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1、,肿瘤血管生成 和肿瘤治疗,主要内容：,肿瘤血管生成机制肿瘤血管生成相关的因子抗血管生成的肿瘤治疗方案,肿瘤血管生成机制,肿瘤与血管生成的关系,肿瘤微环境与肿瘤血管新生,肿瘤血管生成中的主要信号通路,肿瘤的血管依赖性理论的提出,最初描述血管生成by Dr John Hunter,1787,一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1,1800,里程碑的发表:Judah Folkman 提出 肿瘤生长是血管生成依赖的,1971,肿瘤与血管生成的关系,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、营养必需物质、代谢产物和能
2、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最基本的因素,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,血管生成（angiogenesis）是指在原有血管的基础上，
3、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。,肿瘤血管生成的基本过程,血管部位细胞外基质改变、基底膜降解，内皮细胞芽生、增殖和迁移；新生内皮细胞索形成管状毛细血管襻及管腔；新生血管管腔的贯通。,血管生成因子的产生过多使之与抑制因子失衡，导致内皮细胞激活，产生血管生成表型；,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 angiogenesis，IA）,成血管细胞募集,镶嵌体血管,血管选定（vessel cooptio
4、n，VC）,血管生成拟态（vasculogenic mimicry，VM）,肿瘤血管生成的方式,出芽式血管生成（sprouting angiogenesis,SA）,IA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。,SA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。,套叠式血管生成（intussusceptive angiogenesis，IA）,成血管细胞募集,成血管细胞募集：是肿瘤组织分泌的促血管生成因子动员骨髓中的循环内皮前体细胞（c
5、irculating endothelial precursors,CEP），并且引导他们到达肿瘤局部直接参与肿瘤血管的形成。CEP的动员与募集主要通过VEGF-A和Ang-1动力学刺激信号系统完成。,血管选定（vessel cooption，VC）发生在大脑和肺等富含血管组织的肿瘤，可以通过血管选定的方式形成血管。,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象，并称之为镶嵌体血管（mosaic blood vessels，MBV）,肿瘤血管生成的方式,血管选定,镶嵌体血管,血管生成拟态（vasculogenic mimic
6、ry，VM）。此概念是由Maniotis等在1999年提出的。,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,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
7、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T
8、ie-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。,肿瘤微环境就是指在肿瘤在生长过程中，由肿瘤细胞，内皮细胞，细胞外基质，免疫细胞，成纤维细胞相互作用形成的肿瘤细胞生长的特殊环境，这一环境具有肿瘤组织雪供不足，间质压力高，营养相对缺乏等特点。血管内皮细胞在微环境中基因表达被修饰向有利于血管生成方向发展细胞外间质细胞外间质成份促进血管内皮细胞存活，增殖或小血管形成间质降解释放一系列促血管生成因子，目前发现的最有效的是VEGF间质相关蛋白酶，如MMP9可通过释放VEGF促进血管生成免疫细胞：诱导内皮细胞表达VEGF-A，促进血管生成成纤维细胞：诱导内
9、皮细胞表达VEGF-A，促进血管生成,肿瘤微环境与肿瘤血管新生,二血管生成调节因子,正常血管系统的动态平衡是靠血管调节因子共同作用而维持，调节血管生成的因子有两类，即血管生成激活因子和抑制因子。当二者之间的平衡被打破时，就会启动血管生成或血管退化。,Angiostatin Endostatin Thrombospondin-1,VEGF bFGF PDGF,在疾病情况下比如肿瘤，血管生成促进因子作用更强，就表现为新生血管生成。,内源性促抗血管生成因子,VEGFbFGFPIGFPDGFTGF-a/bTNF-aIL-8HGFAngiogeninIL-3ProliferinLeptinG-CSF,I
10、nterferons a/bAngiostatinEndostatinVasostatinCanstatinTumstatinPlatelet factor-4Thrombospodin-1IL-1216 kD prolactin fragmentIL-18IP-1053 kD antithrombin III,Stimulators Inhibitors,血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）又称血管通透性因子(vascular permeability factor,VPF)，为分子量34-45kD的同源二聚体糖蛋白。,血管内皮生
11、长因子(VEGF),近年又发现其他一些与VEGF功能相似、结构上有一定同源性的多肽因子，包括胎盘生长因子(placentor growth factor，PIGF)，VEGF-B(VEGF相关因子，VEGF-related factor，VRF)，VEGF-C(VEGF相关蛋白，VEGF-related protein，VRP)，以及VEGF-DFIGF和VEGF-E等成员，它们共同构成VEGF家族。,VEGF家族是目前研究最深入的血管生长因子家族,能够特异性地刺激血管内皮细胞的增殖和血管生成,增加血管通透性。VEGF 家族与肺癌、甲状腺癌、乳腺癌、血管瘤和中枢神经系统肿瘤等多种肿瘤的生长、转
12、移、病理分级和预后等密切相关。,VEGF主要由血管周围的细胞产生，并通过旁分泌机制作用于内皮细胞，在促进血管形成、抑制内皮细胞的凋亡及提高血管通透性等方面发挥重要作用。VEGF诱导形成的肿瘤血管是异常的，在许多肿瘤中过度表达，刺激肿瘤血管形成，使血管易漏扭曲，不成熟。,VEGF只有与其特异性受体结合后才能发挥生物学功能。目前，已鉴定并克隆出3种受体，即VEGF受体l(VEGFR-1，又称flt-1)、VEGF受体2(VEGFR-2，又称flk-1或KDR)及VEGF受体3(VEGFR-3又称flt-4),均属酪氨酸激酶受体，称为Flt家族。前两种受体一般只表达于血管内皮细胞表面，但偶尔在其它类
13、型细胞，如肿瘤细胞中也有表达。,VEGF参与肿瘤生长的整个过程,VEGF参与肿瘤生长的整个过程，出现于整个肿瘤生命周期中，即使随着时间延伸，可能出现第二条通路，VEGF仍处于过度表达状态，仍然是最重要的血管生长因子。,内皮细胞抑制素(endostatin),Endostatin最先由Folkman实验室的Michael S.OReilly博士于1997年发现，论文发表在世界著名的细胞杂志上。,内皮细胞抑制素(endostatin),内皮抑素 ES 最初是从鼠的成血管细胞瘤株培养液中分离提纯得到的一种在动物体内天然存在的蛋白。内皮抑素 ES 是由细胞外基质成分胶原 的羧基末端水解而来，含有184
14、个氨基酸，分子量为20 KD。,ES可以抑制内皮细胞的增殖和迁移，并诱导内皮细胞凋亡。内皮细胞抑制素主要的抗血管生成活性是通过抑制内皮细胞迁移实现的：它可与内皮细胞表面的51整联蛋白结合，抑制FAK的激活,进一步影响其下游ERKlp38 MAPK的活化，从而抑制细胞的迁移、影响细胞的存活。,三抗血管生成的肿瘤疗法,血管生成是肿瘤发生发展的重要因素，新生血管不仅为病理组织提供养分，保证其生长增殖，同时使得肿瘤细胞与个体的血液循环系统直接相通，是恶性肿瘤发生远处转移播散的必要条件。因此抗肿瘤血管生成的研究成为医学工作者研究肿瘤的非常重要的方面。,细胞癌变,小肿瘤,分泌生长因子,诱发新生血管,血管,
15、新生血管向肿瘤供养,血管,肿瘤生长,肿瘤休眠,血管,癌细胞通过血管扩散,“抗血管生成疗法”示意图,（1）抗VEGF的作用（2）血管生成抑制剂Endostatin(ES),抗血管生成治疗的策略,通过抑制促进因子的表达或者外援性补充抑制因子等方法改变血管生成促进因子和 抑制因子之间的相对平衡，来阻断血管生成。直接针对各种血管生长因子抗体或药物。针对生长因子受体的药物，阻断细胞内的信号传导通路。针对血管内皮细胞的药物，抑制内皮细胞的增值和迁移。基质金属蛋白酶抑制剂，阻止基底膜以及细胞外基质的降解。其他，比如抗粘附分子抗体抗整合素 v3 等,（1）抗VEGF的作用,抑制VEGF可导致现存微血管结构退化
16、,在临床前模型中VEGF抑制剂治疗1天:腔管关闭，部分血管血流减少，内皮细胞凋亡,（A）治疗前荧光检测可见肿瘤内血管生成（B）治疗1天后，腔管关闭，部分血管血流减少,2.抑制VEGF可使存活的肿瘤血管系统正常化,在肿瘤中，VEGF的高水平可导致血管渗透性过高、组织间压增高，导致传统抗肿瘤治疗疗效受限VEGF抑制可以降低血管渗透性和肿瘤组织间压，使残留肿瘤血管系统的细胞内间隙及空洞和芽生减少，周皮细胞连接更加紧密，血管形状更加规则。,3.抑制VEGF可抑制新血管系统形成,在小鼠模型中，植入肿瘤细胞及抗VEGF 治疗后血管再生情况对照组抗VEGF治疗,植入前 1天后 6天后 9天后,植入前 1天后
17、 6天后 9天后,（2）血管生成抑制剂 Endostatin(ES),内皮抑素 Endostatin 的抑瘤试验,这是动物试验的大体观，将肿瘤细胞接种在小鼠皮下后，对照组用生理盐水处理，肿瘤迅速长大，表面有溃烂，试验组用endostatin治疗，肿瘤生长几乎被完全抑制，显示了良好的抑瘤效果。,内皮抑素的作用机理(一),Endostatin 能作用于 VEGF 的受体 KDR/Flk-1，阻止 VEGF与内皮细胞结合，直接阻断 VEGF 的作用，发挥抗血管生成作用。,Endostatin动物试验良好的抑瘤效果公布以后，引起了世界的轰动，世界上众多实验室和制药公司投入到endostatin的研究中
18、，使得endostatin成为目前研究的最深入的内源性血管生成抑制剂，内皮抑制素的大致做用机理有以下几点：,内皮抑素的作用机理(二),基质金属蛋白酶 MMP-2 在血管生成中发挥重要作用，Endostatin 能结合 MMP-2 的催化活性区，阻断其作用,内皮抑素的作用机理(三),Endostatin 能结合于 Tropomyosin,破坏微丝的完整性，抑制内皮细胞的迁移，诱导其凋亡，发挥抗肿瘤作用。,内皮抑素的作用机理(四),Endostatin 能抑制 Wnt 信号通路，促进-catenin 的降解，抑制内皮细胞移动，导致内皮细胞停滞在G1期，减少内皮细胞在S 期的比例引起细胞周期停滞。,
19、内皮抑素的作用机理(五),对内皮细胞凋亡的影响：ES 的促内皮细胞凋亡作用可能与诱导酪 氨酸激酶活性,抑制 bcl-2、bcl-xl 和bad 表达有关,而没有改变 bax、p53、cdc-5A、p38 MAPK 的基因表达。ES 还能破坏微丝的完整性抑制内皮细胞的运动,诱导内皮细胞凋亡,最终抑制肿瘤的生长。,内皮抑素的作用机理(六),Endostatin能下调体内的促血管生成因子，上调体内的血管生成抑制因子，通过改变血管生成调节因子的平衡关系，发挥抗血管生成作用。,与传统的以肿瘤细胞为靶点治疗方法(放疗、化疗)相比，血管生成抑制剂以肿瘤血管内皮细胞为靶点，具有低毒(无细胞毒性)、广谱(不受肿瘤细胞异质性的影响)、特异性高(特异作用于激活的内皮细胞)及不易产生抗药性(内皮细胞极少发生自发突变)的优点。,Folkman的理论为肿瘤治疗开辟了一条崭新的道路，采用抗血管疗法治疗肿瘤具有高效、低毒、不易产生耐药性的特点，这一疗法在肿瘤的治疗中有广阔的应用前景，针对目前抗血管生成疗法中存在的一些问题，抗血管生成研究今后主要的研究方向应集中在加强对血管生成抑制因子作用机制的深入了解，构建安全而且高效的基因治疗载体以及设计更加合理的联合治疗方案之上，这些问题的解决将有助于推动抗血管生成疗法在临床治疗中的应用。,
