血管內皮生長因子表達與腫瘤干細胞關系的研究進展△

孔澤，汪建林，于靜萍

南京醫科大學附屬常州市第二人民醫院放療科，江蘇 常州 213000

研究認為，腫瘤的發生與體細胞增殖過程中逐步增加關鍵基因的隨機突變有關[1]。然而，最近有很多報道與傳統的突變理論相矛盾。有報道推測癌組織有特殊的殘余細胞存在，就是腫瘤干細胞[2]。近年來，有學者從神經膠質瘤、乳腺癌、卵巢癌、結腸癌、肺癌、食管癌等中找到了腫瘤干細胞存在的證據[3-8]。研究發現，血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）在血管周圍的腫瘤干細胞中高表達。研究證明，在此類腫瘤干細胞中，特異性地阻斷VEGF的表達，可以使細胞失去自我更新能力[9]。相似的，動物實驗中，特異性地阻斷腫瘤組織中的新生血管形成，腫瘤干細胞的數量也顯著降低[9]。也有研究發現，腫瘤血管豐富的微環境能夠誘導腫瘤干細胞的增殖[10]。更有研究顯示，VEGF可以誘導腫瘤干細胞的生成，并通過相關信號通路促進腫瘤干細胞的自我更新[11]。腫瘤干細胞與VEGF表達相互聯系，相互影響。本文就腫瘤干細胞與VEGF表達關系的研究進展作一綜述。

1 腫瘤干細胞

Bonnet和 Dick[12]于1997年發現了一種以CD34+CD38－為特征性表面標志的細胞，可以將人類的急性髓系白血病（acute myelocytic leukemia，AML）轉移給NOD/SCID小鼠，并且這種細胞的數量極少，被認為是AML腫瘤干細胞。這些發現給腫瘤的研究提供了新的視野。腫瘤干細胞理論認為腫瘤組織內有一小群具有與干細胞類似生物學特性的細胞，這一小部分細胞被認為是腫瘤發生、發展、擴散及復發過程的根源。并且，有研究發現，腫瘤干細胞對放化療不敏感，原因可能與腫瘤干細胞細胞膜上表達的ATP結合盒（ATP-binding cassette，ABC）膜轉運蛋白，腫瘤干細胞生長的微環境可增加其對于放化療的耐受能力，腫瘤干細胞具有多條自我更新的信號傳導通路有關。

1.1 腫瘤干細胞的生物學特性

腫瘤干細胞類似于干細胞，具有自我更新、高致瘤性、高分化潛能、耐藥性以及存在特異性表面標志物等生物學特性。MAKINO[13]在1959年提出腫瘤干細胞假說，認為腫瘤的發生可能與腫瘤干細胞有關。并且越來越多的研究發現，腫瘤組織中存在某些與干細胞相似的細胞，它們都具有自我更新能力，類似自我更新的信號傳導通路，以及相似的特征性表面標志物，這些標志物在腫瘤研究中還可以作為側群細胞的標志來篩選腫瘤干細胞。

1.2 腫瘤干細胞的來源

關于腫瘤干細胞的來源，目前還沒有完全的定論，也未經科學的證實，從眾多研究成果中，很多學者提出了腫瘤干細胞有可能來源于正常的組織干細胞，因為正常干細胞是體內唯一具有自我更新能力的細胞，而且腫瘤干細胞與正常干細胞一樣具有很多類似的特征和表面標志物。Sell[14]的理論認為，激發和促進這兩個階段導致了正常干細胞的分化受阻從而產生了癌細胞，其中，激發過程使干細胞不能向最終的體細胞分化，而促進過程使已激發的細胞產生克隆擴增，使得正常的干細胞向著腫瘤干細胞的方向發展。Rajaraman等[15]提出的腫瘤干細胞學說也認為腫瘤干細胞是正常干細胞突變累積的結果。Chen等[16]在培養小鼠多能干細胞的容器中模擬與生物體內相似的生長環境，成功地在容器內生成了腫瘤干細胞，并在小鼠身上得到驗證。

1.3 腫瘤干細胞與微環境及其通路

微環境由成纖維細胞、細胞因子、脂肪細胞、內皮細胞和細胞外基質組成。在腫瘤的發生、發展過程中，微環境起著非常重要的作用，微環境中的細胞因子能夠持續激活與細胞增殖及分化相關的信號通路，導致腫瘤的形成。腫瘤干細胞與普通干細胞類似，有類似的生長機制及信號傳導通路：如 Wnt、Notch、Sonic Hedgehog 等通路[17-18]。與普通干細胞不同的是，腫瘤干細胞不能精準調控自己的功能，而在通路的某個位置發生錯誤，導致關鍵蛋白的缺失，或者由于通路中錯誤的累積，使腫瘤干細胞不斷更新復制。

2 VEGF

2.1 VEGF家族及功能

VEGF家族包括VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E及胎盤生長因子（placenta growth factor，PLGF）等。VEGF受體（VEGFR）是一種膜鑲嵌蛋白，屬于酪氨酸激酶超家族，包括3個Ⅲ型酪氨酸激酶受體，即VEGFR1/FLT1、VEGFR2/KDR及VEGFR3/FLT4。而VEGF的功能主要是通過與VEGFR2結合實現的[19]。VEGF與VEGFR2結合，可以激活下游PI3K/AKT、RAS/RAF/MEK/ERK等通路發揮促進細胞增殖及血管生成等生物學功能。

2.2 VEGF與腫瘤治療

VEGF幾乎在目前所有的已知腫瘤中表達，VEGF的高分泌意味著腫瘤進入晚期及較差的預后。因此，針對VEGF及其受體的抑制劑在腫瘤治療中有著重要意義[20]。貝伐珠單抗是人類VEGF的重組單克隆抗體，能抑制VEGF的功能，被大量應用于晚期惡性腫瘤的治療中，是晚期惡性腫瘤患者的重要選擇[21]。貝伐珠單抗除了可以單獨用于臨床治療外，還可以分別與放療及化療聯合而增加放化療的療效。貝伐珠單抗與放療聯合在各種臨床前腫瘤模型和臨床試驗中都能明顯增加腫瘤組織的放療敏感性[22]。貝伐珠單抗聯合化療也在很多不同的腫瘤治療中取得不錯的療效。而以VEGFR2為靶點，能夠特異性阻斷VEGFR2與VEGF結合的雷莫蘆單抗、阿帕替尼等藥物也在臨床的腫瘤治療中取得了不錯的效果[23]。有學者報道，阿帕替尼可以通過阻斷VEGF通路來促進腫瘤細胞凋亡[24]。不僅如此，阿帕替尼在聯合化療藥物時還可以逆轉人體對化療藥物的耐藥性[25]，從而達到增強化療藥物療效的目的。除此之外，阿帕替尼與放療聯合應用時還具有放療增敏作用[26]。

3 腫瘤干細胞與VEGF的關系

腫瘤干細胞和VEGF能夠相互影響，腫瘤干細胞與親本細胞在VEGF的表達水平上存在明顯差異，腫瘤干細胞能夠高表達VEGF，并且，腫瘤干細胞能夠通過VEGF的表達及其相關通路來調節腫瘤的增殖、轉移與復發。反之，高表達的VEGF對于腫瘤干細胞的維持與增殖也是極其重要的。不僅如此，兩者在促進腫瘤組織血管生成以及腫瘤組織的發生、發展、轉移的過程中起到了協同作用。

3.1 腫瘤干細胞與VEGF相互影響

VEGF在靠近血管的腫瘤干細胞中高表達，反之，VEGF也可以促進腫瘤干細胞的增殖和保持腫瘤干細胞的未分化狀態。有研究表明，自分泌的VEGF信號對于維持前列腺癌及其他腫瘤干細胞的生物學特性是極其重要的[27]。在胃癌中VEGF、NRP1以及腫瘤干細胞標志物CD44的表達均呈正相關。

3.2 腫瘤干細胞、VEGF與缺氧狀態之間的相互關系

越來越多的證據表明，缺氧導致的缺氧誘導因子-1α（hypoxia inducible factor，HIF-1α）表達上調，可直接導致不同器官的腫瘤干細胞增殖。缺氧與腫瘤干細胞的細胞特性密切相關[28]，首先缺氧可以誘導缺氧誘導因子（HIF）的產生，其中，HIF-1是一種重要的能夠上調VEGF表達的介導體。HIF-1α被認為是新生血管的主要刺激因子。而VEGF在血管生成和改善腫瘤微環境方面又起到了重要作用。很多研究證實，在不同器官的腫瘤灶，CD133、CD44、HIF-1α以及VEGF的表達均較癌旁組織高[29-30]。而腫瘤組織的血管生成，也更加串聯了HIF-1α、腫瘤干細胞以及VEGF之間的關系。

3.3 VEGF相關通路是腫瘤干細胞發揮生物學作用的重要通路

VEGF對于腫瘤的影響并不僅限于VEGF本身促進血管生成及增加血管通透性的功能，還通過VEGF介導的信號通路來調節腫瘤干細胞及腫瘤的增殖轉移[31]。VEGF可以通過VEGF-VEGFR2-NRP1通路促進膠質瘤干細胞的生存，以及促進腫瘤的生長[32]。有研究表明，敲除皮膚腫瘤干細胞中的VEGF共受體NRP1后，能夠抑制上皮腫瘤干細胞球體形成，降低其侵襲性及遷移能力，從而抑制腫瘤形成。并且，VEGF-A與NRP1協同受體相互作用，可以增加上皮腫瘤干細胞的存活率[33]。除此之外，VEGF還可以通過VEGFR-2/STAT3信號通路上調c-myc和Sox2來促進乳腺癌腫瘤干細胞的形成[34]。也有文獻報道，惡性胸腔積液以及腹腔積液可以誘導正常的腫瘤上皮細胞產生干細胞特性，從而促進腫瘤的增殖、抗藥以及免疫逃逸，而這個上皮細胞的轉化過程，依賴于VEGF/PI3K/ATK/MTOR通路的調節途徑[35]。

3.4 腫瘤干細胞與VEGF在腫瘤組織的發生發展以及復發轉移中具有協同作用

腫瘤干細胞的自我更新能促進腫瘤生長、復發、轉移及預后不良。有文獻報道，CD133+的腫瘤干細胞可以通過增加VEGF的表達促進肝癌的復發[36]。Beck等[9]的研究表明，特異性地阻斷VEGFR2可以降低腫瘤組織中微血管的密度以及腫瘤灶中腫瘤干細胞數量，從而達到抑制腫瘤干細胞自我更新的目的，進而可以起到抑制腫瘤生長和轉移的作用。研究證明，VEGF還可以通過旁分泌的途徑來刺激腫瘤組織的血管生成，進而促進腫瘤干細胞的自我更新，最終導致腫瘤的生長和轉移。反之，特異性阻斷腫瘤組織中新生血管的形成，可顯著降低腫瘤組織中腫瘤干細胞的數量，從而達到延緩腫瘤組織發展的目的。上皮-間充質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）作為腫瘤發展和轉移擴散的基礎，促使腫瘤細胞離開原發部位，侵入周圍組織和向遠處器官轉移。EMT也豐富了腫瘤干細胞理論。Fantozzi等[37]針對EMT誘導腫瘤干細胞提出了一種新的解釋：VEGF-A介導的新生血管是腫瘤干細胞和細胞癌化的連接機制。

3.5 腫瘤干細胞和VEGF的表達與放化療抵抗

腫瘤干細胞的存在以及VEGF的高表達可以導致腫瘤組織的放化療抵抗在很多文獻中均有報道。腫瘤干細胞對于抗VEGF藥物以及抗VEGFR藥物均有耐受能力。并且這些抗性是由VEGF/NRP信號通路介導的，這個通路并不能被抗VEGF藥物以及抗VEGFR藥物所抑制[27]。也有學者認為，抗VEGF藥物是一個有效的治療腫瘤的方法。但是，其也可能導致另外一些補償途徑，如HIF-1α的上調，腫瘤干細胞可以優先耐受缺氧環境，從而導致腫瘤的耐藥性[38]，并且多種藥物聯合應用較應用單種藥物能夠更加有效地抑制腫瘤生長。有文獻報道，食管癌腫瘤干細胞能夠導致食管癌對放療抵抗[39]，與食管癌VEGF的高表達有關。

4 小結

腫瘤干細胞和VEGF有著緊密的聯系，由于缺氧等因素的刺激，腫瘤干細胞本身可以高表達VEGF，同時缺氧又可以通過HIF-1α刺激VEGF產生，從而維持腫瘤干細胞的干性，并促進腫瘤干細胞增殖。不僅如此，VEGF可以刺激新生血管的生成，增加血管的通透性，而同時腫瘤干細胞也能通過酰化肽受體和趨化因子受體CXCR4來參與血管生成，另外腫瘤干細胞還可以通過轉化，直接參與腫瘤血管的形成。腫瘤干細胞的自我更新能力、高致瘤性等特性，導致了腫瘤組織的生長、復發、轉移。而VEGF的促血管生成功能不僅促進了腫瘤干細胞的自我更新，也增加了腫瘤組織生長、復發、轉移的能力。這些因素都相互影響、相互關聯，從而導致腫瘤向更加惡性的方向發展。

目前研究認為腫瘤干細胞與VEGF相互影響的作用機制、放化療對腫瘤干細胞表達VEGF的影響機制尚未完全明確。因此，探索腫瘤干細胞與VEGF表達相互影響的作用機制，放化療對腫瘤干細胞表達VEGF的影響以及腫瘤干細胞放化療抗性及其機制的研究對基礎研究和臨床診療有重要意義。

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