环氧合酶-2与血管发生

环氧合酶与血管发生

血管发生，血管发生是新血管形成的过程，在人体正常的生长发育以及许多疾病的发生、发展中发挥重要作用。在胚胎发育过程中，血管发生是必不可少的，成人则在伤口愈合及其生殖过程中存在。但是，成人持续存在的血管发生通常意味着疾病的发生，包括：肿瘤、炎症性疾病、糖尿病视网膜病变等[1,2]。参与这些疾病发生的信号路径和分子调节是共通的。血管的发生受到拮抗和促进两种因素的共同调节，两种因素不平衡导致的任何微小变化都可引起血管发生行为的变化[3]。关于环氧合酶，前列腺素类（前列腺素、血栓素）和血管发生因子在血管发生相关疾病中的作用已经被广泛研究，越来越多的证据显示COX-2（环氧合酶-2）参与炎症和肿瘤的血管发生[4]，提示靶向COX-2及其相关信号转导途径的制剂可能用于抗血管发生治疗。

一．COX-2促进血管发生

肿瘤诱导的血管发生是血管发生因子表达增加，抗血管发生因子表达下降或二者共同作用的结果。例如：结肠癌中，恶性细胞，基质成纤维细胞和内皮细胞均显示COX-2高表达；多种肿瘤组织中，VEGF ，TGF-β与COX-2共表达，新血管在表达COX-2的肿瘤区域增殖，高VEGF 和COX-2表达与肿瘤微血管密度增加密切相关。而且高MVD 预示乳腺癌，宫颈癌的预后较差。乳腺癌，前列腺癌组织及其细胞系VEGF 和COX-2表达均增高。体外，PGE 2诱导VEGF 的表达，培养的乳腺癌，前列腺癌，鳞状细胞癌细胞上清包含VEGF 和COX-2，诱导体外血管发生。选择性COX-2抑制剂，NS-398恢复肿瘤细胞凋亡，降低微血管密度，减缓肿瘤细胞裸鼠移植瘤的生长。无论肿瘤细胞还是临近宿主组织产生的COX-2均能促进微血管的形成，可以解释在肿瘤COX-2基因已经被甲基化静默后，选择性COX-2抑制剂仍然可以减缓肿瘤的生长。

环氧合酶催化花生四烯酸生成前列腺素H 2(PGH 2)

，然后又通过特异性的酶催化生成其

图1. 前列腺素类物质的生物合成

他的前列腺素类物质(PGE2、PGD2、PGF2α、PGI2)和血栓素(TXA2)(图1)。在炎症反应的早期，这些前列腺素的水平均增高，非甾体类消炎药(NSAIDs)可以通过抑制两种环氧合酶(COX-1、COX-2)，阻断前列腺素的生成从而缓解炎症。通常认为COX-1是看家基因，组成性表达于大多数组织，而COX-2则在肿瘤和炎症诱导情况下表达，因此，目前对抑制剂的大多数研究都集中于COX-2而非COX-1[5]。

对环氧合酶及其非甾体类消炎药的研究提示环氧合酶可能参与了细胞的增殖及其肿瘤的生长[6,7]，在大多数肿瘤细胞中COX-2的表达均上调，流行病学研究和实验动物模型也证实了NSAIDs的抗肿瘤特性[8]。此外，在一些肿瘤的动物模型中，选择性COX-2抑制剂也显示有效[9]：除了可以诱导瘤细胞的凋亡，同时也阻断了血管发生因子的产生和血管内皮细胞的迁移，从而使肿瘤生长减缓。虽然药物的这些作用可能是针对COX-2独立路径的调节[10]，但是也说明COX-2很可能是肿瘤生长的重要调节剂。

目前已知COX-2催化前列腺素的合成，前列腺素又通过诱导新生毛细血管的形成在肿瘤进展过程中发挥重要作用。然而仍存在许多问题尚未解决，诸如：哪些细胞型参与了COX-2调节的血管发生；COX-2又是如何调控这一过程的？COX-2表达于肿瘤血管[11]（包括：新生血管及其肿瘤移植物边界的血管）。在多数情况下，参与肿瘤血管发生的内皮细胞都表达COX-2，而COX-1仅表达于正常组织的静息血管；在角膜血管形成实验中得到了相似的结果：COX-2表达于分支的毛细血管及其细胞，而COX-1却表达于原本存在的围绕角膜边缘的血管上[12]；在慢性关节炎，COX-2定位于伸展的内皮、巨噬细胞和炎症关节的滑液成纤维细胞中[13]。以上的观察都提示COX-2而非COX-1与血管发生相关，促进血管发生的各种因素（缺氧、IL-1、VEGF、bFGF、TNFa等）诱导了内皮COX-2而非COX-1的表达，同样的刺激亦可以诱导肿瘤细胞、基质成纤维细胞、巨噬细胞COX-2的表达，所有这些因素都参与了病理性的血管发生。

小鼠COX-2基因敲除实验亦证实其在血管发生和肿瘤进展过程中发挥重要作用。COX-2-/-小鼠肿瘤生长和血管密度均明显减弱，而在COX-1-/-小鼠没有观察到此现象[14]。Apc ∆716敲除小鼠（腺瘤样息肉病）与COX-2-/-小鼠繁殖，其后代肠息肉的数目及对血管发生刺激的反应都减弱[15]；然而，用同样的模型也证明COX-1在肠道息肉病中的作用[16]，体外应用抑制剂和反义核酸技术也提示COX-1在血管发生中发挥作用[17]。因此，虽然COX-2在肿瘤和血管发生中的作用已经通过分子、药理学和遗传学的方法得到验证，但是对于COX-1的重要性亦不能忽视。

二．COX-2调节血管发生的机制研究

通常认为COX-2在血管发生过程中是通过诱导前列腺素合成，从而刺激促血管发生因子的表达来发挥作用的。然而，对于各种前列腺素(PGE2、PGF2α、PGD2、PGI2、TXA2)改变的水平及其合成酶的表达和活性是如何调节的还知之甚少。多种细胞型中前列腺素作用条件下VEGF和bFGF的水平都增高，一些前列腺素类还可以诱导体内的血管发生。肿瘤病毒(例如：EB病毒)诱导的VEGF依赖于COX-2，应用特异性COX-2抑制剂可以缓解病情[18]。

人巨细胞病毒灭活多种细胞的野生型p53，导致对COX-2表达抑制的缺陷，使血管发生增强；亦可独立于p53，抑制TSP-1的表达，增强肿瘤诱导的血管发生。COX-2诱导前列腺素在血管发生过程中发挥作用，通过反馈环路得到增强[19,20]，VEGF 激活磷脂酶A 2调节花生四烯酸的释放和COX-2的表达，因而又增强了PGI 2和PGE 2的产生(图2)。在部分伴有高血管密度的肿瘤标本中，COX-2、VEGF 、TGF β共同定位，提示在COX-2高表达的肿瘤中血管出芽增加。肿瘤发生过程中，高水平的COX-2和血管发生刺激素主要表达于内皮、基质和恶性细胞。通常一些诱导剂的表达是COX-2依赖性的：COX-2-/-鼠成纤维细胞、COX-2

抑制剂处理的野生型成纤维细胞均显示VEGF 分泌降低，结肠癌细胞中COX-2的高表达也上调了一些诱导剂的表达[14,17]。

前列腺素结合的G-蛋白偶联的表面受体决定了生物学反应的种类和程度（图3）。PGF 2α、PGD 2、PGI 2和TXA 2信号分别通过FP 、DP 、IP 和TP 受体传递；PGE 2激活受体EP1、EP2、EP3和EP4。其中DP 、IP 、EP2、EP4受体介导的信号增强了cAMP 的水平；而FP 、TP 、EP1前列腺素受体则诱导了钙离子动员[21]。然而，每种受体的组织特异性及其确切的生物学作用仍不是十分清楚。

应用特异性的激动剂和拮抗剂研究显示TP 受体参与了角膜和肿瘤的血管发生[22,23]

，然

图2. 图示COX-2调节肿瘤血管发生

图3. 前列腺素信号转导通过八个G-蛋白偶联受体介导，每一受

体有七个跨膜结构域。