血管内皮生长因子受体——结构与功能

1、血管内皮生长因子受体结构与功能摘要血管内皮生长因子（VEGF）的生物学效应是通过其特异的膜受体介导实现的。迄今发现VEGF有三种受体，受体的结构、功能，及 VEGF的信号转导途径各不相同，也一直是VEGF研究的热点。本文主要综述了这方面的进展。关键词血管内皮生长因子；血管内皮生长因子受体；信号转导学科分类号Q71血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)是主要作用于血管内皮细胞的生长因子，具有促进内皮细胞增殖、增加微血管通透性、诱导血管生成等多种功能1。VEGF促进血管生成的作用使其在正常的胚胎发育和病理的肿瘤发生等过程中都扮演着十分重

2、要的角色，并在临床上具有较好的应用价值。近年来，VEGF受体的结构、功能，特别是VEGF信号转导途径，一直是VEGF研究的热点。本文就VEGF受体的结构与功能方面的研究进展作一综述。一、 VEGF及其受体VEGF是一个结构相似的生长因子家族，其成员目前包括VEGF-A（即通常所谓的VEGF）、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D以及胎盘生长因子（PIGF）1。它们都是同源二聚体糖蛋白，具有相似的空间结构。晶体结构和突变分析表明，折叠的VEGF双体分子的末端构成与受体结合的部位。VEGF的生物学效应是通过其特异的膜受体介导实现的。迄今已发现了VEGF的三种受体，分别是R1(Flt1)、R2(

3、KDR)、R3(Flt4)。它们本质上都是酪氨酸蛋白激酶。受体的胞外区都含7个免疫球蛋白(Ig)样结构域，胞内区含有酪氨酸激酶结构域(KD)，但被一段插入序列(KI)所间隔。VEGF三种受体的分布、结合配体及亲和力各不相同，见附表：附表VEGF三种受体的不同理化性质R1(Flt1)R2(KDR或Flk1)R3(Flt4)分子量180kD200kD180kD体内分布单核细胞, 血管内皮细胞血管内皮细胞淋巴内皮细胞结合配体VEGF-A, VEGF-B, PIGFVEGF-A, VEGF-CVEGF-C, VEGF-D, VEGF165（?）亲和常数(VEGF-A)10114pmol/L751000

4、pmol/L/附表提示，VEGF的三种受体在介导VEGF的生理功能中有着不同分工；这一推测得到了在小鼠胚胎干细胞中进行的基因打靶实验的支持2。VEGFR1、R2或R3基因的敲除都将导致小鼠血管生成障碍，并于胚胎期810天死亡。其中VEGFR1基因缺失的小鼠主要表现为大小血管内皮细胞的损害；VEGFR2基因缺失的小鼠表现为内皮细胞成熟障碍，并有造血干细胞的严重减少；VEGFR3基因缺失的小鼠则因血管管腔缺陷而导致大血管发育异常。二、 VEGF的生物学效应及其胞内信号转导途径VEGF的主要生物学效应是促进血管内皮细胞的增殖、分化，增加微血管对大分子物质的通透性。此外，VEGF还具有其他作用，如刺激

5、内皮细胞的迁移及蛋白酶释放，刺激单核细胞的迁移，对抗辐射对造血细胞的凋亡作用，等等。VEGF受体介导的信号转导与其他受体酪氨酸激酶非常相似1。VEGF信号转导的第一步是活化受体，使其具有酪氨酸激酶活性。这是由VEGF结合引起受体分子在细胞膜上的二聚化，并使受体胞内激酶区特定的酪氨酸残基交叉磷酸化而实现的。活化的受体进而可激活一系列下游信号分子，如磷脂酶C-(PLC-)，蛋白激酶C(PKC)，磷脂酰肌醇-3-激酶(PI-3-K)， 丝裂原活化的蛋白激酶(MAPK)等，并最终传递至细胞核内，通过特定基因的表达实现VEGF的生物学效应。与其它酪氨酸激酶类受体一样，VEGF的胞内信号转导可能涉及多条途

6、径。下面按受体分别加以描述。(一)VEGFR1VEGFR1主要存在于单核细胞和内皮细胞中。对于它在内皮细胞中的确切功能目前尚无定论，研究较多的是其在单核细胞中的作用。人们早就发现，VEGF能活化人单核细胞并使其发生迁移；现在已经清楚VEGF对单核细胞的这种趋化性是通过VEGFR1介导的3。首先，结合实验显示单核细胞能特异、饱和地结合125I标记的VEGF；而Northern杂交表明，人单核细胞中只表达VEGFR1基因，而没有其它两个受体基因的表达。此外，作为单核细胞激活剂的脂多糖，能上调VEGFR1 mRNA的表达。VEGFR1的酪氨酸激酶活性较弱，这就给VEGFR1介导的信号转导研究带来了不

7、便。目前这方面的报道不多，结论不尽相同，尚不能肯定VEGFR1的信号转导途径。在转染了VEGFR1基因的猪主动脉内皮细胞中，发现VEGF能诱导胞内原癌蛋白Fyn和Yes的磷酸化增加，但不能使MAPK发生磷酸化；在转染了VEGFR1基因的NIH3T3细胞中，则发现VEGF可诱导VEGFR1的自身磷酸化、PLC-及MAPK途径的活化。(二)VEGFR2VEGFR2存在于内皮细胞中。最近获得了VEGFR2的晶体结构4,发现其折叠方式、催化残基的分布与其它酪氨酸激酶类受体相似；而激酶区的插入序列是其活性不必需的。目前已经公认，VEGF对内皮细胞的增殖、分化作用是由VEGFR2介导的。VEGFR2介导的

8、信号转导的主要过程是：VEGF结合到VEGFR2胞外区的Ig结构域上，引起VEGFR2胞内激酶区特定酪氨酸残基的交叉磷酸化而活化。活化的受体进而被含有SH2结构域的适配分子 (adaptor)如Grb2等结合，通过一系列生化级联反应，活化MAPK。MAPK作为转录因子可转运至细胞核内，启动特定基因的表达，完成VEGF相应的促增殖作用1。VEGFR2介导的信号转导途径是近年来研究的热点。由于所采用的研究体系不同，研究结果可能有些混淆；有些问题也需进一步澄清，如VEGFR2活化的直接底物是什么，到底存在几条信号通路等。在内皮细胞中，目前已报道的能被VEGF刺激而发生磷酸化的蛋白激酶有PLC-、Sh

9、c、Nck、PI3-3K、GAP、FAK（粘着斑激酶）和paxillin等。我们认为Shc很可能是VEGFR2催化的直接底物，当然这需要更多体内实验的支持。在转染了VEGFR2基因的猪主动脉内皮细胞中发现，VEGF能诱导Shc、Nck和MAPK的磷酸化，并能诱导Shc、Nck分别与Grb2形成复合物5。Igarashi等采用酵母双杂交系统，以VEGFR2胞内酪氨酸激酶区为诱饵，从人脑cDNA文库中筛选得到了Shc家族的一个新成员Sck6。进一步的实验表明，Sck利用其SH2结构域与VEGFR2分子1175位的酪氨酸残基结合。在VEGFR2的具体信号途径上，我们认为可能主要涉及PLC-和MAPK

10、。这一观点得到了许多实验的证实。Takahashi 等将VEGFR2基因分别转染到窦状内皮细胞和NIH3T3细胞后发现，VEGF能使两种细胞的VEGFR2发生快速、短暂的磷酸化，并进而引起PLC-的磷酸化及与VEGFR2的结合7。不同的是，内皮细胞中MAPK的活化及促分裂活性在VEGF刺激后5分钟达到高峰；而NIH-3T3细胞中类似的反应发生在刺激后20分钟。最近，他们采用原代培养的窦状内皮细胞证明，VEGFR2能引起Raf1-MEK-MAPK信号通路的活化；其中MAPK的活化不依赖于Ras而依赖于PKC。考虑在体外培养的内皮细胞中进行的研究可能难以模拟体内完整的内环境，Ukhopadhyay

11、等建立了一个研究VEGF信号途径的完整微血管系统小鼠肠系膜8。肠系膜上有许多微血管，有VEGFR1、VEGFR2的表达，并对VEGF高度响应。间歇注射VEGF后收获肠系膜，抽提蛋白进行电泳分析和免疫印迹，结果发现VEGF能引起VEGFR2、PLC-、MAPK等多种蛋白的磷酸化。进一步的实验证实，活化的VEGFR2能与PLC-结合，进而引起PYK2和FAK的磷酸化，最后MAPK被活化并转运至核内，调节基因的表达。综合上述两家实验室的结果，我们认为VEGF的信号转导途径很可能是：VEGFR2通过活化PLC-，水解产生第二信使二酯酰甘油（DAG）进而激活PKC，PKC再激活Raf1，Raf1通过活化

12、MEK最终激活MAPK。目前需要澄清的是PI-3-K在VEGF信号转导中的作用。Tharker等采用人脐静脉内皮细胞，发现PI-3K的调节亚基p85一直与VEGFR2结合。VEGFR2活化后能诱导p85和MAPK的磷酸化，PI-3-K能调节MAPK的活化及核内发生的基因表达。与此相反，Takahashi 等在原代培养的窦状内皮细胞中发现，VEGFR2诱导的MAPK活化不依赖于Ras，也不涉及PI-3-K。（三)VEGFR3VEGFR3是特异表达在淋巴内皮细胞中的另一种酪氨酸激酶受体，动脉、静脉、毛细血管内皮中基本没有表达。其天然配体是VEGF-C9和VEGF-D，这两者的中间区段与VEGF高度

13、同源（30%），但其N端和C端都有一段延伸序列。它们同样参与了新生血管的生成。VEGFR3介导的信号途径最近两年才开始研究。VEGFR3被其配体活化后，胞内区既能直接结合适配分子Grb2，也能通过Shc间接活化Grb2。突变分析表明，VEGFR3的激酶区能引起Shc蛋白 SH2结构域中239、240、313位酪氨酸残基的磷酸化，从而结合并活化Grb210。Grb2下游的信号分子目前尚不清楚，不过很可能与VEGFR2一样，涉及PLC-和MAPK。三、 结语VEGF受体介导的信号转导研究可能为阻断VEGF的作用提供新的靶点，在肿瘤的控制方面具有重要的意义。VEGF通过其特异的受体（主要是VEGFR

14、1和VEGFR2）完成其生物学效应，两种受体具有明显的分工：VEGFR1介导对单核细胞的趋化性，而VEGFR2介导对内皮细胞的增殖作用。VEGF的胞内信号转导涉及受体酪氨酸激酶的活化以及对胞内多种蛋白激酶的磷酸化。VEGF的信号转导途径可能主要采用PLC-和MAPK，但在不同的细胞类型中，信号转导途径可能略有不同。刘莉（军事医学科学院生物工程研究所蛋白质工程室，北京100071）（解放军军需大学基础部生物化学教研室，长春130062）胡宝成（解放军军需大学基础部生物化学教研室，长春130062）张玉静（军事医学科学院生物工程研究所蛋白质工程室，北京100071）参考文献1，Neufeld G,

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