织，

形成网状毛细血管丛。萌芽的分子特征尚未完全阐明。例如，形成静脉衍

生和动脉衍生毛细血管的tip内皮细胞，可能都是来源于静脉。动脉胚芽

比静脉胚芽对VEGF的应答性更强，但是静脉内皮细胞比动脉内皮细胞在

毛细血管萌芽时期增殖更迅速。VEGF还调控intussusception过程，即

在脉管生成过程发生的血管分离，有效增加了毛细血管床的面积和氧弥散

能力。

动脉发生（Arteriogenesis）

动脉发生是已存小动脉或毛细血管发生扩张和重塑进而演化为能支

撑血流的侧枝血管的过程。本质上，动脉生成不同于angiogenesis和

vasculogenesis，后两者是新生血管形成的过程，而动脉生成是已存血管

的重塑过程。在胚胎生成时期，动脉生成需要围绕着已存血管的中胚层进

一步分化，参与形成更大的血管。血管的中层（media）发生包含炎症反

应的结构重组过程，平滑肌细胞（SMC）分泌转化生长因子－β(TGF－β)

和血小板源生长因子－－B(PDGF－B)从而形成更厚的中膜。在成年人，

当侧枝血管募集以增加慢性缺血区域的血供（图1C）时即出现

Arteriogenesis。

血管指纹分子（vascularidentity）

Ephs和ephrins

产红细胞生成素肝细胞（Eph）受体家族是人类受体酪氨酸激酶的最

大家族。受体酪氨酸激酶是细胞表面分子，当受到配体如生长因子VEGF

或TGF－β激活后，能启动胞内信号转导级联反应。Eph受体分成两类，

Eph－A和Eph－B，分别结合不同的配体；Eph－B受体共5种（Eph－

B1－4和6），由Ephrin－B跨膜配体激活；Eph－A受体共9种（Eph

－A1－8和10），由Ephrin－A糖基磷脂酰肌醇锚定配体激活。Ephrin

配体和Eph受体在神经系统内被频繁发现，但实际上它们也是经典的血管

标志物。

自从Eph－B4优先在静脉内皮中被定位后（鼠E9.0，表I），成为血

管生物学的热门研究点。另外，Eph－B4受体只有单一配体ephrin－B2，

这在Eph受体家族中不常见。而配体ephrin－B2优先表达于动脉内膜（表

I），似乎比Eph－B4出现得更早（E8.5）。贯穿整个成年期，ephrin－

B2和Eph－B4均各自存在于动脉和静脉内皮细胞。

在分子生物学领域，激活Ephrin－Eph信号通路特别有意思。Ephrin

－Eph信号通路可以是双向的，除了经典的激活Eph受体的正向通路之

外，也可以激活Ephrin－B配体的反向信号通路，进而在两个相邻细胞中

产生信号转导效应（图2）。在胚胎发生期，两个方向的信号转导对于血

管发育尤其重要，分别决定了动脉和静脉的宿命。再者，Eph－B4位于胞

膜穴样内陷区（caveolae），提示它还有作为传感器发挥机械力的功能。

Eph受体被激活时，成簇激活，而不是单一的受体激活，Eph受体的密度

影响着其功能，高密度诱导细胞相互分离，低密度促使细胞粘连。

图2.图示未分化内皮细胞的双向信号通路，最终分化成动脉和静脉的内

皮。

A.受体募集；－B4受体自身磷酸化，ephrin－B2受体在Src激

酶作用下磷酸化；

C.激活信号转导通路，在包含Eph－B4的内皮细胞中为正向信号转导，

包含ephrin－B2的内皮中为反向信号转导；

D.各自分化为动脉和静脉的内皮细胞。

血管的标志物

静脉

缺乏信号刺激时，血管标志物默认分化为静脉（图3）。鸡卵清白蛋

白上游转录因子II（COUP－TFII）只表达于静脉内皮细胞（鼠始于E8.5），

它介导了静脉EphB4的表达，抑制动脉表型，基因敲除COUP－TFII后

静脉内皮细胞会表达动脉标志物。通过直接抑制COUP－TFII会出现动脉

标志物如ephrin－B2也受抑制。COUP－TFII还能刺激抗粥样硬化基因

组织纤溶酶原激活剂的表达，同时减少促粥样硬化基因如纤溶酶原激活抑

制剂I型、血小板反应蛋白、和PDGF－β的表达。COUP－TFII的表达

受到brahma－相关基因1（BRG1）的调控，BRG1是一种结合在ATP

－依赖的染色质重塑复合物的腺苷三磷酸酶。BRG1结合在COUP－TFII

启动子区域，诱导DNA重塑，使得转录机器复合物到达COUP－TFII基

因，但COUP－TFII的表达也可能受到其他未知的因子调控。

Eph－B4是最主要的静脉标记。内皮细胞在E9.0通过表达Eph－B4，

可确认发育成静脉，且会持续存在（表II）。Eph－B4正向信号通路由配

体ephrin－B2激活，发生Eph－B4胞内酪氨酸自体磷酸化和额外信号分

子的募集，从而将信号传入胞内。Eph－B4的激活增加了粘附分子如癌细

胞中整合素的表达，进而侵犯周围组织。敲除Eph－B4会增加肌球蛋白

VI和基质金属蛋白酶12（MMP12）的表达，而血浆MMP12水平增高

与大动脉粥样硬化和中风有关，因此推测，维持Eph－B4静脉表型可能

可以减少动脉粥样硬化发生和阻止静脉疾病的进展。

图3.细胞信号转导决定了内皮细胞的分子标志物。

与VEGFR－2受体的结合诱导了Notch的激活过程，最终导致

内皮细胞膜表面Ephrin－B2的表达；

B.转录因子COUP－TFII部分由BRG1诱导表达，并最终使内皮细胞表

达Eph－B4；

和VEGFR－3受体的结合使Prox1上调，与COUP－TFII形成

异质二聚体，诱导内皮细胞表达淋巴管的分子标志物。

动脉

血管内皮生长因子VEGF及其受体之一VEGF－R2，对启动

vasculogenesis的过程尤其重要。VEGF的异构体VEGF－A与动脉标志

物紧密相关，因为VEGF－A与其受体VEGF－R2结合后会增加胚胎干细

胞ephrin－B2的表达（图3）。VEGF－A能抑制静脉标志物的表达，在

成人静脉内皮细胞，VEGF－A抑制Eph－B4的表达，在不上调ephrin

－B2的情况下增加dll4的表达。被激活的VEGF－R2刺激Notch蛋白表

达并抑制COUP－TFII。

Notch是高度保守的蛋白家族，是胚胎发生过程中极为重要的信号分

子。脊椎动物表达四种Notch受体（Notch－1－4）和五种配体（Dll

－1，Dll－3，Dll－4，和Jagged－1，Jagged－2）。Notch受体是跨

膜蛋白，结合一种配体后发生分裂，使得胞内域移位至细胞核。Notch受

体、配体或靶基因发生变异会导致血管异常。这些血管异常的发生很可能

是由于发育中的血管组织内皮细胞和平滑肌细胞之间的交互式作用障碍，

因为激活内皮细胞的Notch蛋白促血管成熟胜过促内皮细胞增殖。有趣的

是，Dll－4、Notch－1、和Notch－4只表达于动脉，不表达于静脉。

Dll4激活Notch介导了ephrin－B2表达，同时抑制COUP－TFII介导的

Eph－B4表达。内皮细胞Jagged－1介导了SMC定位于动脉壁的过程。

VEGF依赖性血管萌芽的发生就是通过Dll－4实现，激活Dll4和Notch

蛋白能使血管芽成熟并朝着动脉方向稳定发展。

Ephrin－B2在鼠胚胎E8.5首先表达（表I）。单纯表达Ephrin－B2

并不足以发育出循环系统，而通过Ephrin－B2和Eph－B4的双向信号转

导方能出现合理的血管发育。Ephrin－B2和Eph－B4彼此相反的关系，

提示它们可能在脉管系统中调控着相反的功能。Ephrin－B2调控着网格

蛋白介导的VEGF受体胞吞过程，促进VEGFR－2的信号转导。同时，

Ephrin－B2对PDGF胞吞过程起反作用，促进动脉壁中SMCs的成熟。

这些信号通路的平衡可能影响动脉表型的稳定性。

淋巴系统

Prox1是结合COUP－TFII的一种转录因子，可以诱导静脉内皮细胞

向淋巴系统转化。（图3）

Prox1在E9.5首先被发现于鼠主静脉（表I），它是一种结合在COUP

－TFII的转录因子，能改变静脉信号转导，直接促使静脉内皮细胞向淋巴

系统转化。Prox1本身被转录因子Sox18所调控，在鼠E9.0时，鼠主静

脉内皮细胞开始表达Sox18，到E10.5时，Sox18－阳性细胞迁移至淋巴

囊。

VEGF受体3(VEGF－R3)于鼠E8.5位于静脉和间充质，但到E14.5

－16.5时，VEGF－R3被分离至淋巴系统中（表I）。VEGF－C是优先结

合于VEGF－R3的异构体，在胚胎期淋巴系统萌芽时和VEGF－R3一同

表达。不同于动脉和静脉，淋巴管的基膜必须开窗以利于组织液的吸收，

基于此，VEGF－R3和VEGF－C的特异性结合可能是形成淋巴系统结构

和功能的重要机制。神经纤毛蛋白－2作为VEGF－R3的共同受体，调控

着信号传导，促进了淋巴管生成。

淋巴管内皮透明质酸受体－1（LYVE－1）也是淋巴管内皮的特异性

受体，它结合透明质酸和促进白血球迁移。因此，除了结构改变，淋巴管

的分子标志物对于免疫系统发挥功能也至关重要。

临床应用

血管外科手术以后，一些分子标志物会随着环境改变而改变。例如，

将一段静脉移植于动脉或做动静脉瘘时，静脉的分子标志物发生改变（表

II）。另外，有些标志物只表达于病理状态如慢性缺血或癌症。现在尚不

明确在血管病患者中，促进或抑制这些改变能够改善血管手术的临床预

后，或作为药物疗法的重要靶点。最近，有研究发现人的大隐静脉存在功

能性Eph－B4受体，体外刺激它们可以预防内膜增生。另外，激活Eph

－B4增加鼠AVF的通畅率。这些结果提示调控血管标志物也许能改善人

类静脉移植物和AVF的通畅率，值得未来实施临床实验。

静脉移植物

将静脉移植到动脉环境中，如隐静脉移植物，发生Eph－B4表达缺

失（表II）。VEGF－A的表达和dll4、Notch配体的上调，导致Eph－

B4表达缺失。虽然dll4上调，但ephrin－B2并未出现在静脉移植物的

内皮中。静脉移植物因此丧失了静脉的分子标志物，却并未获得动脉的分

子标志物，因此，在分子水平，静脉移植物并不会发生“静脉动脉化”。

发生直径扩张对于静脉移植物的通畅性是有益的，然而管壁增厚、内

膜增生导致静脉移植物的狭窄和失功。通过它的活化配体ephrin－B2刺

激Eph－B4可以增加Eph－B4的表达、抑制内膜增生，给改善静脉移植

物的通畅率提供了新策略。刺激Eph－B4也促进了内皮NO合酶（eNOS）

的磷酸化，使静脉扩张。但激活dll4却能诱导炎症反应和平滑肌细胞增殖，

因此理解静脉移植物中Eph－B4的功能十分重要。

动静脉内瘘（AVF）

自体AVF是血透通路的首选，但通畅率和成熟率均不理想。在AVF

中，静脉段获得ephrin－B2（表II）和细胞外基质蛋白如胶原蛋白和纤连

蛋白的表达，和这些蛋白导致静脉壁向外重塑。成熟不良可能是由于向外

重塑不足，和/或静脉管壁未增厚。外科建立AVF后，静脉端获得ephrin

－B2的表达同时保留Eph－B4的表达。因此AVF获得动脉和静脉双重的

分子标志物，这与静脉移植物显著不同。但是，给予Ephrin－B2确实能

预防过度的管壁增厚和改善AVF通畅率，提示采用保留静脉分子标志物的

方法可能可以改善人类AVF的通畅率。

补片血管成形术

心包补片常用于关闭静脉或动脉缺口。人造补片必须是非细胞的，由

生物组织取材的补片必须要去除细胞抗原和减少抗原性，因此在用于血管

移植前，补片均无血管标志物。但血管移植后，宿主细胞迁移并导致内膜

增生和愈合。有意思的是补片在动脉环境中表达动脉标志物Ephrin－B2，

在静脉环境中表达静脉标志物Eph－B4（表II），即补片所获得的分子标

志物取决于所处的环境。当采用静脉补片时，由于暴露于动脉环境，获得

动脉－静脉双重分子标志物，这与AVF相似（表II）。因此可以推测，调

控血管补片的分子标志物的表达，可能是抑制内膜增生的一种策略。

缺血组织的再血管化

血管分子标志物同时调控着血管生成过程，因此有研究者将之用于外

周动脉疾病，虽然抱着乐观的态度，但大型双盲实验显示无显著临床效果。

RAVE临床实验使用复制缺陷型腺病毒载体给予VEGF转基因，分别以低

剂量和高剂量注射至大腿，12周后，安慰剂组、低剂量组、高剂量组的峰

值步行时间、主要终点事件并无显著性差异。美国Genzyme公司赞助的

HIF－1α临床实验将HIF－1α基因用于跛行患者和对照组，同样，在步行

时间、跛行发生时间或生活质量方面均未发现显著差异。TALISMAN201

临床实验使用质粒运载纤维母细胞生长因子，用于不适合再血管化的溃疡

患者，结果显示对溃疡愈合没有效果。近期，通过给予转录因子激活剂上

调内源性VEGF－A表达的方法正在研究中。其他涉及血管标志物的治疗

方法还包括促进动脉生成或干细胞疗法。

总结

静脉、动脉和淋巴管特异性蛋白标志物贯穿终身。在胚胎生成时期，

这些标志物决定了血管的分化方向，静脉的发生由COUP－TFII的表达决

定，动脉由VEGFR－2、Notch和dll4的表达决定，淋巴管由Prox1的

表达决定。在成年人，静脉主要表达Eph－B4，动脉主要表达ephrin－

B2。施行血管外科手术后，这些分子标志物发生改变，提示存在可能改善

手术效果和预防手术并发症的药物治疗靶点。