1. VEGF 패밀리 단백질

혈관 내피 성장 인자(VEGF)는 새로운 혈관 형성의 핵심 요인입니다. VEGF는 기존 혈관의 재생(혈관신생) 또는 새로운 혈관의 형성(혈관신생)을 유도할 수 있으므로 배아 발달 및 혈관 복구에 중요합니다. VEGF는 또한 고형 종양에서 성장을 촉진하는 데 사용될 수 있습니다. VEGF는 종양 형성 및 진행에 중요한 역할을 하므로 암 치료의 핵심 표적이 됩니다. 연구에 따르면 VEGF 유전자의 단일 뉴클레오티드 다형성(SNP)은 유방암, 비소세포 폐암, 대장암 및 전립선암을 포함한 주요 고형 종양의 예측 및 예후 마커입니다. VEGF 패밀리 단백질에는 VEGF-A, VEGF-B, VEGF-C, VEGF-D, VEGF-E, VEGF-F, PIGF 및 EG-VEGF가 포함됩니다. VEGF-A는 단연코 가장 효과적인 혈관신생 유도제이고, VEGF-E는 혈관신생의 국소적 병변을 유도하는 데 더욱 효과적입니다.

2. VEGF 패밀리 단백질 수용체

VEGF는 주로 혈관신생을 조절하고 수용체(VEGFR1, VEGFR2 및 VEGFR3)에 결합하여 세포 내 신호전달 경로를 활성화합니다. VEGFR과 VEGF 단백질이 결합한 후, 세포 내 신호전달 영역의 티로신이 인산화되어 세포 내 신호전달 경로가 활성화되고, 궁극적으로 혈관 내피 세포의 성장, 증식, 성숙과 새로운 혈관 형성으로 이어집니다.

 

그림 1. VEGF 패밀리의 다양한 구성원은 다양한 유형의 VEGF 수용체에 결합합니다. ^[1] 

VEGF 패밀리의 생물학적 활동은 티로신 키나제 활성이 있는 수용체와 티로신 키나제 활성이 없는 수용체의 두 가지 유형의 수용체에 결합함으로써 매개됩니다. 첫 번째 유형의 수용체는 구조적으로 관련된 세 가지 수용체로 구성되며, 세포 외 도메인에 7개의 면역글로불린 유사 도메인, 하나의 막 관통 영역, 키나제 삽입 도메인에 의해 중단된 세포 내 합의 티로신 키나제 서열이 특징입니다. 반면, 키나제 활성이 없는 수용체는 신경 필라멘트 단백질-1(NRP-1)과 신경 필라멘트 단백질-2(NRP-2)로, 신호 단백질의 수용체이기도 합니다.

 

2.1 티로신 키나제 수용체

티로신 키나제 수용체(VEGFR)는 VEGFR-1, VEGFR-2, VEGFR-3으로 나뉜다. 이들은 이합체 형태로 기능한다. VEGF가 티로신 키나제 수용체에 결합하면 세포 내 키나제 영역의 형태가 변하여 기질 단백질 인산화를 촉매하는 키나제 활성을 생성하고 궁극적으로 신호 분자의 연쇄 반응을 통해 일련의 생물학적 효과를 초래한다. VEGF와 VEGFR-1의 결합 강도는 VEGFR-2보다 10배 강하지만 R1 활성은 약하고 VEGFR-2에 대한 부정적인 조절 기능을 갖는 것으로 여겨진다. 따라서 VEGFR-2는 생리적 효과를 생성하는 주요 수용체이다. VEGFR-1과 VEGFR-2는 주로 종양 혈관 내피 세포 표면에 분포하여 종양 신생 혈관 생성을 조절하며 대식세포와 종양 세포에서도 과발현된다. VEGFR-3는 주로 림프관 내피세포 표면에 분포하여 종양 림프관 생성을 조절합니다. 또한 VEGFR 패밀리는 VEGF 단백질뿐만 아니라 신경영양소, 인테그린, 카드헤린과 같은 다른 단백질에도 결합할 수 있습니다.

2.2 신경섬모단백질 수용체

뉴로필린(NRP)은 NRP-1과 NRP-2로 나뉜다. NRP는 세포 외 도메인 3개를 포함하는 단일 막 관통 당단백질이다. 도메인 B는 VEGF 결합 영역이고, 도메인 A는 도메인 B가 VEGF에 결합하는 것을 촉진한다. 도메인 C는 VEGFR-2에 결합하여 이종 중합체를 형성한다. NRP는 티로신 키나제 활성이 없고 주로 VEGF와 VEGFR-2의 결합을 돕는다. NRP-1은 주로 동맥 내피 기능 조절에 관여하는 반면, NRP-2는 주로 정맥 및 림프 내피 기능 조절에 관여한다.

3. VEGF 패밀리 단백질의 기능

VEGF는 혈관신생, 유지 및 생성에서 중요한 생리적 기능을 하는 매우 특이적인 혈관 내피 성장 인자입니다. 이들은 내피 세포 생존, 증식, 이동, 혈관 증식을 유도하고 혈관 투과성을 증가시킬 수 있습니다.

 

3.1. VEGF의 다양한 하위 유형의 기능

베지프로브-A VEGF121 、 VEGF145 、 VEGF165 、 VEGF183 、 VEGF189 、 VEGF206 으로 나눌 수 있습니다 . 현재 VEGF-A는 지금까지 가장 효과적인 혈관 성장 유도 인자입니다. VEGF165와 VEGF121은 대부분 조직에서 발현될 수 있는 반면, VEGF206은 정상 조직에서는 거의 발현되지 않습니다. VEGF-A는 내피 세포에 특이적으로 작용하는 당화된 유사분열 인자로, 혈관 투과성 증가를 매개하고, 혈관신생, 혈관신생 및 내피 세포 성장을 유도하고, 세포 이동을 촉진하고, 세포 사멸을 억제하는 등 여러 가지 기능을 합니다. VEGF-A는 세포 표면 수용체 VEGFR1과 VEGFR2에 결합하여 기존 혈관에서 새로운 혈관이 성장(혈관신생)하도록 매개합니다. 이 두 수용체는 서로 다른 경로를 통해 작용하여 내피 세포의 증식과 이동, 그리고 관형 구조의 형성을 촉진합니다.

VEGF-B는 대부분 조직, 특히 심장, 골격근 및 췌장에서 발현됩니다. VEGF-B는 VEGF 수용체 1(VEGF R1)에 결합하지만 VEGF R2 또는 VEGF R3에는 결합하지 않습니다. 내피 세포에서 VEGF-B와 VEGF R1 간의 연결은 urokinase 유형 플라스미노겐 활성제 및 플라스미노겐 활성제 억제제 1의 발현 및 활성을 조절하는 것으로 나타났습니다. VEGF-B 단백질의 가수분해 형태는 신경 유도에 관여하는 리간드인 신경플라스민-1(NP-1)에도 결합합니다. VEGF-B 외에도 NP-1은 PLGF-2, VEGF165 및 VEGF R1에 결합하는 것으로 나타났습니다. VEGF-B는 여러 유형의 뉴런에서 중요한 역할을 합니다. 뇌졸중 시 망막 및 피질 신경 세포를 보호하는 데 매우 중요하며, 근위축성 측색 경화증과 같은 운동 뉴런 질환 시 운동 뉴런을 보호하는 데도 매우 중요합니다.

VEGF-C 의 주요 기능 림프관 생성은 주로 수용체 VEGFR-3을 통해 림프관 내피 세포에 작용하여 생존, 성장 및 이동을 촉진합니다. 다양한 모델에서 림프관의 특정 성장 인자입니다. VEGF-C는 또한 VEGF R2와의 상호 작용을 통해 생리적 및 종양 혈관 생성과 혈관 생성을 유도합니다.

VEGF-D 는 VEGF/PDGF 계열의 분비형 당단백질입니다. VEGF는 발달 및 종양 성장 중에 혈관신생과 림프관신생을 조절하는데, 이는 8개의 보존된 시스테인 잔기에 의한 시스틴 노드 구조의 형성을 특징으로 합니다. VEGF-C와 VEGF-D 사이의 아미노산(aa) 서열 동일성은 23%입니다. 마우스와 인간의 VEGF-D는 종 간에 활성을 띠고 처리 중에 향상된 친화력을 나타내는 VEGFR3의 리간드입니다. 처리된 인간 VEGF-D 단백질은 또한 VEGF R2의 리간드입니다. VEGF R3는 림프관 내피 세포에서 강하게 발현되며 림프관 내피 세포의 성장과 분화를 조절하는 데 중요합니다. VEGF-C와 VEGF-D는 모두 종양 림프관신생을 촉진합니다. VEGF 수용체에서의 활동과 일관되게, VEGF-C와 VEGF-D가 신경필리단백질에 결합하면 림프관 생성에서 VEGF R3 신호 전달에 기여합니다. VEGF-D가 여러 인간 암의 종양 조직과 환자 혈청 샘플에서 과발현된다는 것이 확인되었습니다.

피지피에프 (태반 성장 인자)와 PlGF는 VEGF R2/Flk-1/KDR 대신 VEGF R1/Flt-1을 통해 결합하고 신호를 보내는 반면, VEGF는 VEGF R1/Flt-1에 결합하지만 혈관 생성 수용체 VEGF R2를 통해서만 신호를 보냅니다. 따라서 PlGF와 VEGF는 VEGF R1에 결합하기 위해 경쟁하고, 높은 PlGF는 VEGF/VEGF R1 결합을 방지하고 VEGF/VEGF R2 매개 혈관 생성을 촉진할 수 있습니다. 그러나 PlGF(특히 PlGF-1)와 특정 형태의 VEGF는 이량체를 형성하여 VEGF R2에 대한 VEGF의 혈관 생성 효과를 감소시킬 수 있습니다. PlGF는 단핵구 활성화, 이동 및 염증성 사이토카인과 VEGF 생성을 유도합니다. 이러한 활동은 상처, 골절 및 심장 회복을 촉진하지만 활성 겸상 적혈구 질환 및 죽상 경화증에서 염증을 유발합니다. PGF는 영양막 세포의 성장과 분화에 역할을 합니다. 영양막세포, 특히 여분의 영양막세포는 모체 동맥을 침습하는 역할을 합니다. 태반 혈관의 정상적인 발달은 배아의 정상적인 발달에 중요합니다. 정상적인 생리적 조건에서 PGF는 심장, 폐, 갑상선 및 골격근과 같은 다른 기관에서도 낮은 수준으로 발현됩니다.

EG-VEGF , 내분비선 유래 혈관 내피 성장 인자, 모터 단백질 1(PK1)이라고도 알려진 모터 단백질 패밀리의 일원으로, 5쌍의 이황화물 결합을 형성할 수 있는 10개의 보존된 시스테인 잔기를 포함하는 공통 구조적 모티프를 가진 단백질을 분비합니다. EG-VVEGF는 위장관에서 평활근 수축을 효과적으로 자극하는 것으로 입증되었습니다. 또한 EG-VVEGF는 특정 세포에서 VEGF와 유사한 생물학적 활동을 나타내는 조직 특이적 혈관 생성 인자입니다. EG-VVEGF는 배양된 내분비선에서 유래된 내피 세포의 증식과 이동을 유도합니다. EG-VGF는 밀접하게 관련된 두 개의 G 단백질 결합 수용체, 즉 EG-VGF/PK1-R1과 EG-VGF/PK2-R2에 결합하여 활성화합니다. 수용체가 활성화되면 포스포이노시톨 회전이 촉진되고 p44/p42 MAP 키나제 신호 전달 경로가 활성화됩니다.

 

3.2 VEGF의 다양한 아형의 발현 부위

표 1. 다양한 아형의 VEGF 발현 위치

VEGF 패밀리 단백질의 하위 유형	표현 사이트
베지프로브-A	모든 혈관조직
VEGF-B	초기 배아, 심장, 골격근, 혈관평활근, 췌장 및 기타 조직
VEGF-C	초기 배아, 심장, 신장, 폐, 혈관평활근세포 등
혈관내피성장인자(VEGF)-D	초기 배아, 심장, 폐, 골격근, 소장, 혈관평활근 세포 등
VEGF-E	바이러스
VEGF-F	뱀독
피지피지(PIGF)	태반 및 기타 조직
EG-VEGF	내분비선 출처(태반, 고환, 난소, 부신 및 기타 조직)

3.3 질병에서 VEGF의 역할

VEGF와 암

현재, 종양의 혈관신생을 촉진하는 데 있어서 VEGF의 역할과 인간 암의 발병과의 관계에 대한 명확한 연구 결과가 있습니다.

VEGF와 그 mRNA의 높은 발현은 대부분 악성 종양에서 관찰될 수 있으며, 특히 종양 조직에서 혈관 증식이 풍부한 부위에서 관찰됩니다. 종양 세포와 주변 기질에서 분비되는 VEGF는 내피 세포의 증식과 생존을 자극하여 새로운 혈관을 형성합니다. 새로운 혈관은 구조적 이상과 누출이 있을 수 있으며 침습성, 혈관 밀도, 전이, 재발 및 예후와 관련이 있습니다. 따라서 VEGF를 표적으로 삼는 것은 암 치료를 위한 잠재적인 접근 방식입니다.

VEGF는 또한 백혈병과 같은 비고형 종양을 포함한 거의 모든 종양을 포괄할 수 있는 광범위 종양 바이오마커입니다. 골수 조혈 기전에 관여하기 때문에 질병 자체가 VEGF 생성을 촉진하고 VEGF 농도의 변화는 임상 진단을 위한 기준 값이 있습니다. 이는 다른 종양 마커에서는 불가능합니다. VEGF는 종양 세포 클러스터가 고형 종양으로 변형되는 동안 대량으로 생성되기 시작하며, 종종 종양 Tis 및 T1 단계에서 생성됩니다. 이는 종양 스크리닝을 위한 최적의 기간이며 기존의 임상적 방법을 통해 진단할 수 있습니다. 그러나 다른 종양 마커는 대부분 종양의 III 및 IV 단계에서 생성되며 조기 스크리닝에는 거의 의미가 없습니다.

VEGF와 안과 질환

임상에서 많은 신생혈관성 안질환은 눈에서 VEGF의 과발현으로 인해 발생하며, 이로 인해 새로운 혈관이 자라 대량 출혈, 섬유 증식, 견인성 망막 박리, 신생혈관성 녹내장과 같은 심각한 합병증이 발생합니다. VEGF-R2의 경쟁적 억제는 혈관신생을 효과적으로 억제하고 기존 신생혈관의 퇴행을 촉진하며 혈관 누출로 인한 삼출물, 부종 및 염증 반응을 완화하여 망막 신생혈관의 진행을 늦출 수 있습니다. 안과에서 VEGF 억제 약물을 사용하면 질병에 걸린 신생혈관의 성장을 효과적으로 차단하여 안과 질환을 치료할 수 있습니다.

 

또한, VEGF 계열은 림프관 생성, 염증 반응, 조혈 기능 및 신경 보호 효과와도 관련이 있습니다.

4. VEGF 계열 단백질을 올바르게 선택하는 방법은?

4.1. 재조합 인간 VEGF165 및 재조합 인간 VEGF121

인간 VEGF165와 인간 VEGF121은 VEGF-A의 가장 풍부하게 발현되는 하위 유형입니다. VEGF165는 내피 세포 증식, 생존을 자극하고, 혈관신생을 촉진하고, 혈관 투과성을 증가시킬 수 있는 강력한 혈관신생 인자입니다. VEGF121과 VEGF165는 유사한 기능을 가지고 있지만, 차이점은 VEGF121이 세포 표면 헤파린 황산 당단백질(HSPG)에 결합하지 않고 주로 가용성 형태로 존재한다는 것입니다. 그리고 VEGF165는 NRP-1과 NRP-2에 결합하는 능력이 있으므로 VEGF165는 혈관신생을 조절하고 정맥과 림프관의 내피 세포 기능을 조절하는 데에도 역할을 할 수 있습니다. VEGF165와 VEGF121은 모두 내피 세포 증식을 자극하고 혈관 내피 세포 투과성을 증가시킬 수 있습니다. 그러나 VEGF165는 수용체와 결합한 후 주로 MEK와 ERK 경로를 활성화하여 내피세포 증식을 촉진하는 반면, VEGF121은 VEGF165보다 혈관 투과성에 훨씬 더 강한 영향을 미칩니다.

 

4.2. 재조합 인간 VEGF-C와 재조합 인간 VEGF-D의 차이점

VEGF-D는 VEGF-C와 유사하게 기능하여 발달 및 종양 성장 중에 혈관신생과 림프관신생을 조절합니다. VEGF-C와 VEGF-D 사이의 아미노산(aa) 서열 동일성은 23%입니다. VEGF-C는 배아 림프관 발달 중에 VEGF R3의 핵심 리간드이지만, VEGF-D는 신생아 발달 및 뼈 성장 중에 림프관의 성숙에 가장 중요한 역할을 합니다. 둘 다 종양 림프관신생을 촉진합니다. VEGF 수용체에 대한 이들의 활동은 일관적입니다. VEGF-C와 VEGF-D가 신경 필리단백질에 결합하면 림프관신생에서 VEGF R3 신호 전달이 용이해지고, 인테그린 α9β1에 결합하면 내피 세포 접착 및 이동 이 매개됩니다. 종양 세포에서 VEGF- C 의 과발현은 종양 림프관신생을 유도하여 림프관 흐름이 증가하고 국소 림프절로 전이될 수 있습니다. 또한 VEGFR2와 상호 작용하여 생리적, 종양 내 신생 혈관 형성과 혈관 신생을 유도합니다.

표 2. VEGF 패밀리 단백질 하위 유형의 차이점

제품 이름	고양이	수용체	역할
인간 VEGF165	91502ES	VEGFR-1 、 VEGFR-2 、 NRP-1 、 NRP-2 、 HSPGs	내피세포 증식(우선순위), 생존을 자극하고, 혈관신생을 촉진하고, 혈관 투과성을 증가시킵니다.
인간 VEGF121	91503ES	VEGFR-1 、 VEGFR-2	내피세포 증식과 생존을 자극하고, 혈관신생을 촉진하고, 혈관투과성을 증가시킨다(우선순위).
인간 VEGF-C	95332ES	VEGFR-2 、 VEGFR-3 NRP-1 、 NRP-2	종양 전이와 관련된 림프관 형성 유도
인간 VEGF-D	91501ES	VEGFR-2 、 VEGFR-3 、 NRP-2	종양 전이와 관련된 림프관 형성 유도
인간 EG-VEGF	91504ES	프로KR1	내분비선 내피세포의 증식과 이동을 촉진합니다.

 

5. 참고문헌

[1]. Silvia Silva-Hucha, Angel M. Pastor, Sara Morcuende.시각 운동계의 운동 뉴런에 대한 혈관 내피 성장 인자의 신경 보호 효과.Int. J. Mol. Sci. 2021, 22(2), 814.

6. 관련상품

제품 이름	고양이	명세서
인간 VEGF165	91502ES	10μg/100μg/500μg
인간 VEGF121	91503ES	10μg/100μg/500μg
인간 VEGF-C	95332ES	25μg/100μg/500μg
인간 VEGF-D	91501ES	25μg/100μg/500μg
인간 EG-VEGF	91504ES	5μg/100μg/500μg
인간 VEGFR2/KDR, mFc 태그	93104ES	25μg/100μg/500μg
인간 VEGFR2/KDR 단백질, His 태그	93281ES	25μg/100μg/500μg