肿瘤血管生成的研究进展

1、肿瘤血管生成的研究进展肿瘤血管生成的研究进展 20172017年年6 6月月肿瘤血管生成理论的背景肿瘤血管生成理论的背景 肿瘤血管生成研究现状肿瘤血管生成研究现状肿瘤抗血管生成治疗的不足肿瘤抗血管生成治疗的不足抗血管生成治疗肿瘤的策略抗血管生成治疗肿瘤的策略1432血管生成理论的提出与发展血管生成理论的提出与发展最初描述血管生成by Dr John Hunter17871787一些德国病理学家观察到部分人类肿瘤高度血管化, 从而提出新生血管可能在肿瘤进展中重要致病作用118001800里程碑的发表: Judah Folkman 提出肿瘤生长是血管生成依赖的19711971肿瘤血管生成理论的背景

2、血管生成的概念：血管生成的概念：血管生成（ angiogenesis ）是指在原有血管的基础上，内皮细胞以发芽的模式形成新血管的过程。这个过程包括了原始血管网扩张，形成动脉静脉和毛细血管周细胞和平滑肌细胞环绕形成完整的新生血管。肿瘤血管生成理论的背景肿瘤血管生成理论的背景胎儿期正常的血管生成胎儿期正常的血管生成血管生成可发生于人体发育和生长的某些特殊阶段子宫内的胎儿 产生初始的血管内皮细胞网络，并形成体内的大血管；血管生成（angiogenesis） 在这个网络基础上形成新的小血管或毛细血管，完成胎儿的循环系统的发育肿瘤血管生成理论的背景女性每个月子宫内膜脱落和修复 此外,血管生成也发生于伤口

3、愈合过程中的修复和重建 肿瘤血管生成理论的背景成人正常的血管生成成人正常的血管生成Without Angiogenesis, Tumor Growth Without Angiogenesis, Tumor Growth StopsStopsfIn early experiments, Scientists removed a cancerous tumor from a animal; injected some of the cancer cells into a normal organ ( the same strain of anima)l.fplaced the organ in

4、a glass chamber pumped into a nutrient solution the organ to keep it alive for a week or two. ffound the cancer cells grew into tiny tumors but failed to link up to the organs blood vessels.f As a result, tumor growth stopped at a diameter of about 1-2mm. Without angiogenesis, tumor growth stopped 肿

5、瘤血管生成理论的背景肿瘤血管生成理论的背景肿瘤血管生成理论的背景肿瘤血管生成理论的背景 肿瘤内部血管的形成对肿瘤的生长具有重要作用。肿瘤血管为肿瘤组织提供新陈代谢所必需的氧气和营养，从而使肿瘤得以迅速的生长并同时为肿瘤的远端转移提供转运。血管生成是肿瘤生长转移中基本的因素血管生成是肿瘤生长转移中基本的因素 肿瘤无血供，仅靠弥散获取营养时，体积不超过2mm3，处于静息期 肿瘤细胞分泌大量VEGF，促使供应肿瘤的血管生成拥有血供的肿瘤迅速生长并可发生侵袭、转移肿瘤血管生成研究现状肿瘤与血管生成的关系肿瘤与血管生成的关系f肿瘤中的血管生成是肿瘤生长转移中最基本的因素。肿瘤血管承担血液与组织间氧、营养

6、必需物质、代谢产物和能量信息交换的功能。肿瘤血管参与一系列反馈调节。实体瘤大多起始于肿瘤血管生成，间质细胞分泌的细胞因子启动肿瘤新生血管的编码，从早期的异常增生开始，逐步进展为肿瘤，并进一步发生转移。肿瘤血管生成研究现状肿瘤血管形成的特征肿瘤血管形成的特征 失控性：肿瘤新生血管出现迅速，生长快，并呈持续性，10 %20 %的肿瘤血管内皮细胞始终处于DNA合成状态,这种持续的血管生成是由肿瘤组织血管生成生长因子持续高水平释放造成的。肿瘤血管生成研究现状结构：1）复杂性的扩张、囊状、弯曲血管； 2）缺乏支撑细胞 ( pericyte )3）血管易漏功能：不具收缩功能，不受神经体液调节。对正常血管有

7、活性的物质对该血管不起作用(乙酰胆碱、血管紧张素、温度）。（2）肿瘤血管不成熟性肿瘤血管生成研究现状正常脉管系统与肿瘤脉管系统正常脉管系统与肿瘤脉管系统肿瘤血管生成研究现状正常脉管系统与肿瘤脉管系统正常脉管系统与肿瘤脉管系统Thurston et al. Science.1999;286:2511.肿瘤血管生成研究现状肿瘤血管生成研究现状肿瘤血管生成研究现状血管异常生长血管异常生长 肿瘤不同区域的血管有不同的形态，肿瘤不同区域的血管有不同的形态， 反映了肿瘤生长不同时间内微血管变化状态反映了肿瘤生长不同时间内微血管变化状态 与癌细胞生长、增殖不均匀有关。与癌细胞生长、增殖不均匀有关。 新生的新

8、生的CapCap从肿瘤外围长入肿瘤中，并相互吻合形成从肿瘤外围长入肿瘤中，并相互吻合形成 外围血管网，再进一步分支进入肿瘤深部；外围血管网，再进一步分支进入肿瘤深部； 新生的新生的CapCap网直接进入肿瘤中央，呈树状向外分支，网直接进入肿瘤中央，呈树状向外分支， 肿瘤细胞分裂增殖直接形成肿瘤血管，随肿瘤长大血肿瘤细胞分裂增殖直接形成肿瘤血管，随肿瘤长大血 管不断地向外延伸，并与外围管不断地向外延伸，并与外围CapCap网相连。网相连。 一般认为外周血管丰富时，中央血管少，而中央血管丰一般认为外周血管丰富时，中央血管少，而中央血管丰富时，外围血管则少。富时，外围血管则少。 血管丰富区血管丰富区

9、热点热点肿瘤血管生成研究现状癌细胞更新速度癌细胞更新速度 内皮细胞内皮细胞乏氧性坏死乏氧性坏死小鼠瘤细胞小鼠瘤细胞22小时小时更新一代，血管内皮细胞的增殖是更新一代，血管内皮细胞的增殖是50小时更小时更新一代。新一代。瘤内约瘤内约1040仅为内皮细胞所构成的血管，无相应的营养血仅为内皮细胞所构成的血管，无相应的营养血流，流，氧利用率很低氧利用率很低。红细胞常出现完全性脱氧。红细胞常出现完全性脱氧癌细胞增生、癌内缺乏淋巴管网，瘤体间流体静脉压升高、压癌细胞增生、癌内缺乏淋巴管网，瘤体间流体静脉压升高、压迫小血管，迫小血管，使瘤内血流量仅为正常的使瘤内血流量仅为正常的1 10 瘤细胞无氧酵解产生大

10、量瘤细胞无氧酵解产生大量H+，使肿瘤中存在着不同程度的使肿瘤中存在着不同程度的低营养、低低营养、低PH值、低氧的三低细胞群值、低氧的三低细胞群。 肿瘤微循环较肿瘤生长表现出低效和相对不足，肿瘤组织肿瘤微循环较肿瘤生长表现出低效和相对不足，肿瘤组织特别是中心部位常常因为缺血、缺氧而坏死。特别是中心部位常常因为缺血、缺氧而坏死。 肿瘤血管生成研究现状肿瘤血管生成研究现状肿瘤血管生成研究现状肿瘤新生血管形成过程肿瘤新生血管形成过程肿瘤血管生成研究现状肿瘤血管生成的方式肿瘤血管生成的方式出芽式血管生成（sprouting angiogenesis, SA）套叠式血管生成（intussusceptive

11、 angiogenesis，IA）成血管细胞募集 血管生成拟态（vasculogenic mimicry，VM）镶嵌体血管肿瘤血管生成研究现状肿瘤血管生成的方式肿瘤血管生成的方式套叠式血管生成：是通过间质柱状结构插入已有血管的内腔，导致原有血管腔的分割和新生血管的形成。出芽式血管生成：是指肿瘤血管起源于已存在的内皮细胞，通过出芽的方式形成新的肿瘤性毛细血管。SA是最早被认识的肿瘤血管形成方式，其主要步骤包括血管内皮细胞的增殖、迁移及管状血管结构的形成。肿瘤血管生成研究现状镶嵌体血管：肿瘤细胞能够嵌入肿瘤的血管壁，以便活化的自然杀伤细胞穿透并进入肿瘤组织内部。最近，Chang等详细地描述了这种现

12、象，并称之为镶嵌体血管（mosaic blood vessels，MBV）血管生成拟态：血管生成拟态（vasculogenic mimicry，VM）的概念是由Maniotis提出。侵袭性葡萄膜黑色素瘤仅在肿瘤的边界存在血管生成，而肿瘤内缺乏衬有内皮细胞的血管，奇怪的是肿瘤并没有出现坏死。肿瘤血管生成的方式肿瘤血管生成的方式肿瘤血管生成研究现状肿瘤血管生成中肿瘤血管生成中主要要信号通路主要要信号通路VEGF-VEGFR信号传导系统VEGF能迅速刺激酪氨酸磷酸化并通过激活RASRAFMEKERK和P13激酶途径，使转录因子激活或降解其mRNA使蛋白失活，从而表达其活性。VEGFRl还可以激活肿瘤

13、的进展和转移。VEGFR2可促进原有血管基础上的有丝分裂，增加血管通透性，并在诱导血管生成等一系列活动中起首要作用。VEGFR3为是原发或继发恶性肿瘤淋巴内皮细胞的特异性标记物。肿瘤血管生成研究现状肿瘤血管生成中主要要信号通路肿瘤血管生成中主要要信号通路Dll4-Notch信号传导系统Notch信号系统能增强血管稳定性，并通过降低大动脉内皮细胞对局部血管生长因子(如VEGF)的应答增加大动脉内径。在胚胎发育中Dll4一Notch系统的缺失可导致胚胎的死亡。血管内皮细胞的Notchl受体与Dll4配体结合后，发生级联放大反应，抑制细胞活化，防止过多的端细胞形成血管突起。Ang-Tie-2信号传导

14、系统Tie-2是Ang-1的唯一受体，Ang-l结合Tie-2后可引起酪氨酸磷酸化，然后通过一系列信号传导途径增强内皮细胞存活率、细胞间的稳定性以及毛细血管的形成，抑制毛细血管通透性。当环境中VEGF浓度升高时，Ang一2促进新生血管萌芽；当环境中VEGF浓度降低时，Ang一2使血管退化。Ang-2和Tie-1可下调Ang-1介导的Tie-2信号传导，Ang的作用还进一步被VEGF-A和整合素调整。肿瘤血管生成研究现状Positive and negative regulators of Positive and negative regulators of angiogenesisangio

15、genesisPositive regulatorsNegative regulatorsFibroblast growth factorsThrombospondin-1Placental growth factorAngiostatinVascular endothelial growth factorInterferon alphaTransforming growth factorsProlactin 16-kd fragmentAngiogeninMetallo-proteinase inhibitorsInterleukin-8Platelet factor 4Hepatocyte

16、 growth factorGenistein(金雀异黄素)Granulocyte colony-stimulating factorPlacental proliferin-related proteinPlatelet-derived endothelial cell growth factorTransforming growth factor beta?Angiopoietin 1Endostatin肿瘤血管生成研究现状 抗肿瘤血管生成的治疗策略是对肿瘤血管调控因子及其作用环节进行干预。治疗方法有： （1）抑制血管生成促进因子的表达与释放； （2）促进抑制血管生成因子的表达与释放； （

17、3）诱导血管内皮细胞的凋亡和直接抑制肿瘤血管的生成。 抗肿瘤血管生成的策略抗肿瘤血管生成的策略抗血管生成治疗肿瘤的策略近年来，许多种具有抗血管生成活性的物质被鉴定出来，这些药物如下：间接 肿瘤血管生成抑制剂直接 肿瘤血管生成抑制剂其他途径 肿瘤血管生成抑制剂（沙利度胺 COX-2抑制剂）肿瘤血管生成抑制剂肿瘤血管生成抑制剂抗血管生成治疗肿瘤的策略间接肿瘤血管生成抑制剂间接肿瘤血管生成抑制剂作用于VEGF/VEGFR信号通路的药物生物大分子抑制剂小分子抑制剂贝伐单抗Aflibercept索拉非尼苏尼替尼凡德他尼抗血管生成治疗肿瘤的策略抗血管生成治疗肿瘤的策略肿瘤血管的灌注在抑制VEGF信号通路之

18、后的改变未治疗的肿瘤未治疗的肿瘤VEGFVEGF高表达高表达抑制抑制VEGFVEGF肿瘤血管消退；肿瘤血管消退；整体灌注可能减少整体灌注可能减少肿瘤血管正常化；肿瘤血管正常化；整体灌注可能增加整体灌注可能增加贝伐单抗贝伐单抗VEGF-AVEGF-AVEGFRVEGF/VEGFR信号通路大分子抑制剂大分子抑制剂罗氏公司研发的贝伐单抗(Avastin)是一种抗VEGF 的人源化抗体(IgG1)抗血管生成治疗肿瘤的策略索拉非尼索拉非尼(sorafenib)是一种双芳基尿素类口服多激酶抑制剂，它具有双重抗肿瘤作用，一方面通过抑制Raf/MEK/ERK信号传导通路直接抑制肿瘤生长，另一方面通过抑制几种与

19、新生血管生成和肿瘤发展有关的酪氨酸激酶受体的活性，包括VEGFR-2、VEGFR-3、PDGFR-和c-KIT原癌基因，阻断肿瘤新生血管生成，间接抑制肿瘤细胞的生长。小分子抑制剂小分子抑制剂抗血管生成治疗肿瘤的策略苏尼替尼苏尼替尼(sunitinibmalate，SU11248，商品名Sutent)是一种新型的小分子多靶点酪氨酸激酶抑制剂(TKIs)。对多种受体的酪氨酸激酶(RTKs)具有抑制作用，主要包括血小板衍生生长因子受体(PDGFR)、血管内皮生长因子受体1、2、3(VEGFR1、2、3)、干细胞因子受体(c-Kit)和胎肝激酶3 (Flt3)。小分子抑制剂小分子抑制剂抗血管生成治疗肿

20、瘤的策略 凡德它尼凡德它尼(ZactimaTM、Vandetanib，ZD6474) 是一种合成的苯胺喹唑啉化合物，为口服的小分子酪氨酸激酶抑制剂(TKI)，可同时作用于肿瘤细胞表皮生长因子受体(EGFR)、血管内皮生长因子受体(VEGFR)和 RET酪氨酸激酶。抗血管生成治疗肿瘤的策略小分子抑制剂小分子抑制剂直接血管生成抑制剂直接血管生成抑制剂细胞毒性药物（环磷酰胺氨甲喋呤）抑制内皮细胞特异性整合素或生存信号的药物（MEDI-522 多肽 cyclo）其他药物（内皮抑素成多肽-反义寡聚核苷酸复合物(PCAO) 抗血管生成治疗肿瘤的策略中药肿瘤血管生成抑制剂中药肿瘤血管生成抑制剂单味中药 白芨

21、提取物 人生皂苷Rg3 川芎嗪 姜黄素等复方中药 参麦注射液 固本消瘤胶囊等 抗血管生成治疗肿瘤的策略单味中药抗肿瘤血管生成的研究单味中药抗肿瘤血管生成的研究1 ：白及白及提取物中含有较多的多糖类物质，其主要成分为葡配甘露聚糖。白及提取物可能通过抑制肿瘤血管内皮生长因子与其受体的结合而抑制肿瘤血管生成。 2 ：川芎嗪川芎嗪可从植物川芎的根茎提取分离，也可人工合成。实验发现川芎嗪能减少小鼠Lewis肺癌肿瘤体积、重量和肺转移灶数，并能降低肿瘤微血管密度，抑制肿瘤细胞VEGF的表达。3 ：姜黄属传统的活血化瘀药活血化瘀药，是抗肿瘤复方常用组方，其主要有效成分姜黄素在防治肿瘤等方面有明显作用。姜黄活

22、性成分对人内皮细胞增殖具有抑制作用。 抗血管生成治疗肿瘤的策略复方中药抗肿瘤血管生成的研究复方中药抗肿瘤血管生成的研究1、参麦注射液、参麦注射液参麦注射液（红参，麦冬）具有益气养阴功效。研究发现参麦能抑制血管生成；抑制内皮细胞增殖和迁移可能是参麦抗血管生成的机理之一；同时也证明参麦是一种特异性血管生成抑制剂。2、固本消瘤胶囊、固本消瘤胶囊 固本消瘤胶囊由西洋参、冬虫夏草、全蝎、水蛭、浙贝母等组成，温而不燥，滋而不腻，共同起到益气培本、活血散结之功效，调节阴阳平衡，维持内环境稳定。实验表明， 固本消瘤胶囊对小鼠Lewis肺癌有明显抑制作用，能够抗肿瘤新生血管生成。抗血管生成治疗肿瘤的策略血管生成

23、抑制剂存在的问题血管生成抑制剂存在的问题1 1 、如何看待血管生成抑制剂？、如何看待血管生成抑制剂？ 血管生成抑制剂血管生成抑制剂 破坏肿瘤血管，杜绝氧气与营养供应破坏肿瘤血管，杜绝氧气与营养供应 抑制血管抑制血管? 血管正常化血管正常化? 肿瘤抗血管生成治疗的不足2 、耐药性、耐药性内源性耐药：肺、脑和结肠等血管丰富的组织不依赖新生血管获取氧气营养，如星形细胞瘤 （1）血管生成援救反应：生成多种促血管生成因子 （2）基因突变：内皮细胞基因突变肿瘤抗血管生成治疗的不足 获得性耐药二、肿瘤耐药性产生二、肿瘤耐药性产生 获得性耐药获得性耐药 n 基因突变、药物不能结合基因突变、药物不能结合n 代偿

24、性信号通路激活代偿性信号通路激活 EGFR T790M突变、导致药物不能结合突变、导致药物不能结合 Nature Reviews Cancer, 2011EGFR二次突变二次突变耐药性突变耐药性突变增敏性突变增敏性突变n EGFR酪氨酸酪氨酸790位点的位点的突变突变 (T790M )是是EGFR抑抑制剂最重要的耐药机制之制剂最重要的耐药机制之一一n EGFR抑制剂耐药的病人抑制剂耐药的病人中约有中约有50%具有该突变具有该突变c-Met扩增导致扩增导致EGFR抑制剂耐药抑制剂耐药 McDermott et al. J Clin Oncol, 2009c-Met扩增扩增EGFR抑制抑制剂耐药剂

25、耐药EGFR抑制抑制剂敏感剂敏感Engelman et al., Science. 2007n EGFR抑制剂耐药的肺癌细胞中抑制剂耐药的肺癌细胞中c-Met扩增扩增n c-Met通过通过ERBB3激活激活AKT从而产生耐药从而产生耐药Johannessen et al, Nature, 2010Nazarian et al, Nature, 2010Solit and Sawyers, Nature, 2010COT 激活激活MEK通路通路 ，导致，导致BRAF抑制剂耐药抑制剂耐药 n 40%患者使用患者使用8-12个月后产生个月后产生显著耐药显著耐药n 通过通过COT 激活激活MEKn 通

26、过通过PDGFR 代偿代偿MEK下游信下游信号通路号通路仅关注基因突变、单一代偿通路的仅关注基因突变、单一代偿通路的激活不能揭示获得性耐药的复杂性激活不能揭示获得性耐药的复杂性 针对肿瘤药物获得性耐药针对肿瘤药物获得性耐药激酶重编程是获得性耐药产生的重要原因激酶重编程是获得性耐药产生的重要原因 p肿瘤中存在特定的肿瘤中存在特定的“驱动激酶驱动激酶”突变，形成突变，形成“癌癌基因依赖基因依赖”特殊表型特殊表型p一旦驱动的突变激酶被抑制，原先不占主导地位一旦驱动的突变激酶被抑制，原先不占主导地位的数个激酶被代偿激活，且不同给药时间、不同的数个激酶被代偿激活，且不同给药时间、不同基因背景，激酶激活的

27、类型不同基因背景，激酶激活的类型不同Cell, 2012, 149:307抑制抑制MEKMEK代偿激活上游的数十个激酶代偿激活上游的数十个激酶 原发性耐药原发性耐药 n 激酶下游分子突变激酶下游分子突变n 冗余激酶的同步激活冗余激酶的同步激活n 癌基因沉默癌基因沉默KRAS的突变的突变原发原发IGF1R、INSR的激活的激活E-cadherin基因沉默基因沉默肿瘤微环境、免疫系统抑制，成为耐药产生肿瘤微环境、免疫系统抑制，成为耐药产生、治疗失败的重要原因、治疗失败的重要原因 Nature Medicine, 2013Cancer Cell, 2009OncoImmunology, 2012Ca

28、ncer Cell, 2009肿瘤微环境释放肿瘤微环境释放HGF，介导，介导B-RAF抑制剂抑制剂 原发性耐药原发性耐药2012年年7月月Nature报道，报道，通过肿瘤微环境释放内源通过肿瘤微环境释放内源性性HGF，介导，介导B-RAF抑制抑制剂原发性耐药剂原发性耐药Nature 2012. 07 只关注肿瘤细胞，忽视肿瘤微环境，只关注肿瘤细胞，忽视肿瘤微环境，不可能达到预期治疗效果不可能达到预期治疗效果 针对肿瘤靶向治疗策略针对肿瘤靶向治疗策略 免疫抑制系统成为肿瘤治疗失败的重要原因免疫抑制系统成为肿瘤治疗失败的重要原因 Suzanne L. Topalian2013 AACR-NCI-E

29、ORTC Molecular Targets and Cancer TherapeuticsPDGFn T T细胞抑制性受体细胞抑制性受体 (Immune checkpoint) )n 免疫抑制细胞免疫抑制细胞n 免疫抑制细胞因子免疫抑制细胞因子血管生成的研究方法血管生成的研究方法 离体培养血管内皮细胞技术和血管生成实验方法的进步促进了血管生成的研究进程。体内外血管新生模型的建体内外血管新生模型的建立的立的技术关键技术关键 新血管形成可以大致分为三个阶段新血管形成可以大致分为三个阶段: :血管发生（血管发生（vasculogenesisvasculogenesis）血管延生（血管延生（angi

30、ogenesisangiogenesis）血管重塑（血管重塑（remodelingremodeling） 因此，建立离体(in vitro)的血管培养模型对研究中药及有效成分对血管生成的研究至关重要。 但就血管发生而言，二维细胞培养无法形成立体的血管系统，因而不适于血管发生，侧枝联合及重塑等过程的研究。为此，我们已经开始建立三维的培养模型并成功诱导了从内皮细胞到血管的形成。血管生成的研究方法抗血管生成抗血管生成疗法疗法f攻击已存在的肿瘤血管攻击已存在的肿瘤血管f中和血管生成中和血管生成促进促进因子，抑制血管生成因子，抑制血管生成f使用使用内生性内生性或外來血管生成抑制因子，抑或外來血管生成抑制因子，抑制血管生成制血管生成总述优点优点f许多实质肿瘤因为细胞间隙压力许多实质肿瘤因为细胞间隙压力（interstiti