1. VEGFファミリータンパク質

血管内皮増殖因子 (VEGF) は、新しい血管の形成における重要な因子です。VEGF は、既存の血管の再生 (血管新生) または新しい血管の形成 (血管形成) を誘発するため、胚の発達と血管修復の鍵となります。VEGF は、固形腫瘍の成長を促進するためにも使用されます。VEGF は腫瘍形成と進行に重要な役割を果たしており、がん治療の重要なターゲットとなっています。研究では、VEGF 遺伝子の一塩基多型 (SNP) が、乳がん、非小細胞肺がん、大腸がん、前立腺がんなどの主要な固形腫瘍の予測マーカーおよび予後マーカーであることが示されています。VEGF ファミリーのタンパク質には、VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E、VEGF-F、PIGF、EG-VEGF などがあります。 VEGF-A は最も効果的な血管新生誘導剤ですが、VEGF-E は血管新生の局所的な病変を誘導することに重点を置いています。

2. VEGFファミリータンパク質受容体

VEGF は主に血管新生を制御し、受容体 (VEGFR1、VEGFR2、VEGFR3) に結合して細胞内シグナル伝達経路を活性化します。VEGFR と VEGF タンパク質が結合すると、細胞内シグナル伝達領域のチロシンがリン酸化され、細胞内シグナル伝達経路が活性化され、最終的に血管内皮細胞の成長、増殖、成熟と新しい血管の形成につながります。

 

図1. VEGFファミリーの異なるメンバーは、異なるタイプのVEGF受容体に結合する^[1] 

VEGF ファミリーの生物学的活性は、チロシンキナーゼ活性を持つ受容体とチロシンキナーゼ活性を持たない受容体の 2 種類の受容体に結合することによって媒介されます。最初のタイプの受容体は、細胞外ドメインに 7 つの免疫グロブリン様ドメイン、1 つの膜貫通領域、およびキナーゼ挿入ドメインによって中断された細胞内コンセンサス チロシンキナーゼ配列が存在するという特徴を持つ、構造的に関連する 3 つの受容体で構成されています。一方、キナーゼ活性を持たない受容体は、ニューロフィラメント タンパク質 1 (NRP-1) とニューロフィラメント タンパク質 2 (NRP-2) で、シグナル伝達タンパク質の受容体でもあります。

 

2.1チロシンキナーゼ受容体

チロシンキナーゼ受容体（VEGFR）は、VEGFR-1、VEGFR-2、VEGFR-3に分けられ、二量体として機能します。VEGFがチロシンキナーゼ受容体に結合すると、細胞内キナーゼ領域の立体構造が変化し、キナーゼ活性が生じて基質タンパク質のリン酸化を触媒し、最終的にシグナル分子のカスケード反応を通じて一連の生物学的効果をもたらします。VEGFとVEGFR-1の結合強度はVEGFR-2の10倍ですが、R1活性は弱く、VEGFR-2に対して負の調節機能を持つと考えられています。したがって、VEGFR-2は生理効果を生み出す主な受容体です。VEGFR-1とVEGFR-2は主に腫瘍血管内皮の表面に分布し、腫瘍の血管新生を制御し、マクロファージや腫瘍細胞でも過剰発現しています。 VEGFR-3は主にリンパ管内皮の表面に分布し、腫瘍リンパ管の生成を制御します。また、VEGFRファミリーはVEGFタンパク質だけでなく、神経栄養因子、インテグリン、カドヘリンなどの他のタンパク質にも結合することができます。

2.2神経繊毛タンパク質受容体

ニューロピリン (NRP) は、NRP-1 と NRP-2 に分けられます。NRP は、3 つの細胞外ドメインを含む単一の膜貫通糖タンパク質です。ドメイン B は VEGF 結合領域であり、ドメイン A はドメイン B の VEGF への結合を促進します。ドメイン C は VEGFR-2 に結合してヘテロポリマーを形成します。NRP にはチロシンキナーゼ活性がなく、主に VEGF と VEGFR-2 の結合を補助します。NRP-1 は主に動脈内皮機能の調節に関与し、NRP-2 は主に静脈およびリンパ管内皮機能の調節に関与します。

3. VEGFファミリータンパク質の機能

VEGF は、血管新生、維持、生成において重要な生理学的機能を果たす、非常に特異的な血管内皮成長因子です。VEGF は、内皮細胞の生存、増殖、移動、血管増殖を誘導し、血管透過性を高めます。

 

3.1. VEGFの異なるサブタイプの機能

VEGF-A VEGF121 、 VEGF145 、 VEGF165 、 VEGF183 、 VEGF189 、 VEGF206に分けられます。現在、VEGF-Aは最も効果的な血管成長誘導因子です。VEGF165とVEGF121はほとんどの組織で発現しますが、VEGF206は正常組織ではほとんど発現しません。VEGF-Aは、内皮細胞に特異的に作用するグリコシル化マイトジェンであり、血管透過性の増加の媒介、血管新生、血管形成および内皮細胞の成長の誘導、細胞移動の促進、および細胞アポトーシスの阻害を含む複数の機能を持っています。VEGF-Aは、細胞表面受容体VEGFR1およびVEGFR2に結合することにより、既存の血管か​​ら新しい血管の成長（血管新生）を媒介します。これら 2 つの受容体は異なる経路を通じて作用し、内皮細胞の増殖と移動、および管状構造の形成を促進します。

VEGF-B はほとんどの組織で発現していますが、特に心臓、骨格筋、膵臓で顕著です。VEGF-B は VEGF 受容体 1 (VEGF R1) に結合しますが、VEGF R2 や VEGF R3 には結合しません。内皮細胞上の VEGF-B と VEGF R1 の結合は、ウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子とプラスミノーゲン活性化因子阻害因子 1 の発現と活性を調節することがわかっています。VEGF-B タンパク質の加水分解型は、ニューロン誘導に関与するリガンドであるニューロプラスミン-1 (NP-1) にも結合します。VEGF-B の他に、NP-1 は PLGF-2、VEGF165、VEGF R1 に結合することがわかっています。VEGF-B はいくつかの種類のニューロンで重要な役割を果たしています。これは、脳卒中時の網膜および皮質ニューロンの保護、ならびに筋萎縮性側索硬化症などの運動ニューロン疾患時の運動ニューロンの保護に非常に重要です。

VEGF-Cの主な機能 リンパ管新生は、主に受容体VEGFR-3を介してリンパ管内皮細胞に作用し、細胞の生存、成長、移動を促進します。これは、さまざまなモデルにおけるリンパ管の特定の成長因子です。VEGF-Cは、VEGF R2との相互作用を通じて、生理的および腫瘍の血管新生と血管形成も誘導します。

VEGF-D は、VEGF/PDGF ファミリーの分泌糖タンパク質です。VEGF は、発達および腫瘍の成長中に血管新生およびリンパ管新生を制御し、8 つの保存されたシステイン残基によるシスチン ノード構造の形成を特徴とします。VEGF-C と VEGF-D のアミノ酸 (aa) 配列の同一性は 23% です。マウスおよびヒトの VEGF-D は、種間で活性があり、処理中に強化された親和性を示す VEGFR3 のリガンドです。処理されたヒト VEGF-D タンパク質は、VEGF R2 のリガンドでもあります。VEGF R3 はリンパ管内皮細胞で強く発現しており、リンパ管内皮細胞の成長と分化を制御するために重要です。VEGF-C と VEGF-D は両方とも、腫瘍のリンパ管新生を促進します。 VEGF 受容体に対する活性と一致して、VEGF-C および VEGF-D の神経ピリタンパク質への結合は、リンパ管新生における VEGF R3 シグナル伝達に寄与します。VEGF-D は、いくつかのヒト癌の腫瘍組織および患者血清サンプルで過剰発現していることが確認されています。

PGF (胎盤成長因子) と PlGF は、VEGF R2/Flk-1/KDR ではなく VEGF R1/Flt-1 に結合してシグナルを送りますが、VEGF は VEGF R1/Flt-1 に結合しますが、血管新生受容体 VEGF R2 を介してのみシグナルを送ります。したがって、PlGF と VEGF は VEGF R1 への結合をめぐって競合し、PlGF が高いと VEGF/VEGF R1 の結合が妨げられ、VEGF/VEGF R2 を介した血管新生が促進されます。ただし、PlGF (特に PlGF-1) と特定の形態の VEGF は二量体を形成し、VEGF R2 に対する VEGF の血管新生効果を低下させる可能性があります。PlGF は、単球の活性化、遊走、および炎症性サイトカインと VEGF の産生を引き起こします。これらの活動は、創傷、骨折、および心臓の修復を促進しますが、活動性鎌状赤血球症およびアテローム性動脈硬化症における炎症も引き起こします。 PGF は栄養膜細胞の成長と分化に関与しています。栄養膜細胞、特に栄養膜外細胞は、母体の動脈への侵入の原因となります。胎盤血管の正常な発達は、胎児の正常な発達に不可欠です。通常の生理学的条件下では、PGF は心臓、肺、甲状腺、骨格筋などの他の臓器でも低レベルで発現しています。

EG-VEGF 、内分泌腺由来血管内皮増殖因子はモータータンパク質1（PK1）としても知られ、5対のジスルフィド結合を形成できる10個の保存されたシステイン残基を含む共通の構造モチーフを持つタンパク質を分泌するモータータンパク質ファミリーのメンバーです。 EG-VVEGFは、消化管の平滑筋収縮を効果的に刺激することが証明されています。 さらに、EG-VVEGFは、特定の細胞に対してVEGFと同様の生物学的活性を示す組織特異的血管新生因子です。 EG-VVEGFは、培養中の内分泌腺由来の内皮細胞の増殖と移動を誘導します。 EG-VGFは、2つの密接に関連したGタンパク質共役受容体、すなわちEG-VGF / PK1-R1とEG-VGF / PK2-R2に結合して活性化します。受容体の活性化はホスホイノシトールの代謝を刺激し、p44/p42 MAP キナーゼシグナル伝達経路を活性化します。

 

3.2 VEGFの異なるサブタイプの発現部位

表1. 異なるサブタイプにおけるVEGF発現の位置

VEGFファミリータンパク質のサブタイプ	表現サイト
VEGF-A	すべての血管組織
VEGF-B	初期胚、心臓、骨格筋、血管平滑筋、膵臓およびその他の組織
VEGF-C	初期胚、心臓、腎臓、肺、血管平滑筋細胞など
VEGF-D	初期胚、心臓、肺、骨格筋、小腸、血管平滑筋細胞など
VEGF-E	ウイルス
VEGF-F	ヘビ毒
ピグ	胎盤およびその他の組織
EG-VEGF	内分泌腺由来（胎盤、精巣、卵巣、副腎、その他の組織）

3.3 疾患におけるVEGFの役割

VEGFと癌

現在、腫瘍血管新生を促進するVEGFの役割と、それがヒト癌の発症とどのように関係しているかについては明確な研究結果が出ています。

VEGF とその mRNA の高発現は、ほとんどの悪性腫瘍、特に腫瘍組織内の血管増殖が豊富な領域で観察されます。腫瘍細胞と周囲のマトリックスによって分泌される VEGF は、内皮細胞の増殖と生存を刺激し、新しい血管の形成につながります。新しい血管は構造異常や漏出を伴う可能性があり、侵襲性、血管密度、転移、再発、予後に関連しています。したがって、VEGF を標的とすることは、がん治療の潜在的なアプローチです。

VEGF は、白血病などの非固形腫瘍を含むほぼすべての腫瘍をカバーできる広域スペクトルの腫瘍バイオマーカーでもあります。骨髄造血機構に関与しているため、疾患自体が VEGF の産生を促進し、VEGF 濃度の変化は臨床診断の基準値となります。これは他の腫瘍マーカーでは不可能です。VEGF は、腫瘍細胞クラスターが固形腫瘍に変化する過程で大量に産生され始め、多くの場合、腫瘍の Tis 期および T1 期に産生されます。これは腫瘍スクリーニングに最適な期間であり、既存の臨床方法で診断できます。ただし、他の腫瘍マーカーは主に腫瘍のステージ III および IV で産生され、早期スクリーニングにはあまり意味がありません。

VEGFと眼疾患

臨床現場における多くの新生血管性眼疾患は、眼におけるVEGFの過剰発現によって引き起こされ、新しい血管の成長を招き、大量出血、線維増殖、牽引性網膜剥離、新生血管性緑内障などの重篤な合併症を引き起こします。VEGF-R2の競合阻害は、血管新生を効果的に阻害し、既存の新生血管の退縮を促進し、血管漏出による滲出、浮腫、炎症反応を軽減し、網膜新生血管の進行を遅らせることができます。眼科では、VEGF阻害薬の使用により、病的な新生血管の成長を効果的に阻止し、眼科疾患を治療することができます。

 

さらに、VEGF ファミリーはリンパ管新生、炎症反応、造血機能、神経保護効果にも関連しています。

4. VEGF ファミリータンパク質を正しく選択するにはどうすればよいでしょうか?

4.1. 組み換えヒトVEGF165と組み換えヒトVEGF121

ヒトVEGF165とヒトVEGF121は、VEGF-Aの最も豊富に発現しているサブタイプです。VEGF165は、内皮細胞の増殖、生存を刺激し、血管新生を促進し、血管透過性を高めることができる強力な血管新生因子です。VEGF121とVEGF165は同様の機能を持っていますが、違いはVEGF121が細胞表面ヘパラン硫酸糖タンパク質（HSPG）に結合せず、主に可溶性の形で存在することです。また、VEGF165はNRP-1とNRP-2に結合する能力があるため、VEGF165は血管新生を調節し、静脈とリンパ管の内皮細胞の機能を調節する役割も果たします。VEGF165とVEGF121はどちらも内皮細胞の増殖を刺激し、血管内皮細胞の透過性を高めることができます。しかし、受容体に結合した後、VEGF165 は主に MEK および ERK 経路を活性化して内皮細胞の増殖を促進しますが、VEGF121 は VEGF165 よりも血管透過性に非常に強い影響を及ぼします。

 

4.2. 組み換えヒトVEGF-Cと組み換えヒトVEGF-Dの違い

VEGF-D は VEGF-C と同様に機能し、発達および腫瘍増殖中の血管新生およびリンパ管新生を制御します。VEGF-C と VEGF-D のアミノ酸 (aa) 配列同一性は 23% です。VEGF-C は胎児のリンパ発達中の VEGF R3 の重要なリガンドですが、VEGF-D は新生児発達および骨成長中のリンパ管の成熟に最も重要な役割を果たします。どちらも腫瘍のリンパ管新生を促進します。VEGF 受容体に対するそれらの活性は一貫しています。VEGF-C および VEGF-D が神経ピリタンパク質に結合すると、リンパ管新生における VEGF R3 シグナル伝達が促進され、インテグリンα 9 β 1 に結合すると、内皮細胞の接着および移動が媒介されます。腫瘍細胞における VEGF-C の過剰発現は腫瘍のリンパ管新生を誘発し、リンパの流れの増加および局所リンパ節への転移につながります。また、VEGFR2 と相互作用することで、生理的および腫瘍内の新生血管形成と血管新生を誘導します。

表2. VEGFファミリータンパク質サブタイプの違い

製品名	猫	受容体	役割
ヒトVEGF165	91502ES	VEGFR-1 、 VEGFR-2 、 NRP-1 、 NRP-2 、 HSPG	内皮細胞の増殖（優先）、生存を刺激し、血管新生を促進し、血管透過性を高めます。
ヒトVEGF121	91503ES	VEGFR-1 、 VEGFR-2	内皮細胞の増殖、生存を刺激し、血管新生を促進し、血管透過性を高めます（優先）。
ヒトVEGF-C	95332ES	VEGFR-2 、 VEGFR-3 NRP-1 、 NRP-2	腫瘍転移に関連するリンパ管形成を誘導する
ヒトVEGF-D	91501ES	VEGFR-2 、 VEGFR-3 、 NRP-2	腫瘍転移に関連するリンパ管形成を誘導する
ヒトEG-VEGF	91504ES	プロク1	内分泌腺内皮細胞の増殖と移動を促進します。

 

5. 参考文献

[1]。 Silvia Silva-Hucha、Angel M. Pastor、Sara Morcuende。血管内皮増殖因子の眼球運動系の運動ニューロンに対する神経保護効果。Int. J. Mol. Sci. 2021、22(2)、814。

6.関連製品

製品名	猫	仕様
ヒトVEGF165	91502ES	10μg/100μg/500μg
ヒトVEGF121	91503ES	10μg/100μg/500μg
ヒトVEGF-C	95332ES	25μg/100μg/500μg
ヒトVEGF-D	91501ES	25μg/100μg/500μg
ヒトEG-VEGF	91504ES	5μg/100μg/500μg
ヒト VEGFR2/KDR、mFc タグ	93104ES	25μg/100μg/500μg
ヒトVEGFR2/KDRタンパク質、Hisタグ	93281ES	25μg/100μg/500μg