Ang/Tie2通路在肿瘤血管生成中作用的研究进展

高倩倩 吕仁荣 徐广琪 毕见海 霍然 肖虎

【提要】 肿瘤血管生成是肿瘤发生发展的重要过程，新生血管满足肿瘤细胞的高营养和高氧需求，是促进肿瘤生长所必需的条件。Ang/Tie2通路调节血管发育、血管生成和血管稳态，尤其在肿瘤血管生成中发挥重要作用。Ang1可促进血管稳定，而Ang2在肿瘤中的高表达会影响血管的通透性并破坏血管稳定性。针对Ang/Tie2通路的靶向药物目前正在多个临床试验中研发。本文对Ang/Tie2通路在肿瘤血管生成的作用进行综述。

肿瘤发生是个复杂的过程，受多种因素影响，其中肿瘤内血管生成是肿瘤生长、维持和转移的重要过程，肿瘤依靠血管以维持自身生存[1]。血管生成素(Angiopoietin，Ang)/Tie2通路在肿瘤血管生成、肿瘤炎症和肿瘤转移中起关键作用[2-3]，可以调节组织中的血管和淋巴管发育、血管通透性、血管生成重塑和肿瘤血管化[4]。近年来，Ang/Tie2通路的功能及其在肿瘤血管系统中的抑制作用引发关注[2，5]。本文回顾了目前对Ang/Tie2通路功能的理解及其在肿瘤靶向治疗中的潜力，以期为机制研究提供依据，为临床治疗提供新思路。

1 Ang/Tie2通路的结构及生物学功能

1.1 Ang

Ang是一类大小约70 000 Da的糖蛋白家族，包括1个负责其多聚的氨基末端结构域，1个二聚化的卷曲螺旋结构域，以及1个含Tie2结合区的羧基末端纤维蛋白原样结构域[6]。Ang是Tie2的配体，主要作用于血管系统，以控制血管的发育和稳定性[7]。Ang结合Tie2的第二免疫球蛋白基序，从而激活Tie1/Tie2异二聚体中的Tie2和Tie1[8-9]。Ang家族主要包括以下4个成员：Ang1、Ang2、Ang3和Ang4。目前的相关研究多聚焦于Ang1和Ang2，对Ang3和Ang4的了解较少[7，10-12]。

1.1.1 Ang1

Ang1是最早发现的血管生成素，是由血管周细胞和血管平滑肌细胞分泌的配体，是一种强大的Tie2激动剂[13-15]。Ang1可诱导内皮细胞-内皮细胞连接处、内皮细胞-细胞外基质接触处形成Tie簇[16-17]。Ang1含有3个结构域，即1个羧基末端纤维蛋白原样结构域(与Tie2受体结合)，1个中心卷曲螺旋结构域(使这些纤维蛋白原样结构域寡聚)，以及1个短的氨基末端结构域(将寡聚体超聚成不同大小的多聚体)[6，18]。Ang1可以诱导内皮细胞迁移、发芽、小管形成，通过促进内皮细胞的稳定和存活，以及抑制炎症反应，在维持血管稳定性、体内平衡方面发挥着重要作用[15，19-22]。

1.1.2 Ang2

Ang2是与血管生成相关的另一个主要因素，是第二个被发现的血管生成素家族成员[23]。Ang2主要由内皮细胞生产，之后储存在Weibel-Palade体内，在炎症、缺氧的刺激下可迅速释放，并以自分泌的方式作用于内皮细胞[24]。Ang2的蛋白结构主要由氨基末端的卷曲螺旋结构域和羧基末端的纤维蛋白原样结构域组成[23]。Ang1和Ang2具有相似的结构，两者对Tie2亦具有相似的结合力。最初认为，Ang2是Ang1对内皮细胞的竞争性拮抗剂，下调Tie2信号转导，可以解除血管内皮细胞对Ang1的抑制作用[23，25]。此后的研究发现，Ang1是Tie2的纯激动剂，而Ang2是Tie2的弱激动剂或拮抗剂，可以抑制Ang1/Tie2信号转导通路[26-27]。也就是说，当Ang1不存在时，Ang2充当弱激动剂，而当Ang1存在时，Ang2充当剂量依赖性拮抗剂[26]。其对Tie2信号转导的影响结果取决于各种参数，如血管床类型、Ang1的伴随表达(或其他血管生成因子)[26，28]。与Ang1不同，Ang2会影响血管的通透性、破坏血管稳定性以及造成血管重塑[29-30]。

1.1.3 Ang3和Ang4

Ang3和Ang4分别是在小鼠和人类中发现的种间直系同源物[11]。Ang3和Ang4的氨基酸序列分析表明，与Ang1和Ang2一样，Ang3和Ang4具有特征性的蛋白质结构，其氨基末端区域包含卷曲螺旋结构域，而羧基末端区域包含纤维蛋白原样结构域[11，14，23]。研究表明，Ang3和Ang4都是Tie2受体信号的激动剂，Ang3不作为人Tie2的激动剂，而Ang4作为人Tie2的强激动剂。相比之下，Ang3对小鼠Tie2是一种强激动剂，而Ang4对小鼠Tie2起中等激动剂的作用[31]。Ang3和Ang4的特征性较差，其确切功能仍有待阐明。

1.2 Tie2

关于Tie2的克隆最早于1992年所研究的血管内膜的一个cDNA文库中被报道[32]。Tie2是一种大小约140 000 Da的酪氨酸激酶受体，与免疫球蛋白和表皮生长因子同源。Tie2除了在血管内皮细胞中表达，在造血干细胞、单核细胞、神经细胞、肌肉卫星细胞和肿瘤细胞中也有表达[33-37]。Tie2有1个用于配体结合的独特的胞外结构域、1个单程跨膜结构域、1个双组分细胞质蛋白酪氨酸激酶结构域和1个羧基末端尾部[3]。Tie2作为Ang家族蛋白的受体起作用，在血管的发育和稳定过程中发挥重要调节作用[30]。Tie2的过度表达已在许多疾病中被观察到，包括银屑病、肺动脉高压、婴儿血管瘤等[38-40]。最近的研究发现，Tie2在卵巢癌模型中表现出可成为卵巢癌预后生物标志物的潜在可能[41]。

1.3 Ang/Tie2通路的信号转导机制

Ang/Tie通路最初是作为内皮细胞特定的信号转导途径而被发现的[42-43]。Tie2是Ang/Tie信号转导通路中主要的酪氨酸激酶受体。目前，Ang/Tie2信号转导通路正被广泛研究。

Ang/Tie2通路的信号转导是由Tie2被Ang1结合后自磷酸化启动的，激活的Tie2结合并激活其他几个效应器，包括酪氨酸激酶相关下游蛋白、内皮型一氧化氮合酶、SH2结构域磷酸酶、生长因子受体结合蛋白2以及磷脂酰肌醇3-激酶的p85亚基等[44-45]。与Ang1不同，Ang2通常起到Ang1拮抗剂的作用，介导血管通透性的增加，为血管新生奠定基础，但在某些情况下，亦可作为Tie2的弱激动剂发挥作用[26]。

此外，Ang/Tie通路的信号传导还与血管内皮蛋白酪氨酸磷酸酶及整合素互相作用。血管内皮蛋白酪氨酸磷酸酶可与Tie2的胞内结构域相互作用，激活Tie2的去磷酸化，增加血管的通透性[16]。整合素可与Ang1、Ang2、Tie2共同调节内皮细胞与细胞外基质的相互作用，整合素也可作为非内皮细胞或低水平表达Tie2的内皮细胞的Ang受体[46-47]。

Ang/Tie2通路在调节血管发育、血管生成、血管稳态和病理性炎症反应中起着至关重要的作用[30，48]。

2 Ang/Tie2通路在肿瘤血管生成中的作用

2.1 Ang1/Tie2通路与肿瘤血管生成

Ang1是一种强大的血管稳定因子。Ang1/Tie2通路通过对内皮细胞-内皮细胞连接和肌动蛋白细胞骨架的影响促进血管稳定性[49-50]。与Ang2相比，Ang1在肿瘤细胞中的异位过度表达可抑制小鼠肿瘤的生长，这可能与Ang1诱导的肿瘤血管稳定有关[51-52]。Jeansson等[53]发现，Ang1可以稳定小鼠病理损伤后新形成的血管。重组Ang1蛋白或病毒转基因小鼠及Ang1刺激培养的内皮细胞可以抑制由多种炎症细胞因子和生长因子(如组胺、血管内皮生长因子)引起的血管渗漏[54-55]。虽然Ang1在生理性血管重塑过程中具有血管生成和淋巴管生成活性，但Ang1似乎不促进肿瘤血管生长[56-57]。相反，在抗血管生成性肿瘤治疗期间增加的Ang1表达介导了肿瘤血管的正常化，这有助于药物输送[58]。因此，阻断Ang1可能不是一个好的选择。

2.2 Ang2/Tie2通路与肿瘤血管生成

Ang2在小鼠癌细胞中的过度表达促进肿瘤的生长和血管化，应用选择性Ang2阻断剂可以抑制肿瘤的血管生成及肿瘤生长，还可诱导新形成的肿瘤血管正常化，周细胞覆盖率增加，内皮细胞发芽减少，并重塑成更小更均匀的血管，使血管稳定性增强[58-60]。研究发现，Ang2在多种人类癌症中的表达均增加，包括结直肠癌、多发性骨髓瘤、乳腺癌及肾细胞癌等[61-63]。高血清Ang2水平与肿瘤血管密度增加、肿瘤转移、低生存率有一定的相关性[64-66]。Ang2表达的显著上调，使Ang2与Tie2结合增加，从而导致血管不稳定和血管组织缺氧，形成无血管和高度缺氧的肿瘤[29]。这些步骤是被称为“血管生成开关”的第一步。组织缺氧反过来又促进了血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor，VEGF)的表达，而VEGF和Ang1/2-Tie2协同作用，刺激肿瘤边缘的新生血管生成[30，67]。

3 针对Ang/Tie2通路的肿瘤靶向治疗药物

Ang/Tie2通路不仅在血管生成和血管动态平衡过程中发挥重要作用，还参与多种过程，如血管通透性、炎症和体内平衡等，处于疾病分子机制的交叉点[48]。因此，针对这一系统的干预被认为是治疗肿瘤的措施之一。然而，不必要的副作用是我们需要面对的棘手问题，这种影响可能会变得不受控制和不可逆转。可见，靶向治疗具有双重性，可能发挥抗肿瘤效应，也可能促进癌症发展。因此，治疗除了应该在正确的时机进行干预，还需要考虑到适当的持续时间和尽可能小的副作用。

3.1 针对Ang1的靶向治疗

针对Ang/Tie2通路的药物临床开发主要集中在Ang2阻断疗法上。Ang1是一种强大的血管稳定因子，Ang1阻断剂在临床前癌症模型中的疗效有限。对于血管稳定疗法，增强Ang1/Tie2通路似乎是一个高度可行的策略[68]。研究表明，Ang1可以作为一种治疗蛋白，同时大量的临床前数据支持一些设计的Ang1配体的血管保护作用[69-71]，其功能仍需进一步的临床试验来证实。

3.2 针对Ang2的靶向治疗

与Ang1稳定血管的功能不同，Ang2会影响血管的通透性、破坏血管稳定性。因此，阻断Ang2/Tie2通路成为抑制肿瘤血管生成更重要的治疗策略，如MEDI3617和Nesvaumab(也称为REGN910)，是人类Ang2靶向单克隆抗体，通过中和Ang2与Tie2的相互作用发挥作用[72-73]。

最近对Ang1或Ang2特异性药物的研究表明，Ang2可能是抑制血管生成的更重要的靶标，但双重Ang1/2阻断在某些情况下可能会更具优势[58，74，75]。研究发现，Trebananib(AMG386)是通过阻止Ang1和Ang2与其受体Tie2相互作用来抑制血管生成的肽-fc融合蛋白，在Ⅰ期试验中，其与化疗联合具有良好的耐受性并可降低肿瘤血流通透性[76-77]。Trebananib(AMG386)可抑制配体与Tie2受体的相互作用，已在许多临床试验中进行了评估，并证明了其安全性和潜在疗效[78-80]。

另有研究表明，VEGF和Ang发挥互补作用，可以合作方式调节血管生成[81]。联合抑制VEGF和Tie2确实在癌症血管生成的模型中显示出了更高的抗肿瘤疗效[82-84]。例如，早期临床肿瘤试验中的双特异性Ang2及VEGF靶向抗体vanucizumab，以及另一种对Ang2和VEGF具有双重特异性的双特异性抗体RG7716[85-86]。

3.3 针对Tie2的靶向治疗

目前，一些抑制Tie2和其他额外酪氨酸激酶的小分子酪氨酸激酶抑制剂正在进行临床试验。如Rebastinib是有效的选择性Tie2受体酪氨酸激酶抑制剂，同时也抑制血管内皮细胞生长因子受体1和BCR-ABL(Breakpoint cluster region-Abelson，BCR-ABL)，可应用于治疗乳腺癌、白血病[87-88]。与Rebastinib不同，Regorafenib已经应用于临床。Regorafenib是一种多靶点酪氨酸激酶抑制剂，除了抑制Tie2外，还有血管内皮细胞生长因子受体和其他一些激酶，临床上主要用于治疗胃肠道间质瘤、转移性结直肠癌、肝细胞癌[89-91]。然而，由于临床开发中的酪氨酸激酶抑制剂除了抑制Tie2外，还抑制许多其他酪氨酸激酶，因此抑制Tie2途径对其治疗效果的重要性尚不清楚。

4 总结与展望

过度的血管新生是肿瘤主要的特征之一，肿瘤依靠血管维持自身生存。Ang/Tie2通路可调节血管发育、血管生成、血管稳态和病理性炎症反应，尤其在肿瘤血管生成中发挥重要作用。Ang1是一种强大的血管稳定因子，但是Ang2在肿瘤中的高表达会影响血管的通透性、破坏血管稳定性以及造成血管重塑。基于Ang/Tie2通路的功能，针对Ang/Tie2通路的靶向药物目前正在多个临床试验中研发，如Ang2抑制剂、Ang1和Ang2双重抑制剂、Ang2和VEGF双重抑制剂。此外，还有一些抑制Tie2的小分子酪氨酸激酶抑制剂，以及各种具有血管保护作用的Ang1配体，正在临床试验中，但这些配体的功能目前只有临床前数据支持，还需临床试验进一步证实。目前，更多的研究都旨在通过调控Ang/Tie2通路以纠正肿瘤血管的异常，促使肿瘤血管正常化，有望在未来成为新一代肿瘤靶向治疗药物。