血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子在男性生殖系統(tǒng)的表達(dá)及作用研究

艾慶燕,趙豫鳳,楊加周,王艷梅,苗乃周

細(xì)胞因子是一類(lèi)由免疫細(xì)胞和相關(guān)細(xì)胞產(chǎn)生的具有調(diào)節(jié)功能的高活性、多功能蛋白質(zhì)多肽,在生殖系統(tǒng)各種不同細(xì)胞間復(fù)雜的局部調(diào)節(jié)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起重要作用,其以自分泌或旁分泌形式直接或間接調(diào)節(jié)免疫平衡。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子 (vascular endothelial growth factor,VEGF)又名血管通透性因子,能高度特異性地作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞,是強(qiáng)效的血管發(fā)生誘導(dǎo)物,以受體介導(dǎo)的方式發(fā)揮其生物學(xué)作用。VEGF和 (或)VEGF受體 (VEGFR)表達(dá)于許多與生殖有關(guān)的細(xì)胞,并調(diào)節(jié)生殖系統(tǒng)各器官的血管生成和通透性,是體內(nèi)與生殖有關(guān)的重要生長(zhǎng)因子之一。

1 VEGF及其受體分子生物學(xué)特性

VEGF由各種正常細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞合成分泌,兩個(gè) 17～22 kD的相同多肽鏈由二硫鍵連接而成分泌型同源二聚體糖蛋白,具有高度的保守性,對(duì)熱和酸穩(wěn)定,與乙酰肝素蛋白多糖有很高的親和力。VEGF cDNA序列顯示其有一個(gè) N-糖基化位點(diǎn)可能與其細(xì)胞分泌有關(guān)。人類(lèi)細(xì)胞中根據(jù)氨基酸殘基數(shù)不同分為 VEGF121、VEGF145、 VEGF148、 VEGF165、VEGF189和 VEGF206,這幾種亞型的同型二聚體具有基本相同的生物學(xué)活性,但因其與細(xì)胞表面和胞外基質(zhì)中乙酰肝素結(jié)合能力的不同而功能上有所差異,其中VEGF165是發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)的主要成分。

VEGFR屬酪氨酸激酶 c-fms家族,由 7個(gè)免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)形成的胞外部分,含有酪氨酸激酶的胞內(nèi)部分和疏水氨基酸組成的跨膜區(qū)域 3部分構(gòu)成。胞內(nèi)部分含有一段酪氨酸插入序列,是磷酸化的下游信號(hào)分子結(jié)合位點(diǎn)。VEGF信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要受體包括 fms樣酪氨酸激酶 (Flt-1)和胎兒肝激酶插入?yún)^(qū)受體 (KDR),均具有酪氨酸激酶活性。Lam等[1]證實(shí)VEGFR在血管形成中起不同的作用,KDR的表達(dá)明顯強(qiáng)于 Flt-1,因此 KDR可能為發(fā)揮主要功能的受體。

2 VEGF及其受體的生物學(xué)效應(yīng)

VEGFR被 VEGF刺激形成二聚體并活化,促進(jìn)相鄰受體亞基的自身磷酸化和轉(zhuǎn)磷酸化,以觸發(fā)信號(hào)的傳導(dǎo),導(dǎo)致磷脂酰肌醇 3-激酶和磷脂酶 Cγ活化,前者使磷脂酰肌醇在肌醇環(huán) 3位上發(fā)生磷酸化產(chǎn)生第二信使;后者水解磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸 (IPI2)產(chǎn)生肌醇 l,4,5-三磷酸 (IPI3)和二脂酰甘油 (DAG),分別起到激活 Ca2+通道開(kāi)放促進(jìn)細(xì)胞 Ca2+升高和激活蛋白酶 C(PKC)的作用[2]。VEGF與 Flt-1結(jié)合后,表現(xiàn)為促內(nèi)皮細(xì)胞遷移,有調(diào)節(jié)血管通透性的作用;與KDR結(jié)合后則表現(xiàn)為促進(jìn)細(xì)胞有絲分裂和抗凋亡作用。VEGF能介導(dǎo)內(nèi)皮及非內(nèi)皮效應(yīng)促進(jìn)有絲分裂,使血管通透性增加,內(nèi)皮細(xì)胞增殖遷移、細(xì)胞間粘連,改變胞外基質(zhì)構(gòu)建新生血管的生長(zhǎng)環(huán)境,在血管生成中起誘導(dǎo)和基因調(diào)節(jié)作用[3];刺激血小板 vWF的釋放調(diào)節(jié)纖溶系統(tǒng);促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移,激活單核細(xì)胞促其遷移,對(duì)組織重構(gòu)及再生等均有重要作用。

3 VEGF在睪丸中的表達(dá)及作用

VEGF轉(zhuǎn)基因小鼠的生精細(xì)胞內(nèi)有VEGF基因信號(hào)且出現(xiàn)于 1～12級(jí)精子細(xì)胞[4],說(shuō)明 VEGF參與精子形成過(guò)程并可能調(diào)節(jié)男性生殖。VEGF蛋白表達(dá)于生精細(xì)胞、發(fā)育中的頂體和精子殘余體中[5],可能參與精原細(xì)胞有絲分裂的增殖分化以及精母細(xì)胞的減數(shù)分裂過(guò)程,促進(jìn)和加速精子的發(fā)生,作用于精子細(xì)胞直接參與精子的形成。Flt-1和 KDR蛋白表達(dá)于各級(jí)精子細(xì)胞發(fā)育中的頂體內(nèi),說(shuō)明 VEGF與其受體參與精子細(xì)胞變態(tài)過(guò)程,特別對(duì)精子頂體的發(fā)育具有重要作用。支持細(xì)胞的基部胞質(zhì)及殘余體表達(dá) VEGF,其分泌的 VEGF通過(guò)旁分泌作用于生精細(xì)胞;VEGF和其受體共表達(dá)于 Leydig細(xì)胞質(zhì)中,通過(guò)自分泌調(diào)節(jié)睪酮的分泌,影響生精細(xì)胞的增殖分化、生精功能和精子發(fā)生的微環(huán)境,直接或間接調(diào)控精子的發(fā)生。VEGF表達(dá)于睪丸間質(zhì)血管內(nèi)皮及小血管平滑肌上調(diào)節(jié)睪丸微血管通透性和血管化對(duì)睪丸正常功能的發(fā)揮及微血管生成起著重要作用。

睪丸是具有高度增殖能力的組織,精子發(fā)生耗氧量大,輕度的氧濃度下降就會(huì)導(dǎo)致生精細(xì)胞的損害。VEGF和 Flt-1蛋白在實(shí)驗(yàn)性左側(cè)精索靜脈曲張 (experimental left varicocele,ELV)2周組睪丸中表達(dá)均上調(diào),其可能作為保護(hù)因子參與精索靜脈曲張 (varicocele,VC)機(jī)制,抑制凋亡、誘導(dǎo)血管形成,改善對(duì)睪丸組織的營(yíng)養(yǎng)或逆流熱交換系統(tǒng)功能[6]。隱睪組對(duì)側(cè)睪丸 VEGF的表達(dá)顯著增強(qiáng),其表達(dá)水平與低氧誘導(dǎo)因子 1a(HIF-1a)同步,這是對(duì)組織缺氧進(jìn)行的適應(yīng)性反應(yīng),通過(guò)改變組織的血管生成和代謝來(lái)維持氧的穩(wěn)態(tài),發(fā)揮一定的抗細(xì)胞凋亡作用[7]。精原細(xì)胞瘤 VEGF的表達(dá)明顯高于正常睪丸組織,且 KDR、Flt-1的表達(dá)均升高,提示血管生成在睪丸癌的病理進(jìn)展起著重要作用[8]。VEGF在精原細(xì)胞瘤中主要表達(dá)于細(xì)胞質(zhì)內(nèi),其表達(dá)與精原細(xì)胞瘤的臨床分期密切相關(guān),臨床分期越晚,VEGF表達(dá)越明顯,轉(zhuǎn)移的機(jī)會(huì)也就越大[9]。

4 VEGF在附睪中的表達(dá)及作用

VEGF蛋白定位于人附睪的基底細(xì)胞、輸出小管的纖毛細(xì)胞及附睪管周肌樣細(xì)胞,KDR蛋白表達(dá)于附睪管體部基細(xì)胞及大的間質(zhì)血管內(nèi)皮細(xì)胞,Flt-1蛋白在附睪輸出小管及淋巴小管上表達(dá)[10]。VEGF和 Flt-1、KDR蛋白在附睪管上皮中的表達(dá)具有細(xì)胞和區(qū)域特異性[5]:VEGF蛋白幾乎表達(dá)于附睪管上皮所有主細(xì)胞胞質(zhì)中,近管腔游離面纖毛也呈陽(yáng)性染色,附睪體部表達(dá)最強(qiáng),頭、尾部次之;Flt-1和 KDR蛋白表達(dá)于上皮主細(xì)胞的核上部胞質(zhì)內(nèi),以附睪頭部最強(qiáng),部分間質(zhì)小血管內(nèi)皮也為陽(yáng)性。附睪上皮主細(xì)胞分泌大量的 VEGF蛋白與其相應(yīng)受體作用,調(diào)節(jié)自身的吸收和分泌功能,在附睪頭部可能參與睪網(wǎng)液的重吸收,在體部參與精子胞質(zhì)小滴的代謝,進(jìn)而影響附睪管腔液的組成及精子成熟的微環(huán)境,參與精子的睪丸后成熟。體外實(shí)驗(yàn)用VEGF165可刺激附睪使毛細(xì)血管及毛細(xì)淋巴管的內(nèi)皮細(xì)胞間隙增大、通透性增加,VEGF可能以旁分泌的形式影響間質(zhì)血管和淋巴管的通透性,調(diào)節(jié)附睪內(nèi)的微環(huán)境[11]。其在附睪中的分布格局可能與附睪區(qū)域特異的分泌和吸收功能有關(guān),通過(guò)調(diào)節(jié)微循環(huán)系統(tǒng)且以自分泌和旁分泌作用參與附睪原因的生殖活動(dòng)。VEGF也可能作用于輸精小管纖毛細(xì)胞影響精子的運(yùn)輸[2]。

VEGF及其受體對(duì)精子發(fā)生、成熟的調(diào)控作用也有負(fù)面性。VEGF在睪丸與附睪的高表達(dá)可導(dǎo)致血管新生且可能與男性不育有關(guān)[3],VEGF過(guò)度表達(dá)的轉(zhuǎn)基因鼠發(fā)現(xiàn)睪丸上皮增生及生精過(guò)程受阻、精子發(fā)生停止,毛細(xì)血管密度和通透性增高;附睪管膨脹且出現(xiàn)上皮細(xì)胞增生區(qū),間質(zhì)毛細(xì)血管數(shù)增加;可能因過(guò)度表達(dá)的VEGF對(duì)男性生殖道內(nèi)皮和非內(nèi)皮細(xì)胞雙重作用,附睪中的過(guò)度表達(dá)影響了附睪的結(jié)構(gòu)和功能,破壞了附睪管腔微環(huán)境,影響精子成熟,進(jìn)而導(dǎo)致男性生育力下降甚至不育。ELV組左側(cè)附睪 Flt-1蛋白表達(dá)量的變化隨時(shí)間延長(zhǎng)而減少具有時(shí)間累進(jìn)性[6],提示 VC有可能通過(guò)影響附睪上皮蛋白的合成和分泌較早并持續(xù)地造成睪丸及附睪精子發(fā)生、熟微環(huán)境的改變,繼而導(dǎo)致男性不育。VEGF的高表達(dá)與附睪乳頭狀囊腺瘤的血管新生也有關(guān)。

5 VEGF在精子的表達(dá)及作用

精漿 VEGF水平對(duì)人類(lèi)生殖有重要影響,VEGF受體定位于精子表面,精子頂體區(qū) Flt-1強(qiáng)表達(dá),KDR微弱表達(dá)于精子鞭毛表面。精液中 VEGF水平較高,女性妊娠率相對(duì)增加,VEGF不僅通過(guò)作用于男性生殖道細(xì)胞的 VEGFR對(duì)男性生殖起調(diào)節(jié)作用,而且通過(guò)對(duì)精子細(xì)胞的直接調(diào)節(jié)作用,影響女性妊娠的幾率[13]。

VEGF、Flt-1和 KDR表達(dá)于大鼠附睪精子頭部的頂體、尾部的頸段、中段和主段,說(shuō)明精子本身也是 VEGF的靶細(xì)胞之一[5]。精子在附睪成熟過(guò)程中的重要變化是精子膜結(jié)構(gòu)及其理化性質(zhì)的改變,包括膜的通透性、流動(dòng)性、膜脂、膜蛋白、膜受體等改變。VEGF和其受體蛋白在附睪精子的頂體、尾部不同區(qū)段的表達(dá)表明它們可能以自分泌和旁分泌方式作用于不同的離子通道等機(jī)制參與精子的睪丸后成熟過(guò)程,通過(guò)重飾膜結(jié)構(gòu),參與頂體的發(fā)育成熟及功能活動(dòng);也可能形成或激活 Ca2+通道引起精子尾部鈣離子內(nèi)流,激活細(xì)胞內(nèi)信息傳遞,使精子呈現(xiàn)超激活運(yùn)動(dòng)而獲得運(yùn)動(dòng)能力,存在于精子尾部Ca2+相關(guān)離子通道在精子運(yùn)動(dòng)方面發(fā)揮著重要作用[14]。細(xì)胞內(nèi)重要的第二信使鈣離子在精子各個(gè)生理階段發(fā)揮重要作用,包括精子的運(yùn)動(dòng)、獲能、頂體反應(yīng)和獲得受精能力等。

6 VEGF在前列腺中的表達(dá)及作用

前列腺體積增大,間質(zhì)比例增加,以血管、平滑肌增生為主的組織 VEGF表達(dá)增加[15]。VEGF、KDR蛋白及 mRNA陽(yáng)性表達(dá)廣泛分布于前列腺增生組織和前列腺癌的上皮細(xì)胞、少數(shù)基質(zhì)細(xì)胞和微小血管壁中,前列腺內(nèi)癌組織的表達(dá)強(qiáng)度明顯高于增生組織,隨腫瘤分級(jí)增高而明顯增加[16]。VEGF在前列腺癌中的表達(dá)與病理分級(jí)、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移相關(guān),可能成為前列腺癌預(yù)后的一個(gè)重要指標(biāo)[17]。VEGF表達(dá)隨人類(lèi)前列腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移特性的增加而增加,且惡性細(xì)胞合成并分泌的 VEGF刺激血管生成的效率更高,除了以旁分泌刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖、血管新生外,還能通過(guò)自分泌調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞增殖,在腫瘤的形成及進(jìn)展過(guò)程中意義重大。前列腺液中的各種細(xì)胞因子可能就在精漿相互發(fā)生作用而導(dǎo)致不育。

總之,血管生成在男性生殖系統(tǒng)的許多疾病的發(fā)生、發(fā)展中起著重要作用,VEGF是血管生成的重要因素之一。VEGF及其受體在男性生殖領(lǐng)域中占有重要地位,但其在生殖系統(tǒng)中的表達(dá)意義、作用機(jī)制還需進(jìn)一步研究,以更完善地了解其對(duì)男性生殖系統(tǒng)的調(diào)節(jié)機(jī)制,促進(jìn)男性生殖生理學(xué)的發(fā)展。

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