血管新生与疾病医学PPT课件.ppt

血管新生与疾病Angiogenesisanddisease,病理生理学教研室二一二年十月,.,主要内容,概述血管新生的方式与分期血管新生的调控血管新生与疾病的发生和防治,第一节概述,1.血管形成或称血管发生(vasculogenesis):主要发生在胚胎早期，其血管直接由成血管细胞长成，是血管从无到有的过程，又称胚胎性血管再生。2.血管新生(angiogenesis):主要在原有的毛细血管与(或)微静脉基础上通过血管内皮细胞的增殖和迁移,形成新的分支,再扩展延伸,形成新的毛细血管网，是血管从少到多的过程，又称胚胎后血管再生。,第二节血管新生的方式与分期,一.血管新生的方式:1.芽生式:是指新生的毛细血管在原有的血管基础上发芽(sprouting)，分头呈线性长出。2.非芽生式:是指原有的毛细血管被横贯血管的间质突起纵向一分为二，成为2条新的毛细血管。3.套人式(intussusceptiveangiogenesis)：已有的毛细血管呈柱状插入管腔，不需要内皮细胞出芽，在腔内形成套人式的血管生成。,二.血管新生的分期,1.初期:多种体内外的刺激(血管损伤、创伤、肿瘤生长、局部炎症等)引起促血管生成因子分泌增加，从而诱使血管新生。2.增生侵入期蛋白酶降解细胞外基质(extracellularmatrix，ECM)，松解内皮细胞与周围组织的黏附，内皮细胞增生、迁移和浸润。,3成熟分化期包括血管管腔形成，内皮细胞分化，血管结构的修整、改建，毛细血管网可根据组织需要进一步增生变密或退化变疏。,第三节血管新生的调控,一.血管新生诱导因子,(一).血管内皮细胞生长因子(Vascularendothelialgrowthfactor,VEGF),1.发现:1979年：豚鼠肿瘤腹腔渗液中以及多种肿瘤细胞培养上清液中发现可使豚鼠血管通透性升高的因子；1983年：分离、纯化、鉴定，最初称之为血管通透性因子(Vascularpermeabilityfactor，VPF)；1989年：从垂体滤泡细胞培养上清液中分离出一种可特异性地促进血管内皮细胞有丝分裂的因子，取名为VEGF，并发现VEGF及VPF同一蛋白质。,2.VEGF结构、基因型分类、受体,(1)VEGF分子量为40-45KD，是由2条分子量各为23KD的多肽链以二硫键形式组成。VEGF家族包括VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E、PIGF等。(2)VEGF基因结构：由8个外显子和7个内含子组成。由于VEGFmRNA的不同拼接方式:,VEGF基因mRNA的不同拼接方式,翻译产生VEGF121、VEGFl45、VEGF148、VEGF162、VEGF165、VEGF183、VEGF189、VEGF2068种蛋白质。VEGF121和VEGF165是可溶性蛋白质，可促进血管内皮细胞有丝分裂并可增加内皮细胞通透性，而VEGF189和VEGF206是与胞外基质紧密结合的不溶性蛋白质。,（3）VEGF受体,VEGFR1、2、3,（4）VEGF作用及机制,VEGF在动物和成人正常组织中合成水平很低，但在胚胎中和在有血管新生的组织中合成水平较高。血管新生、细胞增殖、血管壁通透性,但不促进基底膜的破坏和炎症反应。,AngII,AT1,G,PLC,pIp2,DGIp3,Ca2+,src,PYK2,VEGF,ShcGrb2sos,Raf-1MEKERK1/2,Ras,PKC,Ap-1NF-BSp-1,C-src,PLCr,pIp2,DGIp3,PKC蛋白激酶c,Proliferation,VEGFR-2,NO与VEGF的双相调节：,在缺血的心肌组织中VEGF表达明显增加,心肌缺血预处理,Northernblot,Situhybridization,sham,Non-IP,IP,(二)成纤维细胞生长因子(Fibroblastgrowthfactor,FGF),1.组成:FGF2.作用及机制:（1）与肝素有很强的亲和力，这对其与细胞表面受体结合至关重要。（2）对内皮细胞有趋化性，直接刺激内皮细胞释放基底膜降解酶，并刺激内皮细胞的迁移和增殖，形成新血管,aFGF:相对分子质量18KD的阴离子多肽,bFGF:相对分子质量18KD的碱性多肽,(三)促血管生成素(angiopoietin，Ang)与血管生成素(angiogenin),Ang有2个亚型，即Ang-1和Ang-2。Tie-2是共用受体,是通过酪氨酸磷酸化而激活,Ang-1有促进血管生成的作用，Ang-2具有抑制血管生成的作用。Angiogenin:其特点是不与肝素结合，是一种非血管内皮细胞源性有丝分裂原，可由正常细胞、淋巴细胞生成。,多种炎症介质兼具有直接和间接促血管生成作用，如TNF、PGE1、PGE2、IL-1、IL-6、Il-8和NO等；TGF、PDGF也是重要的血管新生促进因子，具有部分直接作用；成年机体中，诱发血管新生的刺激因子通常来自内皮细胞邻近的组织。多种细胞能够合成、分泌这些因子，单核-吞噬细胞是其重要的来源。,(四)其他:,二、血管新生抑制因子,血管新生抑制素(angiostatin)内皮细胞抑制素(endostatin)组织金属蛋白酶抑制剂(tissueinhibitorofmetalloproteinase，TIMPS)软骨源性抑制剂(cartilagederivedinhibitor，CDl)凝血酶敏感蛋白-1(thrombospodin-1，TSP-1)血小板因子-4(plateletfact-4，PF-4)干扰素诱导蛋白-10(interferoninducibleprotein-10，IP-10)迁移抑制因子(migrationinhibitorfactor，MIG)等。,（一）血管新生抑制素(angiostatin),1994年首先发现，是纤溶酶原N端的98-440氨基酸降解片段，是由肿瘤细胞合成或与肿瘤细胞有关。作用：可选择性地调控E-选择素的表达，从而特异性地抑制内皮细胞增殖。,是胶原XVIII在某些酶的作用下裂解生成（胶原XVIII的C端片段），与细胞表面肝素硫酸盐蛋白多糖结合，通过与bFGF的竞争，干扰有丝分裂的生长因子信号，从而达到抑制细胞增殖的作用。,（二）内皮细胞抑制素(endostatin),（三）组织金属蛋白酶抑制剂(tissueinhibitorofmetalloproteinase，TIMPS),TIMP能抑制基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinase，MMP)。MMP是由内皮细胞分泌的，它能使内皮细胞迁移，新血管生成。当MMP被TIMP抑制后血管生成即被抑制。,（四）凝血酶敏感蛋白-1(thrombospodin-1，TSP-1),1.来源:血小板、巨核细胞、血管内皮细胞、平滑肌细胞与成纤维细胞均可合成TSP-1,2.作用:（1）在体内是内源性血管新生抑制物，能够阻断血管生长因子诱导的毛细血管内皮细胞的增殖、迁移和管腔的形成，同时能加强平滑肌细胞对PDGF所引起的增殖和迁移反应。（2）TSP-1与内皮细胞特别是微血管内皮细胞黏附，是调节血管新生和血栓形成的中心环节。（3）TSP-1还能调控内皮细胞表型，调节血管新生。(4)P53能够促进TSP-1表达。,作用途径:,PF4与bFGF竞争硫酸肝素，而硫酸肝素对维持bFGF的活性非常重要。PF4直接与bFGF的受体结合，在受体水平与bFGF竞争。PF4可能与bFGF形成复合物，并抑制bFGF二聚体形成。,与氨基葡糖基结合，阻碍bFGF与受体结合，从而抑制血管生成。,(五)血小板因子-4(plateletefact-4，PF-4),第三节血管新生与疾病的发生和防治,血管新生性疾病：主要是指与微血管异常生长相关的疾病，表现为血管新生过度、缺陷或抑制。血管异常增生的疾病：肿瘤、糖尿病视网膜病、血管瘤、牛皮癣、类风湿性关节炎、月经失调等；血管新生抑制的疾病：冠心病、心肌梗死后、脑梗塞后、血管闭塞性血栓性脉管炎等。,一.血管新生过度疾病的发生和防治：肿瘤,(一）肿瘤血管新生的特点:新生肿瘤血管结构不规则，生长方式各不相同肿瘤新生血管与正常毛细血管在生长过程和分布上是不同的肿瘤新生血管只有一层内皮细胞，无平滑肌和神经末梢。而且，肿瘤新生血管内皮细胞与正常内皮细胞在结构上也有所不同肿瘤血管的生长与肿瘤的种类和恶性程度有着密切的关系,（二）肿瘤血管新生的过程:,肿瘤的生长大致可分为2个时期：血管前期和血管期血管前期：为无血管生长期，肿瘤增殖到大约直径2mm左右。血管期:以肿瘤组织中的毛细血管的进行性生长为标志。,血管生长形成期基底膜降解期内皮细胞迁移期管腔形成期,1.血管生长形成期：肿瘤组织启动促进血管形成的遗传信息进行表达。血管生成表型形成以后，肿瘤组织通过调节促进与抑制血管新生的物质的含量，诱导新生血管的生成。,2.基底膜降解期：最初表现为母血管在促进血管新生的一些因子作用下管腔扩张，内皮细胞才可发生迁移。由周围细胞产生的胶原酶和纤溶酶原激活物降解母血管的基底膜和局部的基质。,3内皮细胞迁移期：此期基底膜在发生形态学变化的同时，在血管生长因子作用方向上，内皮细胞发生趋化性生长、迁移，或一个细胞从母血管壁相邻的周围组织长出，或多个细胞同时平行长出。长出的细胞形成突起，尖端由细胞间连接相结合，突起的中央内皮细胞分裂增殖。周细胞环绕内皮细胞的增生、迁移，它发生在内皮细胞索形成之后，且周细胞的出现可抑制内皮细胞的分裂迁移。,4管腔形成期：在此期内母血管内皮细胞增生形成的细胞索向肿瘤组织长入的过程中，内皮细胞间逐渐形成裂隙样腔隙，同时内皮细胞发生形态的改变，被拉长成管状。这些腔隙与母血管的腔隙相连，顶端边界开始由细胞间连接封闭，此后互相连接并形成毛细血管襻，并在内皮细胞和周细胞的外围出现基底膜，从而新生血管形成。,VEGF特异性地作用于血管内皮细胞，发挥促分裂、趋化作用；VEGF增加血管通透性，使管内纤维蛋白原等血浆蛋白外渗，纤维蛋白原与管外的纤维连接蛋白等多种成分凝结形成交叉的纤维蛋白凝胶体;VEGF诱导血管内皮细胞产生的间质胶原酶、纤溶酶原激活物，不仅满足血管新生对基质降解的要求，而且也有助于瘤细胞从肿瘤组织的脱落。,（三）肿瘤血管新生的机制:VEGF,(四)抗肿瘤血管新生治疗,1抗血管新生疗法（1）抗血管新生抑制剂种类：第一组：以基质降解酶为靶标的药物第二组：以血管生成因子为靶标的药物第三组：以肿瘤血管为靶标的药物第四组：多类型药物,以基质降解酶为靶标的药物:,以血管生成因子为靶标的药物:,以肿瘤血管为靶标的药物:,也即针对内皮细胞，药物可以抑制内皮细胞的迁移和增殖，直接诱导内皮细胞凋亡。这些药物大多为内源性（存在于人体内）。此类药物中，血管抑素（血管他丁）和内皮抑素（内皮他丁），最具发展潜力。这两类物质都来源于肿瘤细胞，而且是肿瘤转移事件中，抑制血管新生的主要因素。,多类型药物:反应停等,（2）抗血管新生疗法优点：,一个血管被破坏后，成千上万个肿瘤细胞坏死。在治疗上等于有放大效应。这类药物不易产生抗药性。药物很容易找到它的靶细胞,减少全身不良反应。有时药物虽不引起肿瘤缩小，但抑制其生长，控制进展。联合应用效果佳，与化疗药合用也有增效作用对小肿瘤疗效比大肿瘤好，所以既可对小肿瘤直接作用，也可在术后早期应用。,（3）抗血管新生疗法缺点：患者如果出现伤口，有可能因为伤口愈合问题而产生感染。妊娠期妇女不能使用该药物，因为这会破坏胎儿血管的形成。长时间使用该类药物会导致诸如血栓、血压过高或过低等问题。疗效？新靶点：NOTCH1受体，TGF与PGE2,2.血管靶向疗法：TNF-,二.缺血性疾病与治疗性血管新生,(一)治疗性血管新生(therapeuticangiogenesis)概念：通过促血管生成因子的直接应用、特异性转基因治疗及细胞治疗以促进缺血组织血管再生、改善供血为目的的治疗。(二)治疗性血管新生中血管生成的模式:1.血管衍生(angiogenesis):主要是指在胚胎发生或成体某些生理及病理情况下，通过分化的内皮细胞(ECs)的增殖、迁移,从已经存在的血管衍生出新的毛细血管的过程。,2.血管发生(vasculogenesis):重演了胚胎阶段组织发生时血管的形成模式，主要由特异的血管内皮祖细胞(EPCs)经过分裂、增殖，产生大量成熟的内皮细胞，再经过有序排列生成新的血管。3.动脉生成(arterogenesis):指在缺血性刺激下原来与堵塞动脉相交通的小动脉代偿性扩张生成较以前更为粗大的动脉过程。,(三)治疗性血管新生的研究历史,1.蛋白治疗阶段:80年代(1)应用的治疗性蛋白:VEGFs、FGFs、HGF、PDGF、IGF-1(2)蛋白治疗缺陷重组蛋白生产的产业化程度低,造价昂贵重组蛋白在体内的半衰期较短,必须重复给药有时出现低血压，外周血管水肿，对糖尿病病人来说，还会增加视网膜新生血管和肾功能不全的危险性FGF也可能会促进纤维生成，导致粥样斑块生长，甚至斑块的破裂。最严重的不良反应是会促进肿瘤生长,2.转基因治疗,此种治疗是通过不同的载体将编码某种促血管生成因子的基因导入缺血区适当受体细胞，持续产生效用蛋白，从而刺激血管生成、改善血供的治疗方法。,(1)血管壁转基因治疗常用的载体:有逆转录病毒载体、腺病毒载体、质粒DNA载体、质粒DNA加脂质载体等。（2）应用的目的基因：编码VEGFs及受体、FGFs及受体、HGF、HIF-1、eNOS基因等,逆转录病毒（retrovirus,RV）,病毒膜,内膜,突起,核壳（二十面体）,核糖核蛋白,单链RNA,腺病毒（adenovirus,Ad）,“Cannonballwithspikes”,脂质体介导的基因转移,（4）基因治疗优点：基因转移所致局部剂量小，但它可持续分泌；安全性能及生物学活性比VEGF蛋白基因要好；价格低廉。（5）基因治疗缺点：表达水平调控困难，基因表达效率低引起免疫反应非特异性转染靶细胞外的其他细胞,3.细胞治疗,（1）细胞治疗常用的方法：体外培养的血管内皮细胞注射到缺血区体外获取的内皮祖细胞（endothelialprogenitorcells，EPC）植入缺血区骨髓细胞（bo