血管内皮生长因子表达与肿瘤干细胞关系的研究进展△

孔泽，汪建林，于静萍

南京医科大学附属常州市第二人民医院放疗科，江苏 常州 213000

研究认为，肿瘤的发生与体细胞增殖过程中逐步增加关键基因的随机突变有关[1]。然而，最近有很多报道与传统的突变理论相矛盾。有报道推测癌组织有特殊的残余细胞存在，就是肿瘤干细胞[2]。近年来，有学者从神经胶质瘤、乳腺癌、卵巢癌、结肠癌、肺癌、食管癌等中找到了肿瘤干细胞存在的证据[3-8]。研究发现，血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）在血管周围的肿瘤干细胞中高表达。研究证明，在此类肿瘤干细胞中，特异性地阻断VEGF的表达，可以使细胞失去自我更新能力[9]。相似的，动物实验中，特异性地阻断肿瘤组织中的新生血管形成，肿瘤干细胞的数量也显著降低[9]。也有研究发现，肿瘤血管丰富的微环境能够诱导肿瘤干细胞的增殖[10]。更有研究显示，VEGF可以诱导肿瘤干细胞的生成，并通过相关信号通路促进肿瘤干细胞的自我更新[11]。肿瘤干细胞与VEGF表达相互联系，相互影响。本文就肿瘤干细胞与VEGF表达关系的研究进展作一综述。

1 肿瘤干细胞

Bonnet和 Dick[12]于1997年发现了一种以CD34+CD38－为特征性表面标志的细胞，可以将人类的急性髓系白血病（acute myelocytic leukemia，AML）转移给NOD/SCID小鼠，并且这种细胞的数量极少，被认为是AML肿瘤干细胞。这些发现给肿瘤的研究提供了新的视野。肿瘤干细胞理论认为肿瘤组织内有一小群具有与干细胞类似生物学特性的细胞，这一小部分细胞被认为是肿瘤发生、发展、扩散及复发过程的根源。并且，有研究发现，肿瘤干细胞对放化疗不敏感，原因可能与肿瘤干细胞细胞膜上表达的ATP结合盒（ATP-binding cassette，ABC）膜转运蛋白，肿瘤干细胞生长的微环境可增加其对于放化疗的耐受能力，肿瘤干细胞具有多条自我更新的信号传导通路有关。

1.1 肿瘤干细胞的生物学特性

肿瘤干细胞类似于干细胞，具有自我更新、高致瘤性、高分化潜能、耐药性以及存在特异性表面标志物等生物学特性。MAKINO[13]在1959年提出肿瘤干细胞假说，认为肿瘤的发生可能与肿瘤干细胞有关。并且越来越多的研究发现，肿瘤组织中存在某些与干细胞相似的细胞，它们都具有自我更新能力，类似自我更新的信号传导通路，以及相似的特征性表面标志物，这些标志物在肿瘤研究中还可以作为侧群细胞的标志来筛选肿瘤干细胞。

1.2 肿瘤干细胞的来源

关于肿瘤干细胞的来源，目前还没有完全的定论，也未经科学的证实，从众多研究成果中，很多学者提出了肿瘤干细胞有可能来源于正常的组织干细胞，因为正常干细胞是体内唯一具有自我更新能力的细胞，而且肿瘤干细胞与正常干细胞一样具有很多类似的特征和表面标志物。Sell[14]的理论认为，激发和促进这两个阶段导致了正常干细胞的分化受阻从而产生了癌细胞，其中，激发过程使干细胞不能向最终的体细胞分化，而促进过程使已激发的细胞产生克隆扩增，使得正常的干细胞向着肿瘤干细胞的方向发展。Rajaraman等[15]提出的肿瘤干细胞学说也认为肿瘤干细胞是正常干细胞突变累积的结果。Chen等[16]在培养小鼠多能干细胞的容器中模拟与生物体内相似的生长环境，成功地在容器内生成了肿瘤干细胞，并在小鼠身上得到验证。

1.3 肿瘤干细胞与微环境及其通路

微环境由成纤维细胞、细胞因子、脂肪细胞、内皮细胞和细胞外基质组成。在肿瘤的发生、发展过程中，微环境起着非常重要的作用，微环境中的细胞因子能够持续激活与细胞增殖及分化相关的信号通路，导致肿瘤的形成。肿瘤干细胞与普通干细胞类似，有类似的生长机制及信号传导通路：如 Wnt、Notch、Sonic Hedgehog 等通路[17-18]。与普通干细胞不同的是，肿瘤干细胞不能精准调控自己的功能，而在通路的某个位置发生错误，导致关键蛋白的缺失，或者由于通路中错误的累积，使肿瘤干细胞不断更新复制。

2 VEGF

2.1 VEGF家族及功能

VEGF家族包括VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E及胎盘生长因子（placenta growth factor，PLGF）等。VEGF受体（VEGFR）是一种膜镶嵌蛋白，属于酪氨酸激酶超家族，包括3个Ⅲ型酪氨酸激酶受体，即VEGFR1/FLT1、VEGFR2/KDR及VEGFR3/FLT4。而VEGF的功能主要是通过与VEGFR2结合实现的[19]。VEGF与VEGFR2结合，可以激活下游PI3K/AKT、RAS/RAF/MEK/ERK等通路发挥促进细胞增殖及血管生成等生物学功能。

2.2 VEGF与肿瘤治疗

VEGF几乎在目前所有的已知肿瘤中表达，VEGF的高分泌意味着肿瘤进入晚期及较差的预后。因此，针对VEGF及其受体的抑制剂在肿瘤治疗中有着重要意义[20]。贝伐珠单抗是人类VEGF的重组单克隆抗体，能抑制VEGF的功能，被大量应用于晚期恶性肿瘤的治疗中，是晚期恶性肿瘤患者的重要选择[21]。贝伐珠单抗除了可以单独用于临床治疗外，还可以分别与放疗及化疗联合而增加放化疗的疗效。贝伐珠单抗与放疗联合在各种临床前肿瘤模型和临床试验中都能明显增加肿瘤组织的放疗敏感性[22]。贝伐珠单抗联合化疗也在很多不同的肿瘤治疗中取得不错的疗效。而以VEGFR2为靶点，能够特异性阻断VEGFR2与VEGF结合的雷莫芦单抗、阿帕替尼等药物也在临床的肿瘤治疗中取得了不错的效果[23]。有学者报道，阿帕替尼可以通过阻断VEGF通路来促进肿瘤细胞凋亡[24]。不仅如此，阿帕替尼在联合化疗药物时还可以逆转人体对化疗药物的耐药性[25]，从而达到增强化疗药物疗效的目的。除此之外，阿帕替尼与放疗联合应用时还具有放疗增敏作用[26]。

3 肿瘤干细胞与VEGF的关系

肿瘤干细胞和VEGF能够相互影响，肿瘤干细胞与亲本细胞在VEGF的表达水平上存在明显差异，肿瘤干细胞能够高表达VEGF，并且，肿瘤干细胞能够通过VEGF的表达及其相关通路来调节肿瘤的增殖、转移与复发。反之，高表达的VEGF对于肿瘤干细胞的维持与增殖也是极其重要的。不仅如此，两者在促进肿瘤组织血管生成以及肿瘤组织的发生、发展、转移的过程中起到了协同作用。

3.1 肿瘤干细胞与VEGF相互影响

VEGF在靠近血管的肿瘤干细胞中高表达，反之，VEGF也可以促进肿瘤干细胞的增殖和保持肿瘤干细胞的未分化状态。有研究表明，自分泌的VEGF信号对于维持前列腺癌及其他肿瘤干细胞的生物学特性是极其重要的[27]。在胃癌中VEGF、NRP1以及肿瘤干细胞标志物CD44的表达均呈正相关。

3.2 肿瘤干细胞、VEGF与缺氧状态之间的相互关系

越来越多的证据表明，缺氧导致的缺氧诱导因子-1α（hypoxia inducible factor，HIF-1α）表达上调，可直接导致不同器官的肿瘤干细胞增殖。缺氧与肿瘤干细胞的细胞特性密切相关[28]，首先缺氧可以诱导缺氧诱导因子（HIF）的产生，其中，HIF-1是一种重要的能够上调VEGF表达的介导体。HIF-1α被认为是新生血管的主要刺激因子。而VEGF在血管生成和改善肿瘤微环境方面又起到了重要作用。很多研究证实，在不同器官的肿瘤灶，CD133、CD44、HIF-1α以及VEGF的表达均较癌旁组织高[29-30]。而肿瘤组织的血管生成，也更加串联了HIF-1α、肿瘤干细胞以及VEGF之间的关系。

3.3 VEGF相关通路是肿瘤干细胞发挥生物学作用的重要通路

VEGF对于肿瘤的影响并不仅限于VEGF本身促进血管生成及增加血管通透性的功能，还通过VEGF介导的信号通路来调节肿瘤干细胞及肿瘤的增殖转移[31]。VEGF可以通过VEGF-VEGFR2-NRP1通路促进胶质瘤干细胞的生存，以及促进肿瘤的生长[32]。有研究表明，敲除皮肤肿瘤干细胞中的VEGF共受体NRP1后，能够抑制上皮肿瘤干细胞球体形成，降低其侵袭性及迁移能力，从而抑制肿瘤形成。并且，VEGF-A与NRP1协同受体相互作用，可以增加上皮肿瘤干细胞的存活率[33]。除此之外，VEGF还可以通过VEGFR-2/STAT3信号通路上调c-myc和Sox2来促进乳腺癌肿瘤干细胞的形成[34]。也有文献报道，恶性胸腔积液以及腹腔积液可以诱导正常的肿瘤上皮细胞产生干细胞特性，从而促进肿瘤的增殖、抗药以及免疫逃逸，而这个上皮细胞的转化过程，依赖于VEGF/PI3K/ATK/MTOR通路的调节途径[35]。

3.4 肿瘤干细胞与VEGF在肿瘤组织的发生发展以及复发转移中具有协同作用

肿瘤干细胞的自我更新能促进肿瘤生长、复发、转移及预后不良。有文献报道，CD133+的肿瘤干细胞可以通过增加VEGF的表达促进肝癌的复发[36]。Beck等[9]的研究表明，特异性地阻断VEGFR2可以降低肿瘤组织中微血管的密度以及肿瘤灶中肿瘤干细胞数量，从而达到抑制肿瘤干细胞自我更新的目的，进而可以起到抑制肿瘤生长和转移的作用。研究证明，VEGF还可以通过旁分泌的途径来刺激肿瘤组织的血管生成，进而促进肿瘤干细胞的自我更新，最终导致肿瘤的生长和转移。反之，特异性阻断肿瘤组织中新生血管的形成，可显著降低肿瘤组织中肿瘤干细胞的数量，从而达到延缓肿瘤组织发展的目的。上皮-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）作为肿瘤发展和转移扩散的基础，促使肿瘤细胞离开原发部位，侵入周围组织和向远处器官转移。EMT也丰富了肿瘤干细胞理论。Fantozzi等[37]针对EMT诱导肿瘤干细胞提出了一种新的解释：VEGF-A介导的新生血管是肿瘤干细胞和细胞癌化的连接机制。

3.5 肿瘤干细胞和VEGF的表达与放化疗抵抗

肿瘤干细胞的存在以及VEGF的高表达可以导致肿瘤组织的放化疗抵抗在很多文献中均有报道。肿瘤干细胞对于抗VEGF药物以及抗VEGFR药物均有耐受能力。并且这些抗性是由VEGF/NRP信号通路介导的，这个通路并不能被抗VEGF药物以及抗VEGFR药物所抑制[27]。也有学者认为，抗VEGF药物是一个有效的治疗肿瘤的方法。但是，其也可能导致另外一些补偿途径，如HIF-1α的上调，肿瘤干细胞可以优先耐受缺氧环境，从而导致肿瘤的耐药性[38]，并且多种药物联合应用较应用单种药物能够更加有效地抑制肿瘤生长。有文献报道，食管癌肿瘤干细胞能够导致食管癌对放疗抵抗[39]，与食管癌VEGF的高表达有关。

4 小结

肿瘤干细胞和VEGF有着紧密的联系，由于缺氧等因素的刺激，肿瘤干细胞本身可以高表达VEGF，同时缺氧又可以通过HIF-1α刺激VEGF产生，从而维持肿瘤干细胞的干性，并促进肿瘤干细胞增殖。不仅如此，VEGF可以刺激新生血管的生成，增加血管的通透性，而同时肿瘤干细胞也能通过酰化肽受体和趋化因子受体CXCR4来参与血管生成，另外肿瘤干细胞还可以通过转化，直接参与肿瘤血管的形成。肿瘤干细胞的自我更新能力、高致瘤性等特性，导致了肿瘤组织的生长、复发、转移。而VEGF的促血管生成功能不仅促进了肿瘤干细胞的自我更新，也增加了肿瘤组织生长、复发、转移的能力。这些因素都相互影响、相互关联，从而导致肿瘤向更加恶性的方向发展。

目前研究认为肿瘤干细胞与VEGF相互影响的作用机制、放化疗对肿瘤干细胞表达VEGF的影响机制尚未完全明确。因此，探索肿瘤干细胞与VEGF表达相互影响的作用机制，放化疗对肿瘤干细胞表达VEGF的影响以及肿瘤干细胞放化疗抗性及其机制的研究对基础研究和临床诊疗有重要意义。

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