血管生成拟态和马赛克血管与肾癌的靶向治疗
2011-02-12邓建华李汉忠
邓建华,李汉忠
中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院泌尿外科,北京 100730
随着各种影像学技术的发展,肾癌的检出率越 来越高,每年的平均增幅为2%~3%[1],2008年美国大约有54390例被诊断为肾癌,其中13010例死亡[2]。患者就诊时25% ~30%已发生远处转移,而肾癌根治术后也会有20%~40%出现复发及远处转移。Yoo等[3]总结860例肾癌患者pT1-2和pT3a期肿瘤的5年无瘤生存率分别为93.4%和74.7%,由于多药耐药基因和P-gp以及瘤体丰富的血流和微动静脉瘘的存在,肾细胞癌具有较高的放化疗耐受,晚期肾癌化疗总有效率仅约6%,白介素-2及干扰素 (interferon,IFN)曾被广泛视为一线用于治疗转移性肾癌,但这些细胞因子的反应率较低 (5% ~20%),中位总生存期约12个月[4],因此缺乏标准的一线治疗药物[5]。目前,肾癌的治疗仍以外科手术切除为主,但是基础研究的重大突破,使得生物治疗尤其针对血管生成的靶向治疗在临床上运用越来越多,逐渐有取代免疫治疗趋势[5],本文主要综述血管形成的方式及其意义。
肿瘤血管生成的模式
血管形成是肾癌的重要特点,与肾癌的自然病程、组织学、遗传学和药物治疗等均具有密切关系[6]。目前报道的有血管生成拟态、马赛克血管、内皮依赖性血管3种方式。
血管生成拟态 侵袭性生长的恶性肿瘤在无内皮细胞参与下,癌细胞表型可出现转化,通过自身变形直接形成特有的无内皮细胞衬覆的微循环管道,称为血管生成拟态[7]。最先是 Folberg等[8]在研究人眼葡萄膜黑色素瘤时报道的,这是一种与传统的肿瘤血管生成途径完全不同的、不依赖内皮细胞的、全新的肿瘤细胞的血液供应方式,即肿瘤细胞通过自身变形和与细胞外基质相互作用,模拟血管壁结构形成可输送血液的管道系统,从而重塑肿瘤的微循环,并且可与宿主血管相连通使肿瘤获得血液供应。目前研究显示在前列腺癌、肝癌、肾癌、嗜铬细胞瘤、炎性乳腺癌、骨肉瘤以及横纹肌肉瘤等高度恶性肿瘤中也存在血管生成拟态[7-8]。
存在血管生成拟态的肿瘤一般具有恶性度高、转移率高、易发生血道转移、临床预后差等特点,可能与血管无内皮细胞衬覆,肿瘤直接与血液接触有关。由于缺乏内皮细胞的屏障作用,肿瘤组织通过血管生成拟态与宿主血管连通获取营养,使得肿瘤极易侵袭和转移,增加了肿瘤的恶性程度。低分化的肿瘤细胞具有多潜能胚胎样特性,其异位表达血管表型,可能是肿瘤形成拟态血管的重要原因[9]。血管生成拟态表现为管状型和基质型两种形式[10]:前者为无内皮细胞衬覆的运输血液的管道;基质型为富含层粘连蛋白、Ⅳ/Ⅵ型胶原、纤维连接蛋白等细胞外基质鞘形成的环状形式,包绕在肿瘤细胞周围。细胞外基质连接到内皮细胞衬覆的血管并运输液体,形成了液体流动的网格状结构。Sood等[11]研究显示卵巢癌的网络样血管生成拟态结构散在表达金属基质蛋白酶 (matrix metalloproteinase,MMP)-1、MMP-2、MMP-9、膜型金属基质蛋白酶 MT1-MMP,发现通过MMP抑制剂可阻止血管生成拟态形成。磷脂酰肌醇-3-激酶是重要的调控信号通路,可以影响MT1-MMP的活性,应用磷脂酰肌醇-3-激酶抑制剂,可使MMP和MT1-MMP活性降低,进而阻断血管生成拟态,因此,磷脂酰肌醇-3-激酶有可能成为干预血管生成拟态形成的关键环节。Vartanian等[7]研究肾透明细胞癌血管生成拟态、胸腺嘧啶磷酸化酶和血管内皮生长因子 (vascular endothelial growth factor,VEGF)对肿瘤预后的意义时发现,过碘酸雪夫染色和胸苷磷酸化酶阳性表达可确定复发风险高的患者,并和血管生成的靶向治疗相关。因此血管生成拟态是肿瘤中一种特殊的微循环体系,对肿瘤的生长发挥关键作用,针对血管生成拟态的治疗可能是肾癌靶向治疗理论新的补充。
马赛克血管 马赛克血管是由瘤细胞和血管内皮细胞相间排列在肿瘤血管壁上,共同围成肿瘤的血管腔,在肿瘤的边缘区域,肿瘤细胞群被一团高密度的未稳定血管网络包围。其形成机制可能为:快速的血管生长使得无足够的内皮细胞扩增来满足血管内的内皮细胞衬覆,使肿瘤细胞暴露于管腔;肿瘤细胞浸润血管壁并和内皮细胞共同构成管壁结构[12]。马赛克血管与血管生成拟态不同,可能是血管生成拟态和内皮依赖性血管之间的一种过渡形式。由肿瘤细胞构成的血管生成拟态随着肿瘤组织中内皮细胞的不断分裂增殖,部分肿瘤细胞逐渐被内皮细胞代替,形成了马赛克血管[13]。早期形成的马赛克血管结构混乱、小动静脉之间缺乏明确界限、无内皮细胞衬覆、缺乏壁细胞、通透性高,而且不表达内源性血管内皮细胞一些特定的标记,如CD31和CD105,在结肠癌的小鼠模型中发现,15%的血管灌注区为马赛克血管,腔隙内有肿瘤细胞贴附,而且该区域无 CD31/CD105 的表达[14]。
马赛克血管对肿瘤的转移、药物传输、抗血管治疗和放化疗都有重要意义。抗肿瘤血管生成治疗可能只是针对马赛克血管或更早的血管生成拟态,而不是已经成熟的血管。靶向药物通过阻断内皮细胞的迁移、减少VEGF诱导内皮管腔形成稳定血管的过程、避免异常的血管渗漏和降低血管密度而达到治疗目的[13]。有实验通过影响一氧化氮合酶的因子-Cavtratin阻断血管通透性过高,结果减少了活体内肿瘤的生长[15]。因此,马赛克血管可能是改善放疗和化疗效果上的一个“治疗窗口”。因为一旦有成熟的血管生成,就可能会降低药物进入细胞,并加快药物泵出,产生放化疗耐受[15]。
内皮依赖性血管 内皮依赖性血管是一种经典的肿瘤血管生成方式。血管内壁由分化成熟内皮细胞衬覆,肿瘤细胞不参与血管壁构成,有出芽式和套入式血管生成两种方式。肿瘤血管生成是一个涉及多种因子及细胞的复杂过程:局部促血管生成因子活性上调,内皮细胞增殖;血管基底膜中的金属蛋白酶、组织纤溶酶原激活剂等多种水解酶活性上调,使基底膜与细胞外基质降解、重塑;内皮细胞表面的黏附分子表达上调,并通过激活相关途径导致内皮细胞侵入周围组织的基质层增殖和迁移;VEGF受体表达升高,促进内皮细胞的外形重塑并形成管腔样结构。其特点是局部血管舒张、血管通透性升高和内皮细胞的增殖[16]。根据微柱出现的位置及时间、频率,有微血管形成、树枝状伸入及分支重塑等不同方式。分支重塑是使血管网扩增并为适应血液供应的需要使血管重塑的过程[17]。
综上,与肿瘤生长相关的血管形成涉及出芽血管生成、血管生成的套叠、血管共同选择、血管生成拟态、淋巴管生成和内皮祖细胞募集等。由于内皮祖细胞强大的自我更新、循环、归巢到缺血部位以及分化成成熟内皮细胞的能力,内皮祖细胞被用来作为诊断和/或抗肿瘤治疗具有巨大潜力[18]。有研究证实,NO能通过抑制VEGF对内皮祖细胞的动员和归巢,从而抑制Lewis肺癌新生血管的形成,表明NO可能是调节肿瘤血管生成的重要因素[19]。Gao等[20]解析了血管新生开关的关键,并且证明微转移能打开骨髓中的内皮祖细胞调控开关,内皮祖细胞中一种Id-1蛋白会增加,激活血管生成,将休眠状态的肿瘤转变成威胁生命的宏转移。通过阻断活体动物中Id-1的表达,就可阻止内皮祖细胞流向转移位点,从而抑制新生开关,并干扰小鼠中微转移向宏转移的过程。这项研究提出,靶向肿瘤微转移的稳定因素内皮祖细胞,未来可能会成为有效的癌症治疗靶标,也表明内皮祖细胞的选择性靶标也许能与化疗相结合,成为一种治疗肺转移癌的方法。
血管生成靶向治疗的临床应用
抗血管生成的主要治疗靶点 靶向治疗是针对恶性肿瘤组织和细胞中的特异性结构或功能性分子,通过阻断或封闭肿瘤发生发展过程中关键的生长因子、受体或激酶而发挥稳定和调节细胞生长或抑制新生血管的作用,通过切断肿瘤的营养来源和迁移通道,间接发挥遏制肿瘤及转移病灶的生长,达到治疗目的。按作用机制大致可分为:(1)血管内皮细胞抑制剂:如内皮抑素、血管生长抑素等,可抑制内皮细胞增殖,诱导其凋亡;三羧氨基喹啉可抑制内皮细胞迁移。(2)血管生成因子或相关受体的抑制剂:通过抑制VEGF及VEGF受体的活性而抑制内皮细胞的增殖和迁移。针对VEGF及VEGF受体的靶点是抗血管生成的相对理想的靶点。(3)细胞外基质降解抑制剂:阻断MMP的活性而抑制基质降解,进而阻断内皮细胞和肿瘤细胞的迁移和侵袭。(4)黏附分子抑制剂:如针对一些黏附分子的抗体,能阻断内皮细胞黏附而抑制血管的形成。(5)细胞内信号传导阻断剂:由于VEGF受体、碱性成纤维生长因子受体等均是酪氨酸激酶受体,只有与受体结合后活化激酶活性才能引起细胞增殖,因此,酪氨酸激酶抑制剂能通过阻断酪氨酸激酶活性抑制内皮细胞的增殖和迁移。
肾癌靶向治疗药物的进展 以肾癌血管生成为基础的靶向治疗药物按作用机制暂分为两类[21]:(1)通过信号通路作用于VEGF的配体 (贝伐单抗)或受体 (舒尼替尼、索拉非尼和帕唑帕尼)来抑制血管生成;(2)通过磷脂酰肌醇3蛋白激酶/丝氨酸苏氨酸蛋白激酶/雷帕霉素靶蛋白阻断雷帕霉素的信号传导 (如替西罗莫司、依维莫司和Rideforolimus等)。
舒尼替尼:是一种多靶点口服靶向治疗药物,能抑制血小板衍生生长因子受体、缺氧诱导因子/VEGF通路以及其他酪氨酸激酶,如FMS样酪氨酸激酶3、RET等,既具有直接抗肿瘤作用,也具有抗新生血管形成活性。Motzer等[22]进行的一项针对转移性肾细胞癌多中心随机对照Ⅲ期临床试验,比较了750例转移性肾细胞癌患者舒尼替尼与IFN-α一线治疗的疗效,分别接受舒尼替尼口服 (50 mg/d,用药4周后停药2周)或IFN-α皮下注射 (9 MU,每周3次)治疗,舒尼替尼组和IFN-α组中位无进展生存期 (progress free survival,PFS)分别为11和5个月 (P<0.0001),客观有效率分别为47%和12%(P<0.0001),两组分别有11和4例患者达到完全缓解,两组中位总生存期分别为26.4和21.8个月 (P=0.051),在研究后未接受其他治疗的患者中,舒尼替尼组中位总生存期达IFN-α组两倍 (28.1比14.1个月,P=0.003),最常见的副反应有高血压 (12%)、疲乏 (11%)、恶心 (9%)和手足综合征 (9%)。舒尼替尼的剂量与预后相关,但不良反应的风险也同时增加。
索拉非尼:肾癌治疗全球评价研究显示,晚期肾细胞癌的临床获益率高达84%,与安慰剂比较,索拉非尼可显著延长患者中位PFS到6个月,并显著延长总生存期至17.8个月 (P=0.0287)[23]。Zhang等[24]报道了239例肾细胞癌患者的临床资料,患者入组符合多吉美中国患者援助项目要求,1年治疗期间患者持续接受索拉非尼400 mg,每日2次口服,结果显示,239例患者的中位治疗时间为247 d,经4或8周确认的完全缓解患者2例,39例部分缓解,客观有效率为17.2% (41/239),病理类型和转移脏器≥4个与1年生存率相关:透明细胞癌与其他病理类型患者的1年生存率分别为72.1%和44.6%(P=0.03),46例患者死亡,但未发生与治疗相关的死亡。上述结果表明,索拉非尼对国内晚期肾癌患者的病情控制效果较好,进入多吉美中国患者援助项目患者的半年生存率为91.7%,1年生存率为74.7%;索拉非尼临床应用过程中的长期耐受性好;不良反应发生率及严重程度与既往的大型临床研究结果一致[24]。
帕唑帕尼:一项临床试验数据显示,与安慰剂相比,其 PFS分别为11.1和2.8个月 (危险比值:0.40;95%CI:0.27,0.60;P<0.001),常见的不良反应略有不同,包括腹泻 (52%)、高血压 (40%)、发色改变 (38%)和恶心 (26%),疲乏和手足综合征发生率相对较低 (分别为5% 和2%),肝功异常的发生率较高 (20%的患者超过3倍)[25]。贝伐单抗与IFN联合应用的临床试验也表明,与单用贝伐单抗相比,PFS分别为10.2和5.4个月,总生存期分别为22.9 和 18.3 个月[26]。
替西罗莫司:一项Ⅱ期临床研究中,111例晚期肾癌患者分别接受每周25、75和250 mg 3种剂量,结果完全缓解1例、部分缓解7例,客观有效率为7%;在接受治疗的中、高风险组中患者生存期分别为19.3和8.2个月,显著高于接受IFN治疗历史对照组的13.8和4.9个月;该药物的耐受性良好,常见的Ⅲ/Ⅳ度毒副反应包括高血糖 (17%)、低磷酸血症 (13%)、贫血 (9%)与高脂血症 (6%),但疗效和毒副反应与用药剂量无相关性[27]。Hudes等[28]的Ⅲ期临床随机对照研究,将626例患者随机分组后分别接受每周25 mg替西罗莫司、IFN-α 6MU每周3次和IFN-α+替西罗莫司 (IFN-α 6MU每周3次,替西罗莫司15mg每周1次),结果显示单用替西罗莫司组、单用IFN组及联合用药组中位无进展生存期分别为3.8、1.9和3.7个月,总生存期分别为10.9、7.3和8.4个月;单用替西罗莫司组与单用IFN-α组相比,无进展生存期 (P<0.001)和总生存期 (P=0.008)均显著延长,联合用药组的无进展生存期与单用替西罗莫司组差异无统计学意义,总生存期与单用IFN-α组差异无统计学意义 (P=0.70)。目前,针对VEGF的药物舒尼替尼、索拉非尼、贝伐单抗和帕唑帕尼均被美国食品药品监督管理局批准治疗转移性肾癌,mTOR抑制剂如替西罗莫司、依维莫司亦获批准。仍在进行临床试验的有拉帕替尼 (lapatinib)、埃罗替尼 (erlotinib)、tivozinib、西地尼布 (cediranib)、阿昔替尼 (axtitinib)和SFK抑制剂 AZD0530(saracatinib),FGF-2/VEGF抑制剂dovitinib,表皮生长因子受体抑制剂西妥昔单抗等,但疗效及安全性仍在验证当中,目前尚不及上述多靶点药物如索坦和索拉非尼显著[26]。
靶向治疗存在的问题
临床获益判断的指标 为数众多的生物学指标称可预测靶向治疗的效果,诸如凯特琳癌症中心预后标准、血小板/中性粒细胞水平,但相关性较差,靶向药物引起体内细胞因子和生长因子的变化尚不清楚。临床上广泛使用CT评估病灶变化,核磁共振和PET-CT的应用逐渐增多,越来越多的交替应用和联合治疗方案在进行当中,其疗效判断是否应用新的指标尚不得知。此外,靶向药物治疗也会产生多药耐药,其机制尚不明确,有研究认为可能发生了血管生成逃逸,也可能是一些分子表达,如FGF-2、tie2/Ang2、il-8和Src家族基因,但尚未确定多药耐药的客观指标[26]。
肿瘤的基因分型与个体化靶向治疗 2008年美国临床肿瘤协会年会公布的CRYSTAL(西妥昔单抗联合伊立替康作为一线方案治疗转移性结直肠癌)、OPUS、EVEREST等研究及2009年发表在《新英格兰医学杂志》上的研究[29]显示,对转移性结直肠癌,K-ras有无突变与西妥昔单抗的疗效明确相关,K-ras野生型患者从西妥昔单抗联合化疗中获益更大,而突变型患者并不能从联合化疗中获益,K-ras野生型与突变型患者的不良反应差异无统计学意义。2008年10月,K-ras基因检测被写入最新版美国国立综合癌症网络结直肠癌临床实践指南。HER-2阳性的乳腺癌患者也显示了对曲妥珠单抗 (trastuzumab)和帕妥珠单抗 (pertuzumab)治疗的良好效应[30]。对于接受EGFR靶向药物治疗的晚期转移性肾细胞癌患者,若血液和肿瘤组织中同时存在EGFR基因突变,则其与只有肿瘤EGFR突变者相比生存转归较差[31]。因此,尽管今后可能还有更好的分型依据,EGFR突变检测可作为基因分型无创辅助工具,用于EGFR拮抗剂个体化治疗患者选择。
肿瘤的背景环境与靶向治疗 Minn等[32]认为,存在于原发性肿瘤内的因子可以作用于肿瘤细胞来增强其选择性转移到其他组织的能力。肿瘤的微环境中并非只有癌症细胞,那里聚集所有其他类型的细胞。这些其他类型的身体细胞在局部对肿瘤发生怎样的影响力,即它们是如何影响血管的生长以及癌症细胞进入血循环的能力等,需要进一步研究。通过对数百个原发性乳腺肿瘤中的人类基因组中的所有2万个基因的表达进行分析显示,这些肿瘤根据雌激素受体 (estrogen receptor,ER)+或ER-分为2个典型组群,大约40%的肿瘤带有受TGF-β影响的基因标签,接触TGF-β似乎对ER+肿瘤的扩散危险并无任何影响;但是,在ER-的肿瘤中,TGF-β却与肿瘤转移到肺部 (不是转移到骨骼)危险的增加具有明显的相关性;ER-肿瘤在接触TGF-β后会导致这些肿瘤细胞中第2种细胞因子血管生成素样蛋白-4的增加;一旦这种肿瘤细胞从肿瘤中逸出并储留在肺部后,血管生成素样蛋白-4会破坏薄壁毛细血管细胞间的连接,当细胞与细胞间的接触被分开后,即可使癌症细胞穿越血管壁而进入肺脏本身,也许可以将TGF-β(或血管生成素样蛋白-4)当作药物的标靶来防止乳腺癌向肺部转移,这种TGF-β标签可能还能为人们对那些风险性特别高的可能出现肺部转移的乳腺癌患者提供一种预测的方法,以便他们受到更为密切的监控并用现有的药物进行更为积极的治疗[32]。
综上,以血管生成为基础的肾癌靶向药物治疗与传统的治疗方式相比,因所有内皮细胞全部暴露于血液中使药物能直接发挥作用,所用药物剂量小、疗效高;同时因其基因稳定,产生耐药相对较少,可长期使用。了解肿瘤血管生成的基本机制,确定新的和精确的分子靶标,设计最佳的临床试验,并尽量减少副作用是进一步将抗血管生成药物运用到临床去治疗各种人类癌症包括肾癌的关键。尽管目前靶向治疗的疗效、不良反应以及机制阐明等尚有许多方面需要完善,但今后将成为晚期肾癌的一线治疗方案。
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