任国强 李炳辉 李恭驰 王 知 胡映月 杜 烨 郑 洁

（1.华中科技大学同济医学院附属梨园医院，湖北 武汉 430077；2.华中科技大学同济医学院附属协和医院，湖北 武汉 430022）

机体的某些病理状况影响着血管的生成，称为病理性血管生成。糖尿病状态下因外周循环、冠状动脉循环功能受损，导致伤口血供较差，从而使伤口难以愈合。内皮细胞是糖尿病血管病变的关键靶细胞。血管内皮生长因子（VEGF）是调节血管生成的关键性因素。基质金属蛋白酶（MMPs）通过促进内皮细胞迁移、毛细血管基底膜破裂和细胞外周纤维蛋白的溶解来发挥血管生成作用。本文对VEGF、基质金属蛋白酶-9（MMP-9）在糖尿病血管生成中作用的研究进展综述如下。

1 MMP-9和VEGF的生物学作用

MMPs以酶原的形式存在于组织中，可降解细胞外基质(ECM)和胶原蛋白，因能降解细胞外的纤维组织，可以使动脉粥样硬化斑块中的纤维帽变薄。MMPs 家族蛋白已经被证明由5 个功能结构域组成[1]。MMP-9又称为明胶酶B，是一种能够特异性水解ECM和基底膜的胶原酶[2]。MMP-9的主要生物学作用已经探明[3]。在病理状态下，MMP-9 能通过降解细胞外胶原蛋白来促进肿瘤生长。

VEGF又称为血管通透因子，是一种生长因子的亚家族，它作为血管发生(胚胎循环系统的血管细胞原位分化和血管生长)和血管生成(血管从已有的脉管系统生长)的信号蛋白起作用。VEGF主要来源于视网膜色素上皮细胞、周细胞等细胞。我们通常所说的VEGF实际上是指VEGF-A，除此之外生长因子家族还包括VEGF-B、VEGF-C、 VEGF-D和胎盘生长因子(PGF)，分子质量为 32～34 kDa 不等。在促血管生成中，VEGF因其对内皮细胞的特异性而被认为是最有效的血管生成因子之一，通常在缺血缺氧情况下直接参与组织器官的血管生成［4］。VEGF家族的所有成员都通过与内皮细胞表面酪氨酸激酶受体结合刺激细胞反应，使其进入二聚体，并通过磷酸化作用激活。VEGF的主要生物学功能包括：①是目前最强的血管通透因子；②能调节血管内皮细胞的增殖和迁移；③抑制内皮细胞凋亡；④改变ECM，如整合素、血管发生蛋白等；⑤上调细胞间黏附分子-1（ICAM-1）基因的表达；⑥增加葡萄糖转运［5］。

2 糖尿病与血管生成

血管生成是指从已有的毛细血管或毛细血管后静脉发展而形成新的血管，其在胚胎发育、组织生长及伤口愈合等过程中发挥着至关重要的作用；血管内皮细胞在被激活后通过增殖、迁移最终形成新血管，在这一过程中促血管形成因子和血管形成抑制因子共同发挥作用［6］。正常的生理性血管生成开始于胚胎时期，并且在出生后一直到成年都可形成正常的血管。正常的血管有规律地分布，并且按等级依次形成动脉、小动脉、毛细血管、后毛细血管小静脉，以及小静脉和大静脉。和肿瘤血管形成相比，正常的血管形成是非常有规律的、无支链的、并且几乎全部是平行的管道。血管生成主要发生在胚胎和产后发育阶段，在成人健康状态中非常少见［7］。一些女性生殖器官和组织，包括卵巢、子宫内膜衬里和胎盘，作为正常生理反应的一部分发生血管生成［8］。生理性血管生成的血管具有精细化、完整性和可控性，可以及时地向组织传递营养物质［9］。血管生成失控是许多病理过程的显著特征，包括实体瘤生长和纤维化［9-10］。病理状态下，血管生成可能是杂乱无章、持续不可控的[11-12]。克罗恩病、银屑病、子宫内膜异位症和风湿性关节炎也存在不正常的血管生成[13-14]。动脉粥样硬化、糖尿病视网膜病变以及许多其他影响糖尿病患者的并发症都与血管生成功能失调有关[15]。

糖尿病的主要并发症是血管疾病，其特征是血管生成异常。糖尿病状态下，氧化应激异常激活、血管活性物质如一氧化氮等功能受损，再加上晚期糖基化终末产物的作用，使不同组织的血管生成反应发生不同程度的过度激活或抑制[16-17]。在视网膜和肾等组织中，血管生成反应呈增强状态；然而在另一些组织中血管生成受到抑制，会导致伤口难以愈合[18-19]。与糖尿病视网膜病变的血管变化相似，在糖尿病肾病中肾小球内的血管生成异常，VEGF过表达[20-21]。研究表明，VEGF与内皮细胞的分离是糖尿病肾病中血管生成异常的潜在机制[22]。与糖尿病肾病和视网膜病变的血管变化相反，糖尿病导致愈合过程中伤口组织的血管生成减少。糖尿病时伤口的血管新生不足，影响血管和毛细血管密度[23]，伤口闭合严重延迟。血管生成受损与糖尿病患者的病理创伤修复有关。Seitz等[24]首次研究了糖尿病小鼠皮肤创面血管生成的机制，结果显示，与健康对照组相比，db/db小鼠伤口中的VEGF-A蛋白和mRNA表达水平均明显下降。

3 MMP-9 和VEGF在血管生成中的相关性研究

在诱导血管生成过程中，MMPs和血管生成因子相互作用。一系列血管新生的研究发现了MMP-9与VEGF间的联系，即在血管生成的过程中，MMP-9和VEGF呈正相关[25-26]，这说明 MMP-9和VEGF在血管生成中具有重要作用。高水平的VEGF与肿瘤生长速度、恶性程度及患者预后不良密切相关[26]。而在婴幼儿型血管瘤的研究中发现，MMP-9可以通过降解ECM而促进血管内皮细胞迁移和毛细血管网形成，并促进血管瘤干细胞释放VEGF，加快新生血管的生成［27］。MMP-9与VEGF的作用是相互的，VEGF通过调节MMP-9基因的转录，增加组织因子、蛋白酶和胶原酶的表达从而影响MMP-9的表达，最终通过促进内皮细胞表达MMP-9，提高MMP-9的活性［28］。研究表明，在肿瘤发展过程中， MMP-9与VEGF的共同表达可作为血管发生的标志[29-30]。以上研究表明，MMP-9和VEGF在血管生成中可能具有协同作用。

4 MMP-9与VEGF在糖尿病血管生成中的作用

糖尿病血管生成受多种因素的影响。MMP-9主要是通过促进内皮细胞迁移、毛细血管基底膜破裂和细胞外周纤维蛋白溶解而促进血管生成；VEGF通过诱导内皮细胞迁移和增殖、增强血管渗透性、调控血栓形成等影响血管的生成。Mu等[31]研究发现，细胞外调节蛋白激酶（ERK1/2激酶）抑制剂可减少内皮细胞微血管生成，说明ERK1/2 信号通路在血管生成中可能发挥了重要作用。

血管生成刺激因子的过度产生和视网膜血管生成抑制因子减少参与了糖尿病性视网膜病变过程。VEGF是促进糖尿病视网膜病变的主要生长因子。一系列研究表明，糖尿病视网膜病变中VEGF的过度产生与异常血管生成和视网膜毛细血管通透性增强有关[32-34]。由于VEGF在糖尿病视网膜病变的发病机制中起着至关重要的作用，因此抗VEGF治疗是一个行之有效的治疗策略。Macugen是目前美国FDA唯一批准用于治疗糖尿病黄斑变性的抗VEGF药物。在糖尿病视网膜病变的发病机制中，MMPs除了在新生血管形成过程中促进血管生成外，还可以在早期起到促凋亡的作用，而视网膜毛细血管细胞的加速凋亡被认为可以预测糖尿病视网膜病变的发展。临床与动物实验研究结果均显示，糖尿病视网膜病变时视网膜和玻璃体的MMP-9表达增加[35]。MMP-9表达也在高糖条件下培养的视网膜微血管细胞中上调[36]。在人视网膜新生血管中也发现MMP-9表达的增加[37]。但是MMP-9能够促进糖尿病视网膜病变的确切机制尚不清楚。目前尚无临床试验使用MMPs抑制剂治疗糖尿病视网膜病变患者。动物模型实验发现, MMP-9抑制剂可以阻止线粒体损伤的恶性循环的延续，在预防糖尿病视网膜病变方面具有潜在的治疗价值[38]。未来MMPs抑制剂可能成为抑制糖尿病视网膜病变的一个方向。

在糖尿病肾病中，肾小球内的血管生成异常，以及VEGF和MMP-9的过表达，与糖尿病视网膜病变相似[39]。在动物实验模型中，抗VEGF疗法[40-41]或抗血管生成因子的管理[42]可以逆转糖尿病肾脏的这种异常血管生成。

糖尿病患者创面愈合能力下降。伤口的正常愈合有5个连续的过程：①止血；②炎症和清创；③增殖；④上皮化；⑤重构[43]。糖尿病患者伤口愈合延迟的原因在一定程度上与炎症的增加、血管生成不良和ECM成分不足有关。VEGF信号、MMP-9已被证明可以发挥重要作用[43-44]。MMP-9通过激活血管形成因子如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和VEGF促进血管生成[45]，但是MMP-9的过度表达对糖尿病皮肤伤口的愈合是有害的。动物实验研究表明：通过降低皮肤成纤维细胞中MMP-9的表达，可以促进糖尿病大鼠创面愈合[46]。研究表明MMP-9在正常伤口愈合早期升高，随后显著下降[47]。但是在糖尿病患者伤口中持续升高的MMP-9会刺激炎症细胞进入伤口，使伤口停滞于炎性期，不能向下一个修复阶段进展，导致伤口愈合延迟[48]。保持MMPs和VEGF之间的平衡是糖尿病伤口愈合的关键，过高的MMP-9通过降低VEGF的表达影响糖尿病伤口愈合。

5 总结与展望

糖尿病时血管生成异常可导致各种并发症，糖尿病血管生成反应在视网膜和肾等组织中呈增强状态；然而在另一些组织中受到抑制时，会导致伤口难以愈合。VEGF和MMP-9过表达在疾病的进展中发挥着重要的促进作用，因此VEGF和MMP-9抑制剂将是糖尿病视网膜病变和糖尿病肾病的一种很有前途的治疗方法。在糖尿病创面中，过高的MMP-9通过降低VEGF的表达影响糖尿病伤口的愈合，MMP-9和VEGF之间的平衡是糖尿病伤口愈合的关键。未来可以考虑通过恢复MMP-9/ VEGF之间的平衡作为糖尿病伤口治疗的新方法。