Введение

Белки, участвующие в росте кровеносных сосудов. Фактор роста эндотелия сосудов (VEGF, /v//ɛ//dʒ//'//ɛ//f/), первоначально известный как фактор проницаемости сосудов (VPF), – это сигнальный белок, продуцируемый многими клетками, который стимулирует формирование кровеносных сосудов. В частности, VEGF является подсемейством факторов роста, принадлежащим к семейству факторов роста цистиновых узлов, производных от тромбоцитов. Это важные сигнальные белки, участвующие как в васкулогенезе (de novo формировании эмбриональной системы кровообращения), так и в ангиогенезе (росте кровеносных сосудов из существующей сосудистой системы). Он является частью системы, восстанавливающей поступление кислорода к тканям при недостаточном кровообращении, например, в условиях гипоксии. Концентрация VEGF в сыворотке крови повышена при бронхиальной астме и сахарном диабете. Нормальная функция VEGF заключается в создании новых кровеносных сосудов во время эмбрионального развития, после травм, в мышцах после физических нагрузок, а также новых сосудов (коллатерального кровообращения) для обхода заблокированных сосудов. Он может способствовать развитию заболеваний. Твердые раковые опухоли не могут расти за пределы определенного размера без достаточного кровоснабжения; раковые опухоли, способные экспрессировать VEGF, могут расти и метастазировать. Чрезмерная экспрессия VEGF может вызывать сосудистые заболевания сетчатки глаза и других частей тела. Препараты, такие как афлиберцепт, бевацизумаб, ранибизумаб и пегаптаниб, способны ингибировать VEGF и контролировать или замедлять течение этих заболеваний.

История

В 1970 году Джуда Фолкман и соавт. описали фактор, секретируемый опухолями, вызывающий ангиогенез, и назвали его фактором ангиогенеза опухоли. В 1983 году Сенгер и соавт. идентифицировали фактор сосудистой проницаемости, секретируемый опухолями у морских свинок и хомяков. Аналогичный альтернативный сплайсинг VEGF был обнаружен Тишером и соавт. в 1991 году. В период с 1996 по 1997 год Кристингер и Де Вос получили кристаллическую структуру VEGF, сначала с разрешением 2,5 Å, а затем с разрешением 1,9 Å.

Было показано, что Fms-подобная тирозинкиназа 1 (flt 1) является рецептором VEGF, что продемонстрировали Феррара и соавт. в 1992 году. Терман и соавт. также в 1992 году показали, что рецептор киназового вставного домена (KDR) является рецептором VEGF. В 1998 году было показано, что нейропилин 1 и нейропилин 2 функционируют как рецепторы VEGF.

Изоформы

Существует несколько изоформ VEGF A, которые образуются в результате альтернативного сплайсинга мРНК из единого 8-экзонного гена VEGFA. Они классифицируются на две группы, определяемые по месту сплайсинга в конечном экзоне (экзоне 8): проксимальный сайт сплайсинга (обозначается как VEGFxxx) или дистальный сайт сплайсинга (VEGFxxxb). Кроме того, альтернативный сплайсинг экзонов 6 и 7 влияет на их сродство к гепарину и количество аминокислот (у человека: VEGF121, VEGF121b, VEGF145, VEGF165, VEGF165b, VEGF189, VEGF206; ортологи этих белков у грызунов содержат на одну аминокислоту меньше). Эти домены имеют важные функциональные последствия для вариантов сплайсинга VEGF, поскольку конечный (экзон 8) сайт сплайсинга определяет, являются ли белки проангиогенными (проксимальный сайт сплайсинга, экспрессируется во время ангиогенеза) или антиангиогенными (дистальный сайт сплайсинга, экспрессируется в нормальных тканях). Включение или исключение экзонов 6 и 7 также опосредует взаимодействие с гепарансульфатными протеогликанами (HSPG) и корецепторами нейропилином на поверхности клеток, усиливая их способность связываться и активировать рецепторы VEGF (VEGFR). Недавно было показано, что VEGF C является важным индуктором нейрогенеза в субвентрикулярной зоне мышей, не оказывая при этом ангиогенного эффекта.

Механизм

Все члены семейства VEGF стимулируют клеточные реакции, связываясь с рецепторами тирозинкиназы (VEGFR) на поверхности клетки, вызывая их димеризацию и активацию посредством трансфосфорилирования, хотя и в разных местах, в разное время и в различной степени. Внеклеточная часть рецепторов VEGF состоит из 7 иммуноглобулиноподобных доменов, одной трансмембранной области и внутриклеточной части, содержащей разделенный тирозинкиназный домен. VEGF A связывается с VEGFR 1 (Flt 1) и VEGFR 2 (KDR/Flk 1). VEGFR 2, по-видимому, опосредует почти все известные клеточные реакции на VEGF. Функция VEGFR 1 определена менее четко, хотя считается, что он модулирует передачу сигналов VEGFR 2. Другой функцией VEGFR 1 может быть роль рецептора-ловушки, секвестрирующего VEGF и предотвращающего его связывание с VEGFR 2 (это особенно важно во время васкулогенеза в эмбрионе). VEGF C и VEGF D, но не VEGF A, являются лигандами для третьего рецептора (VEGFR 3/Flt4), который опосредует лимфангиогенез. Рецептор (VEGFR3) является местом связывания основных лигандов (VEGFC и VEGFD), что обеспечивает непрерывное действие и функцию лигандов на клетки-мишени. Фактор роста эндотелия сосудов C может стимулировать лимфангиогенез (через VEGFR3) и ангиогенез через VEGFR2. Фактор роста эндотелия сосудов R3 был обнаружен в клетках лимфатического эндотелия в КЛ многих видов, включая крупный рогатый скот, буйволов и приматов. Помимо связывания с VEGFR, VEGF связывается с рецепторными комплексами, состоящими как из нейропилинов, так и из VEGFR. Этот рецепторный комплекс усиливает активность VEGF в эндотелиальных клетках (сосудах). Нейропилины (NRP) являются плеиотропными рецепторами, поэтому другие молекулы могут вмешиваться в сигнализацию комплексов рецепторов NRP/VEGFR. Например, семафорины 3-го класса конкурируют с VEGF165 за связывание с NRP и, следовательно, могут регулировать ангиогенез, опосредованный VEGF.

Выражение

В клетке, испытывающей недостаток кислорода, может быть индуцирована продукция VEGF-A. Однако, немецкое исследование, проведенное in vivo, показало, что концентрация VEGF фактически снижается после уменьшения потребления кислорода на 25% в течение 30 минут. HIF1 альфа и HIF1 бета постоянно синтезируются, но HIF1 альфа крайне нестабилен в присутствии кислорода, поэтому в аэробных условиях он подвергается деградации. При гипоксии HIF1 альфа сохраняется, и комплекс HIF1 альфа/бета стимулирует высвобождение VEGF. Комбинированное применение микровезикул и 5-фторурацила (5-FU) приводило к усилению химиочувствительности клеток плоскоклеточного рака по сравнению с использованием либо 5-FU, либо микровезикул по отдельности. Кроме того, подавление экспрессии гена VEGF было связано со снижением экспрессии гена CD1.

При болезни

ВЕГФ А и соответствующие рецепторы быстро повышаются после травматического повреждения центральной нервной системы (ЦНС). ВЕГФ А высоко экспрессируется в острой и подострой стадиях повреждения ЦНС, но экспрессия белка со временем снижается. Этот временной промежуток экспрессии ВЕГФ А соответствует эндогенной способности к реваскуляризации после травмы. Высокие уровни ВЕГФ в сыворотке в первые 48 часов ассоциируются с неблагоприятным прогнозом при церебральных инфарктах, продолжающихся более 6 месяцев и 2 лет. ВЕГФ А также связан с неблагоприятным прогнозом при раке молочной железы. Многочисленные исследования демонстрируют снижение общей выживаемости и выживаемости без прогрессирования заболевания у опухолей с переэкспрессией ВЕГФ. Переэкспрессия ВЕГФ А может быть ранним этапом в процессе метастазирования, участвующим в "ангиогенном" переключении. Хотя ВЕГФ А коррелирует с низкой выживаемостью, точный механизм его действия в прогрессировании опухолей остается неясным. ВЕГФ А также высвобождается при ревматоидном артрите в ответ на TNF α, увеличивая проницаемость эндотелия, вызывая отек и стимулируя ангиогенез (образование капилляров). ВЕГФ А также играет важную роль при диабетической ретинопатии (ДР). Проблемы микроциркуляции в сетчатке глаза у людей с диабетом могут вызывать ишемию сетчатки, что приводит к высвобождению ВЕГФ А и сдвигу баланса проангиогенных VEGFxxx изоформ по сравнению с нормально экспрессируемыми VEGFxxxb изоформами. В таком случае VEGFxxx может способствовать образованию новых кровеносных сосудов в сетчатке и других частях глаза, предвещая изменения, которые могут угрожать зрению. ВЕГФ А играет роль в патогенезе влажной формы возрастной макулярной дегенерации (ВМД), являющейся основной причиной слепоты у пожилых людей в индустриально развитых странах. Сосудистая патология ВМД имеет определенные сходства с диабетической ретинопатией, хотя причина заболевания и типичный источник неоваскуляризации различаются при этих двух заболеваниях. Уровни ВЕГФ D в сыворотке значительно повышены у пациентов с ангиосаркомой. После высвобождения ВЕГФ А может вызывать различные реакции, способствуя выживанию, миграции или дальнейшей дифференцировке клеток. Таким образом, ВЕГФ является потенциальной мишенью для лечения рака. Первый анти-ВЕГФ препарат, моноклональное антитело бевацизумаб, был одобрен в 2004 году. Примерно 10–15% пациентов получают пользу от терапии бевацизумабом, однако биомаркеры эффективности бевацизумаба пока не известны. Современные исследования показывают, что ВЕГФ – не единственный стимулятор ангиогенеза. В частности, FGF2 и HGF являются мощными ангиогенными факторами. У пациентов, страдающих легочной эмфиземой, обнаружено снижение уровня ВЕГФ в легочных артериях. Также показано, что ВЕГФ D гиперэкспрессируется при лимфангиолейомиоматозе и в настоящее время используется в качестве диагностического биомаркера при лечении этого редкого заболевания. В почках повышенная экспрессия ВЕГФ А в гломерулах напрямую вызывает гломерулярную гипертрофию, связанную с протеинурией. Изменения уровня ВЕГФ могут предсказывать раннее начало преэклампсии. Генная терапия при рефрактерной стенокардии обеспечивает экспрессию ВЕГФ в эпикардиальных клетках для стимуляции ангиогенеза.