肝癌血管生成与治疗研究进展*

胡雨婷 田 莎 禚昭钦 段博方 郑家旺 符嘉骏 郭佳鑫 黄晓蒂

湖南中医药大学医学院,湖南省长沙市 410208

肝癌是我国第五大恶性肿瘤及癌症相关死亡的第二大病因,相关数据显示,2020年我国癌症新发病例457万例,肝癌新发病例数41万例,其中,肝癌死亡病例数39万例[1]。这表明肝癌患者的发病率低而死亡率偏高,其临床治疗仍需进一步的突破与创新。众多研究表明,引起肝癌发生发展的因素复杂多样,包括血管因素、过氧化损伤、炎症反应、基质纤维化等,其中血管因素起重要作用,新生血管是否正常对肝癌的生长、转移乃至愈后都有极其重要的影响。因此,本文以肝癌血管为主要探讨对象,对其生成与治疗的最新研究进展做一综述。

1 肝癌血管生成

血管生成是指新的微血管发展成一个血流供应系统的生理过程,受到机体相关信号的严格控制。与正常血管生成相比,肿瘤细胞通过分泌高水平的促血管生成因子使大量血管新生。但生成的血管大多畸形无效且分布不均,其特征是内部血流不畅,未成熟的肿瘤血管内皮细胞与周细胞结合不紧密,使血管通透性增高,导致肿瘤组织水肿、灌注不良。由于肿瘤血管紊乱及血流不畅,进而引起氧合下降,造成肿瘤内部低氧、低pH及高细胞外基质[2]。而肿瘤内的低氧、低pH、高细胞外基质等可通过多种机制影响血管内皮生长因子(Vascular Endothelial Growth Factor,VEGF)通路及其他相关因子促进血管生成。

1.1 VEGF与血管生成 肝癌血管生成作为肝癌发生发展的重要因素,受VEGF、血小板衍生生长因子、转化生长因子等影响。其中,VEGF作为肝癌中最高表达的促血管生成因子,在肝癌血管生成中发挥关键作用。

VEGF是一种表达在血管内皮上的分子量约为45kDa的同源二聚体糖蛋白,能够促进血管内皮细胞进行有丝分裂并阻止细胞凋亡,同时还促进细胞迁移和增加血管通透性。因此,VEGF能够积极调节生理和病理性血管生成过程。VEGF家族包含许多成员,由多个配体和受体组成,其中,VEGF配体(VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D)及 VEGF 受体(VEGFR-1、VEGFR-2、VEGFR-3)与血管生成相关。大量研究表明,癌症环境中多种因子的分泌和缺氧条件可以上调VEGF的表达,VEGF可通过介导多种途径达到促进肿瘤血管生成的目的,VEGF配体与其受体结合激活VEGF信号通路,在VEGF信号通路中,VEGF-A/VEGFR-2是促进肝癌发展和血管生成的主要信号通路,VEGF-A与VEGFR-2结合后激活有丝分裂原活化蛋白激酶,实现VEGF-A的有丝分裂原特性,从而引起VEGFR-2的自身磷酸化,活化的VEGFR-2通过激活下游PLC /PKC通路和PI3K/Akt通路,进而调节肿瘤内皮细胞的增殖和迁移,促进血管生成[3]。其次,VEGF-A 还可通过Dll4/Notch1信号通路参与肝癌血管的生成[4]。Huang等研究表明,肝癌中VEGF可由肌成纤维细胞进行分泌,介导调节EZH2/VASH1途径达到促血管生成的目的[5]。Zhu等发现,肝癌中过表达的COMMD3可上调NF-κB蛋白的表达,并与其相互作用,诱导VEGF的分泌,VEGFR-2磷酸化,促进肝癌血管生成[6]。

可见,VEGF通过PLC-γ/PKC、PI3K/Akt、EZH2 /VASH1等多条途径参与肝癌血管的生成。

1.2 低氧与血管生成 在肝癌中,快速生长的肿瘤细胞对氧和营养的持续需求,导致一些肿瘤细胞处于氧扩散极限之外的缺氧环境中,肿瘤细胞进一步通过激活缺氧诱导因子-1α(Hypoxia-inducibe Factor 1,HIF-1α)来响应缺氧,HIF-1α可通过激活血管生成相关因子如血管内皮生长因子(VEGF)、内皮缩血管肽-1(ET-1)、血管紧张素(Ang)等多种相关信号通路及下游因子,从而调节肿瘤血管生成。

HIF-1现已被广泛认为是对缺氧应答的主要调节因子。最新研究表明,HIF-1可诱导许多缺氧适应基因的表达,调控下游多种靶基因参与细胞增殖、血管新生、血管运动等反应。Zhang等研究发现HIF-1α在基因水平启动下游VEGF的转录,进而影响血管生成[7]。

HIF与缺氧反应原件(Hypoxia Response Element,HRE)结合,诱导内皮缩血管肽-1(ET-1)、血管紧张素(Ang)等表达,参与肿瘤血管生成。Zhu等研究表明ET-1既可参与细胞外基质的重构,维持新生血管稳定,也可促进VEGF表达和肿瘤血管生成[8]。近年来发现,Ang是在肿瘤血管生成中发挥关键作用的因子,参与肿瘤血管新生的起始及延续过程,影响肿瘤生长和转移,并有望成为一种新的抗肿瘤血管新生靶向因子。其中AngⅠ在肿瘤细胞中表达,与人血管生成素受体酪氨酸激酶2(Human angiogenin receptor Tyrosine kinase 2,Tie-2) 受体结合后,调控内皮细胞的增殖与凋亡,趋化血管支持细胞如壁细胞和平滑肌细胞至血管内皮细胞周围,对肿瘤血管的成熟与稳定有重要作用;AngⅡ与Tie-2结合,直接激活Tie-2,拮抗AngⅠ的生物活性,破坏肿瘤血管完整性[9]。肿瘤发生的早期,AngⅡ参与破坏瘤体周边原有的正常血管,促进肿瘤新生血管的生成,在瘤体周边形成血管共选择(VesselCO-option)区。肿瘤形成后,AngⅡ与血管内皮生长因子(VEGF)发挥协同作用,共同促进肿瘤血管生成,并阻碍血管的完整性,使得肿瘤新生血管在各种因子的刺激下不断增生[10]。

可见,缺氧的肿瘤微环境诱导HIF-1α的表达,对VEGF、ET-1、AngⅠ、AngⅡ等与血管生成相关的通路和因子有促进和协同作用,共同促进肝癌血管的生成,进一步促进肝癌的发展。

1.3 细胞外基质(Extracellular matrix, ECM)与血管生成 正常肝脏中ECM的主要成分为蛋白聚糖、胶原蛋白、糖胺聚糖,而肝癌组织中癌细胞与癌症相关细胞协同工作,通过各种途径调节ECM,引起各种细胞因子和生长因子分泌增加以及ECM沉积成分增多,促进肝癌的发生发展。

ECM中包含多种细胞分泌的参与血管生成的分子,如促血管生成因子、炎症因子、外泌体、基质金属蛋白酶蛋白家族(MMPs)等。肝癌是一种高度血管生成癌,VGEF在诱导血管持续生成中起着至关重要的作用。早期研究表明,慢性炎症是导致肿瘤血管不断生成的重要因素,肝癌组织中高表达的TNF-α和IL-6可以促进VEGF的分泌,VEGF能够与内皮细胞表面的相关受体如VEGFR2结合,激活VEGF/VEGFR2信号通路,促进血管生成[11-12]。新兴研究发现,肝癌组织中存在的外泌体,可提供多种途径调节促血管生成因子参与诱导肿瘤血管的新生。Lin等研究证明,肝癌细胞分泌的外泌体中存在的miR-210可以通过靶向SMAD4和STAT6转移到内皮细胞以促进肿瘤血管生成[13]。肝癌中HepG2分泌的外泌体亦可表达NKG2D(免疫细胞的活化受体)和HSP70(一种与应激相关的热休克蛋白),这两者都可作用于VEGF受体。此外,肝癌ECM中的MMPs也与血管生成密切相关。有研究证明,MMP-2、MMP-8、MMP-9、MMP-10在肝癌的转移和侵袭过程中有利于血管的生成[14]。

ECM基质硬化是实体瘤的一个显著物理特征,主要是由于ECM中的蛋白过度沉积所致。研究发现,ECM基质硬化可能通过影响细胞因子的合成分泌以及细胞的形态、生长、分化来促进血管的生成。Dong等通过研究ECM基质刚度在肝癌血管生成中的作用,发现高刚度的基质刺激信号通过整合素β1转导到肝癌细胞中,该信号激活PI3K/Akt通路上调VEGF的表达,表明ECM基质硬化可作为调节肝癌血管生成的启动机制[15]。Wei等亦证明高刚度的ECM通过上调NEAT1的表达促进HIF-1α的表达,HIF-1α进一步募集到VEGF启动子,并在肝癌缺氧环境中激活VEGF表达,从而促进血管生成[16]。

可见,ECM可通过多种机制,如影响细胞因子、外泌体的生成来促进血管生成。

2 肝癌血管治疗

2.1 靶向血管药物

2.1.1 靶向VEGF的单克隆抗体。单克隆抗体是一种人造特异性强、纯度高的单一表位抗体,在靶向VEGF单抗中,贝伐珠单抗近年尤其受到关注。其作为VEGF-A的靶向药物,可与所有循环的可溶性VEGF-A亚型结合,竞争性抑制VEGFR与VEGF-A配对,从而导致VEGF信号通路不应答[17],达到抑制血管生长,诱导新生血管消退的作用,同时,可促进细胞毒性化学疗法的递送,对肿瘤细胞也有直接疗效。作为临床广泛应用的靶点药物,贝伐珠单抗常与阿替利珠单抗联合用药。Komatsu等人在临床治疗中,对一名82岁男性的不可切除晚期肝细胞癌伴Vp4 PVTT进行了贝伐珠单抗加阿替利珠单抗治疗,治疗过程中发现肿瘤变小、PVTT消退、血清甲胎蛋白水平下降,检查无明显残余肿瘤体征,证明贝伐珠单抗加阿替利珠单抗对于Vp4 PVTT晚期肝癌的良好作用[18]。此外,Zhang等临床研究发现,低剂量靶向局部血管贝伐珠单抗输注后,使用经动脉化疗栓塞治疗(TACE)可使晚期肝细胞癌患者的肿瘤血管正常化[19]。可见,贝伐珠单抗作为肝癌血管VEGF-A的靶向药物,在与其他药物的联合使用中具有重要作用。

2.1.2 酪氨酸激酶抑制剂。(1)索拉非尼是目前晚期肝癌的一线治疗药物。索拉非尼可靶向拮抗PDGFR-β、VEGFR-2和VEGFR-3,从而抑制Raf激活及下游Mek/Erk磷酸化,导致血管生成的基因转录受阻,肿瘤血管生成减少,组织供能不足;且抑制Mek/Erk磷酸化可下调Cyclin D1水平,阻碍肿瘤细胞从G0到G1阶段的周期性进展[20],最终抑制肿瘤细胞的生长和增殖。此外,索拉非尼还可通过抑制eIF4E磷酸化和抗凋亡因子Mcl-1的表达,来促进肿瘤细胞的凋亡[21]。然而,随着越来越多的临床用药监测发现,索拉非尼的耐药性在临床使用中不断增强。因此,索拉非尼与其他肝癌治疗的联合应用,已成为目前研究的重要方向。可见,在目前的肝癌临床诊疗过程中,靶向血管药物均存在一定程度的局限性,靶向血管药物的联合治疗能取得更好的疗效,仍为肝癌治疗的主流方向。(2)阿帕替尼是一种新型多靶点抗肿瘤药物,不仅可与VEGFR-2、ATP特异性结合,阻碍VEGF的配对及VEGFR-2的自磷酸化作用,达到抑制血管生成的目的,而且可通过MAPK/ERK、上皮间质转化等多条通路抑制肿瘤血管生长。然而,阿帕替尼单独使用对治疗该疾病的效果甚微,常与TACE联合应用,因为研究发现,与仅接受TACE治疗的患者相比,阿帕替尼联合TACE治疗的患者表现出更好的客观缓解率和疾病控制率[22]。(3)布立尼布是目前晚期肝癌的二线临床用药。作为VEGFR和成纤维细胞生长因子受体(FGFR)的选择性抑制剂,布立尼布可通过抑制VEGFR-2、FGFR-1、细胞外信号调节激酶等多种途径达到降低肝癌微血管密度、抑制癌细胞增殖的疗效。Giovannini等实验发现,布立尼布同时具有诱导HepG2细胞自噬和凋亡的作用,但具体机制有待进一步探讨[23]。

2.2 促进增生血管正常化 肿瘤血管正常化是指在特定时间窗内通过合理运用抗血管生成药物,在不消除血管的情况下使肿瘤血管系统的异常结构和功能正常化。相较于抗血管生成,血管正常化在抗肿瘤治疗方面已显露相当优势。Sun 等研究证实,肿瘤血管正常化通过增加血管组织和周细胞对内皮细胞的覆盖来增加肿瘤灌注,改善低氧介导的癌细胞转移潜力的增加,阻止癌细胞的浸润和外渗[24]。Zeng等研究表明,肿瘤血管正常化通过激活机体抗肿瘤免疫,进而克服肿瘤免疫逃逸,抑制肿瘤转移[25]。可见,血管正常化不会造成未成熟的血管退化,而是通过促进血管结构及功能正常、增加肿瘤灌注、激活机体抗肿瘤免疫等途径降低肿瘤远处转移风险。因此,寻找合适剂量的抗血管生成药物及合适的时间窗,从而促进肝癌血管正常化,可为肝癌的治疗开辟新方向。

3 展望

众多研究已发现肝癌瘤体内部的各种成分如低氧、低pH、高细胞外基质可通过多种机制介导肿瘤血管生成,促进肝癌发生发展。其中每个潜在的机制都可能成为治疗肝癌的靶标,有待科研工作者进一步探索。目前肝癌血管治疗多为靶向抗血管生成途径,且机制多与VEGF及其受体相关。由于靶向血管药物的单一用药存在一定局限性,靶向血管药物联合其他治疗仍为当今临床治疗肝癌的主要方式。总结归纳肝癌血管靶向治疗的各个机制及疗效,可以为肿瘤血管正常化为靶向的药物提供临床指导。