腫瘤血管生成和抗血管生成治療癌癥的機(jī)制

1、腫瘤血管生成和抗血管生成治療癌癥的機(jī)制主要研究者 Yihai Cao MTC 卡羅林斯卡學(xué)院 總目標(biāo)：我們研究項(xiàng)目的目標(biāo)是研究腫瘤血管生成的復(fù)雜機(jī)制。通過(guò)了解病理性腫瘤血管生成的機(jī)制，我們希望能攻克血管來(lái)明確新的治療靶點(diǎn)，優(yōu)化當(dāng)前治療癌癥的抗血管生成療法，確定可靠的生物標(biāo)記來(lái)指導(dǎo)這些新藥的臨床意義。因此，我們的研究目的本質(zhì)上是翻譯性質(zhì)的并且與臨床相關(guān)，如果成功，這個(gè)項(xiàng)目將造福數(shù)百萬(wàn)癌癥患者。具體目標(biāo)：1. 研究在腫瘤生長(zhǎng)與轉(zhuǎn)移過(guò)程中血管和淋巴管生成的機(jī)制2. 研究抗血管生成藥物的耐藥機(jī)制和優(yōu)化抗血管生成療法3. 確定脫靶腫瘤為抗血管生成治療的潛在有利部位4. 研究腫瘤血管和促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)轉(zhuǎn)移的間

2、質(zhì)組織之間的作用背景和理由血管生成,就是新血管從現(xiàn)有的血管生長(zhǎng)的過(guò)程，它對(duì)胚胎發(fā)育、女性生殖、傷口愈合、腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移、慢性炎癥、肥胖、糖尿病并發(fā)癥和眼科疾病都至關(guān)重要1。1971年,Judah Folkman提出一個(gè)新概念,將抑制腫瘤血管生成作為治療癌癥的新策略2。經(jīng)過(guò)40年該領(lǐng)域的研究后，臨床前和臨床數(shù)據(jù)提供了可靠的證據(jù)，證明抗血管生成療法是治療惡性和非惡性腫瘤有效合理的方法。如今，一些基于抗血管生成原理的靶向藥物主要包括貝伐單抗，舒尼替尼，和索拉非尼，它們已結(jié)合傳統(tǒng)療法如化療，成為人類(lèi)腫瘤一線(xiàn)治療手段的關(guān)鍵部分3 。此外，抗血管生成藥物已被成功用于眼科疾病的治療，比如老年性黃斑變性 4

3、。在癌癥領(lǐng)域，盡管抗血管生成藥物結(jié)合化療的聯(lián)合療法能顯著的提高各類(lèi)癌癥患者的生存率，但是抗血管生成療法治療大多數(shù)類(lèi)型的癌癥包括直腸癌、肺癌和乳腺癌的臨床效果仍然不理想，只有少數(shù)癌癥患者(大約30%)受益5。大量臨床相關(guān)的基本問(wèn)題仍然沒(méi)有得到解決。這些包括：1）為什么只有抗血管生成藥物聯(lián)合化療時(shí)才對(duì)患者有效？為什么一般情況下單一治療沒(méi)有產(chǎn)生臨床效果？2）為什么大多數(shù)癌癥患者對(duì)抗血管生成治療有先天抗性？3）為什么對(duì)抗血管生成治療敏感的患者在持續(xù)治療時(shí)會(huì)提高抗性？4）為什么抗血管生成藥物的生存效益不與腫瘤大小直接相關(guān)？5）抗血管生成藥物真正有效作用于哪里？6）能預(yù)測(cè)臨床效果的可靠的生物標(biāo)志是什么？7

4、）我們?nèi)绾蝺?yōu)化目前的治療方案能使臨床效益最大化？只有在了解抗血管生成治療如何產(chǎn)生臨床療效的基本機(jī)制后，這些問(wèn)題才將會(huì)被解決。在本研究中，我們?cè)噲D了解抗腫瘤血管生成的基本機(jī)制，翻譯出我們的臨床研究結(jié)果，以提高抗血管生成治療癌癥的臨床意義。我們將使用各種臨床前模型來(lái)探討這些臨床相關(guān)的問(wèn)題。我們也在研究腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程中血管生成的作用，特別致力于研究早期促進(jìn)腫瘤細(xì)胞擴(kuò)散，侵襲和轉(zhuǎn)移的血管的結(jié)構(gòu)和數(shù)量。我們也將繼續(xù)努力研究淋巴管生成，它是促進(jìn)淋巴轉(zhuǎn)移的根本原因。總之，這個(gè)研究項(xiàng)目是翻譯性質(zhì)的，我們相信公布這些研究信息將有利于數(shù)百萬(wàn)癌癥患者。研究計(jì)劃和初步結(jié)果目標(biāo)1研究在腫瘤生長(zhǎng)與轉(zhuǎn)移過(guò)程中血管和淋巴管生成

5、的機(jī)制腫瘤能生成許多血管生成因子來(lái)啟動(dòng)一種血管生成表型。由于遺傳不穩(wěn)定性，腫瘤細(xì)胞常過(guò)度表達(dá)多種血管生成因子在高水平，同時(shí)下調(diào)內(nèi)源性血管生成抑制劑的生成6。除了腫瘤細(xì)胞，腫瘤相關(guān)的纖維細(xì)胞，炎癥細(xì)胞和血管周?chē)?xì)胞也能顯著地促使血管生長(zhǎng)因子或細(xì)胞因子高水平的生成。雖然單個(gè)因子在腫瘤血管生成和腫瘤生長(zhǎng)中的調(diào)控作用有比較深入的研究，但是在促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的多種因子之間的相互作用仍然知之甚少。除了血管生成，一些腫瘤源性的血管生成因子也能誘導(dǎo)淋巴管生成，因而經(jīng)常導(dǎo)致淋巴轉(zhuǎn)移7。其次，腫瘤淋巴管生成以促進(jìn)淋巴轉(zhuǎn)移的分子機(jī)制也不甚明了。腫瘤血管生成雖然已知能顯著地促進(jìn)癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移，然而在常氧和低氧腫瘤環(huán)境

6、下，血管生成在促進(jìn)腫瘤細(xì)胞擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移級(jí)聯(lián)過(guò)程中的作用仍然未知。我們研究目的是從機(jī)制上研究腫瘤血管生成的這些不同方面，為開(kāi)發(fā)抗血管生成治療新藥提供了重要信息，同時(shí)提高現(xiàn)有藥物的療效。任務(wù)1腫瘤環(huán)境中，促進(jìn)腫瘤血管生成和生長(zhǎng)的不同血管生成因子之間的相互作用目前對(duì)促進(jìn)腫瘤血管生成，血管重塑和腫瘤生長(zhǎng)的不同血管生成因子之間的復(fù)雜作用研究甚少。我們?cè)砻?，F(xiàn)GF和PDGF家族的成員協(xié)同誘導(dǎo)血管生成和腫瘤轉(zhuǎn)移。例如，F(xiàn)GF-2和PDGF-BB，是兩個(gè)腫瘤血管生成因子的常用表達(dá)，協(xié)同誘導(dǎo)腫瘤血管生成和肺轉(zhuǎn)移。血管生成協(xié)同作用的分子機(jī)制涉及到血管內(nèi)皮細(xì)胞和血管周?chē)?xì)胞如周細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞（VSMCs）中F

7、GF-2和PDGF受體的相互作用。為了進(jìn)一步獲得這兩個(gè)因子相互作用的分子信息，計(jì)劃使用具體缺失一個(gè)特定的配體或一個(gè)特定細(xì)胞類(lèi)型的受體的遺傳小鼠模型，可以使用小鼠條件性敲除技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。我們計(jì)劃培育一個(gè)缺失內(nèi)皮細(xì)胞中的PDGFR受體的成年小鼠。以前研究結(jié)果表明，F(xiàn)GF-2可以使內(nèi)皮細(xì)胞中PDGFR-受體高水平的表達(dá)，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞在PDGF-2刺激下產(chǎn)生超響應(yīng)。為了進(jìn)一步研究PDGFR雜介導(dǎo)腫瘤血管生成和血管重塑中的作用，我們計(jì)劃將帶lox PDGFR受體C57/BL6小鼠（來(lái)自我們的合作伙伴日本富山大學(xué)的Masakiyo Sasahara博士）和tie-2-cre C57/BL小鼠（來(lái)自我們的實(shí)驗(yàn)

8、室）雜交。我們也會(huì)在C57/BL6小鼠的基礎(chǔ)上將帶PDGFR-LOX和NG2 Cre（具體為周細(xì)胞）小鼠或帶PDGFRLOX 和VSMC-Cre小鼠雜交得到新的小鼠品系。相反，我們也計(jì)劃用相同的技術(shù)去除在內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞中的FGFR-1而用PDGFR描述。在未來(lái)的研究中，我們計(jì)劃使用條件基因敲除技術(shù)培育出分別缺乏的FGFR-2，F(xiàn)GFR-3，F(xiàn)GFR-4和PDGFR的成年小鼠。不同品系的基因敲除小鼠讓我們能研究小鼠腫瘤血管生成、腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移過(guò)程中不同受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)。至于腫瘤細(xì)胞系，我們得到了不同的細(xì)胞系包括小鼠纖維肉瘤和一個(gè)用特殊因子表達(dá)的肺癌，以不同比例注入這些腫

9、瘤細(xì)胞，使我們能夠研究這些因子的協(xié)同作用。例如，F(xiàn)GF-2和PDGF-BB腫瘤將被植入上述缺少與血管生成相關(guān)的特定細(xì)胞類(lèi)型的特異性受體的轉(zhuǎn)基因小鼠。腫瘤血管生成，腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移將被我們用行之有效的方法進(jìn)行評(píng)估，包括先進(jìn)的免疫組化技術(shù)協(xié)同共聚焦分析。血管生成因子在一個(gè)雙順?lè)醋又斜磉_(dá)，使我們能夠用EGFP或熒光素酶跟蹤腫瘤細(xì)胞。除了上述的PDGF-B和FGF-2的系統(tǒng)，我們還長(zhǎng)期致力于研究VEGF家族成員在腫瘤血管生成和血管重塑中的作用。我們將繼續(xù)研究誘導(dǎo)血管生成的VEGF與其它成員之間的聯(lián)系。例如，我們一直在研究胎盤(pán)生長(zhǎng)因子（PLGF）在調(diào)節(jié)腫瘤血管生成和血管重塑中的作用。最近的數(shù)據(jù)顯示，PI

10、GF能促進(jìn)重塑腫瘤血管，使紊亂的腫瘤血管正常化。然而，不能確定PIGF誘導(dǎo)血管正常化是否依賴(lài)于VEGF，因?yàn)閂EGF和PLGF是相同的細(xì)胞群中的異源二聚體生成的兩個(gè)因子。不同于VEGF二聚體，PlGF-VEGF 異二聚體表現(xiàn)出微弱甚至微不足道的血管生成活性。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們計(jì)劃建立一個(gè)缺少VEGF表達(dá)，只表達(dá)PIGF的腫瘤細(xì)胞系，可以用來(lái)自VEGF基因敲除小鼠的胚胎成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化成腫瘤細(xì)胞來(lái)做到。將PIGF基因轉(zhuǎn)染入無(wú)VEGF腫瘤細(xì)胞系能讓我們研究異二聚體是否是血管正?；匦璧?。此外，這些有價(jià)值的細(xì)胞系將為我們提供一個(gè)機(jī)會(huì)來(lái)研究這些腫瘤對(duì)抗VEGF治療的抗性。已經(jīng)表明，PLGF明顯有助于

11、增加抗VEGF藥物治療腫瘤的抗性，但是PLGF與VEGF的關(guān)系問(wèn)題包括異二聚體的形成仍沒(méi)有被研究。腫瘤環(huán)境下其他幾個(gè)血管生成因子之間的血管生成協(xié)同作用也沒(méi)有被研究。我們計(jì)劃研究這些系統(tǒng)包括VEGF和炎癥因子如TNF-和IL-6。事實(shí)上，大部分腫瘤浸潤(rùn)過(guò)程中炎癥細(xì)胞會(huì)生成多種細(xì)胞因子。因此，研究腫瘤源性血管生成因子和調(diào)節(jié)血管生成的炎癥源性細(xì)胞因子之間的關(guān)系與臨床表現(xiàn)密切相關(guān)，能幫助開(kāi)發(fā)有效的治療方法。任務(wù)2淋巴管生成和淋巴轉(zhuǎn)移 與血管生成類(lèi)似，腫瘤分泌的各種生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子包括VEGF-A，VEGF-CD，PDGF，IGF，Ang-2，HGF和FGF能促進(jìn)腫瘤淋巴管生成7。然而，促進(jìn)瘤內(nèi)及瘤周

12、淋巴管的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的淋巴管生成因子之間的作用仍然未知。我們將用已建好的小鼠角膜新生淋巴管模型與腫瘤異種移植模型相結(jié)合，來(lái)研究淋巴管生成活動(dòng)和促進(jìn)淋巴轉(zhuǎn)移的因子協(xié)同作用之間的作用，淋巴管能被不同的淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞特異性標(biāo)志檢測(cè)，如LYVE-1，平足蛋白和VEGFR-3（不明確）。淋巴管和血管可用LYVE-1和CD31、CD34雙重免疫染色法來(lái)區(qū)分。腫瘤環(huán)境下，這些不同的因子不僅影響淋巴管生長(zhǎng)而且影響它的結(jié)構(gòu)，因此，我們將淋巴管密度和結(jié)構(gòu)與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移聯(lián)系起來(lái)。除了生長(zhǎng)因子，我們還建立了腫瘤細(xì)胞系來(lái)表達(dá)特定的炎癥細(xì)胞因子如TNF-和IL-6。初步研究結(jié)果顯示，腫瘤環(huán)境下這些免疫細(xì)胞因子是強(qiáng)力的淋巴管生

13、成因子并能推動(dòng)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。我們將使用各種基因操作小鼠品系來(lái)研究不同受體的作用和淋巴管生成和轉(zhuǎn)移的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。總的來(lái)說(shuō)，這些研究得到信息是至關(guān)重要的，幫助了解這些生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子在促進(jìn)淋巴管生成和轉(zhuǎn)移過(guò)程中的機(jī)制，從而研發(fā)抑制和預(yù)防淋巴轉(zhuǎn)移的有效藥物。任務(wù)3腫瘤早期事件中的血管生成和缺氧 雖然許多的先進(jìn)的成像技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于監(jiān)測(cè)臨床前模型和臨床患者癌轉(zhuǎn)移情況，但是這些技術(shù)只能監(jiān)測(cè)到相對(duì)大的轉(zhuǎn)移性腫瘤，而不能用于研究腫瘤侵襲和腫瘤細(xì)胞擴(kuò)散到血液循環(huán)的早期事件。我們?yōu)榇私⒘艘粋€(gè)斑馬魚(yú)轉(zhuǎn)移模型，通過(guò)斑馬魚(yú)研究哺乳動(dòng)物腫瘤轉(zhuǎn)移的早期事件。由于斑馬魚(yú)胚胎是透明的并且有免疫赦免，我們可以植入人或小鼠的腫

14、瘤，此外，基因功能特異性下調(diào)可以用成熟的嗎啉技術(shù)實(shí)現(xiàn)。基于斑馬魚(yú)的這些特點(diǎn)，最近我們開(kāi)發(fā)了一種斑馬魚(yú)轉(zhuǎn)移模型，使腫瘤細(xì)胞的傳播可以在單細(xì)胞水平中被檢測(cè)到，而且，腫瘤細(xì)胞播散進(jìn)入血液循環(huán)可以用FL1來(lái)研究：組織常氧和低氧下的EGFP轉(zhuǎn)基因品系。利用這個(gè)模型，我們能系統(tǒng)地研究在組織常氧和低氧下，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移的腫瘤生成的單個(gè)血管生成因子或組合。由于各種原因，我們轉(zhuǎn)染了不同的腫瘤細(xì)胞系，只能表達(dá)腫瘤細(xì)胞系中的單個(gè)血管生成因子。我們計(jì)劃利用轉(zhuǎn)移模型來(lái)研究來(lái)自腫瘤患者的臨床標(biāo)本，觀(guān)察這個(gè)模型是否能作為一個(gè)功能系統(tǒng)來(lái)預(yù)測(cè)癌癥患者腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。因此，這個(gè)項(xiàng)目需要臨床醫(yī)生和我們的研究團(tuán)隊(duì)共同努力

15、。事實(shí)上，我們已經(jīng)開(kāi)始與卡羅林斯卡醫(yī)院的Johan Hartman 和 Jonas Bergh 醫(yī)生合作，得到乳腺癌活檢來(lái)研究。我們希望這種測(cè)定方式是一種功能測(cè)定，能作為可靠的系統(tǒng)來(lái)監(jiān)測(cè)藥物療效和預(yù)測(cè)癌癥患者的預(yù)后。目標(biāo)2研究抗血管生成藥物的抗性機(jī)制和優(yōu)化抗血管生成療法 抗腫瘤血管生成治療的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是如何克服抗性，這個(gè)問(wèn)題在大多數(shù)癌癥患者中普遍存在，他們對(duì)抗血管藥物有先天抗性。例如，約70%的大腸癌，肺癌，乳腺癌患者對(duì)抗血管生成藥物如貝伐單抗有先天抗性。此外，大多數(shù)患者用抗血管生成療法持續(xù)治療的初步反應(yīng)就是增加抗性。因此，了解抗血管生成藥物的抗機(jī)制是非常重要的，能優(yōu)化目前抗血管生成治療和它

16、與化療的聯(lián)合治療，識(shí)別可靠的生物標(biāo)志來(lái)預(yù)測(cè)治療結(jié)果，從而使數(shù)百萬(wàn)的癌癥患者受益。任務(wù)1抗血管生成治療抗性的代償機(jī)制 大多數(shù)現(xiàn)有的抗血管生成藥物主要作用于靶向VEGF通路，通過(guò)直接中和VEGF或抑制VEGF受體的酪氨酸激酶活性來(lái)。然而，用封鎖VEGF來(lái)抑制血管生成經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致腫瘤微環(huán)境的變化如組織缺氧，繼而激活其他非VEGF因子?？筕EGF藥物已被證明能增加其它血管生成因子的表達(dá)，包括EPO, PlGF, GCSF和SDF-1。所以，為了應(yīng)對(duì)抗VEGF治療，腫瘤往往會(huì)通過(guò)其他非VEGF因子來(lái)生成血管。這種機(jī)制被稱(chēng)為抗性代償機(jī)制。利用目前可用的腫瘤小鼠模型，我們希望通過(guò)研究抗血管生成藥物在腫瘤中的表

17、達(dá)其它因子的敏感性。為了克服抗血管生成藥物的抗性，我們計(jì)劃使用不同種類(lèi)的抗血管生成劑如抗VEGF，抗整合素，內(nèi)源性血管生成抑制劑和血管破壞劑。這個(gè)計(jì)劃原則是用臨床前腫瘤模型來(lái)研究抗血管治療結(jié)合化療的藥物。我們希望這個(gè)研究能提供直接的證據(jù)來(lái)指導(dǎo)這類(lèi)藥物今后的臨床試驗(yàn)。為了區(qū)別主體源性和腫瘤源性的VEGF對(duì)抗血管治療的反應(yīng)，我們會(huì)將VEGF-null腫瘤與表達(dá)VEGF的腫瘤做對(duì)比來(lái)研究它們對(duì)抗血管治療的反應(yīng)。已經(jīng)證明，主體源性VEGF在促進(jìn)腫瘤血管生成中起著至關(guān)重要的作用。另外，VEGF-null腫瘤模型還提供了一個(gè)機(jī)會(huì)來(lái)研究新類(lèi)藥物，利用非VEGF抑制來(lái)解決抗性問(wèn)題。任務(wù)2優(yōu)化當(dāng)前的抗血管生成治

18、療當(dāng)前可用的抗血管生成治療是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠理想，只有少數(shù)癌癥患者受益于這種治療方案。因此，改進(jìn)目前的治療方案從而使那些接受這類(lèi)治療的癌癥患者受益是非常緊迫和重要的任務(wù)。與臨床實(shí)踐相關(guān)的關(guān)鍵問(wèn)題包括，克服抗性，保證抗血管生成藥物長(zhǎng)期供應(yīng)而不中斷，以最佳順序使用抗血管生成藥物與化療，優(yōu)化抗血管生成藥物以配合化療。解決這些臨床相關(guān)問(wèn)題的重要途徑之一是提高藥物輸送系統(tǒng)，確保抗血管生成藥物的長(zhǎng)期供貨，保持抗血管生成治療。我們通過(guò)與麻省理工學(xué)院Robert Langer´s博士的實(shí)驗(yàn)室合作，計(jì)劃研發(fā)出一種新的釋放系統(tǒng)，使抗血管生成藥物能長(zhǎng)期持續(xù)的釋放。我們希望開(kāi)發(fā)一種“智能芯片”裝置，通過(guò)數(shù)字控制系統(tǒng)

19、嵌入和釋放抗血管生成藥物與化療藥物。結(jié)合患者的生物標(biāo)志信息，我們希望任何給定的時(shí)間都能在患者體中釋放這些化合物，以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的藥物治療。當(dāng)然，這個(gè)目標(biāo)需要付出巨大的努力和時(shí)間去實(shí)現(xiàn)。但是如果成功的話(huà)，對(duì)于數(shù)百萬(wàn)癌癥患者的意義是十分巨大的。最近的動(dòng)物研究數(shù)據(jù)表明，更有生存效益的順序是遞送抗血管生成藥物先于化療。在這個(gè)研究計(jì)劃中，我們將進(jìn)一步明確按順序先遞送抗血管生成藥物后化療的生存效益機(jī)制。目標(biāo)3確定脫靶腫瘤為抗血管生成治療的潛在有利部位 抗血管生成治療的臨床經(jīng)驗(yàn)表明，這些藥物的生存效益并不總是與腫瘤的大小縮減相關(guān)，所以腫瘤大小不能作為一個(gè)可靠的替代指標(biāo)來(lái)預(yù)測(cè)生存效益。而血管生成因子的循環(huán)水平與

20、預(yù)后呈負(fù)相關(guān)，某些藥物會(huì)引起的全身性的副作用如高血壓和皮疹，已被用來(lái)作為替代標(biāo)記預(yù)測(cè)效果，遺傳多態(tài)性的變化涉及同一藥物的不同反應(yīng)。這些臨床觀(guān)察提出了一個(gè)重要問(wèn)題，抗血管生成藥物的全身效應(yīng)在某種程度上與臨床效果相關(guān)。為什么這樣？脫靶腫瘤是這些藥物的潛在有利部位？在臨床上，真正給予癌癥患者的抗血管生成藥物是全身性的。換句話(huà)說(shuō)，這些藥物是用來(lái)治療患者而不是局部腫瘤組織。眾所周知，大量的癌癥患者患有全身性綜合征如癌癥惡病質(zhì)，副腫瘤綜合征，導(dǎo)致其生存和生活質(zhì)量很差。有趣的是，在一個(gè)小鼠腫瘤模型中，我們發(fā)現(xiàn)腫瘤源性的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子進(jìn)入了血液循環(huán)，結(jié)果導(dǎo)致多個(gè)組織和器官被系統(tǒng)破壞，包括骨髓造血功能受損，脾

21、肝腫大，內(nèi)分泌失調(diào)。這些VEGF誘導(dǎo)的全身癥狀像癌癥患者的副腫瘤綜合征，提示是VEGF誘發(fā)了腫瘤相關(guān)的全身性綜合征。用抗VEGFR-2劑治療小鼠VEGF腫瘤，則導(dǎo)致其生存改善但沒(méi)有明顯影響腫瘤生長(zhǎng)。基于這個(gè)模型，我們進(jìn)一步的研究表明，用抗VEGF藥物治療這些荷瘤小鼠能顯著提高對(duì)化療引起的全身毒性的耐受。因此，通過(guò)抗血管生成藥物降低化學(xué)毒性也許能提供一個(gè)新的聯(lián)合治療機(jī)制，因?yàn)榇罅康陌┌Y患者是死于治療而不是疾病。在這個(gè)方案中，我們計(jì)劃研究不同類(lèi)型腫瘤中的血管生成因子引起全身綜合征的情況，進(jìn)一步推廣我們的研究結(jié)果及其相關(guān)臨床情況。另一個(gè)有趣的計(jì)劃是研究VEGF對(duì)于其他已知能引起全身癌癥并發(fā)癥如癌性惡

22、病質(zhì)的細(xì)胞因子的作用，如TNF-和IL-1，IL-6，我們計(jì)劃用TNF-或IL-6來(lái)表達(dá)基因腫瘤細(xì)胞的傳播。以不同的比例混合這些轉(zhuǎn)染的腫瘤細(xì)胞和VEGF腫瘤細(xì)胞，用來(lái)研究癌癥相關(guān)的系統(tǒng)綜合癥發(fā)展過(guò)程中不同信號(hào)的協(xié)同作用。這個(gè)發(fā)現(xiàn)能幫助我們研發(fā)新的療法，通過(guò)不同靶向藥物的組合以提高療效。任務(wù)1腫瘤源性VEGF的全身效應(yīng)最近的證據(jù)表明，腫瘤源性VEGF對(duì)多種組織和器官有廣泛影響。例如，在異種移植小鼠腫瘤模型中腫瘤源性VEGF能顯著擴(kuò)張肝，脾，腎上腺，骨髓的血管。血管結(jié)構(gòu)和密度的改變對(duì)多個(gè)組織器官的功能有很大的影響，在骨髓，腫瘤源性VEGF能明顯動(dòng)員造血干細(xì)胞，導(dǎo)致荷瘤小鼠嚴(yán)重的陰性特質(zhì)。然而，VE

23、GF動(dòng)員骨髓干細(xì)胞的機(jī)制仍然知之甚少。我們計(jì)劃利用VEGF-t241腫瘤模型來(lái)研究這一重要問(wèn)題。我們將封鎖不同的VEGF來(lái)治療荷瘤小鼠，觀(guān)察哪個(gè)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)參與了骨髓干細(xì)胞的動(dòng)員。我們用特殊的抗小鼠單克隆抗體來(lái)中和VEGFR-1與VEGFR-2。已經(jīng)證明，骨髓源性的炎癥細(xì)胞如單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞會(huì)表達(dá)VEGFR1，因而腫瘤源性VEGF能動(dòng)員這些細(xì)胞。最近的數(shù)據(jù)還顯示VEGF-1陰性細(xì)胞群體能被全身VEGF所動(dòng)員，作為動(dòng)員的一種代償機(jī)制。我們用封鎖VEGFR-2來(lái)治療這些荷瘤小鼠，觀(guān)察抗VEGFR-2是否能阻止VEGF誘導(dǎo)的動(dòng)員。公布這個(gè)研究結(jié)果能提供VEGF誘導(dǎo)的骨髓細(xì)胞動(dòng)員機(jī)制的重

24、要信息。另外，我們將利用遺傳小鼠模型來(lái)研究VEGF誘導(dǎo)的骨髓干細(xì)胞動(dòng)員中受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)。我們使用去除VEGF-1酪氨酸激酶的VEGFR-1TK-/TK小鼠，缺少VEGFR-1激酶便于我們研究激活VEGFR-1是否需要?jiǎng)訂T。我們也計(jì)劃利用使用組織特異性Cre小鼠培育去除造血和髓系VEGFR-2的VEGFR-2條件基因敲除品系。任務(wù)2 VEGF和其他細(xì)胞因子的協(xié)同系統(tǒng)性影響如果VEGF TNF-，IL-6誘發(fā)了全身性癌癥綜合癥，這些因子在同一腫瘤環(huán)境下可能會(huì)在多組織和器官引起協(xié)同破壞作用。為了驗(yàn)證這個(gè)假設(shè)，我們生產(chǎn)了腫瘤細(xì)胞系包括LLC和T241小鼠腫瘤系，它能產(chǎn)生所有因子。正如預(yù)期的那樣

25、，將這些植入腫瘤細(xì)胞小鼠不僅加快了腫瘤的生長(zhǎng)率，也有全身性的癌癥綜合征的表現(xiàn)，如癌性惡病質(zhì)、副腫瘤綜合征。但是，在各個(gè)組織器官中不同的VEGF和細(xì)胞因子之間的協(xié)同效應(yīng)仍然未知。這些可用的腫瘤小鼠模型能讓我們研究各種因子在小鼠中的協(xié)同效應(yīng)和系統(tǒng)影響。在這些動(dòng)物模型中，我們會(huì)監(jiān)測(cè)小鼠體重，腫瘤和其他組織的血管分布，新陳代謝，脂肪組織，骨骼肌纖維的變化，小鼠存活率和腫瘤轉(zhuǎn)移情況。這些小鼠模型也為我們研究提供了一個(gè)機(jī)會(huì)，是否不同的封鎖組合能充分抑制全身效應(yīng)，最終改善生存質(zhì)量。同時(shí)，我們會(huì)用不同的基因操作品系如TNFR-1 KO小鼠來(lái)進(jìn)行這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。這個(gè)研究給開(kāi)發(fā)一個(gè)聯(lián)合治療方案來(lái)治療全身癌癥綜合征如癌癥

26、惡病質(zhì)提供了重要信息。目的4研究腫瘤血管和促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的基質(zhì)組織之間的作用我們最近的數(shù)據(jù)表明，血管周?chē)募?xì)胞如周細(xì)胞可以在PDGF-B存在的情況下分化為腫瘤基質(zhì)細(xì)胞（未發(fā)表的數(shù)據(jù)）。腫瘤基質(zhì)是已知顯著的一種侵入性的表型。因此，血管源性細(xì)胞明顯有助于腫瘤的生長(zhǎng)和侵襲。為了進(jìn)一步研究促進(jìn)腫瘤間質(zhì)生長(zhǎng)的PDGF-B與血管生成之間的作用，我們計(jì)劃用專(zhuān)門(mén)去除NG2 +細(xì)胞中PDGFR受體的條件基因敲除小鼠。雖然基質(zhì)成纖維細(xì)胞明確能促進(jìn)腫瘤的侵襲，轉(zhuǎn)移和耐藥，但是基質(zhì)細(xì)胞誘導(dǎo)侵襲的分子機(jī)制仍不清楚。我們計(jì)劃通過(guò)測(cè)量荷瘤動(dòng)物中的循環(huán)腫瘤細(xì)胞，來(lái)研究這些基質(zhì)細(xì)胞如何從原發(fā)部位參與促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的播散。另一

27、種可能性是，基質(zhì)細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞形成細(xì)胞團(tuán)，一起傳播到遠(yuǎn)程站點(diǎn)，其中基質(zhì)細(xì)胞可以協(xié)助腫瘤細(xì)胞在新的部位生長(zhǎng)并且啟動(dòng)血管生成。這一假設(shè)可以在我們建立的小鼠腫瘤模型上被測(cè)試。我們最近的數(shù)據(jù)表明，腫瘤相關(guān)的基質(zhì)成纖維細(xì)胞通過(guò)生成大量的血管生成因子能明顯促進(jìn)腫瘤血管生成。這些基質(zhì)細(xì)胞衍生因子刺激腫瘤血管生成和腫瘤生長(zhǎng)。因此，抑制腫瘤基質(zhì)是間接抑制腫瘤血管生成的一個(gè)重要途徑 。我們將研究得出腫瘤基質(zhì)質(zhì)誘導(dǎo)血管生成，腫瘤生長(zhǎng)，侵襲，轉(zhuǎn)移和耐藥的重要機(jī)制。選擇的最近出版物(自2009年)1. Zhang D, Hedlund EM, Lim S, Chen F, Zhang Y, Sun B and Cao

28、Y* (2011) Proc Natl Acad Sci U S A. Mar 8;108(10):4117-22.2. Cao R, Lim S, Ji Hong, Zhang Y, Yang Y, Honek J and Yihai Cao* (2011) Nature Protocols, In press.3. Rouhi P, Jensen D, Cao Z, Hosaka K, Länne T, Steffensen J, Wahlberg E and Cao Y. (2010) Nature Protocols, 5(12):1911-8.4. Cao Z, Jense

29、n D, Rouhi P, Hosaka K, Länne T, Steffensen J, Wahlberg E and Cao Y. (2010) Nature Protocols, 5(12):1903-10.5. Hou X, Kumar A, Lee C, Wang B, Arjunan P, Dong L, Maminishkis A, Tang Z, Li Y, Zhang F, Zhang-S-Z, Wardega P, Chakrabarty S, Liu B, Wu Z, Colosi P, Fariss RN, Lennartsson J, Nussenblat

30、t R, Gutkind S, Cao Y and Li X (2010) Proc Natl Acad Sci U S A., Jul 6;107(27):12216-21.6. Zhang C, Zhao YX, Zhang YH, Zhu L, Deng BP, Li Z, Shu Z, Ying L, Lu X, SongLL, Lei XM, Tang WB, Wang N, Ming C, Song HD, Liu CX, Bo D, Zhang Y and Cao Y (2010) Proc Natl Acad Sci U S A., Aug 23. 107(36):15886-

31、91.7. Xue Y, Lim S,Bråkenhielm E and Cao Y. (2010) Nature Protocols, 5, 912-920.8. Cao R, Xue Y, Hedlund E-M, Zhong Z, Tritsaris K, Tondellic B, Lucchini F, Zhu Z, Dissing S and Cao Y. (2010). Proc Natl Acad Sci U S A.,107, 856861.9. Tang Z , Arjunan P, Lee C, Li Y, Kumar A, Hou X, Wang B, Ward

32、ega P, Zhang F, Dong L, Zhang Y, Zhang S-Z, Ding H, Becker K-G, Lennartsson L, Nagai N, Cao Y and Li X. (2010) J. Exp. Med, 207(4):867-8010. Lee SL, Rouhi P, Jensen LD, Zhang D, Ji H, Hauptmann G, Ingham P, Cao Y. (2009) Proc Natl Acad Sci U S A. 106(43):18408-13.11. Dahl Ejby Jensen L, Cao R, Hedlu

33、nd EM, Söll I, Lundberg JO, Hauptmann G, Steffensen JF, Cao Y. (2009) Proc Natl Acad Sci U S A. 106(43):18408-1312. Hedlund EM, Hosaka K, Zhong Z, Cao R, Cao Y. (2009) Proc Natl Acad Sci U S A. 106(41):17505-10.13. Zhang, F.,et al.(2009)Proc Natl Acad Sci U S A. 106(15):6152-7.14. Xue, Y., Petr

34、ovic, N., Cao, R., Larsson, O.,Chen, S., Feldman, H.M., Liang, Z., Zhu, Z.,Nedergaard, J., Cannon, B. and Cao, Y (2009) Cell Metabolism 9,99109.15. Zhang, J., Cao, R., Zhang, Y., Jia, T., Cao, Y. and Wahlberg, E (2009) FASEB J. 23:153-63. (Corresponding author).16. Cao Y. (2010) Nat Rev Clin Oncol.

35、7(10):604-8.17. Cao Y. (2010) Discovery Medicine, Mar;9(46):179-84.18. Cao Y. (2010) Blood, Mar 25;115(12):2336-7. 19. Cao Y and Lager R. (2010) Science Translational Medicine, 2(15):15ps3.20. Cao Y. (2010) Nature Reviews-Drug Discovery, 9, 107-115.21. Cao Y. (2009) Angiogenesis in malignancy. Semin

36、 Cancer Biol. 19(5):277-8.22. Cao Y, Zhong W and Sun Y. (2009) Semin Cancer Biol. 19:33834323. Cao, Y (2009) Science Signaling, 2(59):re1意義我們的研究項(xiàng)目強(qiáng)調(diào)新穎性，創(chuàng)造性和開(kāi)拓性，通過(guò)研究機(jī)制，翻譯這些研究發(fā)現(xiàn)使其具有臨床意義。血管生成在腫瘤轉(zhuǎn)移和癌癥相關(guān)的系統(tǒng)疾病中起著關(guān)鍵的作用，靶血管的病變會(huì)對(duì)癌癥的治療產(chǎn)生重大的影響。事實(shí)上，一些靶向藥物如貝伐單抗，舒尼替尼，索拉非尼就是基于血管生成的原理。它們作為聯(lián)合治療方案的重要組成部分，已經(jīng)被常規(guī)用于治療人類(lèi)患

37、者中很多常見(jiàn)類(lèi)型的癌癥。盡管抗血管生成治療癌癥在臨床獲得了成功，但這些抗血管生成藥物的生存效益還是不太理想。如何解決這些藥物的高成本和副作用，當(dāng)務(wù)之急是改進(jìn)目前的療法，優(yōu)化聯(lián)合化療的治療方案，尋找可靠的生物標(biāo)志來(lái)選擇敏感的患者和監(jiān)測(cè)治療效果。這些問(wèn)題都是臨床實(shí)踐和病人的利益直接相關(guān)。我們目前的研究項(xiàng)目的目標(biāo)是通過(guò)許多不同的臨床前模型來(lái)直接解決這些臨床相關(guān)的問(wèn)題，了解腫瘤血管生成的根本機(jī)制和抗血管生成治療癌癥的潛在臨床效益。我們相信，掌握抗血管生成治療的基本機(jī)制至關(guān)重要，它能提高臨床效益，為今后的治療尋找到新的，更有效的方法。我們研究這些臨床相關(guān)的人類(lèi)疾病的方法是世界前沿的。我們最近的出版記錄表

38、明，我們具有做這項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性研究的能力。如果我們目前的研究計(jì)劃是成功的，我們相信，它將造福于數(shù)百萬(wàn)的癌癥患者。參考文獻(xiàn)1Cao Y. Angiogenesis: What can it offer for future medicine? Exp Cell Res. 2010 May 1;316(8):1304-8.2Folkman J. Tumor angiogenesis: therapeutic implications. N Engl J Med. 1971 Nov 18;285(21):1182-6.3Cao Y, Langer R. Optimizing the delivery of

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