腫瘤血管生成機制及抗腫瘤血管新生的靶向藥物研究進展

魯美鈺,仲維蘭,司春楓,劉青花,關(guān)淑貞,楊小平,徐茂磊

(濱州醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院，山東 煙臺 264003)

1971年,Folkman教授提出了“腫瘤生長和轉(zhuǎn)移依賴于新生血管生成”的理論，該理論的出現(xiàn)為抗腫瘤血管生成藥物提供了新的研究方向和理論基礎(chǔ)。眾所周知，腫瘤在發(fā)生、發(fā)展的過程中會形成大量的新生血管，這些新生的血管為腫瘤的生長提供其所需要的營養(yǎng)和水分，同時向遠(yuǎn)處擴散腫瘤細(xì)胞，在體內(nèi)不同部位形成新的轉(zhuǎn)移灶。Hanahan等研究發(fā)現(xiàn)，在腫瘤血管生成的過程中會受到“血管生成開關(guān)”的調(diào)節(jié)[1]，血管生成的增強因子或抑制因子會發(fā)生相應(yīng)的變化，當(dāng)“開關(guān)”處于開放狀態(tài)時，形成大量的新生血管。近年來，抗腫瘤血管生成研究已從早期的非特異性栓塞、切斷腫瘤血管發(fā)展到對腫瘤血管進行特異性、靶向性阻斷的新高度。

1 腫瘤血管生成的機制

在腫瘤持續(xù)生長的過程中，當(dāng)腫瘤體積達(dá)到一定程度后,腫瘤持續(xù)生長所需要的營養(yǎng)成分來源于新生的腫瘤血管。血管新生主要包括以下幾個方面：(1)缺氧、缺血等刺激性因子擴張毛細(xì)血管，使毛細(xì)血管的通透性大大增加。(2)進而纖維蛋白滲出，抑制血管生長等基質(zhì)發(fā)生相應(yīng)變化。(3)同時膠原酶被激活，細(xì)胞基底膜破壞，細(xì)胞外的基質(zhì)進行重新塑形。(4)血管生成因子使血管內(nèi)皮細(xì)胞增生。(5)新生成的血管內(nèi)皮細(xì)胞排列成管狀結(jié)構(gòu)，最后形成新的腫瘤血管。目前發(fā)現(xiàn)腫瘤新生血管主要有芽生式血管、套疊式血管、馬賽克血管、充塞式血管以及血管生成擬態(tài)等幾種不同生成方式，其生成機制也各不相同。

1.1 芽生式血管

最早發(fā)現(xiàn)的腫瘤血管新生方式是芽生式血管生成。在血管生成因子(angiogenic factor)作用下,處于靜息狀態(tài)的血管內(nèi)皮細(xì)胞(vascular endothelial cell)降解細(xì)胞基底膜，然后侵入到細(xì)胞外基質(zhì)中，逐漸形成管腔狀結(jié)構(gòu)，最后形成血管。上述血管新生的過程中起最重要作用的因子為血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子 (vascular endothelial growth factor，VEGF)。研究表明，VEGF可以擴張毛細(xì)血管，增大細(xì)胞膜的通透性，進而使纖維蛋白原從血管中滲出，內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生遷移，最后形成管狀樣結(jié)構(gòu)。近些年研究發(fā)現(xiàn)VEGF 家族由VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D 及胎盤生長因子(placental growth factor,PLGF)等構(gòu)成，VEGF-A是VEGF家族中重要組成部分，通過VEGFR-2 信號傳導(dǎo)作用于內(nèi)皮細(xì)胞，然后刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞的生成，當(dāng)VEGFR-2 缺乏時，VEGF 信號傳導(dǎo)因受影響，使血管生成受到一定的限制。同時，VEGF還可誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖，增強纖溶酶原和金屬蛋白酶的活性，加速細(xì)胞外基質(zhì)及其它物質(zhì)的降解，內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生遷移[2]。

1.2 套疊式血管

血管壁向毛細(xì)管腔內(nèi)凹陷，然后逐步的靠近、接觸，進而融合。血管融合處管壁細(xì)胞膜逐漸變薄，演變成小孔，孔狀結(jié)構(gòu)逐漸增大、融合，形成管腔樣通道，該血管新生的方式為套疊式生長。套疊式血管生成的特點是在已有的血管管腔內(nèi)形成大量的跨血管組織微柱，該過程形成迅速，在幾分鐘內(nèi)就可完成。

1.3 馬賽克血管

顯微鏡下觀察腫瘤血管壁上排列著血管內(nèi)皮細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞，兩者構(gòu)成腫瘤的血管管腔，在生成的腫瘤邊緣部位，腫瘤細(xì)胞群被一團密布的血管網(wǎng)包圍，稱為馬賽克血管[3]。腫瘤細(xì)胞侵入血管管腔并暫時停留在血管壁上，激活促腫瘤血管生成因子，使腫瘤血管基底膜降解加速，以利于腫瘤細(xì)胞穿入以增加馬賽克血管的數(shù)量。

1.4 充塞式血管

在腫瘤形成的早期階段,腫瘤血管保持正常的形態(tài)。但隨著腫瘤的持續(xù)生長，腫瘤內(nèi)部的血管組織被腫瘤細(xì)胞逐步地包圍進而填充，該處血管逐漸退化，由于腫瘤血管的退化，腫瘤內(nèi)部發(fā)生缺氧,促進VEGF的表達(dá)，在腫瘤邊緣部位形成新的血管，此血管生成方式稱為充塞式血管。VEGF、血管緊張素等都在該血管生成方式的過程中起了重要作用。研究證實腫瘤邊緣新生血管很難被抗血管生成藥物清除。

1.5 血管生成擬態(tài)

侵襲性生長的惡性腫瘤，在沒有內(nèi)皮細(xì)胞的參與下，腫瘤細(xì)胞發(fā)生相應(yīng)變化，并進一步通過自身的變形形成管腔狀結(jié)構(gòu)，該血管生成方式與傳統(tǒng)腫瘤血管生成方式完全不同，它本身并不依附于血管內(nèi)皮細(xì)胞，腫瘤與血液可直接接觸，是一種全新的腫瘤血管生成方式，稱之為“血管生成擬態(tài)”[4]。

2 抗血管生成藥物分類及其作用機制

2.1 血管內(nèi)皮生長因子抑制劑

2.1.1VEGF/VEGFR的分子靶向藥物 血管內(nèi)皮生長因子是指腫瘤來源的血管生成促進因子，研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞和腫瘤的相關(guān)間質(zhì)細(xì)胞均可分泌該類生長因子，其作用為促進血管新生和炎癥的形成。

血管內(nèi)皮生長因子抑制劑能夠消除血管生成促進因子，抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞的生成和轉(zhuǎn)移，減緩基底膜降解。血管內(nèi)皮生長因子抑制劑用于臨床的時間并不長，但大量研究結(jié)果表明，該類藥物有明顯的治療效果。貝伐單抗(avastin)是美國食品及藥物管理局批準(zhǔn)的第一個抗腫瘤血管生成的人源化單克隆抗體，可與VEGF-A結(jié)合，減少血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子與受體的結(jié)合，抑制血管的生長[5]。阿柏西普(zaltrap)作為血管內(nèi)皮生長因子的受體，可與血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子-A、血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子-B和PLGF等靶點結(jié)合，已批準(zhǔn)其用于結(jié)腸癌、直腸癌和腎細(xì)胞癌的臨床治療[6]。以上兩種藥物均可治療糖尿病性黃斑水腫，最近研究顯示,若黃斑水腫患者的視力損失較輕微,選擇阿柏西普的治療效果優(yōu)于貝伐單抗。

2.1.2內(nèi)源性血管生成抑制劑 內(nèi)源性血管生成抑制劑可直接抑制腫瘤血管的生成。血管抑素(angiostatin)能抑制腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞的生長，降低血管內(nèi)皮生長因子的活性，抑制腫瘤血管新生，從而減緩腫瘤的生長[7-8]。血管內(nèi)皮抑素(endostatin)是一種常見的內(nèi)源性抗血管生成抑制劑，其抗腫瘤效果比血管抑素顯著。其作用機制是競爭纖維母細(xì)胞生長因子，抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖，從而減緩多種實體腫瘤原發(fā)灶和轉(zhuǎn)移灶的生長轉(zhuǎn)移[9]，研究表明在膀胱癌中顯示了良好的抗腫瘤作用。重組人血管內(nèi)皮抑素(恩度)作用于多條細(xì)胞信號傳導(dǎo)的通路，其作用機制為降低腫瘤血管生長相關(guān)蛋白，抑制腫瘤新生淋巴管的生成，對非小細(xì)胞肺癌的治療效果甚佳[10]。最新研究顯示，重組人血管內(nèi)皮抑素對中晚期宮頸癌患者也有較好的療效[11]。

2.2 小分子受體酪氨酸激酶抑制劑

血管內(nèi)皮細(xì)胞上的血管內(nèi)皮生長因子受體(vascular endothelial growth factor receptor,VEGFR)屬于酪氨酸激酶(tyrosine kinase,TK)依賴性受體，研究表明降低TK的活性可有效抑制腫瘤血管的生成。酪氨酸激酶受體抑制劑(tyrosine kinase inhibitors,TKI)通過細(xì)胞膜進行擴散，競爭細(xì)胞內(nèi)受體酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域ATP結(jié)合的位點，從而抑制相應(yīng)受體的激活，進而抑制腫瘤血管新生。

索拉非尼(sorafenib)是一種以VEGFR、P38、Raf-1、c-KIT、PDGFR-β和Flt-3為靶點的多激酶抑制劑，對腫瘤血管的新生具有明顯的抑制作用，用于無法切除的肝細(xì)胞癌和晚期腎細(xì)胞癌患者的臨床應(yīng)用，治療效果顯著。舒尼替尼(sunitinib)是多種酪氨酸激酶抑制劑，主要抑制CSF-1R、 VEGFRs、PDGFR-β、RET和PDGFR-α[12-13],對于胃腸道間充質(zhì)瘤、轉(zhuǎn)移性腎細(xì)胞癌和晚期胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤具有良好的臨床治療效果[14]。

2.3 抑制整合蛋白分子藥物

腫瘤細(xì)胞在侵襲過程中，內(nèi)皮細(xì)胞與基底膜的相互作用是通過整合素介導(dǎo)的。整合素(integrin)屬于以α、β異二聚體形式表達(dá)的跨膜糖蛋白家族，其主要功能是與相應(yīng)的配體結(jié)合，促進細(xì)胞與細(xì)胞、基底膜的黏附。血管內(nèi)皮細(xì)胞表面的整合素可以與細(xì)胞外基質(zhì)某位點相結(jié)合，從而加快內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和腫瘤血管的形成。在黑色素瘤和神經(jīng)膠質(zhì)瘤的研究中，發(fā)現(xiàn)整合素αvβ3可以黏附相應(yīng)的轉(zhuǎn)移受體，同時還可降解細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM),促進腫瘤血管新生。整合素拮抗劑西侖吉肽(cilengitide)，可被整合素識別并進行相應(yīng)結(jié)合，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生凋亡，抑制腫瘤血管新生，從而減緩腫瘤的生長，目前正處于對惡性膠質(zhì)瘤Ⅲ期的臨床試驗階段[15]。

2.4 化療藥物

近年來研究發(fā)現(xiàn)，化療藥物不僅具有抑制腫瘤細(xì)胞增殖的作用,同時也可抑制腫瘤血管新生。紫杉醇是臨床常用的化療藥物，其作用機制是在細(xì)胞分裂的過程中使細(xì)胞停滯在G2/M期，細(xì)胞發(fā)生凋亡，從而有效的抑制腫瘤形成過程中新生血管的生成[16]。臨床上廣泛應(yīng)用于乳腺癌、肺癌、卵巢癌及食管癌等惡性腫瘤的中晚期治療。環(huán)磷酰胺進入體內(nèi)后，可對腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生強烈的細(xì)胞毒作用，同時對免疫系統(tǒng)也有顯著的抑制作用，從而抑制新生血管的生成，對惡性淋巴瘤有一定的療效[17]。

2.5 非特異性血管生成抑制劑

其他一些藥物盡管他們抑制血管生成的機制目前還未明確，但通過體內(nèi)外研究已證實其具有抗血管生成的作用。沙利度胺(thalidomide)因其對胎兒產(chǎn)生嚴(yán)重致畸作用而被廣泛關(guān)注。近年來研究發(fā)現(xiàn)，沙利度胺可抑制血管新生。其作用機制是通過抑制VEGF和成纖維細(xì)胞因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)的分泌，從而抑制血管新生[18]。此外，羧基氨基咪唑、丙戊酸、依澤替米貝等也可抑制血管新生，還有正在臨床實驗的白細(xì)胞介素-12、舒拉明鈉、角鯊胺等都具有抗腫瘤血管生成的作用。

2.6 基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑

基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)是參與細(xì)胞外基質(zhì)重構(gòu)的最重要的蛋白水解酶。研究表明，MMPs可以使血管的基底膜發(fā)生重構(gòu)，使細(xì)胞外基質(zhì)和血管基底膜同時發(fā)生降解，進而釋放血管生成調(diào)節(jié)因子，進而為腫瘤血管提供足夠的生長空間[19]。近年來，人們發(fā)現(xiàn)MMPs家族中的明膠酶A和明膠酶B在腫瘤的轉(zhuǎn)移中起重要作用。Fernandez-Garcia 等[20]通過免疫組織化學(xué)法檢測乳腺癌中的纖連蛋白及MMP-9表達(dá)情況發(fā)現(xiàn)，乳腺癌細(xì)胞產(chǎn)生的纖連蛋白與乳腺癌組織中單核細(xì)胞產(chǎn)生的MMP-9、MMP-11之間存在潛在的循環(huán)通路，進而促進了乳腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移?；|(zhì)金屬蛋白酶抑制劑(matrix metallo proteinase inhibitor,MMPI)可有效抑制乳腺癌的轉(zhuǎn)移。MMP-14的單抗dx-2400，其作用機制為通過抑制MMP-14，減少MMP-2的含量，抑制腫瘤血管新生，從而減緩腫瘤生長和轉(zhuǎn)移灶的形成[21]。

2.7 疫苗

抗腫瘤血管生成疫苗是抗血管新生治療的一個新領(lǐng)域，抗腫瘤血管生成疫苗治療具有抗瘤譜廣、毒副作用低、藥物易于到達(dá)靶部位、不易產(chǎn)生耐藥性等優(yōu)點?？鼓[瘤血管生成疫苗主要作用于血管內(nèi)皮生長因子和血管內(nèi)皮細(xì)胞等靶點。在一項以VEGF為靶抗原的臨床研究中發(fā)現(xiàn)，用VEGF突變體聯(lián)合細(xì)菌為佐劑制備的CIGB-247疫苗在50例晚期實體瘤患者中展現(xiàn)出較明顯的療效，明顯延長了生存期[22]。以人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(human umbilical vein endothelial cell,HUVEC)作為抗原制備的疫苗在臨床研究中對腦腫瘤和轉(zhuǎn)移性結(jié)腸癌也顯示了一定的治療效果，但是在治療性免疫中并不能完全控制腫瘤的生長[23-26]。徐茂磊等[27-30]對HUVEC疫苗治療方案進行了優(yōu)化，以HUVEC細(xì)胞為抗原，引入OK432等為佐劑制備得到佐劑優(yōu)化的新型HUVEC疫苗，該疫苗激發(fā)機體產(chǎn)生了更強的免疫應(yīng)答，在預(yù)防性及治療性免疫中對B16F10黑色素瘤、EAC乳腺癌以及小鼠H22肝細(xì)胞癌等腫瘤均顯示了較好的治療效果[31-36]。

3 結(jié)語

血管生成抑制劑通過降低某些血管活性因子的活性抑制內(nèi)皮細(xì)胞的增殖或遷移、改善腫瘤生長微環(huán)境從而達(dá)到抗腫瘤的作用，該治療方法使藥物易于到達(dá)靶部位、不易產(chǎn)生耐藥性和對機體產(chǎn)生較低的毒副作用。抗腫瘤血管生成治療用于腫瘤臨床治療的時間并不很長，但大量實驗表明[37-40]，該治療方法具有較明確的治療效果及廣闊的應(yīng)用前景，與化療藥物聯(lián)用，具有協(xié)同增效的治療作用。但由于腫瘤血管生成機制相對復(fù)雜，易受腫瘤類型影響，基因組缺乏相對的穩(wěn)定性，也給治療帶來了一定困難，此外，抗腫瘤血管生成治療還具有雙重性的特點，一方面能夠有選擇性的作用于新生的腫瘤血管，另一方面對機體正常的血管也有一定的影響，因此如何進一步開發(fā)特異性針對腫瘤血管的靶向藥物分子，提高抗腫瘤血管的治療效果，是抗血管生成靶向藥物今后研發(fā)的主要方向之一。此外，根據(jù)個體差異、腫瘤不同類型制定個體化治療策略，積極尋找新的靶點、研發(fā)新的藥物、多種藥物聯(lián)合應(yīng)用也還需要進一步研究。

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