血管生成擬態(tài)生物學(xué)特性及在腫瘤治療中的研究進(jìn)展

周子墨，武世伍

腫瘤血管和腫瘤的生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移等有著密切聯(lián)系。大多數(shù)實(shí)體腫瘤都起源于沒(méi)有血管的惡性細(xì)胞的聚集。雖然無(wú)血管的三維聚集的腫瘤細(xì)胞可以通過(guò)單純擴(kuò)散作用和周圍環(huán)境進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的交換，但其生長(zhǎng)具有自限性(直徑最多為1～2 mm)。只有在富含營(yíng)養(yǎng)的血液流動(dòng)引發(fā)時(shí)，腫瘤快速生長(zhǎng)、浸潤(rùn)以及向其他器官轉(zhuǎn)移才成為可能[1]。血管生成擬態(tài)(vasculogenic mimicry，VM)是由MANIOTIS等[2]在研究高侵襲性葡萄膜黑素瘤微循環(huán)時(shí)發(fā)現(xiàn)的一種與胚胎發(fā)育中的血管新生類似的特殊的腫瘤微環(huán)境模式。隨后，各項(xiàng)研究[3-5]證實(shí)在許多實(shí)體腫瘤中都有VM的存在。這一理論的提出是對(duì)以往的腫瘤微環(huán)境模式的挑戰(zhàn)，也是其一個(gè)重要的補(bǔ)充。在研究中還發(fā)現(xiàn)晚期癌癥病人的預(yù)后與腫瘤組織中的血管擬態(tài)具有明顯的相關(guān)性[6]，這為腫瘤的轉(zhuǎn)移評(píng)估和預(yù)后提供了更多的方法，也為腫瘤的抗血管治療提供了新的視野。本文就VM的生物學(xué)特性和VM在腫瘤治療的最新研究作一綜述。

1 VM生物學(xué)特性

1.1 VM的結(jié)構(gòu)和功能 FOLBERG等[7]對(duì)VM的定義為由侵襲性腫瘤細(xì)胞而非內(nèi)皮細(xì)胞連接、以細(xì)胞外基質(zhì)成分為分界而形成的微循環(huán)管道。研究[2]發(fā)現(xiàn)VM管壁呈高碘酸-希夫(periodic acid-Schiff,PAS)染色陽(yáng)性，CD31、CD34等內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志物染色為陰性，表明VM管壁不是由內(nèi)皮細(xì)胞而是直接由腫瘤細(xì)胞構(gòu)成，這種管道模式為惡性腫瘤提供充足的血供，在腫瘤的生長(zhǎng)中起著重要作用。研究[1]顯示VM與宿主血管存在連接點(diǎn)，這使腫瘤細(xì)胞能夠更容易地通過(guò)基底膜樣物進(jìn)入血液，從而有利于腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。VM的形態(tài)具有多樣性，F(xiàn)OLBERG等[8]首先將PAS陽(yáng)性圖案分為大約7種，并歸納為兩類：管狀和圖紋狀[7]。

1.2 VM的起源 對(duì)于VM這一概念提出，尚存在一些爭(zhēng)議。FOSS等[9]認(rèn)為VM是腫瘤組織內(nèi)紅細(xì)胞外滲后的反應(yīng)性表現(xiàn)。而在后來(lái)的一系列研究結(jié)果提示，VM可能是侵襲性腫瘤的一種特殊的特性[4]，為這一學(xué)說(shuō)提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。VM的形成包括惡性腫瘤細(xì)胞的可塑性、細(xì)胞外基質(zhì)的重構(gòu)和VM與宿主循環(huán)系統(tǒng)的鏈接3個(gè)因素[10]。VM是腫瘤早期生長(zhǎng)的主要血供方式；在中期因?yàn)槟[瘤體積增大，血管內(nèi)皮增厚，出現(xiàn)馬賽克血管；最終，內(nèi)皮依賴性血管取代馬賽克血管成為主要的血供方式。腫瘤細(xì)胞逐漸滲入血管內(nèi)壁，并最終完全取代血管內(nèi)皮細(xì)胞，形成VM。在最新的研究[11]中發(fā)現(xiàn)，腫瘤干細(xì)胞樣細(xì)胞(cancer stem-like cells，CSLCs)在VM的形成中可能有著重要的作用。

1.3 VM形成的分子機(jī)制 目前VM的研究主要集中在其形成的分子機(jī)制和信號(hào)通路，而其詳細(xì)的調(diào)控機(jī)制尚不清楚。在對(duì)黑素瘤等腫瘤細(xì)胞的相關(guān)研究[10]中發(fā)現(xiàn)一些信號(hào)分子和胚胎血管新生中的信號(hào)分子相似。這些分子在腫瘤轉(zhuǎn)移、侵襲和基質(zhì)重建中都有重要作用，包括血管內(nèi)皮鈣黏蛋白(vascular endothelial cadherin，VE-cadherin)，上皮細(xì)胞激酶(EPH receptor A2，EphA2)，磷脂酰肌醇激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)，層黏連蛋白5γ2(laminin 5γ2，Ln-5γ2)，基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metallopeptidases，MMPs)，低氧誘導(dǎo)因子1α(hypoxia inducible factor 1，HIF-1α)，局部黏著斑激酶(focal adhesion kinase，F(xiàn)AK)。

在研究中還發(fā)現(xiàn)其他分子的調(diào)控作用。環(huán)腺苷酸(cyclic AMP，cAMP)介導(dǎo)的信號(hào)通路與內(nèi)皮祖細(xì)胞的分化有關(guān)[12]，并可通過(guò)多條通路影響腫瘤細(xì)胞可塑性。最近研究[13]發(fā)現(xiàn)福斯克林(Forskolin)可以提高cAMP水平，激活Epac/Rapl信號(hào)通路，抑制ERK1/2和PI3K/Akt通路，抑制VM的形成。

Nodal、Notch等與腫瘤細(xì)胞的自我更新和維持分化能力相關(guān)。Nodal基因?qū)儆赥GF-β家族，包括4 種Notch的亞型(Notch-1/2/3/4)。有研究[14]發(fā)現(xiàn)Notch-1 的缺失與小鼠嚴(yán)重的脈管重塑障礙有關(guān)，并可能導(dǎo)致小鼠死亡。Notch-4 缺失雖不會(huì)影響脈管系統(tǒng)，但Notch-1/4雙突變會(huì)導(dǎo)致更加嚴(yán)重的脈管形成障礙。Notch 及其亞型在脈管形成中的作用提示其可能與促進(jìn)內(nèi)皮祖細(xì)胞樣的腫瘤細(xì)胞可塑性能力有關(guān)。而在惡性黑素瘤(malignant melanoma,MM)細(xì)胞中，Nodal的表達(dá)上調(diào)，激活的Nodal信號(hào)可以增強(qiáng)VE-cadherin的表達(dá),進(jìn)而促進(jìn)VM形成，當(dāng)抑制Nodal的表達(dá)，VE-cadhein的表達(dá)下降，進(jìn)而抑制VM形成和MM細(xì)胞的侵襲能力[15]。

此外在相關(guān)研究[16-19]中還發(fā)現(xiàn)缺氧誘導(dǎo)因子(hypoxia-inducible factor，HIF)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、半乳凝素-3(galectin-3，Gal-3)、遷移誘導(dǎo)蛋白-7(migration-inducing protein 7,Mig7)、環(huán)氧酶(cyclooxygenase，Cox)等也與VM形成有關(guān)。

2 VM臨床意義

在過(guò)去的幾年中，抗血管生成療法已經(jīng)成為一種有效的癌癥治療策略和手段。通過(guò)抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖和/或內(nèi)皮細(xì)胞遷移到缺氧的腫瘤組織，從而阻礙腫瘤細(xì)胞氧氣和營(yíng)養(yǎng)的供應(yīng)。VM為多種腫瘤治療提供了新的靶點(diǎn)，有重要的臨床意義。

2.1 MM MM作為最具侵襲性的高度惡性腫瘤，死亡率占皮膚惡性腫瘤第一位[20]。在對(duì)MM的研究中，發(fā)現(xiàn)并提出了VM這一概念[2]。近年來(lái)，隨著對(duì)MM發(fā)生分子機(jī)制的探索不斷深入，分子靶向治療受到越來(lái)越多的關(guān)注。ORECCHIA等[21]發(fā)現(xiàn)，活性黏結(jié)合蛋白多糖-1(syndecan-1)與其他VM標(biāo)志物共表達(dá)，通過(guò)人類特異性重組抗體OC-46F2阻斷Syndecan-1活性后，MM細(xì)胞失去了在體外形成類似管狀結(jié)構(gòu)的能力。在使用OC-46F2作為單一治療或與腫瘤血管生成相關(guān)聯(lián)b-fibronectin isoform(B-FN)的免疫細(xì)胞因子L19-IL2聯(lián)合，觀察到血管密度的顯著降低和VM結(jié)構(gòu)的喪失。這體現(xiàn)了syndecan-1在MM VM中的作用，而syndecan-1和B-FN有望成為轉(zhuǎn)移性MM治療的新靶點(diǎn)。目前針對(duì)基質(zhì)金屬蛋白-2(matrix metalloproteinase-2,MMP-2)的研究[22]表明，MMP-2的分泌和表達(dá)在VM形成中起到關(guān)鍵作用，針對(duì)MMP-2的分子靶向藥物和標(biāo)志物受到人們的關(guān)注。去甲斑蝥素(norcantharidin，NCTD)通過(guò)抑制MMP-2表達(dá)，抑制腫瘤的生長(zhǎng)和MM的形成，在MM細(xì)胞的形成中起著重要的作用[23]，表明NCTD是一種潛在的MM靶向治療藥物。Rictor是雷帕霉素靶蛋白復(fù)合體2(rapamycin-insensitive complex of mTOR,mTORC2)的重要組成部分，其通過(guò)AKT-MMP-2/9通道，起到調(diào)節(jié)VM的作用[24]，提示Rictor可能是一個(gè)VM形成的潛在生物標(biāo)志物,可以用來(lái)預(yù)測(cè)MM病人的預(yù)后。因此在治療MM的新治療方案中，通過(guò)把傳統(tǒng)藥物和目前最先進(jìn)的靶向治療策略相結(jié)合，有針對(duì)性的治療將具有巨大的潛力。

2.2 肺癌 肺癌作為現(xiàn)今第二多被診斷出的癌癥，因其死亡率極高[25]，被廣泛關(guān)注。WHO將肺癌分為小細(xì)胞肺癌(small cell lung cancer,SCLC)和非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)。對(duì)VM在NSCLC中的發(fā)生機(jī)制研究中我們發(fā)現(xiàn)多種因子的表達(dá)可以作為腫瘤不良預(yù)后的潛在標(biāo)志和靶向治療的新靶點(diǎn)。WU等[26]發(fā)現(xiàn)CD133在VM中表達(dá)明顯高于正常水平，提示CD133和VM的積極表達(dá)與腫瘤分化、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、臨床分期和預(yù)后有關(guān)。YAO等[11]發(fā)現(xiàn)DKK1可以通過(guò)誘導(dǎo)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)和腫瘤干細(xì)胞(cancer stem-like cell，CSC)相關(guān)蛋白的表達(dá)來(lái)促進(jìn)VM的形成，并且顯著地促進(jìn)了NSCLC腫瘤細(xì)胞的遷移、入侵和增殖，提示DKK1可作為預(yù)后不良的指標(biāo)和治療目標(biāo)。WU等[27]研究發(fā)現(xiàn)，在NSCLC的入侵和轉(zhuǎn)移過(guò)程中，乳腺絲抑蛋白(Maspin)的表達(dá)可能會(huì)受到影響，與VM存在一定的關(guān)系。結(jié)合Maspin、VM和腫瘤微血管密度(microvessel density,MVD)的聯(lián)合檢測(cè)可以幫助預(yù)測(cè)NSCLC的發(fā)生進(jìn)展和預(yù)后。LI等[28]發(fā)現(xiàn)，在NSCLC病人中，尿激酶型纖溶酶原激活物受體(the urokinase plasminogen activator receptor,uPAR+)表達(dá)與VM的形成、轉(zhuǎn)移和預(yù)后不良有關(guān)。目前，對(duì)于VM在SCLC的研究，WILLIAMSON等[29]第一次報(bào)道了VM血管存在于SCLC病人腫瘤標(biāo)本中，并在其中發(fā)揮一定功能作用。從H460細(xì)胞系中篩選的uPAR+細(xì)胞具有較高的侵入性、遷移能力和管狀結(jié)構(gòu)的形成能力，uPAR+表現(xiàn)可預(yù)測(cè)SCLC病人的VM形成、腫瘤轉(zhuǎn)移和預(yù)后較差。因此,對(duì)uPAR+的分子機(jī)制的確定以及了解這些子群體將為阻止SCLC轉(zhuǎn)移、血管生成和生長(zhǎng)提供新的治療靶點(diǎn)，并使對(duì)VM的調(diào)控成為治療和干預(yù)SCLC的新的治療目標(biāo)。

2.3 肝癌 原發(fā)性肝癌的發(fā)病率在全球癌癥發(fā)病率占第5位，而細(xì)胞性肝癌(hepatocellular carcinoma，HCC)占80% ～ 90%[30-31]，因其易復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移而成為臨床治療非常艱難的惡性腫瘤之一，因?yàn)槟[瘤轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)不僅和細(xì)胞自身的增殖有關(guān)，還需要依賴其周圍血管的支持。肝癌細(xì)胞可通過(guò)VM的形式和宿主血管相通，成為腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)、侵襲、轉(zhuǎn)移及復(fù)發(fā)的新途徑。在關(guān)于HCC的VM研究中，我們發(fā)現(xiàn)多種因子在VM發(fā)生中有調(diào)節(jié)作用。門靜脈侵襲(portal vein invasion,PVI)在HCC病人中常見(jiàn)，CHEN等[32]發(fā)現(xiàn)VM形成有關(guān)的調(diào)節(jié)因子如Notch1、Vimentin、MMP-2/9在PVI發(fā)生有關(guān)，提示VM形成是肝細(xì)胞癌中PVI的促進(jìn)因子，為腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移提供了條件。

屬于鋅指轉(zhuǎn)錄因子的Slug(SNAI2)是關(guān)于Twist1誘導(dǎo)的EMT和轉(zhuǎn)移的重要介質(zhì)。Slug的表達(dá)與EMT和癌癥干細(xì)胞(CSCs)表型有關(guān)。同時(shí)，VM的形成和VM介質(zhì)的過(guò)表達(dá)也受到了Slug的誘導(dǎo)，促進(jìn)CSCs亞群的增殖和保護(hù)，并最終促成了VM的形成[33]，相關(guān)的分子途徑可作為抑制HCC血管生成和轉(zhuǎn)移的新治療靶點(diǎn)。南蛇藤提取物(celastrus orbiculatus extract,COE)是一種十一萜類化合物，實(shí)驗(yàn)[34]證明，COE可以抑制notch1的表達(dá)以腫瘤生長(zhǎng)和VM的形成，可作為肝細(xì)胞癌治療的一個(gè)傳統(tǒng)藥物。

2.4 乳腺癌 乳腺癌作為當(dāng)今女性最常見(jiàn)惡性腫瘤，極大地危害女性健康。我國(guó)乳腺癌發(fā)病率在近幾年呈現(xiàn)上升和年輕化趨勢(shì)。根據(jù)雌激素受體(ER)、孕激素受體(PR)和人類表皮生長(zhǎng)因子受體2(HER2),將其分為2種亞型:三陰乳腺癌(TNBC)和非三陰乳腺癌(non-TNBC)。而TNBC和non-TNBC在其特性和治療上都有很大區(qū)別，與non-TNBC相比,TNBC的侵襲性更強(qiáng)，極易向其他器官轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致病人預(yù)后更差[35]。與VM有關(guān)的分子在TNBC中表達(dá)異常。CUI等[36]在研究中表明Claudin-4與VM在人類乳腺癌細(xì)胞的形成有關(guān)，Claudin-4過(guò)度升高會(huì)促進(jìn)血管在體外形成。YAO等[37]在研究中發(fā)現(xiàn)，Combretastatin A4 Phosphate(CA4P)可以誘導(dǎo)組織缺氧，從而刺激VM形成，導(dǎo)致預(yù)后不良。當(dāng)腫瘤細(xì)胞暴露在缺氧環(huán)境下時(shí)，其與VM相關(guān)的蛋白質(zhì)，如HIF-1α、VE-cadherin、MMP-9、Cdc42、EGFR、p-Akt、p-mTOR都會(huì)大量表達(dá)，當(dāng)暴露于有DMBT的缺氧介質(zhì)時(shí)，有關(guān)蛋白含量都會(huì)減少。DMBT通過(guò)抑制HIF-1α/VE-cadherin/MMPs信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，抑制低氧誘導(dǎo)的VM的形成[38]。表明DMBT可以作為一種治療劑來(lái)抑制人類乳腺癌中的VM的形成。

3 問(wèn)題與展望

雖然VM的研究進(jìn)展提示了一種新的治療策略，然而迄今為止抗血管生成治療對(duì)VM治療效果仍存在爭(zhēng)議。研究[39]表明，抗血管生成治療可能引起腫瘤的惡性進(jìn)展。這種治療雖然最初可以抑制腫瘤生長(zhǎng)，但因?yàn)檠苌杀灰种贫x擇其他組織侵襲，最終導(dǎo)致預(yù)后不良。然而，到目前為止還沒(méi)有對(duì)抗血管生成后腫瘤惡性程度增加的報(bào)道，但對(duì)于高侵襲性惡性腫瘤，通過(guò)這種選擇逃避方式適應(yīng)甚至惡化和轉(zhuǎn)移是存在可能性的。

作為腫瘤一種新供血方式，VM的發(fā)生體現(xiàn)出惡性腫瘤細(xì)胞的可塑性與腫瘤干細(xì)胞多潛能分化性。深入研究VM在腫瘤生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移中的作用，有利于臨床判斷和評(píng)估相關(guān)腫瘤的分期和預(yù)后，為后續(xù)治療提供更多的方法，也為相關(guān)靶向藥物的研制提供有利的思路，在癌癥治療中有很大的前景。