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為腫瘤的遠端轉(zhuǎn)移提供轉(zhuǎn)運。,血管生成是腫瘤生長轉(zhuǎn)移中最基本的因素,

2、,,腫瘤無血供，僅靠彌散獲取營養(yǎng)時，體積不超過2mm3，處于靜息期,腫瘤細胞分泌大量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,,隨著對腫瘤發(fā)生機制研究的不斷深入,腫瘤血管形成在腫瘤發(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

3、共同調(diào)控之下，這些分子之間的動態(tài)平衡構(gòu)成了血管生成“開關(guān)”，決定著腫瘤的血管生成。當促血管生成因子與抗血管生成因子活性達到平衡時，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胞外基質(zhì)（ECM）的局部降解，產(chǎn)生基底膜縫隙；（2）內(nèi)皮細胞通過基底膜縫隙侵入周圍基質(zhì)；（3）內(nèi)皮細胞的朝向腫瘤細胞遷移和增殖；（4）

4、毛細血管的成熟器官化構(gòu)建。,腫瘤血管形成的特征,⑴ 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。,⑵ 不成熟性 不規(guī)則、竇狀壁薄、斷裂、碎片或缺乏。內(nèi)皮細胞超微結(jié)構(gòu)中管樣小體明顯增多，細胞之間連接松散。部分毛細血管壁缺乏內(nèi)皮細胞。很少進化為成熟的小動脈或小靜脈，不具收縮功能，不受神經(jīng)體液調(diào)

5、節(jié)。對正常血管有活性的物質(zhì)對該血管不起作用(乙酰膽堿、血管緊張素Ⅱ、溫度）。,⑶ 血管異常生長 腫瘤不同區(qū)域的血管有不同的形態(tài)，反映了腫瘤生長不同時間內(nèi)微血管變化狀態(tài)與癌細胞生長、增殖不均勻有關(guān)。新生的Cap網(wǎng)直接進入腫瘤中央，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。,⑷ 腫瘤中血供與血流速度不同 腫瘤中有細胞豐富區(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

6、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)皮細胞的營養(yǎng)供給少，腫瘤中實際增加的效應(yīng)血管管徑小，血流慢。,⑸ 癌細胞更新速度快于內(nèi)皮細胞發(fā)生乏氧性壞死 在腫瘤周圍內(nèi)皮細胞增生指數(shù)為2.2％，腫瘤細胞增生指數(shù)為7.3％。同樣小鼠瘤細胞22小時更新一代，血管內(nèi)皮細胞的增殖是50小時更新一代。 瘤細胞無氧酵解產(chǎn)生大量H+，使腫瘤中存在著不同程度的低營養(yǎng)、低PH值、低氧的三低細胞群。

7、 腫瘤微循環(huán)較腫瘤生長表現(xiàn)出低效和相對不足，腫瘤組織特別是中心部位常常因為缺血、缺氧而壞死。,⑹ 血管內(nèi)皮細胞的異質(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)皮細胞的結(jié)構(gòu)、功能、抗原成分與代謝特點上。在某些器官的腫瘤組織中，其血管內(nèi)皮細胞仍保留著該器官的抗原性，說明內(nèi)皮細胞表面抗原來源的部位可能在腫瘤轉(zhuǎn)移時的選擇性粘附、體液因子的區(qū)域性釋放中發(fā)揮作用或由這些腫瘤細胞演化為內(nèi)皮細胞。,⑺擬血管生成 研究人的黑色素

8、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)皮細胞的全新的腫瘤血管生成模式。黑色素瘤細胞通過自身變形并與細胞外基質(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)，并將這個過程命名為血管生成擬態(tài)(vasculogenic mimicry)。,血管生成擬態(tài)特點為：腫瘤細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)皮細胞襯覆，通道外基底膜PAS染色為陽

9、性。,腫瘤血管形成的影響因素及調(diào)控機制  腫瘤血管形成是一個復(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)報道的有30多種血管生成因子： VEGF、bFGF、pDGF 、HGF 、TNF、IL－8等。其中bFGF、pDGF 、HGF 等通過刺激VEGF的表達或募集相關(guān)的細胞而間接發(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信號途徑對血

10、管生成起直接作用。,促腫瘤血管生成的生長因子㈠ 血管內(nèi)皮細胞生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF) 一種可以促進內(nèi)皮細胞和血管發(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，通常文獻中的VEGF即指的是VEGF-A；2

11、、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

12、）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)皮細胞，少量分布在造血干細胞、巨噬細胞等。,VEGF的作用⑴ 增加腫瘤血管通透性 VEGF增加局部血循環(huán)大分子的通透性，血漿蛋白在組織中的沉積，為成纖維細胞和血管內(nèi)皮細胞的長入提供臨時性基質(zhì)。 VEGF主要靶器官是毛細血管后靜脈和小靜脈，因這些血管的內(nèi)皮細胞表面均有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。,⑵ VEGF促血管

13、生成的作用① VEGF以旁分泌方式特異地作用于內(nèi)皮細胞，促其分裂、增殖、趨化；② 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)和腫瘤細胞生長的微環(huán)境；③ 誘導(dǎo)內(nèi)皮細胞表達和分泌多種蛋白酶,對降解血管基底膜和ECM具有重要的意義；④ 通過誘導(dǎo)Bcl-2、survivin等抗凋亡分子的表達，抑制內(nèi)皮細胞凋亡,促進血管的生成；⑤ 誘導(dǎo)內(nèi)皮細胞生成和釋放bFGF ,和增強多種促血管生成因子效

14、應(yīng)。,VEGF 的作用過程 VEGF是一種促內(nèi)皮細胞有絲分裂原，腫瘤細胞分泌的VEGF通過旁分泌方式與特異性分布在內(nèi)皮細胞表面的受體結(jié)合，促進血管內(nèi)皮細胞的增殖、分離和遷移，誘導(dǎo)內(nèi)皮細胞增加表達組織因子、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)，并間接促進腫瘤細胞的增殖，而且為腫瘤提供了轉(zhuǎn)移的通道，促進腫瘤的惡性進展。,腫瘤細胞

15、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,,,,,,,,,血管生成素（Ang）與Tie-2受體,Tie-2受體是由血管內(nèi)皮細胞表達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內(nèi)皮細胞

16、增值；兩者的功能是穩(wěn)定新生血管，增強內(nèi)皮細胞的存活，增加周細胞覆蓋新生血管，促進血管成熟。,作用機理,由于Tie-2受體既存在激活配體，又存在拮抗配體，作用機制復(fù)雜，具體途徑還需進一步研究研發(fā)特異性靶向Tie-2受體或血管生成素的藥物較難。,Notch信號途徑,Notch受體位于細胞表面，包括4個成員（Notch1-4）,其廣泛表達于多種細胞，與造血、胰腺、神經(jīng)、和生殖系統(tǒng)干細胞的增值分化有關(guān)，主要傳遞細胞分化抑制信號。其配體是相鄰

17、細胞跨膜蛋白，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入細胞核內(nèi)，與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，激活拮抗基因的表達，阻礙分化基因的表達。,焦點問題,Notch-Dll4途徑是血管生成的一個主要刺激信號，腫瘤血管高表達D