抗肿瘤血管生成与肿瘤细胞再增殖的关系

张 妍综述 张维东 审校

在我国，大部分恶性肿瘤患者确诊时已为晚期或伴远处转移，目前单一化学治疗方法效果不理想，肿瘤常常会在短的时间内复发，这可能是由于化疗期间肿瘤细胞的加速再增殖所致。众所周知，若没有血液供应，肿瘤细胞由于缺血缺氧会发生死亡，肿瘤尺寸不会超过2～3 mm3。因此，在化疗间期肿瘤细胞加速再增殖过程中，给予抗血管生成治疗可抑制残存肿瘤细胞的再增殖，达到提高化疗药物治疗效果，延缓疾病进展的目的。

1 化疗间期肿瘤细胞的再增殖

1.1 肿瘤细胞再增殖机制

化疗是利用化学药物杀死肿瘤细胞、抑制肿瘤细胞生长繁殖和促进肿瘤细胞分化的治疗方式。化疗并不能将肿瘤细胞全部杀死，部分肿瘤细胞死亡后，肿瘤体积缩小，残留肿瘤的血供改善，供氧和营养增加，形成了肿瘤细胞发生再增殖的基础，此时再增殖速率甚至超过肿瘤在化疗前的速率，因此把这个现象称为加速再增殖(accelerated repopulation)。有以下几个因素促使了残留肿瘤细胞的再增殖:①肿瘤细胞的死亡和细胞间的接触抑制现象减少;②肿瘤细胞释放一些因子刺激残余肿瘤细胞增殖加快;③肿瘤细胞凋亡减少，肿瘤干细胞的分裂由非对称分裂转变为对称分裂。肿瘤细胞通过上述机制发生再增殖，，往往引起化疗的失败，导致疾病复发。

1.2 肿瘤细胞再增殖的特征

Norton和Simon提出了用数学模型来描述化疗后肿瘤再增殖过程，他们认为肿瘤的生长将遵循Gompertzian曲线，该曲线提示肿瘤生长的初始阶段肿瘤细胞增殖速度较快，在达到一定体积后肿瘤细胞增殖速度减慢。化疗后，肿瘤体积缩小速度与肿瘤再生长速度成正比［1］。也就是说，如果肿瘤细胞未被完全消灭，则肿瘤组织生长回原来大小的速度也越快，即残余肿瘤细胞生长速度也越快。已有证据显示，肿瘤细胞的再增殖速度在连续化疗间期逐渐加快。另外，肿瘤细胞耐药的一部分原因是由于肿瘤细胞加速再增殖引起的，而不是因为肿瘤细胞对化疗药物的敏感性降低所致。

1.3 肿瘤的血管生成与肿瘤细胞再增殖的关系

Durand等研究了在实体瘤中肿瘤细胞的空间位置与加速再增殖的关系。该研究发现，距离肿瘤表面近的细胞增殖速率较高，肿瘤内部的细胞增殖速率较低，也就是说血供丰富的肿瘤细胞再增殖速率较其他肿瘤细胞再增殖速率高。Marcu等［1］发现在化疗过程中，血管周围的肿瘤细胞增殖旺盛，并对化疗药物较敏感，易被药物杀死;而远离血管的肿瘤细胞对药物敏感性差，化疗后仍有部分肿瘤细胞可以存活，至此，存活下来的肿瘤细胞较前获得更丰富血供，细胞由静止期(G0/G1期)进入到增殖期(S/G2/M期)，细胞周期进程加速，为肿瘤细胞再增殖打下基础。由此可知，血管生成在肿瘤细胞再增殖过程中发挥重要作用。

2 抗血管生成治疗抑制肿瘤细胞再增殖的可能机制

2.1 阻断肿瘤血管生成

目前研究可知，肿瘤的生长依赖于肿瘤内血管的生成，血管生成是肿瘤迅速增殖及血行转移的前提。根据肿瘤血管形成机制，目前针对抗肿瘤血管形成的分子靶向药物主要通过以下途径:抑制血管外基质降解［2］;直接或间接抑制促血管生成因子及其通路［3，4］;提高内源性或外源性血管生成抑制因子的浓度［5］。化疗后快速再增殖的瘤细胞通过邻近的肿瘤血管获得血供，在化疗间期给予抗血管新生药物，可在肿瘤细胞快速增殖期诱发“刹车”的作用，阻止肿瘤的再生长。而当抗血管新生药物对化疗间期肿瘤细胞再增殖的抑制作用减弱时，则进入第二周期的化疗用药阶段。O’Reilly研究已经证实［6］，当肿瘤的血管生成受到抑制和破坏时，由于肿瘤在生长过程中不能够得到足够的营养物质，肿瘤细胞的再增殖过程受到阻碍。

2.2 肿瘤血管及微环境正常化

Jain［7］在2001年提出肿瘤血管正常化(vascular normalization)理论，即合理运用抗血管生成药物能够改善肿瘤的微环境，在血管消退之前修复异常的肿瘤血管系统，使肿瘤扭曲异常的血管趋于正常，更有利于氧和化疗药物输送到肿瘤细胞，从而增加化疗的敏感性，最终提高抗瘤效果和抑制肿瘤转移。此理论为抗肿瘤治疗提供了新的思路，并且研究证实［8］直接和间接的抗血管生成治疗均能使肿瘤血管及微环境正常化。

2.2.1 肿瘤血管及微环境的异常 目前研究认为，肿瘤血管生成的始动因素是肿瘤微环境内促血管生成因子(pro-angiogenesis factor)和血管生成抑制因子(anti-angiogenesis factor)的失衡所致。在正常组织中，这两种因子处于平衡状态，然而在肿瘤生长期间，多种环境和细胞触发因素可导致促血管生成因子过度表达，因此在肿瘤血管生成过程中表现为以血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)为主的促血管生成因子占优势，最终导致了肿瘤血管扭曲、扩张、紊乱、微血管通透性增加等结构与功能的改变［9］。此外，肿瘤代谢微环境也因为血管异常而发生改变，主要表现为缺氧，酸中毒，组织间隙液压(Interstitial fluid pressure，IFP)升高等［10］。肿瘤血管和微环境的异常已成为肿瘤化疗耐受的主要原因:首先，血供不足和IFP增高使药物和免疫细胞不能有效地输送到肿瘤组织;其次，缼氧使肿瘤细胞对某些细胞毒性药物产生抵抗;再次，缺氧和酸中毒使某些细胞毒性免疫细胞功能受损［11］;另外，VEGF表达的增加会促进肿瘤的生长和转移。

2.2.2 肿瘤血管及微环境正常化对肿瘤细胞再增殖的抑制作用 研究发现［12～14］，抗血管生成治疗可重新恢复促血管生成因子和血管生成抑制因子之间的平衡，使异常的血管结构和功能趋于正常，并能改善肿瘤的微环境。化疗过程中应用抗血管生成治疗使肿瘤血管正常化，血管正常化时IFP降低，药物渗透到肿瘤增加，增强化疗对肿瘤细胞的杀伤作用，从而对抗化疗间期肿瘤细胞再增殖，最终提高抗瘤效果和抑制肿瘤转移。Batchelor等［15］研究发现，应用抗血管生成药物后肿瘤内异常微血管逐渐凋亡，在正常化时间窗内，肿瘤内间质液的对流会突然增高，而周边正常组织内间质液的对流却下降，这使肿瘤内药物浓度增高，生长因子和肿瘤细胞流入周边组织减少，抑制了肿瘤生长与转移。

3 抗肿瘤血管生成对肿瘤细胞再增殖的抑制作用

3.1 VEGF/VEGFR信号通路抑制剂

VEGF/VEGFR是肿瘤血管生成的主要信号通路，VEGF具有促进血管内皮细胞的增殖和迁移，维持内皮细胞功能，增加微血管通透性，诱导血管生成等作用［16］。事实上，VEGF抗体、VEGFR抗体及激活素受体样激酶1(ALK1)抑制剂已被证明可改善肿瘤血管及微环境［17］，并且与常规化疗药联合使用，可获得良好治疗效果。贝伐单抗是1种VEGF-A单克隆抗体，能与VEGF结合，并防止VEGF与内皮细胞表面的受体(Flt-1和KDR)结合，从而影响其生物学功能［18，19］。研究证实［20，21］，在非小细胞肺癌、乳腺癌治疗过程中，贝伐单抗与传统化疗药物联合应用在阻断肿瘤血管生成的同时，可使肿瘤血管正常化，提高肿瘤血管灌流，减轻组织缺氧，使肿瘤内药物浓度增高，显著抑制肿瘤细胞再增殖，最终提高患者总生存率。

3.2 血管内皮抑制素

血管内皮抑制素(endostatin)是血管生成过程中公认的内源性血管生成抑制因子，它特异性地作用于新生血管的内皮细胞，抑制内皮细胞迁移，诱导其凋亡，从而发挥抗血管生成作用;另外，还通过调节肿瘤细胞表面VEGF的表达及蛋白水解酶的活性，多靶点发挥抗肿瘤血管生成作用，间接导致肿瘤休眠或退缩。恩度(Endostar)是由我国自行研发的重组人血管内皮抑制素，大量研究表明［22～24］，恩度联合含铂化疗方案治疗晚期非小细胞肺癌效果明显，能改善和稳定患者的生活质量，具有良好的耐受性，且安全性好，毒性低。国内研究还发现，恩度联合化疗在晚期胃癌、恶性浆膜腔积液、晚期黑色素瘤、卵巢癌、食管癌等多种恶性肿瘤的治疗中都有较高的安全性和良好的近期疗效，能够遏制肿瘤细胞再增殖，减少化疗后复发。

3.3 凝血酶敏感蛋白

凝血酶敏感蛋白(thromobospondin-1，TSP-1)抗肿瘤血管生成作用广泛，被认为是抑制血管生成最重要的蛋白。TSP-1通过抑制内皮细胞增殖、诱导内皮细胞凋亡、调节血管生成因子等作用机制发挥抗肿瘤血管生成作用［25］。实验证实［18，26］，在转基因小鼠中血管内皮抑制素和TSP-1表达的减少会导致血管处于增殖状态，肿瘤生长速度加快;相反的，这两种抑制因子表达增加可使肿瘤细胞缺乏诱导血管新生潜能，不能达到“诱导阈值”而维持休眠状态。由此可见，内源性血管生成抑制因子可通过抗肿瘤血管生成机制，发挥抑制肿瘤细胞再增殖的作用。

综上所述，在化疗过程应用抗血管生成治疗，不仅能够拮抗肿瘤血管生成，还可使肿瘤异常血管正常化，促进氧和化疗药物的输送，充分发挥抑制化疗间期残存肿瘤细胞再增殖的作用，并减少肿瘤的复发和转移。同时，随着对“血管正常化”理论研究的深入，为制定更合理的抗肿瘤联合治疗方案提供了理论依据，但尚有许多问题需进一步研究解决，如怎样延长肿瘤血管正常化时间窗(normalization window)［15，27］，肿瘤血管正常化的特性是否是在所有类型肿瘤中普遍存在，抗血管生成治疗药物是否对所有肿瘤都有血管正常化的作用［28］等，这都是抗血管生成治疗现阶段所面临的问题。

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