腫瘤的血管生成

1、腫瘤的血管生成 劉澤旺,血管生成(angiogenesis),是指活體組織在已存在的微血管床上芽生出新的以毛細(xì)血管為主的血管系統(tǒng)的過程。血管生成可發(fā)生在傷口愈合、子宮內(nèi)膜周期性變化、腫瘤、心肌梗塞后和糖尿病。,腫瘤內(nèi)部血管的形成對(duì)腫瘤的生長具有重要作用。腫瘤血管為腫瘤組織提供新陳代謝所必需的氧氣和營養(yǎng)，從而使腫瘤得以迅速的生長并同時(shí)為腫瘤的遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移提供轉(zhuǎn)運(yùn)。,血管生成是腫瘤生長轉(zhuǎn)移中最基本的因素,腫瘤無血供，僅靠彌散獲取營養(yǎng)時(shí)，體積不超過2mm3，處于靜息期,腫瘤細(xì)胞分泌大量VEGF，促使供應(yīng)腫瘤的血管生成,擁有血供的腫瘤迅速生長并可發(fā)生侵襲、轉(zhuǎn)移,隨著對(duì)腫瘤發(fā)生機(jī)制研究的不斷深入,腫瘤血管形

2、成在腫瘤發(fā)展中的地位逐漸提高，抗血管生成治療成為腫瘤治療的一個(gè)全新的領(lǐng)域。血管生成抑制劑有可能成為抗腫瘤的主要藥物，并為最終治愈腫瘤提供有效手段。,血管生成過程是受嚴(yán)密調(diào)控的過程，該過程處于促血管生成活性的內(nèi)源性分子與抗血管生成分子的共同調(diào)控之下，這些分子之間的動(dòng)態(tài)平衡構(gòu)成了血管生成“開關(guān)”，決定著腫瘤的血管生成。當(dāng)促血管生成因子與抗血管生成因子活性達(dá)到平衡時(shí)，此開關(guān)處于“關(guān)”的狀態(tài)；若促血管生成的活性占優(yōu)勢，此開關(guān)處于“開”的狀態(tài)。,腫瘤血管生成的機(jī)制,腫瘤血管生成的基本過程,血管生成（平衡被打破） （1）微血管周圍基底膜及細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的局部降解，產(chǎn)生基底膜縫隙； （2）內(nèi)皮細(xì)胞通過

3、基底膜縫隙侵入周圍基質(zhì)； （3）內(nèi)皮細(xì)胞的朝向腫瘤細(xì)胞遷移和增殖； （4）毛細(xì)血管的成熟器官化構(gòu)建。,腫瘤血管形成的特征, 失控性 腫瘤新生血管出現(xiàn)迅速，生長快，并呈持續(xù)性，10 %20 %的腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞始終處于DNA合成狀態(tài),這種持續(xù)的血管生成是由腫瘤組織血管生成生長因子持續(xù)高水平釋放造成的。, 不成熟性 不規(guī)則、竇狀壁薄、斷裂、碎片或缺乏。內(nèi)皮細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)中管樣小體明顯增多，細(xì)胞之間連接松散。部分毛細(xì)血管壁缺乏內(nèi)皮細(xì)胞。很少進(jìn)化為成熟的小動(dòng)脈或小靜脈，不具收縮功能，不受神經(jīng)體液調(diào)節(jié)。對(duì)正常血管有活性的物質(zhì)對(duì)該血管不起作用(乙酰膽堿、血管緊張素、溫度）。, 血管異常生長 腫瘤不同區(qū)域的血

4、管有不同的形態(tài)，反映了腫瘤生長不同時(shí)間內(nèi)微血管變化狀態(tài)與癌細(xì)胞生長、增殖不均勻有關(guān)。新生的Cap網(wǎng)直接進(jìn)入腫瘤中央，呈樹狀向外分支，隨腫瘤長大血管不斷地向外延伸，并與外圍Cap網(wǎng)相連。, 腫瘤中血供與血流速度不同 腫瘤中有細(xì)胞豐富區(qū)、邊緣區(qū)、半壞死區(qū)和壞死區(qū)，各區(qū)血供不盡相同，半壞死區(qū)與壞死區(qū)血流明顯減少減慢，非壞死區(qū)血流速度可以快于正常組織。大腫瘤血流速度的均值低于小腫瘤，在大腫瘤內(nèi)血管內(nèi)皮細(xì)胞的營養(yǎng)供給少，腫瘤中實(shí)際增加的效應(yīng)血管管徑小，血流慢。, 癌細(xì)胞更新速度快于內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生乏氧性壞死 在腫瘤周圍內(nèi)皮細(xì)胞增生指數(shù)為2.2，腫瘤細(xì)胞增生指數(shù)為7.3。同樣小鼠瘤細(xì)胞22小時(shí)更新一代，血管內(nèi)

5、皮細(xì)胞的增殖是50小時(shí)更新一代。 瘤細(xì)胞無氧酵解產(chǎn)生大量H+，使腫瘤中存在著不同程度的低營養(yǎng)、低PH值、低氧的三低細(xì)胞群。 腫瘤微循環(huán)較腫瘤生長表現(xiàn)出低效和相對(duì)不足，腫瘤組織特別是中心部位常常因?yàn)槿毖?、缺氧而壞死? 血管內(nèi)皮細(xì)胞的異質(zhì)性 異質(zhì)性是其突出的生物學(xué)特性，主要表現(xiàn)在內(nèi)皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能、抗原成分與代謝特點(diǎn)上。在某些器官的腫瘤組織中，其血管內(nèi)皮細(xì)胞仍保留著該器官的抗原性，說明內(nèi)皮細(xì)胞表面抗原來源的部位可能在腫瘤轉(zhuǎn)移時(shí)的選擇性粘附、體液因子的區(qū)域性釋放中發(fā)揮作用或由這些腫瘤細(xì)胞演化為內(nèi)皮細(xì)胞。,擬血管生成 研究人的黑色素瘤微循環(huán)發(fā)現(xiàn)了一種與經(jīng)典的腫瘤血管生成途徑完全不同的、不依賴內(nèi)皮細(xì)

6、胞的全新的腫瘤血管生成模式。黑色素瘤細(xì)胞通過自身變形并與細(xì)胞外基質(zhì)相互作用模仿血管壁結(jié)構(gòu)形成可輸送血液的管道系統(tǒng)，從而重建腫瘤的微循環(huán)，并在某個(gè)環(huán)節(jié)與宿主血管相連使腫瘤獲得血液供應(yīng)，并將這個(gè)過程命名為血管生成擬態(tài)(vasculogenic mimicry)。,血管生成擬態(tài)特點(diǎn)為：腫瘤細(xì)胞通過自身變形和基質(zhì)重塑產(chǎn)生血管樣通道,通道內(nèi)無內(nèi)皮細(xì)胞襯覆，通道外基底膜PAS染色為陽性。,腫瘤血管形成的影響因素及調(diào)控機(jī)制 腫瘤血管形成是一個(gè)復(fù)雜的多步驟過程，受多種因子調(diào)節(jié)，是刺激因素和抑制因素失衡的結(jié)果。 已經(jīng)報(bào)道的有30多種血管生成因子： VEGF、bFGF、pDGF 、HGF 、TNF、IL8等。其中

7、bFGF、pDGF 、HGF 等通過刺激VEGF的表達(dá)或募集相關(guān)的細(xì)胞而間接發(fā)揮促血管生成，而 VEGF及受體家族成員、Ang及受體家族成員（主要為Tie-2）及Notch信號(hào)途徑對(duì)血管生成起直接作用。,促腫瘤血管生成的生長因子 血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子 (vascular endothelial growth factor,VEGF) 一種可以促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞和血管發(fā)生的促有絲分裂因子 。,VEGF家族的簡介 1、VEGF家族包括6大成員：VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、 VEGF-E和PIGF，其全部為二聚體糖蛋白，其中VEGF-A是發(fā)現(xiàn)最早，通常文獻(xiàn)中的VEGF即指的是V

8、EGF-A； 2、VEGF的mRNA經(jīng)過不同的剪接可形成5種VEGF異構(gòu)體，即VEGF121、VEGF145、VEGF165、VEGF189、VEGF206。,VEGF的受體（VEGFR）家族 VEGF和特異性受體結(jié)合后才能發(fā)揮生物學(xué)功能，迄今為止人類已發(fā)現(xiàn)5種VEGF-R：VEGFR-1（Flt-1）、VEGFR-2（Flk-1）、VEGFR-3（Flt-4）、Neuropilin-1、Neuropilin-2，其中，VEGFR-2（Flk-1）是介導(dǎo)相應(yīng)生物學(xué)功能的主要受體，主要分布在血管內(nèi)皮細(xì)胞，少量分布在造血干細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等。,VEGF的作用 增加腫瘤血管通透性 VEGF增加局部血循

9、環(huán)大分子的通透性，血漿蛋白在組織中的沉積，為成纖維細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞的長入提供臨時(shí)性基質(zhì)。 VEGF主要靶器官是毛細(xì)血管后靜脈和小靜脈，因這些血管的內(nèi)皮細(xì)胞表面均有VEGFR-1和VEGFR-2，VEGF與其受體結(jié)合，形成有利于大分子滲透的通道。, VEGF促血管生成的作用 VEGF以旁分泌方式特異地作用于內(nèi)皮細(xì)胞，促其分裂、增殖、趨化； 誘導(dǎo)血管內(nèi)皮中窗孔和囊狀空泡的形成,增加血管通透性，促使血漿蛋白外滲，提供血管生成的基質(zhì)和腫瘤細(xì)胞生長的微環(huán)境； 誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)和分泌多種蛋白酶,對(duì)降解血管基底膜和ECM具有重要的意義； 通過誘導(dǎo)Bcl-2、survivin等抗凋亡分子的表達(dá)，抑制內(nèi)皮細(xì)胞

10、凋亡,促進(jìn)血管的生成； 誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞生成和釋放bFGF ,和增強(qiáng)多種促血管生成因子效應(yīng)。,VEGF 的作用過程 VEGF是一種促內(nèi)皮細(xì)胞有絲分裂原，腫瘤細(xì)胞分泌的VEGF通過旁分泌方式與特異性分布在內(nèi)皮細(xì)胞表面的受體結(jié)合，促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、分離和遷移，誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞增加表達(dá)組織因子、尿激酶、組織血漿酶原激活劑和基質(zhì)金屬蛋白酶，這些物質(zhì)可引起凝血、促發(fā)纖溶、降解膠原，誘導(dǎo)腫瘤血管形成，新生的腫瘤血管為腫瘤生長提供營養(yǎng)，并間接促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖，而且為腫瘤提供了轉(zhuǎn)移的通道，促進(jìn)腫瘤的惡性進(jìn)展。,腫瘤細(xì)胞 產(chǎn)生VEGF 釋放 EC表面受體結(jié)合 EC活化 定向遷移 管形成 攀形成 血管建立,血管生

11、成素（Ang）與Tie-2受體,Tie-2受體是由血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)的另一種酪氨酸激酶受體，其配體主要有血管生成素1（Ang-1）和血管生成素2（Ang-2）； Ang-1可激活配體，Ang-2拮抗配體，但后者其能與VEGF協(xié)同，促進(jìn)血管生成。 HIF、Her-2及VEGF等調(diào)控血管生成素的水平。,功能,血管生成素不能直接促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增值； 兩者的功能是穩(wěn)定新生血管，增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞的存活，增加周細(xì)胞覆蓋新生血管，促進(jìn)血管成熟。,作用機(jī)理,由于Tie-2受體既存在激活配體，又存在拮抗配體，作用機(jī)制復(fù)雜，具體途徑還需進(jìn)一步研究 研發(fā)特異性靶向Tie-2受體或血管生成素的藥物較難。,Notch信號(hào)途徑,

12、Notch受體位于細(xì)胞表面，包括4個(gè)成員（Notch1-4）,其廣泛表達(dá)于多種細(xì)胞，與造血、胰腺、神經(jīng)、和生殖系統(tǒng)干細(xì)胞的增值分化有關(guān)，主要傳遞細(xì)胞分化抑制信號(hào)。其配體是相鄰細(xì)胞跨膜蛋白，包括jagged1、jagged2、Dll1、Dll2、Dll4。,作用途徑,Notch途徑的活化受到多個(gè)水平調(diào)節(jié)，包括配體的活化、受體的活化、Notch受體的蛋白水解和泛素介導(dǎo)的Notch降解； Notch與配體結(jié)合后，胞內(nèi)段（具有Notch活性）在蛋白酶作用下裂解釋放并進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，激活拮抗基因的表達(dá)，阻礙分化基因的表達(dá)。,焦點(diǎn)問題,Notch-Dll4途徑是血管生成的一個(gè)主要刺激信號(hào)，腫瘤血管高表達(dá)Dll4分子；