1. Proteine ​​der VEGF-Familie

Der vaskuläre endotheliale Wachstumsfaktor (VEGF) ist ein Schlüsselfaktor bei der Bildung neuer Blutgefäße. VEGF kann die Regeneration bestehender Blutgefäße (Angiogenese) oder die Bildung neuer Blutgefäße (Angiogenese) induzieren und ist daher für die embryonale Entwicklung und Gefäßreparatur von entscheidender Bedeutung. VEGF kann auch von soliden Tumoren verwendet werden, um deren Wachstum zu fördern. VEGF spielt eine entscheidende Rolle bei der Tumorentstehung und -entwicklung und ist daher ein wichtiges Ziel für Krebsbehandlungen. Studien haben gezeigt, dass Einzelnukleotidpolymorphismen (SNPs) im VEGF-Gen prädiktive und prognostische Marker für wichtige solide Tumore sind, darunter Brustkrebs, nicht-kleinzelliger Lungenkrebs, Dickdarmkrebs und Prostatakrebs. Zu den Proteinen der VEGF-Familie gehören VEGF-A, VEGF-B, VEGF-C, VEGF-D, VEGF-E, VEGF-F, PIGF und EG-VEGF. VEGF-A ist der bei weitem wirksamste Angiogenese-Induktor, während VEGF-E gezielter auf die Auslösung lokaler Angiogenese-Läsionen abzielt.

2. Proteinrezeptoren der VEGF-Familie

VEGF reguliert hauptsächlich die Angiogenese und aktiviert intrazelluläre Signalwege durch Bindung an seine Rezeptoren (VEGFR1, VEGFR2 und VEGFR3). Nach der Bindung von VEGFR- und VEGF-Proteinen wird das Tyrosin in ihren intrazellulären Signalübertragungsregionen phosphoryliert, wodurch intrazelluläre Signalwege aktiviert werden, was letztendlich zum Wachstum, zur Proliferation und Reifung vaskulärer Endothelzellen und zur Bildung neuer Blutgefäße führt.

Abbildung 1. Verschiedene Mitglieder der VEGF-Familie binden an verschiedene Arten von VEGF-Rezeptoren ^[1]

Die biologische Aktivität der VEGF-Familie wird durch die Bindung an zwei Rezeptortypen vermittelt: Rezeptoren mit Tyrosinkinase-Aktivität und Rezeptoren ohne Tyrosinkinase-Aktivität. Der erste Rezeptortyp besteht aus drei strukturell verwandten Rezeptoren, die durch das Vorhandensein von sieben immunglobulinähnlichen Domänen in der extrazellulären Domäne, einer Transmembranregion und einer intrazellulären Konsensus-Tyrosinkinase-Sequenz gekennzeichnet sind, die durch eine Kinase-Insertionsdomäne unterbrochen wird. Rezeptoren ohne Kinase-Aktivität sind dagegen Neurofilamentprotein-1 (NRP-1) und Neurofilamentprotein-2 (NRP-2), die auch Rezeptoren für Signalproteine ​​sind.

2.1 Tyrosin-Kinase-Rezeptor

Tyrosinkinaserezeptoren (VEGFRs) werden in VEGFR-1, VEGFR-2 und VEGFR-3 unterteilt. Sie funktionieren in Form von Dimeren. Wenn VEGF an Tyrosinkinaserezeptoren bindet, ändert sich die Konformation der intrazellulären Kinaseregion, wodurch Kinaseaktivität erzeugt wird, um die Substratproteinphosphorylierung zu katalysieren, was letztendlich durch Kaskadenreaktionen von Signalmolekülen zu einer Reihe biologischer Effekte führt. Die Bindungsstärke zwischen VEGF und VEGFR-1 ist 10-mal stärker als die von VEGFR-2, aber die R1-Aktivität ist schwächer und hat vermutlich eine negative regulatorische Funktion auf VEGFR-2. Daher ist VEGFR-2 der Hauptrezeptor, der physiologische Effekte hervorruft.VEGFR-1 und VEGFR-2 sind hauptsächlich auf der Oberfläche des vaskulären Endothels von Tumoren verteilt und regulieren die Tumorangiogenese. Sie werden auch in Makrophagen und Tumorzellen überexprimiert. VEGFR-3 ist hauptsächlich auf der Oberfläche des lymphatischen Endothels verteilt und reguliert die Bildung von Lymphgefäßen in Tumoren. Darüber hinaus kann die VEGFR-Familie nicht nur an VEGF-Proteine, sondern auch an andere Proteine ​​wie Neurotrophine, Integrine und Cadherin binden.

2.2 Neuroziliarer Proteinrezeptor

Neuropiline (NRPs) werden in NRP-1 und NRP-2 unterteilt. NRPs sind einzelne Transmembran-Glykoproteine, die drei extrazelluläre Domänen enthalten. Domäne B ist die VEGF-Bindungsregion und Domäne A fördert die Bindung von Domäne B an VEGF. Domäne C bindet an VEGFR-2 und bildet ein Heteropolymer. NRPs haben keine Tyrosinkinaseaktivität und unterstützen hauptsächlich die Bindung von VEGF und VEGFR-2. NRP-1 ist hauptsächlich an der Regulierung der arteriellen Endothelfunktion beteiligt, während NRP-2 hauptsächlich an der Regulierung der venösen und lymphatischen Endothelfunktion beteiligt ist.

3. Die Funktion von Proteinen der VEGF-Familie

VEGFs sind hochspezifische vaskuläre endotheliale Wachstumsfaktoren, die wichtige physiologische Funktionen bei der Angiogenese, -erhaltung und -erzeugung spielen. Sie können das Überleben, die Proliferation, Migration und vaskuläre Proliferation von Endothelzellen induzieren und die Gefäßdurchlässigkeit erhöhen.

3.1. Die Funktionen verschiedener VEGF-Subtypen

VEGF-A kann unterteilt werden in VEGF121、VEGF145、VEGF165、VEGF183、VEGF189undVEGF206. VEGF-A ist derzeit der wirksamste vaskuläre Wachstumsfaktor. VEGF165 und VEGF121 können in den meisten Geweben exprimiert werden, während VEGF206 in normalen Geweben fast nicht exprimiert wird. VEGF-A ist ein glykosyliertes Mitogen, das speziell auf Endothelzellen wirkt und mehrere Funktionen hat, darunter die Vermittlung erhöhter Gefäßdurchlässigkeit, die Induktion von Angiogenese, Angiogenese und Endothelzellwachstum, die Förderung der Zellmigration und die Hemmung der Zellapoptose. VEGF-A vermittelt das Wachstum neuer Blutgefäße aus bestehenden (Angiogenese), indem es an die Zelloberflächenrezeptoren VEGFR1 und VEGFR2 bindet. Diese beiden Rezeptoren wirken über unterschiedliche Wege und fördern die Proliferation und Migration von Endothelzellen sowie die Bildung röhrenförmiger Strukturen.

VEGF-B wird in den meisten Geweben exprimiert, insbesondere im Herzen, im Skelettmuskel und in der Bauchspeicheldrüse. VEGF-B bindet an den VEGF-Rezeptor 1 (VEGF R1), aber nicht an VEGF R2 oder VEGF R3. Es wurde gezeigt, dass die Verbindung zwischen VEGF-B und VEGF R1 auf Endothelzellen die Expression und Aktivität des Plasminogenaktivators vom Urokinasetyp und des Plasminogenaktivator-Inhibitors 1 reguliert. Die hydrolysierte Form des VEGF-B-Proteins bindet auch an Neuroplasmin-1 (NP-1), ein Ligand, der an der neuronalen Führung beteiligt ist. Neben VEGF-B bindet NP-1 nachweislich an PLGF-2, VEGF165 und VEGF R1. VEGF-B spielt eine wichtige Rolle in mehreren Arten von Neuronen.Es ist sehr wichtig für den Schutz der Netzhaut- und Kortexneuronen bei einem Schlaganfall sowie der Motoneuronen bei Motoneuronerkrankungen wie der amyotrophen Lateralsklerose.

Die Hauptfunktion von VEGF-C ist die Lymphangiogenese, die hauptsächlich über ihren Rezeptor VEGFR-3 auf lymphatische Endothelzellen einwirkt und deren Überleben, Wachstum und Migration fördert. Es ist ein spezifischer Wachstumsfaktor für Lymphgefäße in verschiedenen Modellen. VEGF-C induziert auch physiologische und Tumorangiogenese sowie Angiogenese durch Interaktion mit VEGF R2.

VEGF-D ist ein sezerniertes Glykoprotein der VEGF/PDGF-Familie. VEGF reguliert Angiogenese und Lymphangiogenese während der Entwicklung und des Tumorwachstums, das durch die Bildung einer Cystinknotenstruktur durch acht konservierte Cysteinreste gekennzeichnet ist. Die Aminosäuresequenzidentität (aa) zwischen VEGF-C und VEGF-D beträgt 23 %. Maus- und menschliches VEGF-D sind Liganden für VEGFR3, die zwischen den Spezies aktiv sind und während der Verarbeitung eine erhöhte Affinität aufweisen. Das verarbeitete menschliche VEGF-D-Protein ist auch ein Ligand für VEGF R2. VEGF R3 wird stark in lymphatischen Endothelzellen exprimiert und ist entscheidend für die Regulierung des Wachstums und der Differenzierung lymphatischer Endothelzellen. Sowohl VEGF-C als auch VEGF-D fördern die Tumorlymphangiogenese. Im Einklang mit ihrer Aktivität an VEGF-Rezeptoren trägt die Bindung von VEGF-C und VEGF-D an Neuropiliproteine ​​zur VEGF-R3-Signalisierung bei der Lymphangiogenese bei. Es wurde bestätigt, dass VEGF-D in Tumorgeweben und Patientenserumproben mehrerer menschlicher Krebsarten überexprimiert wird.

PGF (Plazentawachstumsfaktor) und PlGF binden und signalisieren über VEGF R1/Flt-1 statt über VEGF R2/Flk-1/KDR, während VEGF an VEGF R1/Flt-1 bindet, aber nur über den angiogenen Rezeptor VEGF R2 signalisiert. Daher konkurrieren PlGF und VEGF um die Bindung an VEGF R1, und ein hoher PlGF-Spiegel kann die Bindung von VEGF/VEGF R1 verhindern und die VEGF/VEGF R2-vermittelte Angiogenese fördern. Allerdings können PlGF (insbesondere PlGF-1) und bestimmte Formen von VEGF Dimere bilden und dadurch die angiogene Wirkung von VEGF auf VEGF R2 reduzieren. PlGF induziert Monozyten-Aktivierung, Migration und Produktion von inflammatorischen Zytokinen und VEGF. Diese Aktivitäten fördern die Wund-, Bruch- und Herzreparatur, führen aber auch zu Entzündungen bei aktiver Sichelzellenanämie und Arteriosklerose. PGF spielt eine Rolle beim Wachstum und der Differenzierung von Trophoblastenzellen. Trophoblastenzellen, insbesondere Extratrophoblastenzellen, sind für die Invasion der mütterlichen Arterie verantwortlich. Die normale Entwicklung der Blutgefäße der Plazenta ist für die normale Entwicklung von Embryonen von entscheidender Bedeutung. Unter normalen physiologischen Bedingungen wird PGF auch in geringen Mengen in anderen Organen wie Herz, Lunge, Schilddrüse und Skelettmuskulatur exprimiert.

EG-VEGF，Der aus endokrinen Drüsen stammende vaskuläre endotheliale Wachstumsfaktor, auch bekannt als Motorprotein 1 (PK1), ist ein Mitglied der Motorproteinfamilie, die Proteine ​​mit einem gemeinsamen Strukturmotiv ausscheidet, das zehn konservierte Cysteinreste enthält, die fünf Paare von Disulfidbrücken bilden können. Es wurde nachgewiesen, dass EG-VVEGF die Kontraktion der glatten Muskulatur im Magen-Darm-Trakt wirksam stimuliert. Darüber hinaus ist EG-VVEGF ein gewebespezifischer angiogener Faktor, der auf bestimmten Zellen eine ähnliche biologische Aktivität wie VEGF aufweist. EG-VVEGF induziert die Proliferation und Migration von Endothelzellen, die aus endokrinen Drüsen in Kultur stammen. EG-VGF bindet an zwei eng verwandte G-Protein-gekoppelte Rezeptoren und aktiviert diese, nämlich EG-VGF/PK1-R1 und EG-VGF/PK2-R2.Die Aktivierung der Rezeptoren stimuliert den Phosphoinositol-Umsatz und aktiviert den p44/p42-MAP-Kinase-Signalweg.

3.2 Die Expressionsorte verschiedener VEGF-Subtypen

Tabelle 1. Orte der VEGF-Expression in verschiedenen Subtypen

Subtypen von Proteinen der VEGF-Familie	Ausdrucksstelle
VEGF-A	Alle vaskularisierten Gewebe
VEGF-B	Früher Embryo, Herz, Skelettmuskel, Gefäßglatte Muskulatur, Pankreas und andere Gewebe
VEGF-C	Frühe Embryonen, Herz-, Nieren-, Lungen- und Gefäßglattmuskelzellen usw.
VEGF-D	Frühe Embryonen, Herz, Lunge, Skelettmuskulatur, Dünndarm und vaskuläre glatte Muskelzellen usw.
VEGF-E	Virus
VEGF-F	Schlangengift
PIGF	Plazenta und andere Gewebe
EG-VEGF	Quellen endokriner Drüsen (Plazenta, Hoden, Eierstöcke, Nebennieren und andere Gewebe)

3.3 Die Rolle von VEGF bei Krankheiten

VEGF und Krebs

Derzeit liegen klare Forschungsergebnisse zur Rolle von VEGF bei der Förderung der Tumorangiogenese und seinem Zusammenhang mit der Pathogenese von Krebs beim Menschen vor.

Eine hohe Expression von VEGF und seiner mRNA kann in den meisten bösartigen Tumoren beobachtet werden, insbesondere in Bereichen mit starker Gefäßproliferation im Tumorgewebe. Von Tumorzellen und der umgebenden Matrix abgesondertes VEGF stimuliert die Proliferation und das Überleben von Endothelzellen, was zur Bildung neuer Blutgefäße führt. Neue Blutgefäße können strukturelle Anomalien und Undichtigkeiten aufweisen und sind mit Invasivität, Gefäßdichte, Metastasierung, Rezidiv und Prognose verbunden. Daher ist die gezielte Bekämpfung von VEGF ein potenzieller Ansatz zur Krebsbehandlung;

VEGF ist außerdem ein breit gefächerter Tumorbiomarker, der nahezu alle Tumoren abdecken kann, darunter auch nicht-solide Tumoren wie Leukämie. Aufgrund seiner Beteiligung an hämatopoetischen Mechanismen im Knochenmark fördert die Krankheit selbst die Produktion von VEGF, und Veränderungen der VEGF-Konzentration haben einen Referenzwert für die klinische Diagnose. Dies ist mit anderen Tumormarkern nicht möglich.Die Produktion von VEGF in großen Mengen beginnt während der Transformation von Tumorzellhaufen in solide Tumoren, häufig in den Tumorphasen Tis und T1. Dies ist der optimale Zeitraum für das Tumorscreening und kann mit bestehenden klinischen Methoden diagnostiziert werden. Andere Tumormarker werden jedoch meist in den Stadien III und IV des Tumors produziert und haben für das frühe Screening wenig Bedeutung.

VEGF und Augenerkrankungen

Viele neovaskuläre Augenerkrankungen in der klinischen Praxis werden durch eine Überexpression von VEGF im Auge verursacht, die zum Wachstum neuer Blutgefäße führt, was zu schweren Komplikationen wie massiven Blutungen, Faserproliferation, traktiver Netzhautablösung und neovaskulärem Glaukom führt. Die kompetitive Hemmung von VEGF-R2 kann die Angiogenese wirksam hemmen und die Regression bestehender Neovaskularisierung fördern, Exsudation, Ödeme und Entzündungsreaktionen aufgrund von Gefäßleckagen lindern und so das Fortschreiten der Neovaskularisierung der Netzhaut verlangsamen. In der Augenheilkunde kann die Verwendung von VEGF-hemmenden Arzneimitteln das Wachstum krankhafter Neovaskularisierung wirksam blockieren und so Augenkrankheiten behandeln.

Darüber hinaus wird die VEGF-Familie auch mit Lymphangiogenese, Entzündungsreaktionen, hämatopoetischer Funktion und neuroprotektiven Wirkungen in Verbindung gebracht.

4. Wie wählt man Proteine ​​der VEGF-Familie richtig aus?

4.1. Rekombinantes humanes VEGF165 und rekombinantes humanes VEGF121

Menschliches VEGF165 und menschliches VEGF121 sind die am häufigsten exprimierten Subtypen von VEGF-A. VEGF165 ist ein starker angiogener Faktor, der die Proliferation und das Überleben von Endothelzellen stimulieren, die Angiogenese fördern und die Gefäßdurchlässigkeit erhöhen kann. VEGF121 und VEGF165 haben ähnliche Funktionen, aber der Unterschied besteht darin, dass VEGF121 nicht an Heparansulfat-Glykoproteine ​​(HSPGs) auf der Zelloberfläche bindet und hauptsächlich in seiner löslichen Form vorliegt. Und VEGF165 hat die Fähigkeit, an NRP-1 und NRP-2 zu binden, sodass VEGF165 auch eine Rolle bei der Regulierung der Angiogenese spielen kann und die Funktion von Endothelzellen in Venen und Lymphgefäßen reguliert. Sowohl VEGF165 als auch VEGF121 können die Proliferation von Endothelzellen stimulieren und die Durchlässigkeit von Gefäßendothelzellen erhöhen. Nach der Bindung an Rezeptoren aktiviert VEGF165 jedoch hauptsächlich die MEK- und ERK-Signalwege, um die Proliferation von Endothelzellen zu fördern, während VEGF121 eine viel stärkere Wirkung auf die Gefäßdurchlässigkeit hat als VEGF165.

4.2. Der Unterschied zwischen rekombinantem humanem VEGF-C und rekombinantem humanem VEGF-D

VEGF-D funktioniert ähnlich wie VEGF-C und reguliert Angiogenese und Lymphangiogenese während der Entwicklung und des Tumorwachstums. Die Aminosäuresequenzidentität (aa) zwischen VEGF-C und VEGF-D beträgt 23 %. Obwohl VEGF-C ein Schlüsselligand für VEGF R3 während der embryonalen Lymphentwicklung ist, spielt VEGF-D die wichtigste Rolle bei der Reifung der Lymphgefäße während der neonatalen Entwicklung und des Knochenwachstums. Beide fördern die Tumorlymphangiogenese. Ihre Aktivität an VEGF-Rezeptoren ist konsistent.Die Bindung von VEGF-C und VEGF-D an Neuropiliproteine ​​erleichtert die VEGF R3-Signalisierung in der Lymphangiogenese, während die Bindung an Integrin α 9 β 1 vermittelt die Adhäsion und Migration von Endothelzellen. Eine Überexpression von VEGF-C in Tumorzellen kann die Tumorlymphangiogenese auslösen, was zu einem erhöhten Lymphfluss und Metastasierung in regionale Lymphknoten führt. Durch die Interaktion mit VEGFR2 löst es außerdem eine physiologische und intratumorale Neovaskularisierung und Angiogenese aus.

Tabelle 2. Unterschiede zwischen den Proteinsubtypen der VEGF-Familie

Produktname	Katze	Rezeptor	Rolle
Menschliches VEGF165	91502ES	VEGFR-1、VEGFR-2、NRP-1、NFP-2、HSPGs	Stimulieren Sie die Proliferation (Priorität) von Endothelzellen und ihr Überleben, fördern Sie die Angiogenese und erhöhen Sie die Gefäßdurchlässigkeit.
Menschliches VEGF121	91503ES	VEGFR-1、VEGFR-2	Stimulieren Sie die Proliferation und das Überleben von Endothelzellen, fördern Sie die Angiogenese und erhöhen Sie die Gefäßdurchlässigkeit (Priorität).
Menschliches VEGF-C	95332ES	VEGFR-2、VEGFR-3 NRP-1、NFP-2	Induktion der Lymphgefäßbildung, verbunden mit Tumormetastasen
Menschliches VEGF-D	91501ES	VEGFR-2、VEGFR-3、 NFP-2	Induktion der Lymphgefäßbildung, verbunden mit Tumormetastasen
Menschlicher EG-VEGF	91504ES	PROKR1	Fördert die Proliferation und Migration von Endothelzellen der endokrinen Drüsen.

5. Verweise

[1]. Silvia Silva-Hucha, Angel M. Pastor, Sara Morcuende. Neuroprotektive Wirkung des vaskulären endothelialen Wachstumsfaktors auf Motoneuronen des okulomotorischen Systems. Int. J. Mol. Sci. 2021, 22(2), 814.

6. Ähnliche Produkte

Produktname	Katze	Technische Daten
Menschliches VEGF165	91502ES	10 μg/100 μg/500 μg
Menschliches VEGF121	91503ES	10 μg/100 μg/500 μg
Menschliches VEGF-C	95332ES	25 μg/100 μg/500 μg
Menschliches VEGF-D	91501ES	25 μg/100 μg/500 μg
Menschlicher EG-VEGF	91504ES	5 μg/100 μg/500 μg
Menschliches VEGFR2/KDR, mFc-Tag	93104ES	25 μg/100 μg/500 μg
Menschliches VEGFR2/KDR-Protein, His-Tag	93281ES	25 μg/100 μg/500 μg