Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Куртукова М.О. 2 Бугаева И.О. 2 Иванов А.Н. 1, 2

---

1 ФГБУ «Саратовский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии» Минздрава России

2 ГБОУ ВПО «Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского» Минздрава России

Процесс ангиогенеза обеспечивает формирование новых кровеносных сосудов из существующих, благодаря чему осуществляется расширение и ремоделирование сосудистой сети в тканях. Физиологическая роль ангиогенеза реализуется при росте и развитии организма, а также регенеративных процессах. В тоже время нарушения ангиогенеза являются важным патогенетическим звеном целого ряда заболеваний, включая онкологические процессы. В этой связи целью настоящего обзора являлось рассмотрение факторов, обеспечивающих регуляцию ангиогенеза. В статье приведены сведения о биомеханической и метаболической регуляции ангиогенеза. Особое внимание уделяется биологически активным веществам, регулирующим данный процесс. Рассматриваются как факторы, стимулирующие ангиогенез, так и его ингибиторы. Проведенный анализ литературных данных позволяет заключить, что регуляция ангиогенеза осуществляется комплексом про- и антиангиогенных сигналов биомеханической и химической природы.

Статья в формате PDF

138 KB

антиангиогенные факторы.

фактор роста эндотелия сосудов

эндотелий

ангиогенез

1. Возможная роль диоксида азота, образующегося в местах бифуркации сосудов, в процессах их повреждения при геморрагических инсультах и образовании атеросклеротических бляшек / В.П. Реутов, Е.Г. Сорокина, В.Н. Швалев и др. // Успехи физиологических наук. – 2012. – Т.43, № 4. – С. 73–93.

2. Методы диагностики эндотелиальной дисфункции / А.Н. Иванов, А.А. Гречихин, И.А. Норкин и др. // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. – 2014. – Т. 13, № 4. – С. 4-11.

3. Adair T.H., Montani J.P. Angiogenesis. San Rafael (CA): Morgan & Claypool Life Sciences, 2010. –82 р.

4. Ahluwalia A., Tarnawski A.S. Critical role of hypoxia sensor – HIF-1α in VEGF gene activation. Implications for angiogenesis and tissue injury healing // Curr. Med. Chem. –2012. – V.19, № 1. – Р. 90-97.

5. Ando J., Yamamoto K. Effects of shear stress and stretch on endothelial function // Antioxid. Redox. Signal. –2011. – V.15, № 5. – Р. 1389-1403.

6. Beyond VEGF: inhibition of the fibroblast growth factor pathway and antiangiogenesis / C. Lieu, J. Heymach, M. Overman et al. // Clin. Cancer. Res. –2011. – V.17, № 19. – Р. 6130-6139.

7. Cantelmo A.R., Brajic A., Carmeliet P. Endothelial metabolism driving angiogenesis: emerging concepts and principles // Cancer. J. –2015. – V.21, № 4. – Р. 244-249.

8. Chouinard-Pelletier G., Jahnsen E.D., Jones E.A. Increased shear stress inhibits angiogenesis in veins and not arteries during vascular development // Angiogenesis. –2013. – V.16, № 1. – Р. 71-83.

9. Endostatin's emerging roles in angiogenesis, lymphangiogenesis, disease, and clinical applications / A. Walia, J.F. Yang, Y.H. Huang et al. // Biochim. Biophys. Acta. –2015. – V.12. – Р. 4165.

10. Egginton S. Physiological factors influencing capillary growth // Acta. Physiol. (Oxf). –2011. – V.202, № 3. – Р. 225-239.

11. Endothelial NADPH oxidase 4 mediates vascular endothelial growth factor receptor 2-induced intravitreal neovascularization in a rat model of retinopathy of prematurity / H. Wang, Z. Yang, Y. Jiang et al. // Mol. Vis. –2014, № 20. – Р. 231-241.

12. Epigenetic control of hypoxia inducible factor-1α-dependent expression of placental growth factor in hypoxic conditions / L. Tudisco, F. Della Ragione, V. Tarallo et al. // Epigenetics. –2014. – V.9, № 4. – Р. 600-610.

13. Ferulic acid augments angiogenesis via VEGF, PDGF and HIF-1 alpha / C.M. Lin, J.H. Chiu, I.H. Wu et al. // J. Nutr. Biochem. –2010. – V.21, № 7. – Р. 627-633.

14. Flow shear stress regulates endothelial barrier function and expression of angiogenic factors in a 3D microfluidic tumor vascular model / C.F. Buchanan, S.S. Verbridge, P.P. Vlachos et al. // Cell. Adh. Migr. –2014. – V.8, № 5. – Р. 517-524.

15. Fluid shear stress threshold regulates angiogenic sprouting / P.A. Galie, D.H. Nguyen, C.K. Choi et al.//Proc. Natl. Acad. Sci. USA. –2014. – V.111, № 22. – Р. 7968-7973.

16. Gacche R.N., Meshram R.J. Angiogenic factors as potential drug target: efficacy and limitations of anti-angiogenic therapy // Biochim. Biophys. Acta. – 2014. – V.1846, № 1. – Р. 161-179.

17. Hashimoto T., Shibasaki F. Hypoxia-inducible factor as an angiogenic master switch // Front Pediatr. –2015. – V.3. – Р. 33.

18. Hypoxia simultaneously inhibits endostatin production and stimulates vascular endothelial growth factor production by cultured human endometrial stromal cells / K. Nasu, M. Nishida, J. Fukuda et al. // Fertil. Steril. –2004. – V.82, № 3. – Р.756-759.

19. Inhibition of angiogenesis by interleukin-4 gene therapy in rat adjuvant-induced arthritis / C.S. Haas, M.A. Amin, B.B .Allen et al. // Arthritis Rheum. –2006. – V.54, № 8. – Р. 2402-2414.

20. Interferon gamma counteracts the angiogenic switch and induces vascular permeability in dextran sulfate sodium colitis in mice / L. Haep, N. Britzen-Laurent, T.G. Weber et al. // Inflamm. Bowel Dis. –2015. – V.21, № 10. – Р. 2360-2371.

21. Jacobo S.M., Kazlauskas A. Insulin-like growth factor 1 (IGF-1) stabilizes nascent blood vessels // J. Biol. Chem. –2015. – V.290, № 10. – Р. 6349-6360.

22. Johnson K.E., Wilgus T.A. Vascular endothelial growth factor and angiogenesis in the regulation of cutaneous wound repair // Adv. Wound Care. –2014. – V.3, № 10. – Р. 647-661.

23. Krock B.L., Skuli N., Simon M.C. Hypoxia-induced angiogenesis: good and evil // Genes Cancer. –2011. – V.2, № 12. – Р. 1117-1133.

24. Lawler P.R., Lawler J. Molecular basis for the regulation of angiogenesis by thrombospondin-1 and -2 // Cold Spring Harb. Perspect. Med. –2012. – V.2, № 5. – Р. a006627.

25. Nuclear envelope proteins Nesprin2 and LaminA regulate proliferation and apoptosis of vascular endothelial cells in response to shear stress / Y. Han, L. Wang, Q.P. Yao et al. // Biochim. Biophys. Acta. –2015. – V.1853, № 5. – Р. 1165-1173.

26. Numerical simulation of the inhibitory effect of angiostatin on metastatic tumor angiogenesis and microenvironment / G. Zhao, W. Yan, E. Chen et al. // Bull. Math. Biol. –2013. – V.75, № 2. – Р. 274-287.

27. Rogers M.S., D'Amato R.J. Common polymorphisms in angiogenesis // Cold Spring Harb. Perspect. Med. –2012. – V.2, № 11. – Р. a006510.

28. Role of the angiopoietin/Tie system in pregnancy / D. Kappou, S. Sifakis, A. Konstantinidou et al. // Exp. Ther. Med. –2015. – V.9, № 4. – Р. 1091-1096.

29. Ruan G.X., Kazlauskas A. Lactate engages receptor tyrosine kinases Axl, Tie2, and vascular endothelial growth factor receptor 2 to activate phosphoinositide 3-kinase/Akt and promote angiogenesis / J. Biol. Chem. –2013. – V.288, № 29. – Р. 21161-2172.

30. Sato Y. The vasohibin family: a novel family for angiogenesis regulation // J. Biochem. –2013. – V.153, № 1. – Р. 5-11.

31. Shear stress regulated gene expression and angiogenesis in vascular endothelium / J.W. Wragg, S. Durant, H.M. McGettricket al. // Microcirculation. –2014. – V.21, № 4. – Р. 290-300.

32. Targeting tumor angiogenesis with TSP-1-based compounds: rational design of antiangiogenic mimetics of endogenous inhibitors / G. Taraboletti, M. Rusnati, L. Ragona et al. // Oncotarget. –2010. – V.1, № 7. – Р. 662-673.

33. The control of endothelial cell adhesion and migration by shear stress and matrix-substrate anchorage / J. Teichmann, A. Morgenstern, J. Seebachet al. // Biomaterials. –2012. – V.33, № 7. – Р. 1959-1969.

34. The imbalance in expression of angiogenic and anti-angiogenic factors as candidate predictive biomarker in preeclampsia / P. Nikuei, K. Malekzadeh, M. Rajaei et al. // Iran J. Reprod. Med. –2015. – V.13, № 5. – Р. 251-262.

35. Tumour angiogenesis and angiogenic inhibitors / L. Yadav, N. Puri, V. Rastogi et al. // J. Clin. Diagn. Res. –2015. – V.9, № 6. – Р. XE01-XE05.

36. Tykhomyrov A.A., Shram S.I., Grinenko T.V. Role of angiostatins in diabetic complications // Biomed. Khim. –2015, № 61, № 1. – Р. 41-56.

37. Unraveling the mysteries of endostatin / Y. Fu, H. Tang, Y. Huang et al. // IUBMB Life. –2009. – V.61, № 6. – Р. 613-626.

38. Ushio-Fukai M., Nakamura Y. Reactive oxygen species and angiogenesis: NADPH oxidase as target for cancer therapy // Cancer Lett. –2008. – V.266, № 1. – Р. 37-52.

39. VEGFR-3 controls tip to stalk conversion at vessel fusion sites by reinforcing Notch signaling / T. Tammela, G. Zarkada, H. Nurmi et al. // Nat. Cell. Biol. –2011. – V.13, № 10. – Р. 1202-1213.

40. Zimna A., Kurpisz M. Hypoxia-inducible factor-1 in physiological and pathophysiological angiogenesis // Biomed. Res. Int. –2015. – V.2015. – Р. 549412.

Васкуляризация тканей может осуществляться васкулогенезом и ангиогенезом [3]. Васкулогенез представляет собой образование кровеносных сосудов из мезенхимальныхклеток в эмбриогенезе или эндотелиальных клеток-предшественников, мигрирующих из красного костного мозга в постнатальном периоде (постнатальный васкулогенез) [3]. Ангиогенез - процесс формирования новых сосудов из существующих обеспечивает расширение и ремоделирование сосудистой сети [10, 15]. Ключевыми участниками ангиогенеза являются эндотелиальные клетки, которые за счет миграции и пролиферации, а также взаимодействия с клетками других типов (в частности, перицитами) обеспечивают формирование новых кровеносных сосудов [2, 10]. В обычных условиях во взрослом организме интенсивность ангиогенеза невелика. Его резкая активация происходит при росте и развитии организма, регенераторных процессах, включая заживление ран [22]. В тоже время нарушения ангиогенеза представляют собой важное патогенетическое звено целого ряда заболеваний. В частности, повышение интенсивности ангиогенеза отмечается в опухолях, что способствует их росту и метастазированию [14, 26, 32]. В этой связи целью настоящего обзора являлось рассмотрение факторов, обеспечивающих регуляцию ангиогенеза.

В настоящее время не существует единой классификации регуляторов ангиогенеза, однако в соответствии с их природой все факторы, оказывающие влияние на рост кровеносных сосудов, могут быть разделены механические (биомеханические) и химические [5, 10, 31]. Химические факторы, в свою очередь включают широкий спектр биологически активных веществ, которые могут как стимулировать, так и угнетать ангиогенез, и метаболиты [3].

Биомеханические факторы, регулирующие ангиогенез

Эндотелиальные клетки подвергаются различным механическим воздействиям, связанных с током крови: напряжению сдвига, трансэндотелиальному току жидкости, циклической деформации и др. Было показано, что параметры гемодинамики регулируют ангиогенные реакции эндотелиальных клеток [8, 15]. Согласно современным представлениям постоянный ламинарный коровок (постоянное напряжение сдвига) способствует ангиогенной стабилизации сосудов, что обеспечивает как завершение активного ангиогенеза, так и поддержанию ангиогенного покоя. Напротив, турбулентный ток крови, неадекватные параметры напряжения сдвига, повышение трансэндотелиального тока жидкости представляют собой факторы, способствующие активации ангиогенеза. В настоящее время установлено, что биомеханические факторы изменяют экспрессию генов и регулируют не только миграцию, пролиферацию и апоптоз эндотелиальных клеток, но и продукцию ими химических ангиогенных факторов [14, 25, 33].

Биологически активные вещества, стимулирующие ангиогенез

Биологически активные вещества, оказывающие влияние на прорастание сосудов, в зависимости от оказываемого эффекта разделяют на стимуляторы и ингибиторы [3]. Стимулируют рост сосудов семейство факторов роста эндотелия сосудов (VEGF), близкие к нему плацентарные факторы роста (PlGF- 1,2), основной фактор роста фибробластов (FGF-2), ангиопоэтины (ANGPT-1,2), интерлейкин-8 (IL-8), тромбоцитарные факторы роста (PDGF), трансформирующий фактор роста-бета (TGF-бета) и другие [16].

Представители семейства VEGF и близкие у нему PLGF играют ключевую роль среди стимуляторов прорастания сосудов. Семейство VEGF включает 5 представителей VEGF-A, VEGF-B, VEGF-C, VEGF-D. VEGF-A связывается с рецепторами VEGF (VEGFR) первого типа и VEGFR-2. VEGF-C и VEGF-D, но не VEGF-A, являются лигандами для третьего рецептора VEGFR-3. VEGF-A стимулирует пролиферацию, миграцию и обеспечивает выживание эндотелиальных клеток. Большинство его эффектов связано с активацией рецепторов VEGFR-2 [22]. VEGF-C способствует формированию анастомозов между растущими сосудами [39]. Плацентарные факторы ростаPlGF-1 и -2 способны взаимодействовать с VEGFR-1 и конкурентно связывая этот рецептор потенцируют эффекты взаимодействия VEGF-AcVEGFR-2 [34].

Факторы роста фибробластов и, в первую очередь, FGF2, взаимодействуя с рецепторами - FGFR-1-4 являются мощными митогенами для эндотелиальных клеток, а также стимулирует их миграцию [6].

Инсулиноподобный фактор роста (IGF-1) также оказывает стимулирующее влияние на прорастание кровеносных сосудов, через увеличение продукции IL-8. Кроме того, invitro была продемонстрирована способность IGF-1 стабилизировать новообразованные соcуды [21].

IL-8 является независимым VEGF-стимулятор ангиогенеза, который действует через рецепторы CXCR-2, стимулируя пролиферацию, миграцию и выживание эндотелиальных клеток [27].

Тромбоцитарный фактор роста PDGF-BB, малые дозы TGF-бета, гепаринсвязывающий подобный эпидермальному фактор роста (EGF-HB) способствуют стабилизации образованных сосудов [13].

ANGPT-1 и -2 опосредуют свое действие через рецепторы эндотелиальных клеток Tie-2. ANGPT-1 способствует выживанию эндотелиальных клеток, образованию контактов между ними, взаимодействию с перицитами, что стабилизирует образованные сосуды. ANGPT-2 является антагонистом ANGPT-1 и препятствует стабилизации сосудов. Его эффект на ангиогенез в целом зависит от концентрации VEGF-A. В отсутствии VEGF-A ANGPT-2 вызывает апоптоз и способствует регрессии сосудистого русла, напротив, при повышении концентрации VEGFA - стимулирует ангиогенез [28].

Биологически активные вещества, ингибирующие ангиогенез

На сегодняшний день описан ряд биологически активных веществ, которые ингибируют ангиогенез. Тромбоспондины-1,2 (TSP-1,2), вазогибин-1 (VASH-1), ангиостатины, эндостатин являются примерами медиаторов, которые ингибируют ангиогенез.

TSP-1 стал одним из первых, описанных в литературе, эндогенных ингибиторов ангиогенеза. Тромбоспондины представляют собой гликопротеиды межклеточного матрикса. ТSP-1 и - 2 обладают выраженной антиангиогеннной активностью, которая реализуется как за счет прямого воздействия на эндотелиальные клетки, так и за счет подавления активности проангиогенных факторов. Прямое действие ТSP-1,2 подавляет миграцию, пролиферацию и индуцируетапоптоз эндотелиальных клеток. Было продемонстрированно, что TSP-1 проявляет антагонизм к VEGF, связывая VEGF и препятствуя его выходу из межклеточного матрикса, а также подавляя фосфорилирование VEGFR-2 [24]. Кроме того, TSP-1 связывает и модулирует активность / биодоступность и других стимуляторов ангиогенеза FGF-2, PDGF и др. [32].

Ангиостатины представляют собой протеолитические фрагменты плазминогена, которые обладают способностью подавлять ангиогенез опухоли [26]. Ангиостатины снижают миграцию, пролиферацию и увеличивает апоптоз эндотелиальных клеток, а также снижают продукцию VEGF в клетках опухоли [35]. Ангиостатины образуются в плазме, межклеточном матриксе и на поверхности клеток при участии матриксных металлопротеаз, катепсина, эластазы нейтрофилов [36].

Эндостатин представляет собой С-концевой фрагмент коллагена XVIII, который образуется в результате протезной активности, обусловленной прорастанием кровеносных сосудов. Эндостатин ингибирует пролиферацию эндотелиальных клеток и тубулогенез [9, 37].

Вазогибин-1 (VASH-1) образуется в эндотелиальных клетках при действии VEGF, FGF-2. Однако индукции VASH-1 в эндотелиоцитах не происходит в гипоксических условиях или в присутствии воспалительных цитокинов - фактора некроза опухоли-альфа и интерлейкина-1. VASH-1 ингибирует миграцию и пролиферацию эндотелиальных клеток, негативно регулируя экспрессию VEGFR-2 [30].

Ингибирующее эффекты на ангиогенез были также выявлены у ряда цитокинов, в частности, у IL-4 и гамма-интерферона [19, 20].

Метаболическая регуляция ангиогенеза

Основной функцией сердечно-сосудистой системы является доставка тканям кислорода и питательных веществ, поэтому регуляция состояния сосудистой сети осуществляется рядом метаболических условий.При этом ключевое значение среди метаболитов имеет кислород, а гипоксия тканей является одним из основных индукторов образования новых кровеносных сосудов [23].

Под влиянием гипоксии в клетках происходит активация семейства транскрипционных факторов - индуцируемого гипоксией фактора первого типа (HIF-1-альфа) и второго типа (HIF-2-альфа). Эти транскрипционные факторы запускают синтез ряда стимуляторов ангиогенеза, в частности VEGF [4, 17].Следует отметить, что HIF обеспечивают регуляцию синтеза не только VEGF, а целого ряда стимуляторов ангиогенеза, в частности, PlGF, ANGPT-1 и -2, FGF-2, TGF-бета, IL-8, PDGFBи других [12, 13, 40]. Кроме того, напряжение кислорода модулирует продукцию антиангиогенных факторов, таких, как эндостатин и TSP1 [18, 24].

Активные формы кислорода также являются значимыми регуляторами ангиогенеза. [38]. Избыточная продукция активных форм кислорода представляет собой универсальный механизм возникновения патологических клеточных реакций, который реализуется при целом ряде заболеваний [1]. АФК стимулируют индукцию VEGF в различных типах клеток, включая гладкомышечные и эндотелиальные клетки, а также способствуют их пролиферации и миграции [38]. Кроме того, АФК являются одним из внутриклеточных сигнальных путей реализации эффектов VEGF, FGF и ANG-1 [11].

Продукты гликолиза также являются посредниками перехода эндотелиальных клеток от фенотипа ангиогенного покоя к активному ангиогенезу [7]. В частности, показано, что лактат является одним из стимуляторов ангиогенеза. Повышенная концентрация лактата потенцирует активацию Tie-2 (рецепторов ANGPT) и VEGFR-2 [29].

Заключение

Проведенный анализ данных литературы позволяет заключить, что ангиогенез регулируется сложной системой сигнальных механизмов. Смена периодов ангиогенногопокоя и активного ангиогенеза обеспечивается комплексом гемодинамических и метаболических условий, а также балансом про- и антиангиогенных биологически активных веществ. Биомеханимческая и метаболическая регуляция ангиогенеза находится в тесном сопряжении с продукцией биологически активных веществ, влияющих на рост сосудов. Кроме того, биомеханические и метаболические условия способны изменять чувствительность эндотелиальных клеток к про- и антиангиогенным биологически активным веществам. Комплексная регуляция различными факторами обеспечивает четкую координацию ангиогенных процессов, что необходимо для ремоделирования сосудистого русла в соответствии с потребностями тканей в кровоснабжении. Коррекция дисрегуляцииангиогенеза в патологических условиях может выступать в качестве точки приложения терапевтических стратегий при различных заболеваниях, в том числе онкологических.

Антипова О.Н., д.м.н., профессор кафедры нормальной физиологии им. И.А. Чуевского, ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава России, г.Саратов;

Пронина Е.А., д.м.н., зав. кафедрой медико-биологических дисциплин Саратовского медицинского института «РЕАВИЗ», г.Саратов.

Библиографическая ссылка