血管內(nèi)皮生長因子與腫瘤血管生成的研究進(jìn)展＊

宋姍姍 劉明華

(瀘州醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)教研室,四川 瀘州 646000)

惡性腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移依賴于血管生成(Angiogenesis)。當(dāng)腫瘤體積超過2～3mm3后局部缺血缺氧[1],需要產(chǎn)生新的毛細(xì)血管以維持腫瘤的生長,豐富的血管可向腫瘤提供足夠的營養(yǎng)物質(zhì),清除各種降解產(chǎn)物,腫瘤細(xì)胞亦經(jīng)血管進(jìn)入血液循環(huán)發(fā)生血行轉(zhuǎn)移,否則腫瘤將發(fā)生退行性壞死[2]。

腫瘤血管生成是一個(gè)多因素調(diào)節(jié)的復(fù)雜過程,自Forkman于1973年提出腫瘤血管生成因子(Tumor angiogenesis factor,TAF)這個(gè)概念以來,已陸續(xù)發(fā)現(xiàn)30余種血管生成因子,如VEGF、堿性/酸性成纖維細(xì)胞生長因子(b/a FGF)、血小板衍生內(nèi)皮生長因子(PD-ECGF)、轉(zhuǎn)化生長因子-α/β(TGF-α/β)等,其中VEGF是迄今鑒定出來的最強(qiáng)效、最特異的促腫瘤血管生成因子,它的大量表達(dá)預(yù)示著腫瘤的生長與新生血管的形成。雖然抑制各種促血管生成因子都可以降低腫瘤的生長,但VEGF與其受體 VEGFR仍是抗腫瘤血管生成最主要的靶點(diǎn)[3]。

1 VEGF家族及其受體

VEGF是以二硫鍵連接的寡二聚體糖蛋白,分子量為35～40 kDa。VEGF 是一個(gè)細(xì)胞因子家族,包括 VEGF-A 、-B、-C、-D、-E和胎盤生長因子(Placenta growth factor,PLGF)等多個(gè)成員,而選擇性的剪切VEGF-A的基因,結(jié)果得到四種分子的氨基酸數(shù)目可變的主要亞型,包括 VEGF-A121、VEGF-A165、VEGF-A189和 VEGF-A206,其中最突出的是VEGF-A165,在血漿循環(huán)中被發(fā)現(xiàn)并定位于細(xì)胞外基質(zhì)[4,9]。

VEGF主要表達(dá)于血管內(nèi)皮細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞、某些炎癥細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞等,必須同受體結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)其作用,VEGFR有：VEGFR-1(Flt-1)、VEGFR-2(KDR/Flk-1)、VEGFR-3和Neuropilin-1(NRP-1),前三種均為酪氨酸激酶受體,與VEGF結(jié)合后引發(fā)受體自身酪氨酸磷酸化和酪氨酸激酶活性,激活一系列的信號(hào)途徑從而發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。VEGFR-1和VEGFR-2選擇性的表達(dá)在血管內(nèi)皮細(xì)胞[5],而VEGFR-3主要表達(dá)在淋巴內(nèi)皮細(xì)胞和腫瘤血管細(xì)胞。

VEGF及其受體的表達(dá)受到很多因素的影響,即：①氧濃度：組織缺氧能提高VEGF mRNA的轉(zhuǎn)錄水平并增加其穩(wěn)定性,顯著地上調(diào)VEGF的表達(dá)。②癌基因和抑癌基因：研究已較為明確的是它們通過調(diào)控VEGF誘導(dǎo)的血管形成反應(yīng)促進(jìn)腫瘤生長。如Src和Ras等癌基因以及p53、p73和VHL等抑癌基因?qū)EGF的表達(dá)均起著重要的調(diào)控作用。③細(xì)胞因子和其他介質(zhì)：許多細(xì)胞因子、生長因子和脂質(zhì)介質(zhì)都能夠上調(diào)VEGF 的表達(dá),如 EGF、TGF-α/β、FGF-2、TNF、胰島素樣生長因子(IGF)、肝細(xì)胞生長因子(HGF)、IL-1、IL-2等。 ④激素：許多產(chǎn)生類固醇激素并受激素調(diào)節(jié)的細(xì)胞如腎上腺皮質(zhì)、黃體和睪丸間質(zhì)細(xì)胞也表達(dá)VEGF。⑤腫瘤細(xì)胞的密度：當(dāng)細(xì)胞密度達(dá)到臨界值時(shí)可以通過產(chǎn)生VEGF來啟動(dòng)新生血管的形成。⑥其他：其他能夠直接或間接地增強(qiáng)VEGF表達(dá)或生物活性的因素還有：溶血磷脂酸、腺苷、凝血酶、血小板凝集、酸中毒、切割應(yīng)激等[6]。了解這些影響因素有助于更好的開發(fā)和使用VEGF相關(guān)的靶向制劑。

2 腫瘤血管生成的過程及意義

腫瘤新生血管通過以下三個(gè)步驟形成：①腫瘤血管生成的啟動(dòng)：當(dāng)腫瘤體積＞2 mm3后,腫瘤細(xì)胞自發(fā)性增殖,導(dǎo)致局部缺血缺氧,刺激血管生成的同時(shí)產(chǎn)生多種促血管生成因子,這些因子刺激產(chǎn)生大量蛋白酶,從而降解基膜并形成新生血管的牙胚[7];②血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移：牙胚周圍的血管內(nèi)皮細(xì)胞在各種促血管生長因子的作用下迅速增殖并穿過牙胚向腫瘤組織定向遷移;③腫瘤新生血管的成熟：新增殖的血管內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)一步與血管外基質(zhì)和周圍的間質(zhì)細(xì)胞相互作用,形成完整的血管結(jié)構(gòu)[8-9]。

血管生成的意義主要體現(xiàn)在它是惡性腫瘤細(xì)胞生長、增殖、轉(zhuǎn)移不可或缺的重要條件之一。近年來大量實(shí)驗(yàn)和臨床研究證實(shí)：血管化腫瘤的生長速度明顯大于未血管化的腫瘤,并且高血管密度腫瘤的轉(zhuǎn)移率也明顯高于低血管密度的腫瘤。這些結(jié)果均表明：不僅腫瘤的生長是血管生成依賴的,而且腫瘤的轉(zhuǎn)移同樣是血管生成依賴的[9]。因此,通過干擾腫瘤血管的生成可以抑制腫瘤的生長和腫瘤的轉(zhuǎn)移。目前,抗腫瘤血管生成已經(jīng)發(fā)展成為治療腫瘤的一種重要方法。

腫瘤組織的血管生成與組織發(fā)育或損傷修復(fù)過程中的血管生成有明顯不同,有如下特點(diǎn)：①腫瘤血管生成過程存在大量腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生的促血管生成因子;②腫瘤細(xì)胞的增殖總是明顯大于腫瘤血管的增殖;③腫瘤的血管生成是一個(gè)不能自我調(diào)控?zé)o休止的惡性循環(huán)過程。認(rèn)識(shí)腫瘤血管生成的這些特性對理解腫瘤血管生成的機(jī)制和意義非常重要,因?yàn)檎怯捎谀[瘤的血管生成不同于生理及組織損傷條件下的血管生成,抗腫瘤血管生成治療腫瘤才可能具有選擇性和特異性。

3 VEGF與腫瘤血管的生成

血管生成在腫瘤生長、轉(zhuǎn)移中的重要地位也確定了腫瘤新生血管相關(guān)的生長因子對于腫瘤治療及判定預(yù)后有重要意義。目前發(fā)現(xiàn)VEGF促血管生成的機(jī)制包括：(1)VEGF誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)整合素-1(Integrin-1)、αv、β3 、β5及其配體,介導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞遷移和浸潤;(2)VEGF誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞分泌多種組織蛋白酶,降解細(xì)胞外基質(zhì),介導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞遷移,誘導(dǎo)新生血管形成。腫瘤組織中的微血管來源有兩種：一種是腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生的血管內(nèi)皮生長因子,誘導(dǎo)瘤體生成微血管;另一種是殘存于瘤體的宿主血管逐漸演變?yōu)槟[瘤血管,即宿主血管的腫瘤化[10]。

目前普遍認(rèn)為VEGF在腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)至少通過以下三種分子通道：(1)缺氧直接促進(jìn)VEGF的基因轉(zhuǎn)錄,并保持VEGF mRNA的穩(wěn)定性,使腫瘤中的VEGF水平上調(diào);(2)腫瘤自分泌的生長因子,如TGF-α,刺激腫瘤生長的同時(shí)引起腫瘤以旁分泌方式分泌 VEGF;(3)癌基因/抑癌基因直接參與VEGF的調(diào)控：活化Ras基因的表達(dá)可在促進(jìn)有關(guān)組織發(fā)生癌變的同時(shí),使該組織新生血管數(shù)目增加10倍以上[11]。

4 其他相關(guān)生長因子對VEGF與腫瘤血管生成的影響

4.1 堿性成纖維細(xì)胞生長因子(bFGF)

bFGF及其受體在惡性黑色素瘤、卵巢癌和非小細(xì)胞肺癌中高水平表達(dá),可誘發(fā)血管生成的前期變化,如膠原蛋白的產(chǎn)生和血管樣結(jié)構(gòu)的形成,并最終導(dǎo)致新生血管的生成;還刺激VEGF分泌,并與其有良好的協(xié)同作用。在腫瘤血管形成過程中,VEGF能夠刺激內(nèi)皮細(xì)胞分泌bFGF,bFGF又通過自分泌和旁分泌方式增強(qiáng)自身的血管生成活性[12]。

4.2 血管生成素(Angiopoietin)

如同VEGF,血管生成素在血管的生成過程中也發(fā)揮重要作用。四種血管生成素都結(jié)合Tie-2受體,介導(dǎo)血管穩(wěn)固化信息。即使存在大量VEGF,Ang-1也可降低血管的漏出;而Ang-2主要表達(dá)在包括腫瘤組織在內(nèi)的激活的血管生成點(diǎn),表明它可能涉及活化后新生血管的組裝[9]。

4.3 轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)

TGF-β與細(xì)胞增殖分化、血管形成和創(chuàng)傷愈合有關(guān)。TGF-β的免疫抑制作用具有促進(jìn)癌細(xì)胞生長的作用,這可能與TGF-β能干擾腫瘤特異性細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞產(chǎn)生和促進(jìn)血管及腫瘤基質(zhì)形成有關(guān)[13]。針對TGF-β信號(hào)途徑中的異常分子的治療方法可能將有助于改善腫瘤患者的免疫功能,抑制腫瘤的進(jìn)展。

4.4 其他生長因子

其他相關(guān)的細(xì)胞因子還包括血小板衍生生長因子(PDGF)、肝細(xì)胞生長因子(HGF)、組織因子(Tissue factor,TF)等。PDGF是成纖維細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞等細(xì)胞的一個(gè)強(qiáng)有絲分裂原,可以通過旁分泌作用刺激腫瘤新生血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)和分泌VEGF,促進(jìn)微血管外膜細(xì)胞的募集,刺激腫瘤血管形成[14]。HGF是由內(nèi)皮和上皮細(xì)胞產(chǎn)生的一種較強(qiáng)的促血管生成因子,目前的研究提示其在腫瘤的發(fā)生、侵襲和轉(zhuǎn)移中具有非常重要的作用。同時(shí)它還是一個(gè)強(qiáng)效的血管形成刺激因子,在體外能夠刺激內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移,體內(nèi)可刺激新生血管的形成[15]。TF一直被視為是一種凝血起始因子,它參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)的傳遞和腫瘤血管生成的調(diào)節(jié),并可能與VEGF的表達(dá)和患者的生存狀況有關(guān)。另外,白細(xì)胞介素-8、上皮-嗜中性粒細(xì)胞激活肽(ELR-CXC chemokines)亦被發(fā)現(xiàn)與血管生成調(diào)節(jié)有關(guān)。

5 以VEGF為靶點(diǎn)的腫瘤治療

5.1 現(xiàn)狀

近年來,抗血管生成逐漸發(fā)展成為傳統(tǒng)抗腫瘤治療的一個(gè)新的替代或補(bǔ)充療法,許多抑制腫瘤血管形成或以腫瘤血管為靶點(diǎn)的治療方案已經(jīng)在小鼠腫瘤模型中取得成功。與傳統(tǒng)的放化療相比,這些新方法毒性相對較低,容易做到對腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞的高選擇性,并且長時(shí)間治療不易產(chǎn)生腫瘤耐藥。

VEGF在腫瘤血管形成中的重要作用使其成為抗腫瘤血管形成治療的靶點(diǎn)之一。相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明VEGF及其受體的抗體可以阻斷VEGF介導(dǎo)的血管形成效應(yīng),有效的抑制小鼠腫瘤的生長,減小瘤體積[9,16]。目前已經(jīng)有超過20種抗腫瘤血管生成藥物正在進(jìn)行臨床期的評價(jià),且在所開發(fā)的抗腫瘤血管生成藥物中,以各種促血管生成因子或相關(guān)受體為靶點(diǎn)的制劑最多。

5.2 存在的問題

在VEGF為靶點(diǎn)的治療已成為治療熱點(diǎn)的同時(shí),該靶點(diǎn)藥物的開發(fā)還存在一些問題：(1)大多數(shù)的臨床腫瘤病人其腫瘤組織中都存在已形成的腫瘤血管,雖然抗腫瘤血管生成可以抑制新生血管的形成,但是對那些已經(jīng)形成的腫瘤血管往往無效;(2)目前以VEGF/VEGFR為靶點(diǎn)抑制腫瘤血管生成的藥物療效還偏低,抑制血管生成的有效性還有待提高;(3)腫瘤的血管生成涉及多網(wǎng)絡(luò)多環(huán)節(jié)及多因素,干擾其中任意一方或阻斷血管生成的任一個(gè)環(huán)節(jié)都不能取得滿意的效果;(4)各種腫瘤的性質(zhì)、起源和定位有明顯的差異,對腫瘤血管生成的影響因素及敏感度亦不相同,因此一種藥物不能對所有的腫瘤都有效;(5)促進(jìn)血管生成的VEGF等信號(hào)因子和它們之間的信號(hào)通路研究還不夠深刻,這限制了高特異性靶向藥物的開發(fā)。

5.3 展望

Folkman在2007 AACR年會(huì)上分析了單用抗血管生成藥物無效的原因：僅阻斷一條或幾條通路會(huì)引起其他通路的代償性增強(qiáng),影響了抗腫瘤血管生成的治療效果。只有通過多靶點(diǎn)多通路的綜合控制才能有效抑制血管生成和腫瘤的生長,并提出合并使用幾種抗血管生成藥物,直接靶向內(nèi)皮細(xì)胞或阻斷血管生成網(wǎng)絡(luò)[17]。因此,以VEGF為靶點(diǎn)的制劑研發(fā)可以從以下幾個(gè)方面展開：(1)更加深入的進(jìn)行基礎(chǔ)研究。發(fā)現(xiàn)多網(wǎng)絡(luò)中是否有共同的通路,以達(dá)到抑制其一即可控制多網(wǎng)絡(luò),為腫瘤治療尋找更加有效、特異的治療靶點(diǎn)。尤其應(yīng)該以血管內(nèi)皮細(xì)胞為主要抑制對象,提高選擇性。(2)不同藥物的聯(lián)合使用?？梢葬槍Σ煌哪[瘤血管生長因子、抑制因子,通過多靶點(diǎn)多通路的綜合控制而抑制腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移,從而提高抗腫瘤療效。(3)靶向藥物治療與其他療法相加的綜合治療。靶向藥物治療與放化療、手術(shù)療法及中藥療法相結(jié)合,根據(jù)病人個(gè)體化差異提出個(gè)性化的綜合治療手段,提高治療腫瘤的效果。

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