天然抗氧化剂抗血管生成作用的分析进展

【摘要】 　　 血管生成（Angiogenesis）是指从已有的血管上长出新的毛细血管的过程. 在这一过程中，活性氧作为信号分子起着非常重要的作用. 因此从天然抗氧化剂中寻找新的血管生成抑制剂已成为近年来研究的热点，我们综述了近年来抗氧化剂的抗血管生成作用、机制以及应用前景的国内外最新研究进展.
【关键词】 血管生成；抗氧化剂；活性氧；综述
　　0引言近年来，随着对血管生成（angiogenesis）过程研究的不断深入，人们发现低浓度的活性氧（reactive oxygen species， ROS）作为一种信号分子在血管生成过程中起着非常重要的作用. 外源性的ROS能诱导血管内皮细胞、血管平滑肌细胞增殖、迁移以及血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor， VEGF）表达［1-2］；而由血管内皮细胞NADPH氧化酶产生的内源性ROS则参与了多种促血管生成因子如VEGF，血管生成素（angiopoietin， Ang）等的信号传导过程［3］. 由于多数已发现的内源性血管生成抑制剂都是通过基因工程获得，生产过程复杂，费用昂贵. 因此从天然抗氧化剂中寻找具有抗血管生成活性的物质就成为人们研究的热点. 我们就近年来有关抗氧化剂的抗血管生成作用研究进展综述如下.
　　1血管生成概述血管生成是指从已有的血管上长出新的毛细血管的过程. 生理性的血管生成与胚胎形成、月经周期、伤口愈合等生理过程有关；而病理性的血管生成则是多种疾病如增殖性糖尿病性视网膜病、动脉粥样硬化、肿瘤等的重要特征. 尤其在肿瘤生长和转移过程中，新血管的生成一方面为肿瘤生长提供了营养物质、清除各种降解产物；另一方面有利于脱落的肿瘤细胞沿血道向其他组织器官的转移.
　　血管生成受血管生成因子和血管生成抑制因子精密调控. 主要的血管生成因子有VEGF、Ang、碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）、表皮生长因子（EGF）、肝细胞生长因子（HGF）、白介素8（IL8）、转化生长因子β（TGFβ）、肿瘤坏死因子α（TNFα）等；主要的血管生成抑制因子有血管抑素（angiostatin），内皮抑素（endostatin）、血小板反应蛋白（thrombospondin， TSP1），基质金属蛋白酶组织抑制因子（TIMP）等. 生理情况下这两类因子之间保持平衡，血管生成处于静息状态. 而在肿瘤组织，肿瘤细胞不仅能产生大量的促血管生成因子，而且血管生成抑制因子的活性也明显降低，导致两类因子失去平衡，从而启动血管生成的级联过程：首先这些因子作用于血管内皮细胞相应靶点，刺激其产生大量的蛋白酶，如基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase， MMP）、纤溶酶原激活物、胶原酶等，这些蛋白酶逐步降解血管内皮细胞下的基膜，形成新生血管的芽胚；芽胚形成后，芽胚周围的血管内皮细胞在各种生长因子的作用下迅速增殖并穿过芽胚向肿瘤组织定向迁移；最后这些新增殖的血管内皮细胞进一步与血管外基质和周围的间质细胞相互作用形成完整的血管结构.
　　2 抗氧化剂的抗血管生成作用及机制
　　2.1茶多酚流行病学的研究已经表明喝绿茶能降低某些肿瘤的发生率. 而绿茶中的主要成分是茶多酚：epigallocatechin gallate（EGCG）， epigallocatechin（EGC）， epicatechin gallate（ECG）， epicatechin（EC）等，其中EGCG是最主要的活性成分. 研究表明茶多酚在体内外都有抗血管生成作用. Kondo等［4］报道EGCG， EGC， ECG， EC在体外能够抑制人脐静脉内皮细胞的增殖、迁移和形成血管样结构，其中EGCG作用最强. Oak等［5］也发现茶多酚能抑制鸡胚尿囊膜和VEGF， bFGF诱导的大鼠角膜血管生成. 而腹腔注射EGCG能抑制接种在裸鼠皮下的结肠癌细胞的生长和肿瘤血管生成［6］. 从现有的报道看，茶多酚的抗血管生成机理比较复杂，它可以影响多个促血管生成因子及其下游信号而发挥抗血管生成作用. 其抗血管生成机理主要有：抑制TNFα诱导的VEGF， bFGF及IL8的产生［7-8］；抑制某些转录因子如NFκB， AP1， Ets1， cfos， cjun活化［9］；抑制MMP2，9及MTMMP的活性［10］；抑制VEGF受体2（VEGFR2）与VEGF形成复合物、VEGF受体磷酸化及其介导的血管内皮钙粘连素（VEcadherin）酪氨酸磷酸化和Akt分子活化［11］. 除了抑制VEGF的促血管生成信号外，EGCG还能抑制促血管生成因子ephrinA1介导的内皮细胞迁移和血管生成［12］；此外，EGCG也通过抑制血小板源性生长因子（PDGF）受体及其下游的Erk1/2， AP1活化进而抑制PDGF诱导的VEGF表达［13］.
　　2.2白黎芦醇白藜芦醇是另一重要的多酚类化合物，是红酒中的主要成分. 在体外白藜芦醇能抑制牛主动脉内皮细胞增殖、迁移以及血管样结构的形成. 还能抑制bFGF诱导的牛毛细血管内皮细胞、VEGF和bFGF诱导的猪冠状动脉内皮细胞的增殖，其机理与抑制MAPK磷酸化有关，体内实验证明白藜芦醇能抑制鸡胚尿囊膜血管生成，口服白藜芦醇溶液能抑制VEGF， bFGF诱导的小鼠角膜血管生成和小鼠纤维肉瘤生长，但却延缓伤口愈合. Lin等［14］证明VEGF能诱导人脐静脉内皮细胞产生ROS， ROS作为第二信使使Src激酶活化，进而引起VEcadherin酪氨酸磷酸化，而白藜芦醇通过清除ROS抑制Src激酶活化以及随后的VEcadherin酪氨酸磷酸化，从而抑制VEGF诱导的人脐静脉内皮细胞的运动和血管生成. 此外，某些促血管生成因子如PDGFAB，TGFβ和凝血酶能促进血管平滑肌细胞释放VEGF，这一作用是由ROS介导的，而白藜芦醇还通过清除ROS进而抑制p38磷酸化而抑制VEGF，IL8的合成，这也是它抗血管生成的机理之一［15］. 然而，近来有研究表明白黎芦醇在心肌组织有促血管生成作用，Kaga等［16］发现白黎芦醇在体外能促进人冠状动脉内皮细胞形成血管样结构以及VEGF表达，同样白黎芦醇也能促进乳鼠心肌细胞释放VEGF. 在大鼠心肌梗死模型中，预先给予白黎芦醇能够减小梗塞面积、增加梗塞区周围的血管密度、改善心功能，这一作用是白黎芦醇通过促进硫氧化还原蛋白表达、进而增加血红素加氧酶1表达、促进VEGF释放实现的. 与Kaga等结果一致，Fukuda等［17］也发现在大鼠心肌梗死模型中，白黎芦醇能增加VEGF及其受体1（Flk1），一氧化氮合酶（NOS）表达.
　　2.3姜黄素早期研究发现姜黄素在体外能抑制人脐静脉内皮细胞增殖和管样结构形成，并且能破坏已形成的血管样结构，其抗血管生成作用与抑制MMP2表达有关. 新近的研究表明姜黄素对bFGF诱导的小鼠角膜血管生成和鸡胚尿囊膜血管生成均有明显的抑制作用. 其抗血管生成作用与抑制MMP2， MMP9分泌［18］，抑制肿瘤细胞血管生成因子VEGF，Ang1，2以及内皮细胞VEGF受体2（VEGFR2，KDR）表达、抑制环加氧酶2（COX2），12脂氧酶表达有关［19-20］. 姜黄素能够抑制低氧诱导的肝癌细胞、血管内皮细胞低氧诱导因子（HIF1）表达，进而抑制HIF1诱导的VEGF释放. 姜黄素浓度低于1 mmol/L在体外能够诱导VEGF表达，而当浓度达到1 mmol/L时则抑制VEGF表达［21］.
　　2.4原花青素原花青素在体外能抑制内皮细胞增殖、促进内皮细胞凋亡，抑制MMP2分泌和血管样结构的形成［22］. 从可可树种子中分离的五聚体原花青素能抑制人主动脉内皮细胞表皮生长因子（EGF）受体Erb2和VEGFR2表达. 而Khanna等［23］却报道葡萄籽原花青素能促进伤口愈合，这一作用于它上调h3O2和TNFα诱导的人角化细胞VEGF表达有关.
　　2.5其他除茶多酚、白藜芦醇、姜黄素和原花青素外，还有许多抗氧化剂具有抗血管生成作用，如槲皮素在体外能抑制内皮细胞增殖、迁移、管样结构的形成以及MMP2的活性，在体内能抑制鸡胚尿囊膜血管生成；维生素C虽然不抑制内皮细胞的增殖、迁移以及纤溶酶原激活物的活性，但能通过清除ROS、促进胶原合成而抑制内皮细胞形成血管样结构以及鸡胚尿囊膜血管生成；迷迭香酸能抑制内皮细胞增殖、迁移、粘附以及管样结构形成，其抗血管生成作用与降低内皮细胞ROS水平，进而抑制h3O2诱导的VEGF表达和IL8释放有关［24］.
　　3结语
　　同内源性的血管生成抑制剂相比较，天然抗氧化剂具有以下优点：由于血管生成的网络状调节机制，干扰任何一个单一因素或环节都不可能取得满意效果，经典的血管生成抑制剂或是以某种血管生成因子及其受体作为靶点，或以抑制基质金属蛋白酶降解细胞外基质作为目标，往往作用靶点比较单一，而抗氧化剂能影响血管生成的多个环节、多种因子，这种多靶点作用的特性，使其对血管生成过程具有调节作用；目前在肿瘤临床治疗中多采用低剂量的化疗药物与抗血管生成药物联合应用，两者合用虽然能发挥协同作用，但过度抑制血管生成，一方面会影响到化疗药物输送到肿瘤组织，另一方面会导致肿瘤组织处于低氧状态，这两方面都将影响化疗和放疗的效果.

针对这一矛盾，Jain［25］提出了针对血管生成治疗肿瘤不应该单纯依靠抑制，而是通过选择合适的给药时间和剂量使新生的肿瘤血管恢复到正常水平（normalization）的设想. 天然抗氧化剂在不同组织、或不同剂量时又具有促血管生成作用，这可能意味着抗氧化剂更符合使异常的肿瘤血管恢复正常化的目标；针对血管生成的抗肿瘤治疗往往用药时间长，而天然抗氧化剂毒副作用较小，目前无论是动物还是人体实验均未见有明显不良反应，因而与经典的血管生成抑制剂比较，前者更适合长期给药. 但是，天然抗氧化剂往往作用较弱，在体内难以达到有效的血药浓度，限制了它的应用. 因此如果能够解决抗氧化剂在抗血管生成中有效浓度不足的问题，必将在抗血管生成药物的研发领域产生突破性进展.
【参考文献】
［1］ Taniyama Y， Griendling KK. Reactive oxygen species in the vasculature: Molecular and cellular mechanisms ［J］. Hypertension， 2003， 42(6): 1075-1081.

［2］ Huang SS， Zheng RL. Biphasic regulation of angiogenesis by reactive oxygen species ［J］. Pharmazie， 2006， 61(3): 223-229.

［3］ UshioFukai M. Redox signaling in angiogenesis: Role of NADPH oxidase ［J］. Cardiovasc Res， 2006， 71(2): 226-235.

［4］ Kondo T， Ohta T， Igura K， et al. Tea catechins inhibit angiogenesis in vitro， measured by human endothelial cell growth， migration and tube formation， through inhibition of VEGF receptor binding ［J］. Cancer Lett， 2002， 180(2): 139-144.

［5］ Oak MH， El Bedoui J， SchiniKerth VB. Antiangiogenic properties of natural polyphenols from red wine and green tea ［J］. J Nutr Biochem， 2005， 16(1): 1-8.

［6］ Jung YD， Kim MS， Shin BA， et al. EGCG， a major component of green tea， inhibits tumor growth by inhibiting VEGF induction in human colon carcinoma cells ［J］. Br J Cancer， 2001， 84(6): 844-850.

［7］ Sartippour MR， Heber D， Zhang L， et al. Inhibition of fibroblast growth factors by green tea ［J］. Int J Oncol， 2002， 21(3): 487-491.

［8］ Tropezinski S， Denis A， Schmitt D， et al. Comparative effects of polyphenols from green tea (EGCG) and soybean (geistein) on VEGF and IL8 release from normal human keratinocytes stimulated with the proinflammatory cytokines TNF alpha ［J］. Arch Dermatol Res， 2003， 295(3): 112-116.

［9］ Lai HC， Chao WT， Chen YT， et al. Effect of EGCG， a major component of green tea， on the expression of Ets1， cFos， and cJun during angiogenesis in vitro ［J］. Cancer Lett， 2004， 213(2): 181-188.

［10］ Yamakawa S， Asai T， Uchida T， et al. ()Epigallocatechin gallate inhibits membranetype 1 matrix metalloproteinase， MT1MMP， and tumor angiogenesis ［J］. Cancer Lett， 2004， 210(1): 47-55.

［11］ Rodriguez SK， Guo W， Liu L， et al. Green tea catechin， epigallocatechin3gallate， inhibits vascular endothelial growth factor angiogenic signaling by disrupting the formation of a receptor complex ［J］. Int J Cancer， 2006， 118(7): 1635-1644.

［12］ Tang FY， Chiang EP， Shih CJ. Green tea catechin inhibits ephrinA1mediated cell migration and angiogenesis of human umbilical vein endothelial cells ［J］. J Nutr Biochem， 2007， 18(6): 391-399.

［13］ Park JS， Kim MH， Chang HJ， et al. Epigallocatechin3gallate inhibits the PDGFinduced VEGF expression in human vascular smooth muscle cells via blocking PDGF receptor and Erk1/2 ［J］. Int J Oncol， 2006， 29(5): 1247-1252.

［14］ Lin MT， Yen ML， Lin CY， et al. Inhibition of vascular endothelial growth factorinduced angiogenesis by resveratrol through interruption of Srcdependent vascular endothelial cadherin tyrosine phosphorylation ［J］. Mol Pharmacol， 2003， 64(5): 1029-1036.

［15］ Oak MH， Chataigneau M， Keravis T， et al. Red wine polyphenolic compounds inhibit vascular endothelial growth factor expression in vascular smooth muscle cells by preventing the activation of the p38 mitogenactivated protein kinase pathway ［J］. Arterioscler Thromb Vasc Biol， 2003， 23(6): 1001-1007.

［16］ Kaga S， Zhan L， Matsumoto M， et al. Resveratrol enhances neovascularization in the infarcted rat myocardium through the induction of thioredoxin1， hemeoxygenase1 and vascular endothelial growth factor ［J］. J Mol Cell Cardiol， 2005， 39(5): 813-822.

［17］ Fukuda S， Kaga S， Zhan L， et al. Resveratrol ameliorates myocardial damage by inducing vascular endothelial growth factorangiogenesis and tyrosine kinase receptor Flk1 ［J］. Cell Biochem Biophys， 2006， 44(1): 43-49.

［18］ Woo MS， Jung SH， Kim SY， et al. Curcumin suppresses phorbol esterinduced matrix metalloproteinase9 expression by inhibiting the PKC to MAPK signaling pathways in human astroglioma cells ［J］. Biochem Biophys Res Commun， 2005， 335(4): 1017-1025.

［19］ Yoysungnoen P， Wirachwong P， Bhattarakosol P， et al. Effects of curcumin on tumor angiogenesis and biomarkers， COX2 and VEGF， in hepatocellular carcinoma cellimplanted nude mice ［J］. Clin Hemorheol Microcirc， 2006， 34(12): 109-115.

［20］ Jankun J， Aleem AM， Malgorzewicz S， et al. Synthetic curcuminoids modulate the arachidonic acid metabolism of human platelet 12lipoxygenase and reduce sprout formation of human endothelial cells ［J］. Mol Cancer Ther， 2006， 5(5): 1371-1382.

［21］ Bae MK， Kim SH， Jeong JW， et al. Curcumin inhibits hypoxiainduced angiogenesis via downregulation of HIF1 ［J］. Oncol Rep， 2006， 15(6): 1557-1562.

［22］ Agarwal C， Singh RP， Dhanalakshmi S， et al. Antiangiogenic efficacy of grape seed extract in endothelial cells ［J］. Oncol Rep， 2004， 11(3): 681-685.

［23］ Khanna S， Venojarvi M， Roy S， et al. Dermal wound healing properties of redoxactive grape seed proanthocyanidins ［J］. Free Radic Biol Med， 2002， 33(8): 1089-1096.

［24］ Huang SS， Zheng RL. Rosmarinic acid inhibits angiogenesis and its mechanism of action in vitro ［J］. Cancer Lett， 2006， 239(2): 271-280.

［25］ Jain RK. Normalization of tumor vasculature: An emerging concept in antiangiogenic therapy ［J］. Science， 2005， 307(5706): 58-62.