血管新生(angiogenesis)是指由已經存在血管再長出新的血管來,在血管新生的過程中,微血管網進行重組並形成動脈和靜脈,而脈管生成(vasculogenesis)是指胚胎發育時,最初生成的新血管而言(Choi, 1998)。血管新生的特徵包括基底膜酵素的降解、血管內皮細胞的移行、增生和管狀形成(tube formation)(Klagsbrun and D’Amore, 1996)。「血管新生」在腫瘤的生長與糖尿病所引起的血管病變,是其病理過程重要特徵。因此、研究調控血管新生的機制成為目前研究特定疾病的重點課題。
刺激血管新生的因子有非常多,目前被發現而且證實刺激血管新生的因子包括FGF-1、FGF-2 、VEGF、TNFα、angiogenin、TGFα、TGFβ、PD-ECGF、IL-8另外也有血管新生的抑制因子像是thrombospondin、cartilage-derived inhibitor、platelet-factor 4、angiostatin、interferons-α和interferons-β(表二)(Klagsbrun and D’Amore, 1996;Ramesh and Ashok Shenoy, 2003)。
血管新生一詞最早是由Rudolf Steiner在西元1900年所提出,但是運用在癌症治療上卻是西元1971年時Folkman所提出的腫瘤需靠血管新生才能存活的理論,同時Folkman也提出腫瘤會分泌某種物質去刺激血管新生,因此當時Folkman將此物質取名為腫瘤血管新生因子(tumor angiogenesis factor,簡稱TAF)(Folkman, 1971)。1977年時Dvorak觀察到腫瘤會分泌一種物質讓腫瘤的血管通透性增加,血纖維蛋白原(fibrinogen)會從血管液滲漏到腫瘤組織中,因此當時Dvorak便命名此種物質為血管通透因子(vascular permeability factor,簡稱VPF)。直到1989年,由Ferrara純化出能促進血管新生的物質,並且命名為血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,簡稱VEGF)(Ferrara and Henzel, 1989)。後來證明,不管是Folkman、Dvorak或是Ferrara,他們所發現能促進血管新生的物質,都是同一種物質。而此物質也是能刺激血管新生的眾多物質中,除了纖維母細胞生長因子(fibroblast growth factor,簡稱FGF)之外,刺激血管新生最重要的一個因子,此因子後來就稱為血管內皮生長因子(Ferrara and Henzel, 1989;Pepper et al., 1992)。
血管內皮生長因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)是血管內皮細胞生長和存活最重要的因子之一,是調控血管內皮細胞增生、血管新生、脈管生成和血管通透(permeability)最主要的一個調控因子。(Klagsbrun and D’Amore, 1996)。許多細胞均會分泌血管內皮生長因子包括血管內皮細胞、腫瘤細胞、吞噬細胞、T細胞、平滑肌細胞、腎臟細胞、間質細胞、角質細胞、星狀細胞、成骨母細胞等(Klagsbrun and D’Amore, 1996)。血管內皮生長因子家庭成員包含VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D和PIGF(placenta growth factor),其分子結構是由單一VEGF的基因(含有八個exon)所組成,VEGF mRNA會經由選擇性剪裁(alternative splicing),剪裁成多個不同長短之mRNA,這些不同長短之mRNA會編碼(encode)出不同長度VEGF的胺基酸序列,包含VEGF121、VEGF165、VEGF189和VEGF206(Tischer et al., 1991;Houck et al., 1991; Houck et al., 1992)。其中以VEGF165的量最多,普遍存於各已研究生物之中(Zachary and Gliki, 2001)。這些大小不同的血管內皮生長因子主要的區別是在第六和第七個exon是否有與肝素(heparin)結合以及是否具有肝素-硫酸鹽基結合的功能區(heparan-sulfate binding domains)(Neufeld et al., 1996)。血管內皮細胞藉由跟酪胺酸激酶接受器(Tyrosine kinase receptor)的結合而具有活性,這些酪胺酸激酶接受器包括像是KDR/Flk-1、Flt-1和Flt-4(Klagsbrun and D’Amore, 1996)。
因此,近年來陸續發現血管內皮生長因子和血管內皮生長因子接受器的結構和生物活性在調控血管內皮生長因子的表現上非常重要,而且對於血管的生長扮演重要的角色。胚胎發育時血管的生成與血管內皮生長因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)的量有很大的關係,研究指出,老鼠在胚胎時,雙股VEGF的對偶基因若一股VEGF的對偶基因缺失時,血管發育會產生異常,而且受精11天後胚胎便無法存活(Carmeliet et al., 1996),若老鼠的血管內皮生長因子接受器(VEGF receptor)基因缺失也會造成懷孕早期時胚胎的死亡。但是這樣並無法很精確的去瞭解VEGF經過VEGF receptor之間信息傳遞(signal transduction)所造成血管內皮細胞的行為,因此Drake 等人利用鳥類的胚胎去研究證實,VEGF很顯著的增加血管內皮細胞突出的活動力(protrusive activity),VEGF和VEGF receptor的信息傳遞調控血管內皮細胞突出的活動力,是決定血管形態改變的重要關鍵,並指出VEGF的功能是啟動血管形態改變的因子利用鰻魚
嘗試利用VEGF提高鰻苗之存活率與發育速度??
依據漁業署漁業年報,台灣地區養成鰻產值約新臺幣88億元,其中超過60﹪係外銷出口為我國爭取龐大外匯。鰻魚養殖生產成本中,鰻苗費用為其重要之成本支出,鰻苗支出占50%左右。另一方面,鰻魚人工繁殖仍未符合商業效益與規模,鰻苗來源完全依靠天然捕撈或進口。因天然捕撈或進口的鰻苗來源不穩定,所導致的價格波動, 成爲養鰻魚事業發展的限制因素。台灣地區養鰻已形成分工,採捕或進口的鰻苗多需經專業培苗場進行中間育成,由每公斤5千尾以上(鰻線)11尾以上(幼鰻)後,再銷售給下游養成業者。而專業培苗業者由於養殖期別短,年間需數次交替養殖,始能充分供應下游成鰻養殖業者。其中高死亡率發生於鰻線馴餌時期,即漁民稱為「肝腎病」,其原因係由於革蘭氏陰性桿菌 Edwardsiella tarda感染所引起「愛德華氏病」,大部份是生餌絲蚯蚓所帶入之病源,導致感染而死亡。目前,其原因、預防及治療方法已大致確定,利用抗生物質與消毒劑為目前普遍使用的方法,且可達一定成效。從胚胎發育的觀點來看,鰻魚由柳葉鰻苗 (leptocephalus)、鰻線(glass eel)、幼鰻(elver)、小鰻(juvenile eel)、黃鰻 (yellow eel),黃鰻再長成銀鰻 (silver eel),這過程不啻變態發育(metamorphosis),可歸為廣意的胚胎發育(embryo development)。 在胚胎發育過程中,血管新生(angiogenesis)扮演很重要的角色,因為血液循環是生命運作的第一個系統,而血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)是造成血管新生與血球分化最重要的因子,缺乏VEGF時,則會造成血管形成的缺陷與胚胎死亡。事實上,魚類生活史中,90%以上的死亡發生在初期生活史,因此初期生活史的成長與存活,成為影響魚類資源最重要的因子之一。報告指出VEGF 不只影響胚胎發育,也影響出生後的幼期 (early postnatal life)至成年期(adulthood)的成長。而幼期發育時如果利用VEGF拮抗劑,所發生的結果就是腎衰竭所引起的急性死亡,而主要病理是絲球體微血管功能受抑制,鰻線及幼鰻在馴養期間如遭受愛德華氏病感染時腎臟腫大潰瘍型病徵類似。在鰻魚人工繁殖仍未達到商業效益與規模的前提下,轉殖特定基因促進鰻苗發育有其成本與可行性考慮之必要,