SDF1/CXCR4与眼部新生血管性疾病的研究进展

　　作者：黄礼彬　　作者单位：350005)中国福建省福州市，福建医科大学附属第一医院眼科

　　【摘要】摘要基质细胞衍生因子1(stromal cell derived factor 1，SDF1)是α组趋化因子家族的一个新成员，最早从骨髓的基质细胞中分离出来，其特异性受体CXCR4广泛地表达在许多组织和器官上，SDF1/CXCR4在调节免疫和炎症反应、调控造血、恶性肿瘤细胞的浸润转移、血管生成等方面发挥着重要的作用。本文从SDF1/CXCR4的结构、功能、形成新生血管的机制及其与眼部新生血管性疾病的关系等方面进行综述。

　　【关键词】 基质细胞衍生因子月日SDF1/CXCR4 新生血管

　　0引言

　　基质细胞衍生因子1(Stromal cell derived factor 1，SDF1)属于新近发现的一组小的分泌型炎症性细胞因子，对特定的白细胞具有趋化作用。对SDF1及其特异性趋化因子受体4(CXC chemokine receptor 4，CXCR4)的大量研究证实，SDF1/CXCR4作为T淋巴细胞的共刺激因子，与调节免疫和炎症反应、调控造血、恶性肿瘤细胞的浸润转移、血管生成等密切相关。近年来的研究还发现，SDF1/CXCR4除了上述的生物学特性外，与眼部新生血管性疾病关系密切。SDF1/CXCR4的出现为眼部新生血管性疾病的治疗带来新途径。

　　1 SDF1/CXCR4的基本结构和表达

　　1.1 SDF1

　　又称CXCL12，是趋化因子(chemokine)家族的成员之一。趋化因子根据其4个半胱氨酸在序列中的位置可分四组：α组为CXC;β组为CC;γ组缺乏第一和第三个半胱氨酸;此三组分子量在7～15kDa之间。第四组为CX3C，序列长度达到373个氨基酸[1]。SDF1实际上是一种CXC类细胞趋化因子，最早是从骨髓的基质细胞中分离出来的，其cDNA编码区含有1个267bp核酸的开放阅读框，编码89个氨基酸多肽，其基因位于10号染色体长臂[2]。人、大鼠、小鼠的SDF1前体有89个氨基酸(α型)或93个氨基酸(β型)，成熟形态为80个或84个氨基酸，β型比α型仅在C端多了“RFKM”4个氨基酸。SDF1的种间保守性很强，人与小鼠的SDF1有99%的同源性。在肾脏、肝脏、中枢神经系统均发现有SDF1的分泌，其中最主要的来源是骨髓、淋巴结、肌肉和肺的成纤维细胞。最新研究表明，眼部也有SDF1的表达，如Bourcier等[3]报道，正常人的角膜基质细胞在mRNA和蛋白水平都可以检测到SDF1和CXCR4的表达，并且SDF1作用于体外培养的基质成纤维细胞后，可以检测到细胞内钙离子的内流，其功能可能与角膜损伤后的炎性细胞浸润、血管形成有关。正常情况下视网膜色素上皮也有SDF1和CXCR4的表达[4]，它可能与视网膜新生血管的形成有关。

　　1.2 CXCR4

　　CXCR4是目前已知SDF1唯一的受体，是一个由352个氨基酸组成的高度保守的G蛋白偶联的7次跨膜受体，其分子量为48kDa，具有类似于IL8受体的结构，因其顺序与其它CXC趋化因子受体基因类似，故称其为CXCR4[2]。它广泛表达于多种类型的组织干细胞如原生殖细胞、CD34+的造血干细胞、肝脏干细胞、神经干细胞、骨骼肌卫星干细胞等，以及多种成熟体细胞，如外周血细胞、脾脏、淋巴结、血管内皮细胞、气管上皮细胞、视网膜色素上皮细胞[4]、肠上皮细胞以及多种肿瘤细胞。

　　2生物学功能

　　2.1调节免疫和炎症反应

　　SDF1是CD4+T细胞活化的共刺激因子，在类风湿关节炎的关节滑膜中有CD4+T细胞的集聚现象，提示SDF1在免疫及炎症反应中具有重要的调节作用[5]。

　　2.2调控造血

　　SDF1是首个报道的CD34+造血祖细胞的趋化因子，不仅能诱导CD34+的淋巴细胞、髓系祖细胞通过内皮细胞迁移和植入[6]，而且能介导更早期的CD34+、CD38-或CD34+DR-造血祖细胞的迁移，引起CD34+细胞胞质Ca2+离子浓度升高。

　　2.3抗HIV1感染

　　CXCR4是人免疫缺陷病毒1(HIV1)感染CD4+T细胞的共受体和融合素，在HIV1感染CD4+T细胞过程中发挥重要作用。SDF1可通过与HIV1的gp120竞争结合CXCR4,并且下调CD4+T细胞表达CXCR4,发挥抗HIV1感染的作用，尤其是对于有症状的HIV1感染患者[7]。

　　2.4参与恶性肿瘤的浸润转移

　　CXCR4在许多恶性肿瘤组织中其表达水平明显升高，而SDF1表达下降。SDF1在骨、肺、肝、脑、淋巴结等器官可持续性表达，因而产生组织中的浓度梯度而趋化肿瘤细胞。肿瘤细胞表达功能正常的CXCR4见于乳腺癌、前列腺癌、神经母细胞瘤小细胞肺癌、黑色素瘤、胶质细胞瘤等。这种表达CXCR4的瘤细胞与骨髓基质细胞产生的SDF1的相互作用就会发生类似造血干细胞归巢一样的结果，即瘤细胞发生骨转移[8]。SDF1/CXCR4相互作用可介导肌动蛋白多聚化和伪足形成，诱导乳腺癌、恶性黑色素瘤细胞的趋化和侵袭。体内研究中，阻断SDF1/CXCR4相互作用，可以明显抑制乳腺癌的肺部和淋巴结转移[9]。

　　3 SDF1/CXCR4形成新生血管的作用机制

　　通常认为，CXC家族的趋化因子中氨基末端具有谷氨酸-亮氨酸-精氨酸(ELR)结构序列的才具有促进血管形成的功能，SDF1却是个例外，它与血管的发育和形成有密切关系。

　　3.1促进血管内皮细胞的移行和增殖

　　新生血管的发生既往多认为是局部内皮细胞增生、迁移、重塑而形成，即血管新生(angiogenesis)。近年随着对循环中的造血干细胞(hematopoieticstem cells，HSC)认识的深入，逐渐发现造血干细胞可以演变为血管内皮祖细胞(endothelial progenitorcell，EPC)，然后在各种细胞因子和趋化因子(如SDF1、粘附分子等)作用下，在缺血缺氧组织中形成新生血管，与胚胎期的血管发生(vasculogenesis)相对应，被称为出生后血管发生(postnatal vasculogenesis)[10]。通过体外研究发现，SDF1可以在早期的血管内皮细胞胞浆、细胞表面及细胞培养后的上清中检测到，说明早期的血管内皮细胞即可以持续合成分泌SDF1，这表明血管内皮细胞也是SDF1/CXCR4实现其特有功能的平台[11]。Tachibana等[12]发现在SDF1或CXCR4基因敲除鼠中，可见严重的胃肠大血管形成异常，和心脏膜性室间隔缺损和骨髓造血障碍等。Toksoy等[13]在创伤修复过程的研究中发现，皮肤出现创伤后SDF1/CXCR4表达可加强，继而导致血管内皮祖细胞的聚集，加速新生血管反应。Gallagher 等[14]认为SDF1可逆转糖尿病所致的血管内皮祖细胞归巢的缺陷，增强造血干细胞上SDF1/CXCR4的表达，能促进血管内皮祖细胞的移行和增殖。SDF1不但通过加强CXCR4在血管内皮细胞的表达来促进血管重建，而且可以使表达有促血管生成作用CXCR4(+)、VEGFR(+)的造血细胞保存持续的动员状态，进而加快缺血器官的血管重建[15]。SDF1/CXCR4在内皮细胞形成血管的过程中起着重要的作用。

　　3.2与VEGF的协同新生血管的作用

　　血管内皮生长因子(VEGF)是一类与血管内皮细胞增殖及血管新生密切相关的血小板源性蛋白。VEGF具有增加血管尤其是微血管渗透性的功能，同时还能选择性地促进血管内皮细胞分裂进而促进血管新生。虽然正常组织也表达VEGF，但研究证实VEGF的高表达与微血管异常增生关系密切。Hitchon等[16]在对人类风湿骨关节腔滑液的研究中发现，在缺氧因子的诱导下，VEGF和SDF1均呈现明显的高表达，而且SDF增高比例明显高于VEGF，提示SDF1/CXCR4与VEGF存在着某种相关性。在Grunewald等[17]制作的VEGF致新生血管模型中，大鼠的心脏和肝脏可以生成大量新生血管，血管周围有大量的骨髓来源的干细胞，来自血管周围的成纤维细胞和平滑肌细胞的SDF1水平也有显著升高，给予CXCR4拮抗剂后可阻止骨髓来源的干细胞募集到心脏和肝脏，减少新生血管形成，因此他们认为器官特异性表达的VEGF对骨髓来源的造血干细胞向器官的移行、募集是必不可少的，并且其促血管生成作用的维持需要SDF1。VEGF能促进微血管内皮细胞SDF1的表达，通过阻断SDF1/CXCR4可以起到抑制VEGF依赖的血管形成作用，这表明SDF1/CXCR4能够识别VEGF的自分泌信号系统，这是内皮细胞形态发生和生成新生血管的必要调控因子。SDF1能刺激VEGF在内皮细胞中表达，而VEGF能在培养的内皮细胞中上调CXCR4的浓度。SDF1促VEGF生成，VEGF通过上调CXCR4浓度加强内皮细胞对SDF1的应答，从而形成协同作用。因此SDF1/CXCR4与VEGF之间就构成了一条旁分泌环路，二者间相互影响，对各自生物学功能起到加强作用。

　　4 SDF1/CXCR4与眼部新生血管性疾病

　　眼内新生血管性疾病主要由变性、炎症、外伤、肿瘤和特发性等各种病因所致，根据其发生的部位主要分为角膜新生血管、虹膜新生血管、视网膜新生血管和脉络膜新生血管(又称为视网膜下新生血管)[18]。其中增生性糖尿病视网膜病变、角膜新生血管、老年黄斑变性、早产儿视网膜病变等是目前常见的致盲眼病,但是其形成机制尚不十分清楚。SDF1/CXCR4能够促进血管内皮细胞的增殖、移行，协同VEGF形成新生血管。大量的实验已证实VEGF在眼部新生血管性疾病的发生发展中起到了最重要的作用，那么SDF1/CXCR4能否也在眼部新生血管性疾病中发挥特定的作用呢?

　　近年来的大量研究证明，SDF1/CXCR4与眼部新生血管性疾病之间的关系密切。Chalasani等[19]认为，SDF1/CXCR4可能在视网膜神经节细胞发育成熟过程提供必要的神经营养支持，视网膜色素上皮细胞通过表达SDF1/CXCR4可引起趋化因子的分泌和转移，进而介导新生血管的形成。Brooks等[20]首先发现，在弥漫性黄斑水肿患者的玻璃体内SDF1的浓度较正常人显著升高，通过玻璃体内注射曲安奈德，可降低SDF1的浓度，进而使疾病得到显著的改善，玻璃体中SDF1、VEGF的水平也有大幅度下降。Butler等[2123]认为，随着增生性糖尿病视网膜病变的发展，人玻璃体中SDF1的浓度逐步增加。他们将病理浓度的SDF1注射到小鼠玻璃体中后同样也可以诱导形成视网膜新生血管。而在大鼠糖尿病视网膜病变模型玻璃体内注射SDF1抗体，即使在外源性VEGF存在的情况下，也可以阻止病情发展。

　　Grant等[24]用绿色荧光蛋白标记的HSC移植到C57BL/6小鼠上制作缺血性视网膜新生血管模型，他们在小鼠视网膜上发现有绿色荧光蛋白标记的内皮细胞形成的新生血管套管，而且几乎所有的新生血管均含绿色荧光蛋白的细胞，这提示可能由HSC来源的EPC形成新生血管是缺血缺氧视网膜新生血管形成的主要方式，即属于血管发生的范畴。Lima e Silva等[25]的研究发现，SDF1和它的特异性受体CXCR4在缺氧性视网膜病变的模型上表达增多，并且SDF1首先出现在靠近视网膜表面的神经胶质细胞上，CXCR4则首先出现在骨髓来源细胞上。神经胶质细胞也可表达CXCR4，可能是细胞受刺激后的自分泌表达，但骨髓来源细胞的流入还是增加CXCR4的主要途径。缺氧所致视网膜上VEGF的高水平，也会增加CXCR4/SDF1mRNA的表达。CXCR4拮抗剂可减少骨髓来源细胞流入，还可明显抑制视网膜以及VEGF诱导的脉络膜的新生血管。Bhutto等[26]在生前确诊为早期老年性黄斑变性患者的尸眼中发现，其视网膜色素上皮层和脉络膜基质上SDF1/CXCR4表达显著。

　　此外，Mirshahi等[27] 还将SDF1植入兔角膜，结果可以诱导角膜大量新生血管形成，并且伴有单核细胞和淋巴细胞的浸润。Abu ElAsrar等[28]通过对交感性眼炎的研究，证实了SDF1能进一步促进炎症细胞在交感性眼炎患者眼内聚集。Fang等[29]研究发现，在自身免疫性前部葡萄膜炎大鼠模型上，SDF1/CXCR4可在疾病早期显著表达，进一步说明了其在形成新生血管上具有重要作用。SDF1/CXCR4促进眼部新生血管形成的可能机制是，SDF1诱导人眼部血管内皮细胞增加血管细胞粘附分子(vascular cell adhesion molecule1，VCAM1)的表达，后者可减少细胞表达紧密连接蛋白(Occludin)，使造血干细胞和内皮祖细胞随着SDF1的浓度增加而聚集，参与新生血管的形成。而且通过上调VEGF的表达，进而协同形成眼部新生血管。

　　5问题与展望

　　针对眼部新生血管性疾病的治疗较为困难，尤其是药物治疗较少，因此常常成为视功能丧失的主要原因。近年来，虽然激光、手术及放射治疗等可在一定程度上缓解或阻止新生血管的发生、发展，但是均有不可避免地损害健康组织的风险性，且不同程度地存在疗效欠佳、代价昂贵及复发的弊病，因此寻求特异及有效的药物治疗眼部新生血管一直是广大眼科医师孜孜以求的目标。SDF1/CXCR4的出现为防治眼部新生血管性疾病提供了一个新的靶点。目前，SDF1特异性抗体及CXCR4抑制剂(如AMD3100等[30,31])已开始应用于糖尿病视网膜病变、血液病、肿瘤、自身免疫性疾病等的治疗，取得较好的疗效，其应用前景广阔。但是目前对SDF1/CXCR4的作用机制了解还不十分清楚，其对新生血管的治疗探索尚处于早期阶段，有待大量研究以进一步证明其安全性和有效性。

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