TSP-1在角膜新生血管生成的作用机制

赵田田，崔 俊，崔仁哲

(延边大学附属医院眼一科，吉林 延吉 133000)

无血管状态是眼角膜透明度及免疫耐受功能的基础，而感染、外伤、免疫反应等病理条件可导致新生血管形成。在富含血管的环境中，由于存在内源性血管生成抑制因子，角膜仍然保持着无血管化状态。血小板反应蛋白-1(Thrombospondin-1,TSP-1)是一种强有力的内源性抗血管生成因子和重要的细胞外基质蛋白，可调节和影响内皮细胞的黏附、增殖和运动，与多种新生血管性疾病的发生发展有关。目前，研究发现TSP-1在维持眼内血管平衡中起着重要作用。现对TSP-1在角膜新生血管中的作用及机制进行综述。

正常情况下角膜透明，没有血管，周围的血管从角膜缘断开。在退化、缺氧、创伤、感染和炎性反应等条件下，角膜缘的血管内皮细胞向角膜基质内生长，形成角膜新生血管(Corneal neovascularization，CNV)。这是一种威胁视力的疾病，每年影响超过140万人，如果不进行治疗，便会导致组织瘢痕形成、水肿、持续性炎症、星形胶质细胞内的蛋白质和脂质沉积，将显著影响视力预后和生活质量[1]。伴随着分子生物学、免疫学、免疫组织化学等学科和技术的发展，CNV的研究取得了突破性进展，目前研究发现TSP-1在维持眼内血管平衡中起着重要作用。探讨TSP-1与角膜新生血管形成和发展的关系，对预防和治疗角膜新生血管疾病具有重要意义。

1 TSP-1 的结构与生物学活性

Good等人于1990年第一次从人类血小板中成功分离出了一种重要的细胞外基质蛋白TSP-1，并证实了TSP-1抑制血管形成[2]。TSP-1是一个编码15q15基因的450KD糖蛋白，位于由3条重复肽链的同源三聚体组成，其线性排列中包含6个主要结构域，每一个结构域均负责特定功能：①氨基末端是肝素结合区域，负责 TSP-1蛋白的迁移、摄取和细胞的黏附、趋化；②半胱氨酸区域与前胶原同源，通过亚单位聚集抑制血管新生；③3个I型重复序列的区域，能调控轴突生长、细胞间接触、抑制血管新生和内皮细胞增殖、诱导内皮细胞凋亡；④3个与表皮生长因子同源的Ⅱ型重复序列，与可溶性基质蛋白相互作用；⑤7个与钙结合位点同源的Ⅲ型重复序列；⑥球形羧基末端参与细胞黏附、迁移、一氧化氮信号与血小板聚集[3]。其中TSP-1的抗血管生成活性是在前胶原同源区和I型重复序列中发现，TSP-1能与多种含硫酸乙酰肝素糖蛋白、胶原蛋白和纤维连接蛋白的基质成分相互作用，它们对基质的稳定性和重建起着重要作用。TSP-1在巨噬细胞中介导对凋亡白细胞的识别和吞噬，参与了炎性反应的后期过程，限制了其促炎作用。TSP-1的一个基本和公认的特性是通过抑制血管内皮生长因子的活性和气体递质一氧化氮的多效信号来限制内皮细胞介导的血管生成。TSP-1的主要细胞表面受体CD36、CD47和整合素参与重要的细胞过程，包括凋亡、血管生成、血流、吞噬、迁移和免疫调节[4]。

2 角膜新生血管生成的过程与机制

2.1血管生成的过程:血管生成一个严格调控的过程，原始血管内皮细胞分裂及增殖，产生新的毛细血管。该过程包括：①内皮细胞的活化和形成血管生成表型；②原始血管基底膜的降解及周围基质的选择性重塑；③内皮细胞的增殖、迁移、形成管状结构；④新生血管的形成和新血管的循环[5]。此过程依赖于一系列血管生成抑制因子和刺激因子之间的相对平衡。一般来说，人体内的血管处于静息状态，组织微环境中的抑制因素占主导地位，因此不会出现新生血管。随着组织损伤、肿瘤、炎性的发生，局部微环境的改变会刺激内皮细胞、肿瘤细胞和巨噬细胞，产生大量的新生血管形成因子，从而打破原有组织调控血管生成的平衡，即血管生成[6]。

2.2CNV的形成机制:①细胞因子平衡学说：正常情况下，低浓度的血管生成促进因子和高浓度的抗血管生成因子处于复杂而精细的平衡状态，使角膜透明、无血管化，在病理状态下一旦这种平衡被打破，就会产生角膜新生血管。CNV的形成是比较复杂的病理生理过程，主要表现为：新生血管部位原有毛细血管的改变、内皮细胞向刺激物的移动、内皮细胞在运动后数量明显增加、新的毛细血管形成、基底膜的形成。但是，目前还不清楚CNV发生的详细机制，可能与以下因素有关：缺氧、减少抗血管生成因子、增加促血管生成因子、角膜神经损伤、角膜水肿、免疫炎性反应、角膜缘解剖及功能微环境改变的异常等。②角膜缘屏障假说：角膜上皮细胞通过角膜缘不断更新，角膜基质中的胶原蛋白排列整齐、紧密，作为屏障阻止血管的侵入，发挥物理屏障的作用，阻止导管与结膜的过度生长[7]。在角膜水肿的状态下，致密堆积的板层胶原蛋白被分离，屏障功能受损，角膜缘新生血管无法阻止，于是形成CNV[8]。然而，这一理论不能解释某些特殊病例如角膜营养不良和内皮失代偿可引起角膜基质水肿但不能引起CNV。所以，破坏角膜缘屏障功能并不是CNV发生的唯一机制，可能是与其他机制相互作用的结果。

3 TSP-1抑制血管生成的可能机制

促血管生成信号转导途径和抗血管生成信号转导途径之间的交叉作用可能使TSP-1通过拮抗生存途径和激活凋亡途径抑制血管生成，TSP-1通过直接影响内皮细胞的存活和迁移以及间接影响生长因子的动员抑制血管新生。以下是TSP-1抑制血管新生的5种可能作用机制：①抑制内皮细胞的增殖和迁移：TSP-1能抑制内皮细胞与基质纤维功能蛋白的粘附，从而减少内皮细胞的局部黏附点，间接抑制内皮细胞增殖，其作用由TSP-1氨基末端的肝素结合区介导[9]。TSP-l通过竞争生长因子内皮细胞的结合位点来抑制由生长因子刺激的细胞增殖，TSP-1还可通过Akt/MAPK途径抑制内皮细胞周期进程和增殖，并以CD36的独立的方式抑制新生血管形成[10]。抗CD36的IgM抗体SM、胶原蛋白和氧化低密度脂蛋白可以模拟TSP-1与CD36结合，抑制了人微血管内皮细胞的迁移；此外，在应激过程中TSP-1的表达促进了细胞活力，阻止了细胞迁移，并通过减少NO的产生而减少了小管形成[11]。②诱导内皮细胞凋亡：Nyor等发现TSP-l介导的血管生成的抑制和内皮细胞的凋亡与促凋亡蛋白Bax表达增加，抗凋亡蛋白Bcl-2表达降低以及加工激活caspase-3有关[12]。TSP-1还可通过激活CD36-Fyn-caspase-3-p38MAPK级联反应，诱导血管内皮细胞凋亡和负向调控血管生成[13]。③抑制一氧化氮(nitric oxide，NO)信号：TSP-1已显示通过与内皮细胞表面受体CD36和CD47结合来拮抗促血管生成NO信号通路，在NO存在的情况下TSP-1是一种100倍的血管生成抑制剂[14]。④基质屏障功能：Chan等研究表明，TSP-1在角膜缘形成天然屏障，阻止血管侵入角膜基质，在高表达TSP-1的小鼠中角膜缘产生的新生血管减少[15]。⑤拮抗血管内皮生长因子的生物利用度和活性：通过抑制MMP-9的活化，TSP-1可抑制细胞外基质中血管内皮生长因子(VEGF)的释放。TSP-1能通过直接与VEGF结合介导细胞外液对VEGF的摄取和清除，抑制CNV[13]。另外，TSP-1可阻断VEGF信号传导，抑制了VEGFR2的磷酸化，并降低Akt途径的激活[13]。最新研究证实，在角膜新生血管的形成中TSP-1发挥着重要的作用。目前，尚需进一步研究TSP-1在CNV中的调节作用，为寻找治疗角膜新生血管的新策略提供指导。Haviv等根据人TSP-1的第二个I型重复序列合成了一系列肽，研究发现ABT-510和ABT-526是第一类模拟TSP-1抗血管生成功能的有效血管生成抑制剂[16]。ABT-510能有效地阻断小鼠基质凝胶塞模型中的新生血管，ABT-526对大鼠角膜新生血管有抑制作用。在兔角膜中TSP-1能抑制成纤维细胞生长因子-2(FGF-2)引起的血管生成。已经发现TSP-1能够促进兔角膜基质中的血管生成，并且能够抑制FGF-2在相同组织中的血管生成。其双重作用可由不同的结构域引起，其活化血管内皮细胞降解和侵袭的能力也不同[17]。

4 小结

TSP-1能抑制CNV的形成，为今后角膜新生血管的治疗与探索提出新的思路与方向，因为TSP-1分子量大、结构复杂、数量少、生物活性多样等特点，使完整的TSP-1无法直接用于临床治疗。鉴于CNV是由多种病理因素形成的，我们将阐明TSP-1在信号转导中的作用及多种细胞分子之间的相互作用，以探索出更有效的治疗方法。但是，如果将其衍生的小肽用于CNV的治疗，发挥诱导内皮细胞凋亡和抗血管生成的作用，将会给CNV治疗的研究带来新的局面。玻璃体腔内注射TSP-1模拟肽后，角膜新生血管衰减，小鼠经注射TSP-1肽后CNV面积明显减小。另外，调节TSP-1或其抗血管生成模拟肽的表达可能为CNV的治疗提供新的途径。