血管内皮生长因子与肿瘤血管生成的研究进展＊

宋姗姗 刘明华

(泸州医学院药理学教研室,四川 泸州 646000)

恶性肿瘤的生长和转移依赖于血管生成(Angiogenesis)。当肿瘤体积超过2～3mm3后局部缺血缺氧[1],需要产生新的毛细血管以维持肿瘤的生长,丰富的血管可向肿瘤提供足够的营养物质,清除各种降解产物,肿瘤细胞亦经血管进入血液循环发生血行转移,否则肿瘤将发生退行性坏死[2]。

肿瘤血管生成是一个多因素调节的复杂过程,自Forkman于1973年提出肿瘤血管生成因子(Tumor angiogenesis factor,TAF)这个概念以来,已陆续发现30余种血管生成因子,如VEGF、碱性/酸性成纤维细胞生长因子(b/a FGF)、血小板衍生内皮生长因子(PD-ECGF)、转化生长因子-α/β(TGF-α/β)等,其中VEGF是迄今鉴定出来的最强效、最特异的促肿瘤血管生成因子,它的大量表达预示着肿瘤的生长与新生血管的形成。虽然抑制各种促血管生成因子都可以降低肿瘤的生长,但VEGF与其受体 VEGFR仍是抗肿瘤血管生成最主要的靶点[3]。

1 VEGF家族及其受体

VEGF是以二硫键连接的寡二聚体糖蛋白,分子量为35～40 kDa。VEGF 是一个细胞因子家族,包括 VEGF-A 、-B、-C、-D、-E和胎盘生长因子(Placenta growth factor,PLGF)等多个成员,而选择性的剪切VEGF-A的基因,结果得到四种分子的氨基酸数目可变的主要亚型,包括 VEGF-A121、VEGF-A165、VEGF-A189和 VEGF-A206,其中最突出的是VEGF-A165,在血浆循环中被发现并定位于细胞外基质[4,9]。

VEGF主要表达于血管内皮细胞、肿瘤细胞、某些炎症细胞和间质细胞等,必须同受体结合才能实现其作用,VEGFR有：VEGFR-1(Flt-1)、VEGFR-2(KDR/Flk-1)、VEGFR-3和Neuropilin-1(NRP-1),前三种均为酪氨酸激酶受体,与VEGF结合后引发受体自身酪氨酸磷酸化和酪氨酸激酶活性,激活一系列的信号途径从而发挥生物学效应。VEGFR-1和VEGFR-2选择性的表达在血管内皮细胞[5],而VEGFR-3主要表达在淋巴内皮细胞和肿瘤血管细胞。

VEGF及其受体的表达受到很多因素的影响,即：①氧浓度：组织缺氧能提高VEGF mRNA的转录水平并增加其稳定性,显著地上调VEGF的表达。②癌基因和抑癌基因：研究已较为明确的是它们通过调控VEGF诱导的血管形成反应促进肿瘤生长。如Src和Ras等癌基因以及p53、p73和VHL等抑癌基因对VEGF的表达均起着重要的调控作用。③细胞因子和其他介质：许多细胞因子、生长因子和脂质介质都能够上调VEGF 的表达,如 EGF、TGF-α/β、FGF-2、TNF、胰岛素样生长因子(IGF)、肝细胞生长因子(HGF)、IL-1、IL-2等。 ④激素：许多产生类固醇激素并受激素调节的细胞如肾上腺皮质、黄体和睾丸间质细胞也表达VEGF。⑤肿瘤细胞的密度：当细胞密度达到临界值时可以通过产生VEGF来启动新生血管的形成。⑥其他：其他能够直接或间接地增强VEGF表达或生物活性的因素还有：溶血磷脂酸、腺苷、凝血酶、血小板凝集、酸中毒、切割应激等[6]。了解这些影响因素有助于更好的开发和使用VEGF相关的靶向制剂。

2 肿瘤血管生成的过程及意义

肿瘤新生血管通过以下三个步骤形成：①肿瘤血管生成的启动：当肿瘤体积＞2 mm3后,肿瘤细胞自发性增殖,导致局部缺血缺氧,刺激血管生成的同时产生多种促血管生成因子,这些因子刺激产生大量蛋白酶,从而降解基膜并形成新生血管的牙胚[7];②血管内皮细胞的增殖和迁移：牙胚周围的血管内皮细胞在各种促血管生长因子的作用下迅速增殖并穿过牙胚向肿瘤组织定向迁移;③肿瘤新生血管的成熟：新增殖的血管内皮细胞进一步与血管外基质和周围的间质细胞相互作用,形成完整的血管结构[8-9]。

血管生成的意义主要体现在它是恶性肿瘤细胞生长、增殖、转移不可或缺的重要条件之一。近年来大量实验和临床研究证实：血管化肿瘤的生长速度明显大于未血管化的肿瘤,并且高血管密度肿瘤的转移率也明显高于低血管密度的肿瘤。这些结果均表明：不仅肿瘤的生长是血管生成依赖的,而且肿瘤的转移同样是血管生成依赖的[9]。因此,通过干扰肿瘤血管的生成可以抑制肿瘤的生长和肿瘤的转移。目前,抗肿瘤血管生成已经发展成为治疗肿瘤的一种重要方法。

肿瘤组织的血管生成与组织发育或损伤修复过程中的血管生成有明显不同,有如下特点：①肿瘤血管生成过程存在大量肿瘤细胞产生的促血管生成因子;②肿瘤细胞的增殖总是明显大于肿瘤血管的增殖;③肿瘤的血管生成是一个不能自我调控无休止的恶性循环过程。认识肿瘤血管生成的这些特性对理解肿瘤血管生成的机制和意义非常重要,因为正是由于肿瘤的血管生成不同于生理及组织损伤条件下的血管生成,抗肿瘤血管生成治疗肿瘤才可能具有选择性和特异性。

3 VEGF与肿瘤血管的生成

血管生成在肿瘤生长、转移中的重要地位也确定了肿瘤新生血管相关的生长因子对于肿瘤治疗及判定预后有重要意义。目前发现VEGF促血管生成的机制包括：(1)VEGF诱导内皮细胞表达整合素-1(Integrin-1)、αv、β3 、β5及其配体,介导内皮细胞迁移和浸润;(2)VEGF诱导内皮细胞分泌多种组织蛋白酶,降解细胞外基质,介导内皮细胞迁移,诱导新生血管形成。肿瘤组织中的微血管来源有两种：一种是肿瘤细胞产生的血管内皮生长因子,诱导瘤体生成微血管;另一种是残存于瘤体的宿主血管逐渐演变为肿瘤血管,即宿主血管的肿瘤化[10]。

目前普遍认为VEGF在肿瘤细胞中的表达至少通过以下三种分子通道：(1)缺氧直接促进VEGF的基因转录,并保持VEGF mRNA的稳定性,使肿瘤中的VEGF水平上调;(2)肿瘤自分泌的生长因子,如TGF-α,刺激肿瘤生长的同时引起肿瘤以旁分泌方式分泌 VEGF;(3)癌基因/抑癌基因直接参与VEGF的调控：活化Ras基因的表达可在促进有关组织发生癌变的同时,使该组织新生血管数目增加10倍以上[11]。

4 其他相关生长因子对VEGF与肿瘤血管生成的影响

4.1 碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)

bFGF及其受体在恶性黑色素瘤、卵巢癌和非小细胞肺癌中高水平表达,可诱发血管生成的前期变化,如胶原蛋白的产生和血管样结构的形成,并最终导致新生血管的生成;还刺激VEGF分泌,并与其有良好的协同作用。在肿瘤血管形成过程中,VEGF能够刺激内皮细胞分泌bFGF,bFGF又通过自分泌和旁分泌方式增强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过程中也发挥重要作用。四种血管生成素都结合Tie-2受体,介导血管稳固化信息。即使存在大量VEGF,Ang-1也可降低血管的漏出;而Ang-2主要表达在包括肿瘤组织在内的激活的血管生成点,表明它可能涉及活化后新生血管的组装[9]。

4.3 转化生长因子β(TGF-β)

TGF-β与细胞增殖分化、血管形成和创伤愈合有关。TGF-β的免疫抑制作用具有促进癌细胞生长的作用,这可能与TGF-β能干扰肿瘤特异性细胞毒性T淋巴细胞产生和促进血管及肿瘤基质形成有关[13]。针对TGF-β信号途径中的异常分子的治疗方法可能将有助于改善肿瘤患者的免疫功能,抑制肿瘤的进展。

4.4 其他生长因子

其他相关的细胞因子还包括血小板衍生生长因子(PDGF)、肝细胞生长因子(HGF)、组织因子(Tissue factor,TF)等。PDGF是成纤维细胞、血管平滑肌细胞等细胞的一个强有丝分裂原,可以通过旁分泌作用刺激肿瘤新生血管内皮细胞表达和分泌VEGF,促进微血管外膜细胞的募集,刺激肿瘤血管形成[14]。HGF是由内皮和上皮细胞产生的一种较强的促血管生成因子,目前的研究提示其在肿瘤的发生、侵袭和转移中具有非常重要的作用。同时它还是一个强效的血管形成刺激因子,在体外能够刺激内皮细胞的增殖和迁移,体内可刺激新生血管的形成[15]。TF一直被视为是一种凝血起始因子,它参与细胞内信号的传递和肿瘤血管生成的调节,并可能与VEGF的表达和患者的生存状况有关。另外,白细胞介素-8、上皮-嗜中性粒细胞激活肽(ELR-CXC chemokines)亦被发现与血管生成调节有关。

5 以VEGF为靶点的肿瘤治疗

5.1 现状

近年来,抗血管生成逐渐发展成为传统抗肿瘤治疗的一个新的替代或补充疗法,许多抑制肿瘤血管形成或以肿瘤血管为靶点的治疗方案已经在小鼠肿瘤模型中取得成功。与传统的放化疗相比,这些新方法毒性相对较低,容易做到对肿瘤内皮细胞的高选择性,并且长时间治疗不易产生肿瘤耐药。

VEGF在肿瘤血管形成中的重要作用使其成为抗肿瘤血管形成治疗的靶点之一。相关实验表明VEGF及其受体的抗体可以阻断VEGF介导的血管形成效应,有效的抑制小鼠肿瘤的生长,减小瘤体积[9,16]。目前已经有超过20种抗肿瘤血管生成药物正在进行临床期的评价,且在所开发的抗肿瘤血管生成药物中,以各种促血管生成因子或相关受体为靶点的制剂最多。

5.2 存在的问题

在VEGF为靶点的治疗已成为治疗热点的同时,该靶点药物的开发还存在一些问题：(1)大多数的临床肿瘤病人其肿瘤组织中都存在已形成的肿瘤血管,虽然抗肿瘤血管生成可以抑制新生血管的形成,但是对那些已经形成的肿瘤血管往往无效;(2)目前以VEGF/VEGFR为靶点抑制肿瘤血管生成的药物疗效还偏低,抑制血管生成的有效性还有待提高;(3)肿瘤的血管生成涉及多网络多环节及多因素,干扰其中任意一方或阻断血管生成的任一个环节都不能取得满意的效果;(4)各种肿瘤的性质、起源和定位有明显的差异,对肿瘤血管生成的影响因素及敏感度亦不相同,因此一种药物不能对所有的肿瘤都有效;(5)促进血管生成的VEGF等信号因子和它们之间的信号通路研究还不够深刻,这限制了高特异性靶向药物的开发。

5.3 展望

Folkman在2007 AACR年会上分析了单用抗血管生成药物无效的原因：仅阻断一条或几条通路会引起其他通路的代偿性增强,影响了抗肿瘤血管生成的治疗效果。只有通过多靶点多通路的综合控制才能有效抑制血管生成和肿瘤的生长,并提出合并使用几种抗血管生成药物,直接靶向内皮细胞或阻断血管生成网络[17]。因此,以VEGF为靶点的制剂研发可以从以下几个方面展开：(1)更加深入的进行基础研究。发现多网络中是否有共同的通路,以达到抑制其一即可控制多网络,为肿瘤治疗寻找更加有效、特异的治疗靶点。尤其应该以血管内皮细胞为主要抑制对象,提高选择性。(2)不同药物的联合使用。可以针对不同的肿瘤血管生长因子、抑制因子,通过多靶点多通路的综合控制而抑制肿瘤的生长和转移,从而提高抗肿瘤疗效。(3)靶向药物治疗与其他疗法相加的综合治疗。靶向药物治疗与放化疗、手术疗法及中药疗法相结合,根据病人个体化差异提出个性化的综合治疗手段,提高治疗肿瘤的效果。

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