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血管内皮生长因子（VEGF）是一种重要的血管生成因子，其具有增加血管的通透性、促进内皮细胞的增殖、促进血管的生成等重要的生物学功能。目前，VEGF已应用于某些疾病的治疗中，提高了病变的治疗水平；而相关的医学影像学检查对疗效的评估起到了重要作用。
1 历史追溯一百多年前，人们就注意到肿瘤组织具有丰富的血管。1945年Algire［1］首先提出肿瘤血管形成（tumor angiogenesis，neovascularization）的概念。之后，人们发现恶性肿瘤较良性肿瘤血运更丰富。1971年，Folkman最早提出肿瘤生长血管依赖性学说，并将肿瘤细胞分泌的促进肿瘤血管生长的物质命名为血管生成因子（tumor angiogenesis factor，TAF），为以后研究奠定了基础［2］。肿瘤生长必须依赖血管生成。血管生成是指身体产生新血管的能力，血管生成过程涉及一系列形态学及生物化学改变，并受到刺激和抑制内皮细胞生长的蛋白因子的严密调控。其中，血管生成的生物化学机制涉及促血管生成因子与血管生成抑制因子之间的调节平衡。目前已分离和纯化了20多种血管生成因子和相关因子，并且至少有15种为血管生成抑制因子。血管生成因子由肿瘤细胞本身和浸润至肿瘤组织内及其周围的炎性细胞（主要是巨噬细胞）产生，包括血管内皮细胞生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、酸性和碱性成纤维母细胞生长因子（acidic and basic fibroblastic growth factor，aFGF and bFGF）、血小板衍生内皮细胞生长因子（platelet-derived endothelial cell growth factor，PDGF）、转化生长因子α（transforming growth factor-α，TGF-α）、血管生成素（angiogenin）、表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）、胎盘生长因子（placent growth factor，PLGF）、白介素-8（interleukin，IL-8）、肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor，TNF-α）、前列腺素（prostaglandin，PGE1、PGE2）等。血管生成抑制因子主要包括血管抑素（angiostatin，AS）、内皮抑素（endostatin，ES）、肌原蛋白Ⅰ（troponin Ⅰ）、转化生长因子β（transforming growth factor，TGF-β）、血小板反应素（thrombospondin，TBs）、血小板因子4（platelet factor，PF4）、干扰素α（interferon，IF-α）、组织金属蛋白酶抑制剂（tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMPs）、凝血栓蛋白（TSP）等。在所有的血管生成因子中，对VEGF的研究最为深入。Leung等［3］于1989年从牛垂体的滤泡—星形细胞（folliculostellate cells）中提纯，DNA测序证实其为一种血管分裂原，由于它能使血管通透性增加，出现漏血，又能促进血管内皮细胞增殖，因而开始时称之为VEGF。又因其对血管内皮细胞的增殖、迁移、水解基底膜和血管构建的调控作用较强，且特异性高，故VEGF也称血管渗透因子（VPF）［4］。
2 血管内皮生长因子结构和功能
2.1 血管内皮生长因子的结构及表达
2.1.1 VEGF结构 VEGF是一种通过二硫键相连的同源二聚体糖蛋白，分子量34～45 kD，序列高度保守，在结构上与PDGF具有同源性的重要序列，遇热遇酸稳定。人细胞VEGF可以有４种不同的亚型异构体存在，分别为VEGF121、VEGF165、VEGF189和VEGF206［5］，以VEGF121、VEGF165最丰富。绝大多数细胞分泌的VEGF以VEGF165为主，但全部异构体具有相同的生物学效应。VEGF165在实验及临床上最为常用，一方面由于VEGF165可溶，分泌后较易弥散，另一方面其分泌后与细胞表面或基底膜或细胞外基质含有肝素的蛋白多糖结合，延长其作用时间［6］。VEGF存在两类结合位点，即受体结合位点和肝素结合位点。VEGF的结合位点位于细胞膜上，除内皮细胞外，在成骨细胞、晶状体上皮细胞、单核细胞及鼠的造血细胞均发现了VEGF的结合位点［7］。VEGF的半衰期较短，如果通过肝素结合位点结合到含有肝素的蛋白多糖上，可延长外源VEGF的作用时间［8］。
2.1.2 VEGF表达 VEGF在生理和病理条件下均有表达。生理条件下，很多正常组织中都有表达，但表达水平一般较低。VEGF表达与周期性的血管生成有关，胎盘组织、胚胎组织、黄体、增殖期的子宫内膜等由于血管生成的需要，VEGF表达处于较高水平。在一些代谢旺盛、血供丰富的组织，如心肌、前列腺、肾上腺皮质等，VEGF的表达高于其他组织。病理条件下，VEGF在肿瘤细胞中其mRNA水平和蛋白水平均有过量表达。此外，VEGF也可发生在非肿瘤性病变，如在外伤愈合、缺血性心肌细胞，银屑病、沙眼、糖尿病性视网膜病变和风湿性关节炎等疾病中过量表达［9］。
2.1.3 VEGF表达调节机制 VEGF表达存在多种调节机制。其中，缺氧是最重要的上调机制。低氧可使VEGF的mRNA水平和蛋白水平明显增加，说明局部低氧是肿瘤环境中VEGF表达的主要诱因［10，11］。VEGF表达还可因肿瘤抑制基因的突变和丢失、原癌基因的突变、活化或表达的刺激而上调，如突变的p53基因可增强蛋白激酶C对VEGF表达的诱导［12］，突变的ras癌基因可上调VEGF的表达［13］。某些细胞因子如EGF、TGF、PGE2、IL-β等的过量表达亦可诱导其表达。激素的作用与VEGF表达亦有关。肿瘤细胞分泌的VEGF多集中在肿瘤血管周围与靶细胞结合的部位，且肿瘤血管对其反应高于正常血管。
2.2 VEGF的生物学功能
2.2.1 VEGF增加血管通透性 VEGF首先是因为增加血管通透性而被发现的，该作用十分强烈，用Milles检测法，其浓度不足1 nmol/L就发挥作用，超过组胺浓度的5万倍［14］。一般认为，增加血管通透性是通过增加内皮细胞的间隙来实现的。新形成的血管基底膜呈片段化，而且易渗漏，比成熟血管更具通透性。然而，Kohn等［15］研究发现：微血管内皮细胞的胞浆中有一些由囊、液泡组成的葡萄簇样结构，称为小囊叶泡器（vesiculor-vacuolor organelle，VVO）。每个VVO都有复杂的结构，一般由12个囊、液泡组成，最多20个，跨度可从内皮细胞的腔面至基底膜面。囊、液泡之间通过3层单位膜彼此相连，并与内皮细胞的胞质膜相连，胞质膜上有一个由隔膜组成的能够被开启和关闭的小窗，该窗打开时，血液中的大分子物质从一个个囊液泡中通过进入周围的组织间隙中，因此VVO为胞浆蛋白提供了转运通道。局部注射VEGF后可观察到VVO功能增强，提示VEGF可能通过对VVO之间窗口开启的调节而促进血管通透性增加。
2.2.2 VEGF促进内皮细胞增殖 VEGF作为一种内皮细胞的特异性有丝分裂原，在体外可促进内皮细胞生长，在体内可诱导血管发生。这种作用主要是VEGF对血管内皮细胞的生长刺激作用和趋化作用，它可提高内皮细胞中苯乙哌啶酮-1（glutethimide，GluT-1）葡萄糖运输［16］。另外，VEGF对内皮细胞的直接作用可能通过激活细胞上的磷脂酶c短暂地诱导Ca2+离子而发生［17］。VEGF与受体结合后，迅速增加Ca2+离子水平，通过磷酸肌醇特异性磷酸酶-C途径，使细胞内磷酸肌醇（IP3）水平升高，传导细胞内信号，最终完成生物学效应。VEGF表达与组织中微血管密度及新生血管的密度密切相关［9］。
2.2.3 VEGF促进血管生成 多数情况下，血管的生成是静息的，严密受到能刺激和抑制内皮细胞生长的蛋白因子控制。当生理或病理情况下需要新的血管时，VEGF就启动一系列化学反应，诱导内皮细胞快速和旺盛分裂，营养发育或修复受损组织。VEGF保持了血管形成中最关键驱动因子的地位，无论在机体发育过程中还是成人的新血管形成中，不成熟血管的形成必须由它启动，这些不成熟血管组织以后还需要进一步重构和成熟，否则只能促进漏血的、不成熟的、不稳定的血管形成。VEGF可以诱导内皮细胞表达血浆蛋白溶酶原激活物及血浆溶酶原激活物抑制剂-1，以及诱导组织因子、基质胶原酶等在内皮细胞的表达，激发Ⅷ因子从内皮细胞中释放。这些作用可以改变细胞外基质，使其更易于血管生长。Unemori等［18］认为VEGF本身也可以通过刺激内皮细胞产生蛋白酶，并引发基质的崩解，使基质中的VEGF释放出来，从而有利于血管的生长。
2.3 VEGF的治疗作用 VEGF基因可以促进血管的新生和侧支循环建立，可以代替血管重建和搭桥术，使血流迅速恢复，防止组织的缺血和坏死。可用于断肢再植、创伤愈合、冠状动脉再狭窄等疾病的治疗［19］。1994年Banai等［20］将VEGF基因治疗方案正式应用于临床。他们首选因各种原因不能进行旁路手术和血管成形术的慢性下肢动脉缺血患者进行了治疗，效果令人满意。目前，尽管VEGF治疗应用仍处于初始阶段，但已展示出广阔的发展前景，因此有望在未来的疾病综合治疗领域内独辟蹊径，进一步提高病变的诊治水平。
2.4 医学影像学在VEGF治疗方面的相关研究及其应用价值 VEGF治疗方面的应用已取得重要成果，但对疗效的评估关系到VEGF治疗技术的成败以及未来的发展。在此，医学影像学检查方法，尤其MRI、SPECT 和DSA等的应用将发挥无一替代的作用，因它可帮助临床判断疗效、估计预后以及指导治疗，以下多个系统疾病中的应用证明了这一点。
2.4.1 神经系统 对于胶质瘤，Gossmann等［21］应用单克隆VEGF抗体A4.6.1治疗裸鼠恶性胶质瘤模型后，动态增强MRI显示肿瘤微血管的通透性受到显著抑制，并且肿瘤的生长亦受到显著抑制。
2.4.2 消化系统 在直肠癌，George等［22］对接受术前化疗的T3/T4期直肠癌研究显示，动态增强MRI检查获得肿瘤血管通透性的参数K（trans）值与VEGF存在相关性；有治疗效果者在治疗末期其血管通透性下降明显。可见，高血管通透性的直肠癌对放化疗有更好的治疗效果，这有助于临床医生对不同的肿瘤选择适当的治疗方案。
2.4.3 生殖系统 对乳腺癌，Brasch等［23］对乳腺癌鼠模型用抗VEGF抗体治疗24 h前后行动态增强MRI检查，然后分析肿瘤的局部血流量（fractional plasma volume，fBV）和通透性表面积（microvascular permeability surface，PS），研究发现治疗后PS有明显的下降，而fBV则没有显著改变；由此，作者认为动态增强MRI可以对肿瘤血管生成分级，并监测抗血管生成的治疗效果，这符合Pham等［7］学者的观点。
2.4.4 循环系统 （1）心肌缺血：因其具有严重的危害性，目前临床及实验研究相对比较多。临床研究方面，Sarkar等［24］在心肌内注射phVEGF-A165作为难治性冠心病的治疗性研究，经12个月随访，SPECT检测到心肌缺血有所恢复，组织血流成像检测到心肌功能获得改善，冠脉造影发现侧支循环也有改善。有学者认为基因治疗是心肌缺血唯一治疗方法［25］，然而另有学者不同意这一观点，认为尽管基因治疗能够做到：（1）改善左心室的功能；（2）出现新的侧支循环血管；（3）原来的血管有早期的充盈；（4）术前存在的侧支血管的直径增大，术后SPECT检查显示治疗区灌注增加等，但是这只能作为冠状动脉搭桥术的一种辅助治疗［26］。实验研究方面，Pearlman等［27］应用增强MRI对猪的进行性冠脉闭塞所致的慢性缺血模型进行研究，发现VEGF能够刺激缺血心肌的侧支血管的形成，缺血带变小，对比剂到达的延迟时间减少，这导致射血分数增加，局部心壁增厚。Mack等［28］对猪缺血心肌模型经VEGF121治疗后，静息和应急状态下行SPECT显像显示，应急时缺血区有明显减小，心脏超声发现室壁增厚明显，在顿抑区几乎完全接近正常。血管造影显示侧支循环发育较对照组明显，几乎完全充盈了顿抑区。另有学者对急性肢体和心肌缺血行VEGF治疗后，通过DSA发现了新生的侧支循环，并且MRI也显示远侧血流改善［29］。犬急性缺血心肌经VEGF治疗后，PET检查可以发现4周和8周成活心肌的数量显著增加，成活心肌功能显著恢复［30］。对小型猪慢性心肌缺血模型VEGF治疗后，SPECT和离体心脏冠状动脉造影（CAG）也能够检测到心肌侧支血管形成和心肌灌注与运动功能改善［31］。（2）外周血管：临床研究方面，罗杰［32］提出，微血管造影证实人重组VEGF和VEGF转基因治疗促进缺血模型的治疗性血管生成。VEGF基因已成功地用于严重下肢缺血病人的转基因治疗。实验研究方面，Rakue等［33］在低剂量VEGF治疗犬急性缺血性后肢功能不全的研究中，通过血管造影显示于治疗后第7天形成明显的侧支循环，14天最明显，可维持到第28天。国内学者郑卫等［34］探讨VEGF基因治疗犬闭塞性血管病的可行性时，也认为肌肉内VEGF转基因治疗可以促进血管新生和侧支循环建立，促进血流恢复。Becit等［35］在兔后肢缺血模型中研究VEGF对血管生成影响，通过DSA、核素灌注扫描方法显示股压指数和股周径在治疗组改善明显，侧支循环形成较多，且最大剂量组改变最显著。即使将兔右股动脉离断，若在缺血肌肉组织中直接注入Ad-VEGF165，5周后通过血管造影及SPECT显像检测，也会发现局部缺血组织血管生成，血流量增加［36］。其他研究报道，VEGF治疗后2和4周血管造影即显示兔缺血肢体新生血管数目和侧支血管形成明显增加［37］。猴的肢体动脉闭塞症模型实验研究也验证了VEGF基因治疗的有效性［38］。鲁东成等［39］通过电针向猴血管闭塞症模型（n=6）的骨骼肌内转入重组VEGF基因（1600 μg/只），应用血管造影及超声多普勒等方法观察到，VEGF基因导入猴体内后促进了局部组织新生血管形成和侧支循环建立，从而促进血流恢复。对外周血管闭塞症大鼠模型行VEGF实验性基因治疗，同样也观察到了这一效果［40］。
2.4.5 骨骼系统 对于骨折，初同伟等［41］研究了大耳白兔骨折愈合过程中VEGF对骨折端血流量变化的影响。结果发现应用VEGF会使骨折端血流量在一定时间内增加，而抗VEGF可导致骨折端血流量明显减少。
2.4.6 五官系统 Alikacem等［42］将载有VEGF的装置植入兔眼内，然后应用最新研制的对比剂AngioMARK对兔眼行增强MRI检查，以对植入装置后不同时间点的兔血视网膜屏障通透性进行定量评价，植入3天后，MRI显示渗漏液进入玻璃体内（渗漏量则通过测量通透性表面积PS产物确定），第3天的平均PS产物为（1.25±0.25）×10-5 cm3/min，然而，只有VEGF在3天的持续释放量达到（7.42±0.54）mg/ml时，兔血视网膜屏障才开放。在移植后第2周，VEGF释放量达到（10.70±0.92）mg/ml时，新生血管才能在视网膜观察到。可见，增强MRI评价视网膜渗漏的变化，对不需要处死动物而进行治疗性干预是理想的方法，且在临床上应用证明也有价值。综上所述，尽管VEGF具有重要的生物学功能，并且在治疗方面的应用已取得重要成果。此外，无创性或微创性医学影像学检查在判断疗效、估计预后以及指导临床治疗等方面的重要作用也已初露端倪。今后如能更广泛、更深入地继续这方面的研究，必将为认识疾病的发生、发展、预后及其诊治提供更大的帮助。
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作者单位： 1 200032 上海，上海中医药大学附属龙华医院
2 天津，天津医科大学总医院放射科
（编辑：乔 雨）