Ang/Tie2通路在腫瘤血管生成中作用的研究進展

高倩倩 呂仁榮 徐廣琪 畢見海 霍然 肖虎

【提要】 腫瘤血管生成是腫瘤發生發展的重要過程，新生血管滿足腫瘤細胞的高營養和高氧需求，是促進腫瘤生長所必需的條件。Ang/Tie2通路調節血管發育、血管生成和血管穩態，尤其在腫瘤血管生成中發揮重要作用。Ang1可促進血管穩定，而Ang2在腫瘤中的高表達會影響血管的通透性并破壞血管穩定性。針對Ang/Tie2通路的靶向藥物目前正在多個臨床試驗中研發。本文對Ang/Tie2通路在腫瘤血管生成的作用進行綜述。

腫瘤發生是個復雜的過程，受多種因素影響，其中腫瘤內血管生成是腫瘤生長、維持和轉移的重要過程，腫瘤依靠血管以維持自身生存[1]。血管生成素(Angiopoietin，Ang)/Tie2通路在腫瘤血管生成、腫瘤炎癥和腫瘤轉移中起關鍵作用[2-3]，可以調節組織中的血管和淋巴管發育、血管通透性、血管生成重塑和腫瘤血管化[4]。近年來，Ang/Tie2通路的功能及其在腫瘤血管系統中的抑制作用引發關注[2，5]。本文回顧了目前對Ang/Tie2通路功能的理解及其在腫瘤靶向治療中的潛力，以期為機制研究提供依據，為臨床治療提供新思路。

1 Ang/Tie2通路的結構及生物學功能

1.1 Ang

Ang是一類大小約70 000 Da的糖蛋白家族，包括1個負責其多聚的氨基末端結構域，1個二聚化的卷曲螺旋結構域，以及1個含Tie2結合區的羧基末端纖維蛋白原樣結構域[6]。Ang是Tie2的配體，主要作用于血管系統，以控制血管的發育和穩定性[7]。Ang結合Tie2的第二免疫球蛋白基序，從而激活Tie1/Tie2異二聚體中的Tie2和Tie1[8-9]。Ang家族主要包括以下4個成員：Ang1、Ang2、Ang3和Ang4。目前的相關研究多聚焦于Ang1和Ang2，對Ang3和Ang4的了解較少[7，10-12]。

1.1.1 Ang1

Ang1是最早發現的血管生成素，是由血管周細胞和血管平滑肌細胞分泌的配體，是一種強大的Tie2激動劑[13-15]。Ang1可誘導內皮細胞-內皮細胞連接處、內皮細胞-細胞外基質接觸處形成Tie簇[16-17]。Ang1含有3個結構域，即1個羧基末端纖維蛋白原樣結構域(與Tie2受體結合)，1個中心卷曲螺旋結構域(使這些纖維蛋白原樣結構域寡聚)，以及1個短的氨基末端結構域(將寡聚體超聚成不同大小的多聚體)[6，18]。Ang1可以誘導內皮細胞遷移、發芽、小管形成，通過促進內皮細胞的穩定和存活，以及抑制炎癥反應，在維持血管穩定性、體內平衡方面發揮著重要作用[15，19-22]。

1.1.2 Ang2

Ang2是與血管生成相關的另一個主要因素，是第二個被發現的血管生成素家族成員[23]。Ang2主要由內皮細胞生產，之后儲存在Weibel-Palade體內，在炎癥、缺氧的刺激下可迅速釋放，并以自分泌的方式作用于內皮細胞[24]。Ang2的蛋白結構主要由氨基末端的卷曲螺旋結構域和羧基末端的纖維蛋白原樣結構域組成[23]。Ang1和Ang2具有相似的結構，兩者對Tie2亦具有相似的結合力。最初認為，Ang2是Ang1對內皮細胞的競爭性拮抗劑，下調Tie2信號轉導，可以解除血管內皮細胞對Ang1的抑制作用[23，25]。此后的研究發現，Ang1是Tie2的純激動劑，而Ang2是Tie2的弱激動劑或拮抗劑，可以抑制Ang1/Tie2信號轉導通路[26-27]。也就是說，當Ang1不存在時，Ang2充當弱激動劑，而當Ang1存在時，Ang2充當劑量依賴性拮抗劑[26]。其對Tie2信號轉導的影響結果取決于各種參數，如血管床類型、Ang1的伴隨表達(或其他血管生成因子)[26，28]。與Ang1不同，Ang2會影響血管的通透性、破壞血管穩定性以及造成血管重塑[29-30]。

1.1.3 Ang3和Ang4

Ang3和Ang4分別是在小鼠和人類中發現的種間直系同源物[11]。Ang3和Ang4的氨基酸序列分析表明，與Ang1和Ang2一樣，Ang3和Ang4具有特征性的蛋白質結構，其氨基末端區域包含卷曲螺旋結構域，而羧基末端區域包含纖維蛋白原樣結構域[11，14，23]。研究表明，Ang3和Ang4都是Tie2受體信號的激動劑，Ang3不作為人Tie2的激動劑，而Ang4作為人Tie2的強激動劑。相比之下，Ang3對小鼠Tie2是一種強激動劑，而Ang4對小鼠Tie2起中等激動劑的作用[31]。Ang3和Ang4的特征性較差，其確切功能仍有待闡明。

1.2 Tie2

關于Tie2的克隆最早于1992年所研究的血管內膜的一個cDNA文庫中被報道[32]。Tie2是一種大小約140 000 Da的酪氨酸激酶受體，與免疫球蛋白和表皮生長因子同源。Tie2除了在血管內皮細胞中表達，在造血干細胞、單核細胞、神經細胞、肌肉衛星細胞和腫瘤細胞中也有表達[33-37]。Tie2有1個用于配體結合的獨特的胞外結構域、1個單程跨膜結構域、1個雙組分細胞質蛋白酪氨酸激酶結構域和1個羧基末端尾部[3]。Tie2作為Ang家族蛋白的受體起作用，在血管的發育和穩定過程中發揮重要調節作用[30]。Tie2的過度表達已在許多疾病中被觀察到，包括銀屑病、肺動脈高壓、嬰兒血管瘤等[38-40]。最近的研究發現，Tie2在卵巢癌模型中表現出可成為卵巢癌預后生物標志物的潛在可能[41]。

1.3 Ang/Tie2通路的信號轉導機制

Ang/Tie通路最初是作為內皮細胞特定的信號轉導途徑而被發現的[42-43]。Tie2是Ang/Tie信號轉導通路中主要的酪氨酸激酶受體。目前，Ang/Tie2信號轉導通路正被廣泛研究。

Ang/Tie2通路的信號轉導是由Tie2被Ang1結合后自磷酸化啟動的，激活的Tie2結合并激活其他幾個效應器，包括酪氨酸激酶相關下游蛋白、內皮型一氧化氮合酶、SH2結構域磷酸酶、生長因子受體結合蛋白2以及磷脂酰肌醇3-激酶的p85亞基等[44-45]。與Ang1不同，Ang2通常起到Ang1拮抗劑的作用，介導血管通透性的增加，為血管新生奠定基礎，但在某些情況下，亦可作為Tie2的弱激動劑發揮作用[26]。

此外，Ang/Tie通路的信號傳導還與血管內皮蛋白酪氨酸磷酸酶及整合素互相作用。血管內皮蛋白酪氨酸磷酸酶可與Tie2的胞內結構域相互作用，激活Tie2的去磷酸化，增加血管的通透性[16]。整合素可與Ang1、Ang2、Tie2共同調節內皮細胞與細胞外基質的相互作用，整合素也可作為非內皮細胞或低水平表達Tie2的內皮細胞的Ang受體[46-47]。

Ang/Tie2通路在調節血管發育、血管生成、血管穩態和病理性炎癥反應中起著至關重要的作用[30，48]。

2 Ang/Tie2通路在腫瘤血管生成中的作用

2.1 Ang1/Tie2通路與腫瘤血管生成

Ang1是一種強大的血管穩定因子。Ang1/Tie2通路通過對內皮細胞-內皮細胞連接和肌動蛋白細胞骨架的影響促進血管穩定性[49-50]。與Ang2相比，Ang1在腫瘤細胞中的異位過度表達可抑制小鼠腫瘤的生長，這可能與Ang1誘導的腫瘤血管穩定有關[51-52]。Jeansson等[53]發現，Ang1可以穩定小鼠病理損傷后新形成的血管。重組Ang1蛋白或病毒轉基因小鼠及Ang1刺激培養的內皮細胞可以抑制由多種炎癥細胞因子和生長因子(如組胺、血管內皮生長因子)引起的血管滲漏[54-55]。雖然Ang1在生理性血管重塑過程中具有血管生成和淋巴管生成活性，但Ang1似乎不促進腫瘤血管生長[56-57]。相反，在抗血管生成性腫瘤治療期間增加的Ang1表達介導了腫瘤血管的正常化，這有助于藥物輸送[58]。因此，阻斷Ang1可能不是一個好的選擇。

2.2 Ang2/Tie2通路與腫瘤血管生成

Ang2在小鼠癌細胞中的過度表達促進腫瘤的生長和血管化，應用選擇性Ang2阻斷劑可以抑制腫瘤的血管生成及腫瘤生長，還可誘導新形成的腫瘤血管正常化，周細胞覆蓋率增加，內皮細胞發芽減少，并重塑成更小更均勻的血管，使血管穩定性增強[58-60]。研究發現，Ang2在多種人類癌癥中的表達均增加，包括結直腸癌、多發性骨髓瘤、乳腺癌及腎細胞癌等[61-63]。高血清Ang2水平與腫瘤血管密度增加、腫瘤轉移、低生存率有一定的相關性[64-66]。Ang2表達的顯著上調，使Ang2與Tie2結合增加，從而導致血管不穩定和血管組織缺氧，形成無血管和高度缺氧的腫瘤[29]。這些步驟是被稱為“血管生成開關”的第一步。組織缺氧反過來又促進了血管內皮生長因子(Vascular endothelial growth factor，VEGF)的表達，而VEGF和Ang1/2-Tie2協同作用，刺激腫瘤邊緣的新生血管生成[30，67]。

3 針對Ang/Tie2通路的腫瘤靶向治療藥物

Ang/Tie2通路不僅在血管生成和血管動態平衡過程中發揮重要作用，還參與多種過程，如血管通透性、炎癥和體內平衡等，處于疾病分子機制的交叉點[48]。因此，針對這一系統的干預被認為是治療腫瘤的措施之一。然而，不必要的副作用是我們需要面對的棘手問題，這種影響可能會變得不受控制和不可逆轉。可見，靶向治療具有雙重性，可能發揮抗腫瘤效應，也可能促進癌癥發展。因此，治療除了應該在正確的時機進行干預，還需要考慮到適當的持續時間和盡可能小的副作用。

3.1 針對Ang1的靶向治療

針對Ang/Tie2通路的藥物臨床開發主要集中在Ang2阻斷療法上。Ang1是一種強大的血管穩定因子，Ang1阻斷劑在臨床前癌癥模型中的療效有限。對于血管穩定療法，增強Ang1/Tie2通路似乎是一個高度可行的策略[68]。研究表明，Ang1可以作為一種治療蛋白，同時大量的臨床前數據支持一些設計的Ang1配體的血管保護作用[69-71]，其功能仍需進一步的臨床試驗來證實。

3.2 針對Ang2的靶向治療

與Ang1穩定血管的功能不同，Ang2會影響血管的通透性、破壞血管穩定性。因此，阻斷Ang2/Tie2通路成為抑制腫瘤血管生成更重要的治療策略，如MEDI3617和Nesvaumab(也稱為REGN910)，是人類Ang2靶向單克隆抗體，通過中和Ang2與Tie2的相互作用發揮作用[72-73]。

最近對Ang1或Ang2特異性藥物的研究表明，Ang2可能是抑制血管生成的更重要的靶標，但雙重Ang1/2阻斷在某些情況下可能會更具優勢[58，74，75]。研究發現，Trebananib(AMG386)是通過阻止Ang1和Ang2與其受體Tie2相互作用來抑制血管生成的肽-fc融合蛋白，在Ⅰ期試驗中，其與化療聯合具有良好的耐受性并可降低腫瘤血流通透性[76-77]。Trebananib(AMG386)可抑制配體與Tie2受體的相互作用，已在許多臨床試驗中進行了評估，并證明了其安全性和潛在療效[78-80]。

另有研究表明，VEGF和Ang發揮互補作用，可以合作方式調節血管生成[81]。聯合抑制VEGF和Tie2確實在癌癥血管生成的模型中顯示出了更高的抗腫瘤療效[82-84]。例如，早期臨床腫瘤試驗中的雙特異性Ang2及VEGF靶向抗體vanucizumab，以及另一種對Ang2和VEGF具有雙重特異性的雙特異性抗體RG7716[85-86]。

3.3 針對Tie2的靶向治療

目前，一些抑制Tie2和其他額外酪氨酸激酶的小分子酪氨酸激酶抑制劑正在進行臨床試驗。如Rebastinib是有效的選擇性Tie2受體酪氨酸激酶抑制劑，同時也抑制血管內皮細胞生長因子受體1和BCR-ABL(Breakpoint cluster region-Abelson，BCR-ABL)，可應用于治療乳腺癌、白血病[87-88]。與Rebastinib不同，Regorafenib已經應用于臨床。Regorafenib是一種多靶點酪氨酸激酶抑制劑，除了抑制Tie2外，還有血管內皮細胞生長因子受體和其他一些激酶，臨床上主要用于治療胃腸道間質瘤、轉移性結直腸癌、肝細胞癌[89-91]。然而，由于臨床開發中的酪氨酸激酶抑制劑除了抑制Tie2外，還抑制許多其他酪氨酸激酶，因此抑制Tie2途徑對其治療效果的重要性尚不清楚。

4 總結與展望

過度的血管新生是腫瘤主要的特征之一，腫瘤依靠血管維持自身生存。Ang/Tie2通路可調節血管發育、血管生成、血管穩態和病理性炎癥反應，尤其在腫瘤血管生成中發揮重要作用。Ang1是一種強大的血管穩定因子，但是Ang2在腫瘤中的高表達會影響血管的通透性、破壞血管穩定性以及造成血管重塑。基于Ang/Tie2通路的功能，針對Ang/Tie2通路的靶向藥物目前正在多個臨床試驗中研發，如Ang2抑制劑、Ang1和Ang2雙重抑制劑、Ang2和VEGF雙重抑制劑。此外，還有一些抑制Tie2的小分子酪氨酸激酶抑制劑，以及各種具有血管保護作用的Ang1配體，正在臨床試驗中，但這些配體的功能目前只有臨床前數據支持，還需臨床試驗進一步證實。目前，更多的研究都旨在通過調控Ang/Tie2通路以糾正腫瘤血管的異常，促使腫瘤血管正常化，有望在未來成為新一代腫瘤靶向治療藥物。