抗血管生成治疗耐药与肿瘤微环境关系的研究进展

钱祥云　戈　伟湖北省武汉市武汉大学人民医院肿瘤中心，湖北武汉430060

抗血管生成治疗耐药与肿瘤微环境关系的研究进展

钱祥云戈伟▲
湖北省武汉市武汉大学人民医院肿瘤中心，湖北武汉430060

血管生成对肿瘤的发生、发展及转移起重要作用，抗血管生成治疗成为肿瘤治疗的新靶点，然而抗血管生成治疗存在耐药现象，且在临床中的益处都是短暂的，通常会迅速地出现肿瘤的生长、进展和转移，这与肿瘤微环境的变化密切相关。目前，耐药机制尚未明确，本文主要从其他促血管生成因子或通道、缺氧微环境、细胞自噬、肿瘤基质细胞及其他血管生成方式等方面简述了肿瘤微环境介导抗血管生成治疗耐药的分子机制，以期发现肿瘤血管生成的新靶点，改善抗血管生成治疗的临床效果。

抗血管生成；肿瘤微环境；耐药；肿瘤

自20世纪70年代，Folkman［1］提出血管生成对肿瘤的发生、发展、转移起重要关系，并提出通过抑制新生血管形成而达到治疗肿瘤效果的概念，抗血管生成成为肿瘤治疗的新靶点。抗血管生成疗法最初是想通过限制肿瘤获得氧供和营养物质而“饿死”肿瘤，从而限制肿瘤生长和转移的能力［1］，随后Jain［2］提出了使肿瘤血管“正常化”的理论：修复异常的肿瘤血管网使之趋于正常，增加肿瘤细胞氧供，进而增加放化疗的疗效。血管内皮生长因子（VEGF）是血管生成的主要调控者，抑制VEGF及其受体已成为肿瘤的抗血管生成治疗点的焦点。然而抗血管生成药物与其他抗肿瘤药物一样，也存在耐药的现象，在前期临床和临床中的益处都是短暂的，往往只有数月，通常会迅速地出现肿瘤的生长、进展和转移［3］。靶向VEGFR的酪氨酸激酶活性的小分子抑制剂舒尼替尼和伊马替尼等并不能有效增加胶质瘤患者的总生存期［4］。另有研究发现，舒尼替尼短期治疗人类转移性乳腺癌小鼠，与未给药组相比，治疗组远处转移增加，小鼠生存期缩短［5］。

事实上，肿瘤微环境发生的系列改变与抗肿瘤血管生成治疗耐药密不可分。肿瘤微环境是肿瘤细胞在生长过程中与细胞外间质相互作用后形成的肿瘤细胞生长的特殊环境，在这个微环境中细胞及细胞因子相互作用，并发生了极其精细而复杂的变化。本文主要综述肿瘤微环境反应性改变介导抗血管生成耐药分子机制的研究新进展。

1　其他血管生成因子和促血管生成通道

1.1其他的血管生成因子

血管生成是一个受多个信号通路调控的复杂过程。VEGF是肿瘤新生血管形成的主要促进因子，但许多研究表明，肿瘤新生血管形成过程中会产生成纤维细胞生长因子（FGF-2）、白细胞介素-8（IL-8）、胎盘生长因子（PIGF）、转化生长因子（TGF-β）、血小板衍生生长因子（PDGF）、基质衍生因子（SDF-1α）等其他促血管生成因子。从理论上讲，任何一种血管生成抑制剂都不可能抑制所有的血管生成因子及其下游信号通路，相反当VEGF信号通路被阻断后可能会代偿性地使微环境中其他生长因子增多。例如，Crawford等［6］发现一些肿瘤经过抗VEGF治疗后，肿瘤微环境中肿瘤相关成纤维细胞（tumor associated fibroblast，TAF）表达的PDGF-C将上调，上调的PDGF-C能促进肿瘤血管生成。在难治性小鼠肿瘤模型中，抑制PDGF-C可阻断血管生成并减慢肿瘤生长速度。在进展期胰腺癌小鼠模型中，单独使用VEGFR2抑制剂（DC101）后，肿瘤中FGF-2表达水平升高，随后联合使用DC101和可溶性FGF受体较单独使用DC101能更显著减慢肿瘤生长［7］。在鼠肿瘤模型中，抗胎盘生长因子（anti-PIGF）能有效地抑制对抗VEGFR-2抗体耐药的肿瘤生长。临床观察也支持在晚期肾细胞癌中，血管生成因子（VEGF除外，如bFGF、肝细胞生长因子、IL-6）的增加发生在抗血管生成治疗进展之前［8］。总的来说，这些结果表明不依赖VEGF的信号通路，如FGF、PDGF、EGF或PTGF可能参与肿瘤抗VEGF治疗耐药［9］。因此，多靶点抑制及联合用药是抗血管生成治疗的未来研究方向。

1.2其他促血管生成通路

除了VEGF信号通路，还有一些重要的通路可促进肿瘤血管生成，如促血管生成素（angiopoietin，Ang）家族及其酪氨酸激酶受体2（Tie2）与血管生成密切相关［10］；血管周细胞产生的Ang-1主要介导血管成熟，而内皮细胞产生的Ang-2与血管壁破坏及增加血管生成有关。有研究［11］发现Ang和Tie2结合抑制剂（trebananib）联合紫杉醇治疗复发卵巢癌较安慰剂组明显延长PFS（7.2个月比5.4个月）。Lindholm EM等［12］研究发现，在基底细胞样肿瘤模型中，联合使用贝伐珠单抗和PI3K/mTOR信号通路抑制剂可明显增加对肿瘤的抑制作用。DLL/Notch和JAG/Notch信号通路抑制剂可通过不同的机制影响肿瘤血管生成。前者可增加肿瘤新生血管数量，但这些血管功能障碍且灌注差，血供明显降低而抑制肿瘤生长；JAG/Notch信号通路抑制剂可通过增加溶性血管内皮生长因子受体-1（Svegfr-1/sFlt-1）表达水平，影响周细胞与内皮细胞的相互作用，从而减少肿瘤血管形成及灌注，为抑制肿瘤生长提供新的治疗方向［13］。

2　缺氧

抗血管生成治疗通常会明显减少肿瘤内部血管及血流量，加重肿瘤缺氧。乏氧诱导因子-1（HIF-1）是肿瘤细胞内氧平衡的重要转录因子，缺氧可上调HIF-1表达水平，进而诱导或代偿性上调其他的血管生长因子，如FGF2、Ang-2等；同时HIF-1ɑ调节乏氧内皮细胞自主表达系列基因，编码细胞表面血管生成因子受体，促进新生血管形成，改善氧供［14］。其次，乏氧状态上调的HIF-1ɑ可诱导肿瘤细胞分化为干细胞、诱导上皮-间充质转变（EMT）导致细胞间黏附作用减弱，促进肿瘤浸润和转移；同时使用HIF-1抑制剂或使用siRNA将HIF-1基因敲出后，U87胶质瘤细胞迁移率明显降低［15］。另外乏氧可诱导产生促转移蛋白（如SDF-1α、HGF）和促侵袭的细胞外基质分子，从而增加肿瘤细胞的侵袭能力［16］，且有研究［17］发现，贝伐珠单抗治疗中的直肠癌患者血浆内的SDF-1α上调与远处转移有关。

缺氧微环境可以动员骨髓来源细胞参与新生血管的形成。在胶质母细胞瘤鼠模型中，HIF-1ɑ部分通过SDF-1α诱导髓源CD45+细胞募集，包括Tie2+，VEGFR1+，CD11b+和F4/80+亚群，以及内皮细胞和周细胞的祖细胞，这些细胞可以通过表达基质金属蛋白酶（MMP-9）来诱导血管形成及血管重塑［18］。另外研究［19-20］发现，在对抗血管生成治疗耐药的肿瘤小鼠模型中CD11b+Gr1+髓系细胞更多，这些细胞可以激活肿瘤基质细胞分泌IL-6、SDF-1ɑ等因子促进血管增生，使肿瘤对血管生成抑制剂产生耐药。此外，缺氧促进肿瘤干细胞相关基因（HIF-1ɑ、DLK1基因）激活，并提高干细胞相关蛋白（OCT3/4、SOX2）的表达水平，增加肿瘤干细胞的比例而促进肿瘤的进展和转移，缺氧还调节内皮细胞和其他细胞旁分泌因子表达维持干细胞［21］。总的说来，缺氧可以通过多种途径参与到肿瘤血管生成，是目前抗血管生成治疗失败的原因之一。

3　肿瘤细胞自噬

自噬是真核细胞通过溶酶体对胞内多余或受损的细胞器等进行降解的生物学过程，保证细胞的内环境处于稳定状态。自噬现象在肿瘤中具有抑制和促进两方面的作用。一方面，在肿瘤早期，通过自噬清除受损细胞器，促进蛋白分解代谢，减轻炎性反应，维持细胞内环境稳态，从而抑制肿瘤细胞生长；另一方面，在肿瘤进展期，肿瘤细胞处于缺氧或营养不足状态下，通过自噬降解、循环利用细胞内营养物质，促进肿瘤生长。抗血管生成治疗加重肿瘤内缺氧促进肿瘤细胞自噬，增强了肿瘤细胞存活能力从而对引起抗血管生成治疗的耐药。有研究［22］发现索拉菲尼能增加细胞自噬作用，因此其对胶质瘤的治疗效果并不确定，但联合使用索拉菲尼和自噬抑制剂氯喹（chloroquine）能显著抑制肿瘤的生长及延长胶质瘤模型小鼠的存活时间。因此，有学者指出应用自噬抑制剂有助于克服抗血管生成治疗耐药。

4　肿瘤基质细胞

肿瘤的基质细胞主要包括免疫细胞、成纤维细胞和周细胞等。周细胞分泌旁分泌生存因子刺激内皮细胞的分化及生存的信号通路，调节血管的稳定和成熟。肿瘤血管较高的周细胞覆盖率也是抗VEGF耐药的主要原因。然而有研究［23］发现，在肝细胞癌模型中，索拉菲尼敏感组及耐药组中肿瘤血管ɑSMA+周细胞覆盖率没有显著差异，不赞成血管成熟度增加是抗血管生成治疗耐药机制之一。TAF可通过产生PDGF-C增加周细胞覆盖率，并促进内皮细胞迁移和血管形成，而不依赖VEGF通路；此外，TAF产生的DDAH2可以刺激eNOS表达，增加NO的产生，从而促进血管内皮细胞增殖、转移及血管形成，抑制DDAH2活性可能成为一个有前景的治疗策略［24］。另外，肿瘤乏氧微环境能招募许多肿瘤相关的免疫抑制细胞、炎性细胞，如MDSCs、肿瘤相关巨噬细胞（TAM）到肿瘤微环境中，分泌IL-10、IL-16、TGF-、VEGF等，调控肿瘤血管形成的同时进一步招募髓源性抑制细胞（MDSCs）到微环境中，导致肿瘤免疫逃逸并调控血管生成，促进肿瘤的生长和转移［25］。Shojaei F等［26］发现抗VEGF耐药产生与CD11b+Gr1+髓细胞在肿瘤组织的浸润有关。上调CD11b+Gr1+髓细胞中Bv8表达水平能增加髓细胞在肿瘤组织中浸润，并促进血管形成，同时阻断VEGF和Bv8产生的肿瘤抑制效果比单独使用VEGF抑制剂更显著［27］。

5　血管生成方式多样性

5.1血管共选择

血管共选择即肿瘤依靠周围已存在的血管生长，而不启动新生血管形成。Kuczynski等［23］研究发现，在肝细胞癌模型中，索拉菲尼耐药组中血管共选择占所有肿瘤血管比例达到（75.0%±10.3%），且研究中发现索拉菲尼耐药组中Vimentin、ZEB1、ZEB2等促EMT转录因子的表达水平显著上调，因此认为血管共选择可能与EMT相关。另外，Ang-2在肿瘤血管共选择中起重要作用，同时靶向VEGF和Ang控制肿瘤生长效果较单独靶向VEGF更明显［28］。抗血管生成治疗的原理是针对肿瘤新生血管，而血管共选择并不存在新生血管的形成，因此这部分肿瘤会产生耐药。

5.2血管生成拟态（vasculogenicm im icry，VM）

Zhou等［29］检测67例宫颈鳞状细胞癌组织发现VM和HIF-1ɑ的阳性率分别是38.81%和64.18%，且两者的表达呈正相关（r=0.339，P＜0.05），推测肿瘤乏氧微环境中高表达的HIF-1α能促进VM的形成。目前，缺氧在肝细胞癌、尤文氏肉瘤、黑色素瘤中被证明能诱导VM形成，且与MEK/ERK信号通相关［30］。VM是肿瘤细胞分化为血管内皮样细胞并沿着管道壁排列形成的管道状结构，为肿瘤组织提高营养物质，VM的存在一定程度上解释了抗血管生成耐药的原因。

6　小结

在过去的几十年中，抗血管生成药物已被证明能够暂时提高一些实体肿瘤患者的PFS，但不可避免的耐药现象限制了抗癌疗效，而耐药机制并不十分明确，其中肿瘤微环境在促进肿瘤发生、生长、转移及肿瘤耐药中起重要作用；肿瘤微环境中各种细胞及细胞因子通过不同的通路及机制参与抗血管生成耐药，但具体机制研究尚不深入，需进一步探索抗血管生成治疗后肿瘤微环境的变化，寻找抗血管治疗的新靶点，提高抗血管生成治疗的临床效果，从而改善肿瘤患者的PFS、OS，减少耐药的发生。

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Recent advances in the relationship between resistance to tumor antiangiogenic strategies and tumor m icroenvironm ent

QIAN Xiangyun GEWei▲
Cancer Center，Renmin Hospital ofWuhan University，Hubei Province，Wuhan 430060，China

Angiogenesis plays an important role in tumor growth，invasion and metastasis.Development of anti-angiogenic agents opened a new era in cancer therapy.However，the resistance to anti-angiogenic drugs exists，the clinical benefits are transient and the growth，progression，and metastasis of tumors usually occur rapidly，these are closely related to the changes of tumormicroenvironment.Themechanisms of resistance are notwell understood，the current review introduce the molecularmechanism of tumormicroenvironmentmediating the resistance to anti-angiogenic drugs from five aspects，such as the other angiogenic factors or channel，hypoxiamicroenvironment，autophagy，tumor stromal cells and othermodes of tumour vascularisation，in order to find a new target of tumor angiogenesis and improve the clinical effect.

Anti-angiogenic；Tumormicroenvironment；Drug resistance；Tumor

R730.2

A

1673-7210（2016）06（c）-0033-04

国家自然科学基金资助项目（30970860）。

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（2016-02-28本文编辑：赵鲁枫）