血管生成与癌症

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肿瘤生长依赖于血管生成的概念始于20世纪70年代初，但其重要意主并未受到重视。近十年，由于发现了血管生成因子对血管生成的作用，以及血管生成对肿瘤生长和侵入转移、特别对肿瘤早期发生的重要影响，肿管生成成为近年来肿瘤研究的热点之一，为肿瘤治疗开辟了一个新的思路。
新血管生成是从原已存在的血管，如毛细血管和毛细血管后微静脉生成新的血管的过程，受血管生成和抗血管生成因子的精确调节。正如健康成人的小血管生长在生理态下新血管生成完复、感染、月经和胚胎发育的一种正常生理反应，但在糖尿病性视网膜病变、关节炎\">风湿性关节炎和实体瘤等某些状态中一种病理性特征。

一、血管生成的分期及特征

新形成的毛细血管由内皮细胞和外皮细胞组民，这两种细胞有形成完整的毛细血管网的能力。在体内，伴随促分化的信号转导，血管生成按内皮细胞激活、增殖、迁徙和管腔形成过程进行 。

如缺氧等影响肿瘤细甩的内源性或外源性因素促发细胞因子的释放。静止的内皮细胞受宿主或肿甩释放的细胞因子激活（Ⅰ期），特定的细胞增殖（Ⅱ期），并沿血管生成刺激源的纤维网络移动，形成排列细胞索（Ⅲ期），最后血管芽形成管腔样结构，细胞退出细胞周期后进入静止期。通过细胞间起粘附接触作用的细胞内小泡的交联，最终形成明确的管腔（Ⅳ期）。

细胞外基质的降角是新生血管浸润的重要部分，主要是通过改变蛋白质水解酶之间的平衡实现。细胞外基质的蛋白质水解和纤溶作用是外皮细胞的两个功能。外皮细胞也被认为与生长因子和抑制因子的产生有关。细胞粘附受体通过与细胞外基质粘附蛋白如胶原和纤连蛋白的相互作用进血管细胞移动。细胞外基质还可作为生长因子，特别是aFGF、bFGF的存贮池。

由于增殖的毛细血管基底膜不完整，肿瘤内的乱细血管呈“渗漏”性。同时，血管内皮生长因子（vascular endothelial growt factor）通过一系列管腔和管腔表面相互联接的胞质囊或泡的作用而增加血管通透性。在正常组织中，它可能在调节微血管基本通透性方面起作用，而对肿瘤的微血管，此特性则与恶生参液和腹水产生有关。

二、肿瘤生长与血管形成

早年Folkman曾假设：肿瘤一旦出现，在其体积增加之前必然伴随会聚于该肿瘤的新生血管的增加。目前至少有以下证据支持这一假设：（1）鼠皮下透明室移植的肿瘤，在血管形成前肿瘤体积呈线性增加，而在血管形成后肿瘤生长加性，体积呈指数增加；（2）鸡胚绒毛情囊膜(CAM)上生长的肿瘤，其生长在无血管期受限，但在血管形成后肿瘤快速生长；（3）鼠皮下注射肿瘤细甩，在肿瘤体积大约0.4mm3时即发现有篾这形成，随着肿瘤直径的进一步增加，血管占肿瘤的比例增加，最终将占整个肿瘤体积的1.5％；（4）无血管的肿瘤球状在体外培养时仅能达到2mm3，体内也只能达到0.4mm3，只有在球状体血管化后才发生进一步生长和转移；(5)乳腺癌中血管内皮细胞的增殖比癌旁间质内皮细胞快45倍；（6）血管生成抑制剂TNP-470在体内能抑制肿瘤生长，在体内和体外均能抑制内皮细胞增殖；（7）腹腔内注射bFGF能够增加肿瘤的血管密度，抗bFGF抗体对肿瘤的长生有明显抑制作用；（8）血管内皮生长因子（VEGF）能促进肿瘤血管形成，采用抗VEGF抗体或负调其受体Flk-1基因均能抑制移植性动物肿瘤生长和转移。所有这些产验证据不同程度地说明肿瘤生长依赖于血管形成。

三，肿瘤转移的血管依赖性

就转移而言，肿瘤细须成功地逾越一系列屏障，并对一些生长因子和细胞因子起反应。在许多原发肿瘤中，仅有1×104个累胞具有这种能力。转移时，肿瘤细胞需逃避免疫监视，从驱动灶进入血管，在循环系统中存活，定位于靶器官的微血管并进入靶器官，诱发转移灶血管生成（图7-1）。血管生成是转移过程自始至终所必须的。在实验动物原发肿瘤血管化之前，循环中肿瘤细胞极少，仅在血管化后它才持续出现在循环中，从原发灶进入的细胞数与肿瘤血管密度及所观察到的肺转移雾数目相关。大量的血管不仅增加了肿胞进入循环的机会；同时，新生血管的基度膜呈碎片状，易于渗漏，较成熟血管更易被肿瘤细胞穿透而发生转移。


图7-1 血管生成在转移中的作用模式

此外，新生毛细管芽顶部的内皮细胞分泌胶原酶和血浆纤溶酶原激活物，能促使内皮细胞的趋化性，与肿瘤细胞脱落进入血管、向邻近纤维蛋白和结缔组织基质扩散有关。研究也发现，肿瘤细胞还可侵入邻近与毛细血管伴行的淋巴管，或通过淋巴静脉连接，从血流进入淋巴管而促进其转移。

四、肿瘤血管生成的启动与调控

Folkman等分别观察了三种不同的转基因小鼠模型在肿瘤形成过程中启动血管生成的模式和发生机制。如小鼠鳞状细胞癌发生模型，增生期真皮下有少量血管生成，异型增生期血管生成明显增多，丰富的毛细血管排列于基底膜下；至侵袭性鳞癌期，肿瘤细胞突破基底膜向深层侵袭，呈高度血管化。类似现象也见于胰岛细胞癌和纤维肉瘤模型。Folkman等认为，血管生成在肿瘤形成时就已启动，并与组织高度增生到肿瘤的转移有关。最近，我们在用化学物质（MNNG）诱发的大鼠胃癌模型上同样观察到，胃黏膜腺体处于增生期时，血管生成很少；当发展至异型增生阶段，尤其是中、重度异型增生或黏膜内癌时，血管生成明显增多，血管增生明显处可见血管穿透黏膜肌，肿瘤细胞沿血管浸润，成为肿瘤组织向黏膜下浸润的突破口；至浸润性癌时，浸润前缘周围血管异常丰富。上述现象在人子宫颈癌、乳腺民管癌和胃癌活检组织中也得到证实。综上所述，有瘤血管生成在肿生早期即已启动，是肿瘤表型的一种独特和必需的杨分，此阶段的血管生成可影响实体肿瘤的发展速度；在终末期肿瘤中，广泛和血管化及不断的血管生成更为明显。因此，血管生成自始至终伴随肿瘤的生成和转移。

然而，肿瘤血管生成是一个极其复杂的过程，包括选择性降解血管基底膜和周围的细胞外间质、内皮细胞分裂、游走和增殖，这些过程受血管生成诱导剂和抑制剂调节。影响血管生成的因子源于肿瘤细胞及巨哓细胞和成纤维细胞等浸润细胞，它们的分泌产物激活巨噬细胞，能影响各个阶段的血管生成。巨噬细胞激活过程有些是缺氧所介导的。大量巨噬细胞出现一系列血管生成相关的病理状态，如在肿瘤生长的初期会出现大量的巨噬细胞，肿瘤相关的巨噬细胞能引起肿瘤血管生成明显增加，并与疾病的预后直接相关。

肿瘤细胞或其宿主间质的免疫细胞，如巨噬细胞和成纤维细胞能产生多种肿瘤血管生成因（vumor angiogenesis factor,TAF,表7-1），其中血管内皮生长因子（VEGF）的作用最为重要。VEGF是已知最强烈的直接激活血管生成蛋白质，是可溶性血管内皮细胞促有丝分裂素和血管形成因子，并能增加血管通过透

表7-1 忆知的血管生成剂和血管生成抑制剂

血管生成剂 血管生成抑制剂
血管内皮生长因子（VEGF） 血小板反应蛋白（TSP）
碱性成纤维细胞生长因子（bFGF） Angiostatin(血管抑制)
酸性成纤维细胞生长因子（αFGF） endostatin(内皮抑制)
血小板起源生成长因（PDGF） 苏拉明
血小板活化因子（PAF） 干扰素α（IFN-α）
转化生长因子β1（TGF-β1） 干扰素β（IFN-β）
转化生长因子α（TGF-α） 干扰素γ（IFN-γ）
胰岛素样生长因子（IGF） 干扰素μ诱导的蛋白10
表皮生长因子（EGF） 白细胞介素-12（IL-12）
白细胞介素-1（IL-1） 三苯氧胺
白细胞介素-4（IL-4）
白细胞介素-6（IL-6） linomide
白细胞介素-8（IL-8） tNT-470/AGM-1470
白细胞介素-15（IL-15） captopril
血管生成素（angiogenin） 血小板因子4
血管整合素αγβ3和αγ1β5 VEGF抗体，VEGF受体抑制剂及反义VEGF RNA
纤连蛋白（fibronectin） 转化生长因子β1（TGF-β1）
纤维蛋白（fibrin） 肿瘤坏死因子α（TNF-α）(体外)
肿瘤坏死因子α（TNF-α）（体内） 2-methoxyoestradiol
内毒素（LPS脂多糖） 金属蛋白质酶抑制物
金属蛋白酶（MMP） 壳质
分散因子（肝细胞生长因子） B组链球菌毒素CM101
透明质酸片段 多硫戊聚糖
粒细胞一单核细胞集落刺激因子（GM-CSF） 增殖蛋白相关蛋白质
增殖蛋白（proliferin） 薰草菌素A
P物质
乳酸
前列腺素E1，E2 diclofenac(双氯芬酸)
尿纤溶酶原激活物（uPA） indomethacin(吲哚美辛，即消炎痛)
一氧化氮（NO） korean misletoe extract
腱生蛋白（tenascin）

透性。它与内此细胞上的酪氨酸激酶受体F1t和KDR结合起作用。肿瘤源性VEGF在血生成的旁分泌刺激中起重要作用，也对肿瘤源性VEGF在血管生成的旁分泌刺激中起重要作用。也对肿瘤细胞的自分泌刺激起作用，尤其是对缺氧发生反应。缺氧通过上调VEGF的内皮细受体KDR而刺激血管生成。VEGF的表达受ras基因和p53基因调节，ras基因上调VEGF的表达 ，而野生型p53基因则减少VEGF的表达。过计的VEGF表达使血管生成急剧增加，导致肿瘤扩展，其具有重要的肿瘤生物学意义。

内源性血管生成剂，包括血小板反应蛋白（throm-bospondin-1,TSP-1）、干扰素α/β、血小板因子-4（PF-4）、angiostatin(血管抑制素)及endostatin(内皮抑制素)等数十种，其中新近发现的angiostatin、endostatin尤为值得关注。angiostatin是一个相对分子质量38000的纤维蛋白溶酶原片段，能抑制内皮细胞增殖、血管生成和肿瘤生长。angiostatin通过阻断裂解纤溶酶原的酶催化位点，阻止调节血管生成的基质重塑。选择性阻断内皮细胞对血管生成刺激的反应使微转移蛰伏。在小鼠肿瘤模型中，全身注射angiostatin后能诱发乳腺、结肠和前列腺等肿瘤的退化。

Endostatin是胶原蛋白XⅧ的C末端片段，首先从鼠血管内皮细胞瘤细胞株中分离获得。它能阻断胶原酶，阻碍基质后果塑，尤其能抑制内皮细胞增殖，其作用类似于Angiostatin。重组Endostatin能抑制血管生成、转移的生长和原发肿瘤的发展。经Endostatin处理的肿瘤与未经处理者的增殖速率相似，但前者的程序性细胞死亡率较后者高7倍之多。

最近有学者提出假说：肿瘤血管生成抑制剂与诱导剂之间存在的精细平衡，决定着肿瘤血管生成的启动。缺乏血管生成诱导剂，或虽有血管生成诱导剂但如抑制水平更高时，血管生成处于关闭状态；而抑制剂浓度下降如抑癌基因失活使TSP-1浓度下降，或诱导剂水平升高，如缺氧使VEGF上调等都可使血管生成启动，促进新血管生成，肿以发展。利用外源血管抑制剂可以逆转这一平衡，因而可以抑制肿瘤的发生与发展。

五、研究肿瘤血管生成的临床意义

研究血管生成的临床意义可以概括为三个方面：（1）通过注射血管生成肽刺激新血管生成，以加速伤口和消化性溃疡的愈合；（2）通过对肿瘤血管化程度的定量和肿瘤患者血管生成肽的测定，进行诊断和判细预后；（3）抑制血管形成而治疗肿瘤。对于肿瘤患者，后两方面更具有实用意义。

诊断和预后判断中的应用

有关肿瘤的血管化程度与转移危险性、治愈率及生成率关系的临床研究日益增多。Weidner等证实，在淋巴结阴性的乳腺癌中，肿瘤内MVC（平均血管计数）与治愈率及生丰收率相关；多因素分析发现，在乳腺癌众多预后因素。Frank等对淋巴结服性的结肠癌研究后得出，血管数量（AS）与生存率和复发率之间存在以下关系：P（生成率）=e2.6290-0.0976.AS/e2.629.-0.0976.AS,P(复发率)=e-3.5527+0.08556.AS/e-3.5527+0.08556.AS。笔者在胃癌研究中发现，胃癌的生存率与血管数之间关系为（生存率）=e1.6231-0.1036.AS/1+e1.6231-0.1036.AS。相关研究几乎涉及到所有的实体性肿瘤中高血管密度与转移的发生及不良预后相关。因而在肿瘤确诊时，明确肿瘤血管生成的程度可能有助于预期术后移和复发的危险。

对肿瘤患者血和尿中血管生成肽的测定发现，多数患者的血管生成肽，如bFGF、VEGF及IL-2等均异常升高，而在肿瘤切除后降低了，至复发时又异常升高。因此，监测血管生成肽水平的变化也可以用于指疗和判继疗效。

抑制血管生成的治疗

根据肿瘤血管生成时肿瘤细胞与内皮细胞之间的关系，抗血管生成治疗可直接抑制内皮细胞增殖，或间接改变控制血管生成的细胞因子微环境。作为肿瘤两部分的肿瘤细恩情和内皮细胞产生的生长因子，其相互之间有旁分泌作用，能报制血管内皮细胞生长，减少肿瘤物质的产生，抑制肿瘤的扩展。肿瘤血管生成不足可致使肿瘤细胞程序性死良心，微转移灶休眠即是程序性细胞死亡率和细胞增殖率相等的状态，结果并无净转移生长出现。抗血管治疗通过增加转移灶内的程序性细胞死亡率进和保持永久性休眠。可通过以下四种途径抑制肿瘤血管的生成：（1）抑制肿瘤血管生成因子的分泌；（2）封闭肿瘤血管生成因子的活性；（3）抑制肿瘤血管生成因子诱导的血管内皮细胞有丝分裂；（4）阻止血管长入肿瘤组织。研究表明，无论通过上述何种机制均可抑制肿瘤的血管生成，同时达到抑制肿瘤生长的目的。

1988年抗血管生成治疗始用于人，现已有十余种血管生成抑制剂用于Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ期临床试验，其中9种用于肿瘤治疗，包括血小板因子-4、干扰素-α、CAI、金属蛋白质酶抑制物BB94、硫酸肽多糖DS4152、CM101、Marimastat和TNP-470，确切疗产尚待报告。在动物实验中，抗血管生成剂与细胞毒药物同时使用能收到更好的效果。如在实验性Lewis肺癌，细胞毒治疗和抗血管生成治疗相互结合，能使肿瘤得以治愈；此外，INP-470能明显降低肿瘤床内此细胞DNA的合成，而MMC和顺铂等细胞毒药物则无此作用。因此，有必要在临床试验中进一步研究细胞毒药物和抗血管生成剂的联合应用。

抗血管生成治疗在实际应用时，应掌握以下原则：在常规治疗开始时，抗血管生成治疗应作为化疗、放疗或手术治疗的辅助部分。常规治疗完成后，抗血管生成治疗应持续数月至数年，以使思索移灶的肿瘤细胞处于蛰伏状态。血管生成抑制剂通常能够抑制内皮细胞增殖和纤徙、下调新血管生成，并不具有对内此细胞的细胞毒作用。因而，较之肿瘤细胞的死亡、血管的退化是一个更为缓慢的过程，这也正是需要长期抗血管生成治疗的原因所在。