血管生成擬態生物學特性及在腫瘤治療中的研究進展

周子墨，武世伍

腫瘤血管和腫瘤的生長、轉移等有著密切聯系。大多數實體腫瘤都起源于沒有血管的惡性細胞的聚集。雖然無血管的三維聚集的腫瘤細胞可以通過單純擴散作用和周圍環境進行營養物質和代謝產物的交換，但其生長具有自限性(直徑最多為1～2 mm)。只有在富含營養的血液流動引發時，腫瘤快速生長、浸潤以及向其他器官轉移才成為可能[1]。血管生成擬態(vasculogenic mimicry，VM)是由MANIOTIS等[2]在研究高侵襲性葡萄膜黑素瘤微循環時發現的一種與胚胎發育中的血管新生類似的特殊的腫瘤微環境模式。隨后，各項研究[3-5]證實在許多實體腫瘤中都有VM的存在。這一理論的提出是對以往的腫瘤微環境模式的挑戰，也是其一個重要的補充。在研究中還發現晚期癌癥病人的預后與腫瘤組織中的血管擬態具有明顯的相關性[6]，這為腫瘤的轉移評估和預后提供了更多的方法，也為腫瘤的抗血管治療提供了新的視野。本文就VM的生物學特性和VM在腫瘤治療的最新研究作一綜述。

1 VM生物學特性

1.1 VM的結構和功能 FOLBERG等[7]對VM的定義為由侵襲性腫瘤細胞而非內皮細胞連接、以細胞外基質成分為分界而形成的微循環管道。研究[2]發現VM管壁呈高碘酸-希夫(periodic acid-Schiff,PAS)染色陽性，CD31、CD34等內皮細胞標志物染色為陰性，表明VM管壁不是由內皮細胞而是直接由腫瘤細胞構成，這種管道模式為惡性腫瘤提供充足的血供，在腫瘤的生長中起著重要作用。研究[1]顯示VM與宿主血管存在連接點，這使腫瘤細胞能夠更容易地通過基底膜樣物進入血液，從而有利于腫瘤的侵襲和轉移。VM的形態具有多樣性，FOLBERG等[8]首先將PAS陽性圖案分為大約7種，并歸納為兩類：管狀和圖紋狀[7]。

1.2 VM的起源 對于VM這一概念提出，尚存在一些爭議。FOSS等[9]認為VM是腫瘤組織內紅細胞外滲后的反應性表現。而在后來的一系列研究結果提示，VM可能是侵襲性腫瘤的一種特殊的特性[4]，為這一學說提供了強有力的證據。VM的形成包括惡性腫瘤細胞的可塑性、細胞外基質的重構和VM與宿主循環系統的鏈接3個因素[10]。VM是腫瘤早期生長的主要血供方式；在中期因為腫瘤體積增大，血管內皮增厚，出現馬賽克血管；最終，內皮依賴性血管取代馬賽克血管成為主要的血供方式。腫瘤細胞逐漸滲入血管內壁，并最終完全取代血管內皮細胞，形成VM。在最新的研究[11]中發現，腫瘤干細胞樣細胞(cancer stem-like cells，CSLCs)在VM的形成中可能有著重要的作用。

1.3 VM形成的分子機制 目前VM的研究主要集中在其形成的分子機制和信號通路，而其詳細的調控機制尚不清楚。在對黑素瘤等腫瘤細胞的相關研究[10]中發現一些信號分子和胚胎血管新生中的信號分子相似。這些分子在腫瘤轉移、侵襲和基質重建中都有重要作用，包括血管內皮鈣黏蛋白(vascular endothelial cadherin，VE-cadherin)，上皮細胞激酶(EPH receptor A2，EphA2)，磷脂酰肌醇激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)，層黏連蛋白5γ2(laminin 5γ2，Ln-5γ2)，基質金屬蛋白酶(matrix metallopeptidases，MMPs)，低氧誘導因子1α(hypoxia inducible factor 1，HIF-1α)，局部黏著斑激酶(focal adhesion kinase，FAK)。

在研究中還發現其他分子的調控作用。環腺苷酸(cyclic AMP，cAMP)介導的信號通路與內皮祖細胞的分化有關[12]，并可通過多條通路影響腫瘤細胞可塑性。最近研究[13]發現福斯克林(Forskolin)可以提高cAMP水平，激活Epac/Rapl信號通路，抑制ERK1/2和PI3K/Akt通路，抑制VM的形成。

Nodal、Notch等與腫瘤細胞的自我更新和維持分化能力相關。Nodal基因屬于TGF-β家族，包括4 種Notch的亞型(Notch-1/2/3/4)。有研究[14]發現Notch-1 的缺失與小鼠嚴重的脈管重塑障礙有關，并可能導致小鼠死亡。Notch-4 缺失雖不會影響脈管系統，但Notch-1/4雙突變會導致更加嚴重的脈管形成障礙。Notch 及其亞型在脈管形成中的作用提示其可能與促進內皮祖細胞樣的腫瘤細胞可塑性能力有關。而在惡性黑素瘤(malignant melanoma,MM)細胞中，Nodal的表達上調，激活的Nodal信號可以增強VE-cadherin的表達,進而促進VM形成，當抑制Nodal的表達，VE-cadhein的表達下降，進而抑制VM形成和MM細胞的侵襲能力[15]。

此外在相關研究[16-19]中還發現缺氧誘導因子(hypoxia-inducible factor，HIF)、血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、半乳凝素-3(galectin-3，Gal-3)、遷移誘導蛋白-7(migration-inducing protein 7,Mig7)、環氧酶(cyclooxygenase，Cox)等也與VM形成有關。

2 VM臨床意義

在過去的幾年中，抗血管生成療法已經成為一種有效的癌癥治療策略和手段。通過抑制內皮細胞增殖和/或內皮細胞遷移到缺氧的腫瘤組織，從而阻礙腫瘤細胞氧氣和營養的供應。VM為多種腫瘤治療提供了新的靶點，有重要的臨床意義。

2.1 MM MM作為最具侵襲性的高度惡性腫瘤，死亡率占皮膚惡性腫瘤第一位[20]。在對MM的研究中，發現并提出了VM這一概念[2]。近年來，隨著對MM發生分子機制的探索不斷深入，分子靶向治療受到越來越多的關注。ORECCHIA等[21]發現，活性黏結合蛋白多糖-1(syndecan-1)與其他VM標志物共表達，通過人類特異性重組抗體OC-46F2阻斷Syndecan-1活性后，MM細胞失去了在體外形成類似管狀結構的能力。在使用OC-46F2作為單一治療或與腫瘤血管生成相關聯b-fibronectin isoform(B-FN)的免疫細胞因子L19-IL2聯合，觀察到血管密度的顯著降低和VM結構的喪失。這體現了syndecan-1在MM VM中的作用，而syndecan-1和B-FN有望成為轉移性MM治療的新靶點。目前針對基質金屬蛋白-2(matrix metalloproteinase-2,MMP-2)的研究[22]表明，MMP-2的分泌和表達在VM形成中起到關鍵作用，針對MMP-2的分子靶向藥物和標志物受到人們的關注。去甲斑蝥素(norcantharidin，NCTD)通過抑制MMP-2表達，抑制腫瘤的生長和MM的形成，在MM細胞的形成中起著重要的作用[23]，表明NCTD是一種潛在的MM靶向治療藥物。Rictor是雷帕霉素靶蛋白復合體2(rapamycin-insensitive complex of mTOR,mTORC2)的重要組成部分，其通過AKT-MMP-2/9通道，起到調節VM的作用[24]，提示Rictor可能是一個VM形成的潛在生物標志物,可以用來預測MM病人的預后。因此在治療MM的新治療方案中，通過把傳統藥物和目前最先進的靶向治療策略相結合，有針對性的治療將具有巨大的潛力。

2.2 肺癌 肺癌作為現今第二多被診斷出的癌癥，因其死亡率極高[25]，被廣泛關注。WHO將肺癌分為小細胞肺癌(small cell lung cancer,SCLC)和非小細胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)。對VM在NSCLC中的發生機制研究中我們發現多種因子的表達可以作為腫瘤不良預后的潛在標志和靶向治療的新靶點。WU等[26]發現CD133在VM中表達明顯高于正常水平，提示CD133和VM的積極表達與腫瘤分化、淋巴結轉移、臨床分期和預后有關。YAO等[11]發現DKK1可以通過誘導上皮間質轉化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)和腫瘤干細胞(cancer stem-like cell，CSC)相關蛋白的表達來促進VM的形成，并且顯著地促進了NSCLC腫瘤細胞的遷移、入侵和增殖，提示DKK1可作為預后不良的指標和治療目標。WU等[27]研究發現，在NSCLC的入侵和轉移過程中，乳腺絲抑蛋白(Maspin)的表達可能會受到影響，與VM存在一定的關系。結合Maspin、VM和腫瘤微血管密度(microvessel density,MVD)的聯合檢測可以幫助預測NSCLC的發生進展和預后。LI等[28]發現，在NSCLC病人中，尿激酶型纖溶酶原激活物受體(the urokinase plasminogen activator receptor,uPAR+)表達與VM的形成、轉移和預后不良有關。目前，對于VM在SCLC的研究，WILLIAMSON等[29]第一次報道了VM血管存在于SCLC病人腫瘤標本中，并在其中發揮一定功能作用。從H460細胞系中篩選的uPAR+細胞具有較高的侵入性、遷移能力和管狀結構的形成能力，uPAR+表現可預測SCLC病人的VM形成、腫瘤轉移和預后較差。因此,對uPAR+的分子機制的確定以及了解這些子群體將為阻止SCLC轉移、血管生成和生長提供新的治療靶點，并使對VM的調控成為治療和干預SCLC的新的治療目標。

2.3 肝癌 原發性肝癌的發病率在全球癌癥發病率占第5位，而細胞性肝癌(hepatocellular carcinoma，HCC)占80% ～ 90%[30-31]，因其易復發和轉移而成為臨床治療非常艱難的惡性腫瘤之一，因為腫瘤轉移和復發不僅和細胞自身的增殖有關，還需要依賴其周圍血管的支持。肝癌細胞可通過VM的形式和宿主血管相通，成為腫瘤細胞生長、侵襲、轉移及復發的新途徑。在關于HCC的VM研究中，我們發現多種因子在VM發生中有調節作用。門靜脈侵襲(portal vein invasion,PVI)在HCC病人中常見，CHEN等[32]發現VM形成有關的調節因子如Notch1、Vimentin、MMP-2/9在PVI發生有關，提示VM形成是肝細胞癌中PVI的促進因子，為腫瘤侵襲和轉移提供了條件。

屬于鋅指轉錄因子的Slug(SNAI2)是關于Twist1誘導的EMT和轉移的重要介質。Slug的表達與EMT和癌癥干細胞(CSCs)表型有關。同時，VM的形成和VM介質的過表達也受到了Slug的誘導，促進CSCs亞群的增殖和保護，并最終促成了VM的形成[33]，相關的分子途徑可作為抑制HCC血管生成和轉移的新治療靶點。南蛇藤提取物(celastrus orbiculatus extract,COE)是一種十一萜類化合物，實驗[34]證明，COE可以抑制notch1的表達以腫瘤生長和VM的形成，可作為肝細胞癌治療的一個傳統藥物。

2.4 乳腺癌 乳腺癌作為當今女性最常見惡性腫瘤，極大地危害女性健康。我國乳腺癌發病率在近幾年呈現上升和年輕化趨勢。根據雌激素受體(ER)、孕激素受體(PR)和人類表皮生長因子受體2(HER2),將其分為2種亞型:三陰乳腺癌(TNBC)和非三陰乳腺癌(non-TNBC)。而TNBC和non-TNBC在其特性和治療上都有很大區別，與non-TNBC相比,TNBC的侵襲性更強，極易向其他器官轉移，導致病人預后更差[35]。與VM有關的分子在TNBC中表達異常。CUI等[36]在研究中表明Claudin-4與VM在人類乳腺癌細胞的形成有關，Claudin-4過度升高會促進血管在體外形成。YAO等[37]在研究中發現，Combretastatin A4 Phosphate(CA4P)可以誘導組織缺氧，從而刺激VM形成，導致預后不良。當腫瘤細胞暴露在缺氧環境下時，其與VM相關的蛋白質，如HIF-1α、VE-cadherin、MMP-9、Cdc42、EGFR、p-Akt、p-mTOR都會大量表達，當暴露于有DMBT的缺氧介質時，有關蛋白含量都會減少。DMBT通過抑制HIF-1α/VE-cadherin/MMPs信號轉導途徑，抑制低氧誘導的VM的形成[38]。表明DMBT可以作為一種治療劑來抑制人類乳腺癌中的VM的形成。

3 問題與展望

雖然VM的研究進展提示了一種新的治療策略，然而迄今為止抗血管生成治療對VM治療效果仍存在爭議。研究[39]表明，抗血管生成治療可能引起腫瘤的惡性進展。這種治療雖然最初可以抑制腫瘤生長，但因為血管生成被抑制而選擇其他組織侵襲，最終導致預后不良。然而，到目前為止還沒有對抗血管生成后腫瘤惡性程度增加的報道，但對于高侵襲性惡性腫瘤，通過這種選擇逃避方式適應甚至惡化和轉移是存在可能性的。

作為腫瘤一種新供血方式，VM的發生體現出惡性腫瘤細胞的可塑性與腫瘤干細胞多潛能分化性。深入研究VM在腫瘤生長、轉移中的作用，有利于臨床判斷和評估相關腫瘤的分期和預后，為后續治療提供更多的方法，也為相關靶向藥物的研制提供有利的思路，在癌癥治療中有很大的前景。