David A. Greenberg and Kunlin Jin Nature438, 954-959 (15 December 2005) | doi:10.1038/nature04481
Angiogenesis - the growth of new blood vessels - is a crucial force for shaping the nervous system and protecting it from disease. Recent advances have improved our understanding of how the brain and other tissues grow new blood vessels under normal and pathological conditions. Angiogenesis factors, especially vascular endothelial growth factor, are now known to have roles in the birth of new neurons (neurogenesis), the prevention or mitigation of neuronal injury (neuroprotection), and the pathogenesis of stroke, Alzheimer's disease and motor neuron disease. As our understanding of pathophysiology grows, these developments may point the way towards new molecular and cell-based therapies.
Рис.1. | Vascularization of the central nervous system.
Болезни кровоснабжения головного мозга вызывают больше смертей, чем сердечнососудистые нарушения в любом др. органе, кроме сердца. Более того, пережившие сосудистое нарушение мозга часто тяжело недееспособны, это отражает ключевую роль головного мозга. Клетки головного мозга погибают быстро, если ограничивается их кровоснабжение, а их высокая степень специализации делает затрудненным их выживание из-за их функций.
Молекулярные механизмы, связанные с ангиогенезом и патогенезом неврологических заболеваний расшифровываются с беспрецендентной скоростью. Тем не менее эта информация недостаточна, чтобы повлиять на бедственное положение пациентов с инсультами.
Ангиогенез и нейрогенез являются выдающимися признаками неврологических заболеваний или как патофизиологические факторы или как реакция на повреждения. Общей нитью, связывающей ангиогенез, нейрогенез и патогенез это vascular endothelial growth factor (VEGF, или VEGF-A), который идентифицирован на основании его сосудистых эффектов, но считается важной сигнальной молекулой и в нервной системе также. Получена информация о роли VEGF в различных неврологических заболеваниях, вулючая инсульты и болезни моторных нейронов, это указывает на то, что VEGF или его нижестоящие эффекторы могут быть важными терапевтическими мишенями при этих заболеваниях.
Cerebral angiogenesis
ЦНС нуждается в кровоснабжении посредством ангиогенеза или врастания новых капилляров из предсуществующих сосудов скорее, чем васкулогенеза, при котором ангиобласты дифференцируются в эндотелиальные клетки, чтобы сформировать кровеносные сосуды de novo1, 2. В раннем эмбриогенезе сосуды от pia mater проникают в головной мозг и конвергируют centripetally в направлении желудочков; некоторые глубоко проникшие сосуды дают веточки вторичного порядка, которые окружают желудочки или направляются centrifugally обратно в направлении pia (Рис. 1). Это создает маргинально perfused пограничную зону или водораздел между centripetal и centrifugal сосудами, это позволяет рассматривать вентрикулярную зону как особенно уязвимую для перинатальной ишемии (снижения кровоснабжения), как при детском церебральном параличе.
У взрослых людей кровоснабжение головного мозга обеспечивает кровоток примерно 50 мл на 100 г в мин., в него отводится примерно 20% от кардиального выброса, т.е. в 10 раз кровоток выше, чем можно было ожидать исходя из массы мозга. Мозговое кровообращение характеризуется также тем, что его капилляры таят барьер кровь-головной мозг, продуцируемый с помощью плотных соединений между эндотелиальными клетками, которые препятствуют проникновению многих молекул из крови в ЦНС3. Барьер между кровью и мозгом нарушается при разнообразных заболеваниях, включая инсульты и опухоли мозга и это ведет к отеку головного мозга, что может повышать внутричерепное давление и приводить к гибели.
Некоторые факторы ангиогенеза и нижестоящие сигнальные пути участвуют в церебральном ангиогенезе. Наиболее важными из них является VEGF4, 5, который экспрессируется в головном мозге и индуцируется гипоксией посредством транскрипционного фактора HIF-1 (hypoxia-inducible factor-1)6. Интересно, однако, что у мышей с делецией HIF-1 головного мозга экспрессия VEGF сохраняется и исход после глобальной ишемии головного мозга улучшается7. Тyrosine kinase рецепторы и нижестоящие protein kinases участвуют в передаче сигналов VEGF в ЦНС в основном идентичны с теми, которые ранее были описаны для не-нейральных тканей, и включают VEGFR-2 и до некоторой степени VEGFR-1 рецепторы, а также mitogen-activated protein kinases (MAPKs), phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K)/Akt и Rho/Rac8,9. Эти и родственные ангиогенезу сигнальные пути детально рассмотрены в обзоре даннго номера Coultas, Chawengsaksophak and Rossant, .
Angiogenesis in brain diseases
Хотя роль ангиогенеза в ЦНС достаточно хорошо охарактеризована в развитии10, церебральный ангиогенез сопровождает также тканевые трансплантации11-15. Нейральные трансплантаты в головной мозг васкуляризуются при этом источник сосудов (донорских или реципиентных) и время васкуляризции зависят от того, будет ли ткань одним куском или трансплантируются диссоциированные клетки, будут ли они помещены в желудоски или паренхиму головного мозга, будет использован allografts или xenografts. Ангиогенез опухолей головного мозга является др. примером способности взрослого головного мозга продуцировать новые кровеносные сосуды, но это вызывает серьезные клинические проблемы16,т.к. это позволяет опухолям расти до размеров, которые внутри ригидной черепной коробки, могут вызывать мозговые грыжи и гибель. Тот факт, что опухолевые сосуды лишены барьера кровь-мозг и поэтому опухоли сопровождаются около-опухолевым отеком, осложняет проблему из-за склонности этих аномальных сосудов в определенных опухолях - включая glioblastoma multiforme и metastatic melanoma, choriocarcinoma, renal cell carcinoma и bronchogenic carcinoma - кровоточить. Однако, их аномальная сосцдистая сеть делает также опухоли уязвимыми для анти-ангиогеннеой терапии, потенциальных подходов, включающих ингибиторы или антитела VEGFR-2 tyrosine kinase, растворимые decoy рецепторы, которые секвестрируют VEGF, или 'hunter-killer' пептиды, нацеленные специфически на опухолевые сосуды17. С помощью атаки на сосудистую сеть опухоли скорее, чем на саму опухоль, эти стратегии могут частично обходить имеющиеся ограничения при лечении рака, такие как резистентность к лекарствам и токсические эффекты, на быстро пролиферирующую неопластическую ткань. Напротив, опухолевые сосуды могут также обладать способностью приспосабливаться к анти-ангиогенной терапии (rev. Ferrera and Kerbel, ).
Гипоксия или ишемия могут индуцировать ангиогенез в большинстве тканей, включая ЦНС. У взрослых людей чистая гипоксия редка, но церебральная ишемия нет. Временная глобальная ишемия, которая осложняет остановку сердца, вызывает гибель от природы наиболее чувствительных нейронов, таких как те, что в области CA1 гиппокампа, и клетки в избирательно ранимых областях, таких как сосудистые водоразделы или пограничные области головного и спинного мозга. Наиболее частой причиной повреждения сосудов головного мозга является фокальная церебральная ишемия, которая может быть временной или перманентной. Это обычно связано с атеросклеротическими закупорками или эмболиями артерий. Фокальная церебральная ишемия достаточной тяжести и продолжительности вызывает гибель ткани или infarction, вызывающий инсульт, который характеризуется наличием нарушений неврологических функций, ассоциированных с повреждением дискретной области головного мозга. Локальная природа повреждений головного мозга при инсульте объясняет стереотипичность вызываемых им синдромов. Если нарушенный кровоток быстро восстанавливается, обычно в течение 30 мин., то может не возникать постоянных нарушений, а диагностируется временная ишемическая атака. Фактически, временная ишемия может даже помочь защитить головной мозг от последующих ишемических повреждений, по крайней мере, на короткий период. Это т.наз ишемическая толерантность или предварительная подготовленность (preconditioning)18, это означает, что воспроизведение молекулярных событий при предварительной подготовке может иметь терапевтический потенциал в отношении последующего инсульта. Современное лечение инсультов не богато. Аспирин и др. анти-тромбоцитарные лекарства обладают некоторыми превентивными свойствами, как и carotid endarterectomy (удаление сгустка из частично закупоренной сонной артерии), и тромболитические лекарства, такие как tissue plasminogen activator, могут ослабить закупорку церебральных сосудов, но только если применяются с первых нескольких часов после инсульта. Окончательно роль ангиопластики (временное расширение артерий катетром) и установка протезов (stenting) (введение постоянной поддержки из тонкой проволочной сетки) при нарушениях церебрального кровообращения не ясна.
Аутопсии показывают, что ишемия головного мозга стимулирует ангиогенез19, а животные модели инсультов20 показывают, что это становится ощутимым в течение 1-2 недель. Рост новых сосудов наиболее выражен в ишемическом полумраке (penumbra), где кровоток снижен, но не отсутствует, и где небольшие изменения в перфузии могут преодолевать грань между жизнью и смертью клеток. Клинические исследования показали, что восстановление ткани в penumbra улучшает восстановление, но пока неясно, может ли ишемией вызванный ангиогенез модифицировать исход клинического инсульта.
Усиление ангиогенеза с помощью VEGF у крыс ассоциирует со снижением неврологической недостаточности21. Такая терапевтическая стратегия может быть использована в клинике, хотя текучесть вновь продуцируемых сосудов создает риск увеличения разбухания в головном мозге 22. Эта проблема может быть решена лечением комбинацией VEGF с angiopoietins23, или с HIF prolyl hydroxylase ингибиторами, которые повышают уровни HIF-1 и увеличивают экспрессию некоторых чувствительных к гипоксии белков, включая VEGF24. Временная шкала в несколько дней, необходимая для продукции новых сосудов, составляет проблему для любого базирующегося на ангиогенезе подхода терапии инсультов, т.к. нейроны начинают гибнуть в течение минут после прерывания их кровоснабжения. Тем не менее имеются пациенты, у которых инсульты предсказуемы или повторяются, это те, которые подверглись хирургическому вмешательству на сердце или имеют опыт treatment-refractory временных ишемических атак, у них может быть использована терапия даже с задержанным эффектом. VEGF был использован клинически для лечения ишемии сердца и конечностей, но без чёткого доказательства преимуществ (см ). Верно ли это и для церебральной ишемии, неизвестно. У животных, моделирующих инсульты, введение VEGF слишком рано (в течение 1 ч от начала) ухудшает исход из-за увеличения отека головного мозга, тогда как позднее применение (48 ч после начала) благоприятно21. Время применения является критическим и при использовании в клинике. Подходы, базирующиеся на клетках, для стимуляции ангиогенеза в ишемическом головном мозге, такие как трансплантации ангиобластов, также могут быть пригодны.
Некоторые церебральные нарушения ассоциированы с кровоизлияниями скорее, чем с ишемией. Напр., 'berry aneurysms', которые могут кровоточить в subarachnoid пространство, и сосудистые уродства, которые вызывают геморрагии в самом головном мозге. В большинстве случаев молекулярная этиология неизвестна, но в некоторых случаях, пороки развития церебральных сосудов являются проявлениями генетических нарушений, которые затрагивают ангиогенез. Наследственная haemorrhagic telangiectasia, или болезнь Osler-Rendu-Weber, вызываются мутациями endoglin, гомодимерного мембранного гликопротеина, обнаруживаемыми в первую очередь в эндотелиальных клетках25. Экспрессия еndoglin увеличивается при церебральной гипоксии или ишемии26, это согласуется с его ролью в ангиогенезе, индуцируемом ишемией, но всё ещё неясно, как аномальный endoglin ведет к формированию слабых, тонкостенных кровеносных сосудов. Мутации в белке с неизвестной функцией, называемом KRIT1, который экспрессируется в эндотелиальных клетках, участвующих в формировании трубок во время ангиогенеза, обнаружены у пациентов с cerebral cavernous malformations25, которые характеризуются расширенными, тесно упакованными, капилляр-подобными синусоидами. Эти генетические причины церебральных геморрагий редки, но могут быть прекрасными кандидатами для терапии, нацеленной на замещение генов.
Adult neurogenesis
Старение или повреждения клеток у взрослых вызывает необходимость в генерации новых клеток. Этой способностью обладают взрослые или тканевые стволовые клетки, которые являются само-обновляющимися, но не являются тотипотентными, а преимущественно регенерируют те типы клеток, которые характерны для данного органа или ткани. Цитогенез у взрослых наиболее охарактеризован в тканях с быстрым оборотом клеток, таких как костный мозг, кишечник, кожа, но описан и в головном мозге, где он происходит, по крайней мере, в двух регионах головного мозга - в subventricular zone (SVZ) внутри стенок латеральных желудочков и в subgranular zone (SGZ) dentate gyrus гиппокампа27 (Рис. 2a, b). Здесь нейрогенез обнаруживается по присутствию клеток, которые могут быть помечены маркерами клеточной пролиферации, такими как bromodeoxyuridine (BrdU) и которые кроме того экспрессируют маркеры нейрональных клонов, такие как doublecortin (Dcx). Нейроны, которые возникают у грызунов в SVZ, мигрируют вдоль путей, называемых ростральными миграторными потоками в обонятельные луковицы, где они пополняют запасы интернейронов, которые подвергаются запланированной клеточной гибели. У людей, однако, судьба нейронов, возникших в SVZ неопределенна28. Новорожденные нейроны в dentate subgranular зоне мигрируют в соседний слой dentate granule клеток, где они созревают в функциональные granule нейроны29, и могут участвовать в процессах памяти и обучения 30.
Повреждения головного мозга, вызываемые судорогами31,32 или церебральной ишемией33-35 могут стимулировать нейрогенез и непосредственно миграцию вновь продуцируемых нейронов в направлении поврежденных областей головного мозга36-40, возможно поддерживая тем самым механизм репарации головного мозга. Доказательства усиления нейрогенеза описаны также в головном мозге у пациентов с болезнью Huntington's41 и болезнью Alzheimer's42, а также у животных, моделирующих болезнь Alzheimer's43, Huntington's 44 и болезнь Parkinson's45, 46. Liu и др.47 сообщили, что у трансгенных мышей, моделирующих amyotrophic lateral sclerosis (ALS), нейрогенез в спинном мозге повышен и нейрональные предшественники мигрируют из центрального канала спинного мозга в места потери двигательных нейронов в вентральных рогах. Тот факт, что при всех этих болезнях ЦНС отвечает повышенной пролиферацией нейронов и самонаведением новорожденных нейронов в области повреждений, указывает на то, что существует возможность использования этой прирожденной склонности для терапии. Напр., если пролиферация нейронов может быть простимулирована с помощью лекарств или др. вмешательств, то не смогут ли головной и спинной мозг запускать собственные программы репарации в результате этого?
Некоторые факторы роста способствуют взрослому нейрогенезу27, включая fibroblast growth factor-2, epidermal growth factor, brain-derived neurotrophic factor, erythropoietin (BDNF), stem-cell factor, heparin-binding epidermal-growth-factor-like growth factor и VEGF. VEGF увеличивает включение BrdU в клетки, экспрессирующие маркеры незрелых нейронов в кортикальных культурах мышейin vitro и в SVZ и SGZ головного мозга взрослых крыс in vivo48,49. Рецептор VEGFR-2 участвует в каждом из этих случаев. Напротив, VEGF, по-видимому, стимулирует рост астроцитов за счет активации VEGFR-1 (ref.50). Ростовые факторы, по-видимому, являются прекрасными кандидатами для терапевтического стимулирования нейрогенеза, особенно если они вводятся с помощью относительно не инвазивных способов, напр., через нос51. Таким образом, также возможно избежать побочных эффектов вне головного мозга. С др. стороны, мы знаем относительно мало о том, как разные факторы роста находят разные субпопуляции предшественников нейронов или заставляют эти клетки принимать разные фенотипические судьбы. Определенные ростовые факторы могут быть лучше приспособлены для замещения нейронов при некоторых нарушениях, чем при др. Напр., VEGF, который является ангиогенным и нейрогенным, может быть благоприятным при инсульте, но не при чистых дегенерациях нейронов.
Функциональное значение взрослого нейрогенеза, и VEGF-индуцированного взрослого нейрогенеза в частности, понято не полностью. Интересным примером последнего, однако, является нейрогенез в гиппокампе, индуцированный с помощью навыков, таких как внешнесредовое обогащение и обучение. Крысы, выращенные в физически обогащенных условиях среды или тренированные в водном лабиринте Morris, обнаруживают повышенную экспрессию в гиппокампе VEGF52. Более того, увеличение экспрессии VEGF и нейрогенеза в гиппокампе после внутри-церебрального введения VEGF-экспрессирующего adeno-associated вирусного вектора, улучшает зависящее от гиппокампа ассоциативное и пространственное обучение. В большинстве др. исследований VEGF и нейрогенеза этот эффект опосредуется VEGFR-2. Напротив, небольшие шпилечные (hairpin) РНК, которые подавляют экспрессию VEGF в гиппокампе, блокируют индукцию нейрогенеза за счёт environmental enrichment.
В 1978 Schofield53 ввел термин 'stem-cell niche' для описания внеклеточного окружения, которое поддерживает стволовые клетки в их недифференцированном, пролиферативном состоянии. В специфическом случае нейрональных стволовых клеток в гиппокампе Palmer и др. предположили, что сосудистые элементы, являются существенными признаками таких ниш54 (Рис. 2c). Они наблюдали, что кластеры пролиферирующих клеток в dentate SGZ содержат клетки, экспрессирующие нейрональные, глиальные и эндотелиальные маркеры и стремятся оказаться поближе к капиллярам. Кроме того, они нашли высокие уровни VEGF и VEGFR-2 в этих регионах, что согласуется с ролью VEGF в увязке ангиогенеза с нейрогенезом. Это согласуется с общей связью между сосудистой передачей сигналов и органогенезом9. Альтернативно, клетки от разных клонов могут быть ассоциированы с васкулатурой, т.к. они отвечают на на передаваемый с кровью (haematogenously) общий сигнал. Goldman и др. предположили существование специфической механистической базы для сосудистой ниши в головном мозге взрослых певчих птиц55. Они нашли доказательства для сигнальных последовательностей, с помощью которых testosterone усиливает активность VEGF и VEGFR-2 в higher vocal центре, что ведет к ангиогенезу и продукции эндотелием BDNF, который в свою очередь действует на предшественников нейронов, чтобы стимулировать нейрогенез. Temple и др. описали, что культивируемые нейрональные стволовые клетки из эмбрионального кортекса мышей пролиферируют более быстро в присутствии линии эндотелиальных клеток из головного мозга мышей56. Однако, тот факт, что VEGF способствует нейрогенезу в лишенной сосудов культере нейронов in vitro48 указывает на то, что сосудистая ниша не всегда необходима для появления нейрогенеза. Доказательства противоположного феномена - эффекта нейронального VEGF на сосудистое развитие - также получены57, 58. Наконец, некоторые доказательства подтверждают, что в то время как VEGF необходим для нормального онтогенетического нейрогенеза, экспрессия нейронального VEGFR-2 нет59.
Neuroprotection and neurodegeneration
Самым ранним из описанных непосредственных действий VEGF на нейроны были нейротрофические эффекты. Sondell et al.60 сообщили, что в культивируемых нейронах ганглиев передних шейных и дорсальных путей, VEGF способствует как аксональным выростам, так и жизнеспособности клеток с помощью VEGFR-2-зависимого механизма, а Silverman et al.61 показали, что VEGF улучшает выживаемость нейронов в культурах органотипичных эксплантах среднего мозга. Последующие исследования продемонстрировали, что VEGF вызывает увеличение количества 62 или длины63 нейритов в культивируемых нейронах или кортикальных эксплантах, которые вовлечены в передачу сигналов посредством VEGFR-2, MAPK aи PI3K/Akt (Рис. 3). Передача сигналов Rho/Rac также принимает участие в VEGF-индуцированных выростах нейритов64.
В дополнение к этим трофическим или способствующим росту эффектам VEGF может также защищать нейроны от ряда инсультов. Напр., VEGF снижает гибель иммортализованных нейронов гиппокампа, подвергнутых действию удаления сыворотки или гипоксии in vitro, путем активации VEGFR-2, PI3K/Akt, и транскрипционного фактора NF-κB65,66. VEGF защищает также культивируемые церебральные кортикальные нейроны от гипоксии посредством сходных механизмов66, а также за счет понижения активации caspase-3 (ref. 67). Наконец, VEGF защищает культивируемые нейроны гиппокампа от glutamate<68 и N-methyl-D-aspartate69 токсичности.
VEGF модифицирует острые и хронические нейродегенеративные процессы посредством эффектов на кровеносные сосуды и нейроны, возможно также глии. Церебральная ишемия стимулирует экспрессию VEGF70-73, а VEGF, в свою очередь, способствует церебральному ангиогенезу74,75. Топическое применение VEGF редуцирует размеры инфарктов головного мозга76, а в/в введенный VEGF улучшает неврологические последствия от ишемии21, тогда как внтри-вентрикулярное введение анти-VEGF антител увеличивает размеры инфаркта77. Но внутрибрюшинное введение слитого белка, которые секвестрирует VEGF снижал размеры инфаркта в др. исследовании22, указывая тем самым, что эффекты VEGF при церебральной ишемии не всегда благоприятны.
Будучи введенным в латеральные желудочки на 1-3 день после закрытия срединной церебральной артерии у крыс, VEGF снижает размеры инфарктов и улучшает неврологический исход с максимальным эффектом на 3-й день (Рис. 4); улучшает нейрогенез, который обнаруживается между 3 м 28 днем; и стимулирует ангиогенез в ишемическом затемнении (penumbra)78. Это указывает на то, что прямая нейропротекция может редуцировать ишемические повреждения головного мозга в острой фазе, тогда как нгейрогенез и ангиогенез могут вовлекаться в долговременную репарацию. Подобно VEGF, VEGF-B также , по-видимому, оказывает нейропротективный эффект при церебральной ишемии. Соответственно, VEGF-B защищает культивируемые церебральные кортикальные нейроны от гипоксии, тогда как объём инваркта увеличивается и нейрологическая функция ещё сильнее нарушается у VEGF-B-нокаутных, чем дикого типа мышей79.
Некоторые исследования подчеркивают связь между VEGF и дегенеративными заболеваниями головного мозга. Kalaria et al.80 сообщают о повышенной VEGF иммунореактивности в кластерах ре-активных астроцитов из головного мозга пациентов с болезнью Alzheimer's. Одиночных нуклеотидов полиморфизмы в промоторных областях гена VEGF также ассоциировали с повышенным риском болезни Alzheimer's81.
VEGF может также играть роль при болезнях периферической нервной системы. Так, внутримышечное введение плазмидной ДНК, кодирующей VEGF, улучшает нервную функцию у крыс с диабетической (индуцированной стептозотоцином) polyneuropathy82, a внутримышечное введение голой VEGF ДНК оказывает сходный эффект у кроликов с ишемической нейропатией83. Fink и др.84 применили дефектный по репликации вирусных herpes simplex вектор, экспрессирующий VEGF, путем внутримышечного введения мышам со стрептозотоциновой нейропатией и установили сохранение нервных волокон, повышенные амплитуды сенсорных нервов и восприятие боли ожогов, улучшение автономных функций и более высокое кровоснабжение нервов. n
VEGF использование в связи с ALS. Недавно85 были описаны детали этого заболевания, приведшего к оставлению работы и гибели знаменитого баскетбольного игрока New York Yankee baseball Henry Louis (Lou) Gehrig. ALS вызывает потерю нижних моторных нейронов в спинном мозге и стволе мозга, а также верхних моторных нейронов в двигательном кортексе. Хотя большинство случаев являются спорадичскими, некоторые возникают в результате мутаций в Cu/Zn superoxide dismutase (SOD1; ref.85), в guanine nucleotide exchange factor alsin (ALS2; refs 87,88), в DNA/RNA α-helicase senataxin91 или в белке везикулярного трафика VAPB90. Carmeliet и др. установили, что мыши с мутацией в сайте, который отвечает за чувствительность к гипоксии VEGF (VEGFδ/δ) имеют нарушения, проявляющиеся в слабости конечностей и нейрогенной мышечной атрофии, ассоциированной с электрофизиологическими признаками мышечной денервации и ре-иннервации и потерей двигательных нейронов в передних рогах спинного мозга и в моторных ядрах ствола мозга91. Хотя сайт мутации подтверждает, что затронутые мыши могут терять клетки передних рогов, т.к. они неспособны отвечать на гипоксию или ишемию в спинном мозге, всё-таки имеется мало др. доказательств гипоксической или ишемической этиологии клиники болезни моторных нейронов. Ишемические повреждения спинного мозга обычно возникают в результате закупорки передней спинальной артерии, затрагивающей не только моторные (передние рога и кортикоспинальные тракты), но и также сенсорные (spinothalamic) пути, или в результате снижения кровяного давления, обусловливающего и моторное и сенсорное вовлечение из-за инфаркта в области водораздела mid-thoracic региона (Рис. 5). Это отличается заметно от распределения вовлечения при болезнях моторных нейронов, которые специфически затрагивают двигательные нейроны в передних рогах и кортикоспинальных трактах. Кроме того, не затрагиваются ни ядра ствола мозга, затрагиваемые при ALS, ни верхние моторные нейроны церебрального кортекса, особенно чувствительные к гипоксии. Наконец, VEGF улучшает жизнеспособность культивируемых двигательных нейронов спинного мозга от дикого типа и VEGFδ/δ, vsitq91. Его защитный эффект на моторные нейроны, подобно большинству его др. нейрональных эффектов, опосредуется через VEGFR-2, и вовлекается также возможно neuropilin 1 ко-рецептор.
В последующих исследованиях выявлены генетические варианты, которые снжают уровни VEGF в крови и увеличивают риск ALS у людей92. Кроме того, у трансгенных мышей, которые экспрессируют мутантный человеческий для ALS (SOD1G93A), патология редуцировалась при внутрибрюшинном введении 93 или внутри-вентрикулярном введении94 VEGF, или при внутримышечном введении VEGF-экспрессирующего lentiviral вектора, которые транспортируется ретроградно в моторные нейроны95. Эти результаты и описанные выше для диабетической нейропатии проливают свет на потенциал гено-терапевтического подхода для доставки VEGF в нервные ткани.
VEGF использовался и при др. формах болезней моторных нейронов, X-linked spinal и bulbar мышечной атрофии или болезни Kennedy's, которая вызывается увеличением polyglutamine в андрогенном рецепторе96. Ellerby, La Spada и др.97 получили трансгенных мышей, экспрессирующих увеличенные андрогенные рецепторы человека, что вызывало у них прогрессирующее заболевание, характеризующееся мышечной слабостью, атрофией, потерей веса и ранней гибелью и проявляется гистологически потерей двигательных нейронов из передних рогов спинного мозга и нейрогенной (сгруппированной) атрофией мышечных волокон. Моторные нейроны от таких мышей обнаруживали пониженную жизнеспособность в клеточной культуре, которая восстанавливалась при обработке изоформой VEGF (VEGF164). При этой форме мышечной атрофии увеличенные андрогенные рецепторы, по-видимому, мешают транскрипционным событиям, которые используют CREB-связывающий белок, который регулирует экспрессию гена VEGF. Т.о., нарушения нейрональных эффектов VEGF обнаруживаются, по крайней мере, при двух генетически и фенотипически отличающихся формах болезней моторных нейронов.
Conclusion
How should research in this area now be directed to maximize its scientific and eventual clinical yield? Two approaches seem to merit particular focus efforts to revascularize the ischaemic brain and to make use of the neuroprotective and neuroregenerative actions of VEGF.
Revascularization strategies are limited by the fact that stroke is often unpredictable, and by the several days' time required for new blood vessels to form. On the other hand, stroke recurs within 3 years in up to 25% of patients, with the greatest risk occurring early98. Consequently, targeting pro-angiogenic therapy to the first few months following a stroke might make sense. The risk of stroke is also high in the weeks following acute myocardial infarction, and in patients undergoing cardiac surgery, such as coronary artery bypass grafts. In these settings, measures to promote angiogenesis could reduce stroke risk and also benefit the ischaemic heart.
The first obvious opportunity for testing the potential of VEGF's neuroprotective action is in ALS, where preclinical evidence supports a role for VEGF, the natural history of the disease is forbidding, and existing treatment options are minimal. Nevertheless, the genetic rodent models of ALS that have been used in studies on VEGF are different enough from the usually sporadic human disease that critical questions remain. For example, how long will treatment be required and will upper and lower motor neurons respond to an equal extent? Diabetic and other polyneuropathies are also targets for neuron-directed VEGF therapy. The prospects for treatment of neurodegenerative diseases based on VEGF-induced neurogenesis (or neurogenesis in general) are even murkier. Evidence of functional benefit from neurogenesis, whether induced by injury or growth factor, is sparse99 and awaits better techniques for selectively inhibiting neurogenesis to determine its impact. Nevertheless, it is encouraging that barely 15 years after the discovery of VEGF, a considerable amount has been learned about the molecular mechanisms involved in angiogenesis, and therapeutic applications for neurological disease may be on the horizon.
