(医学课件)肿瘤血管生成的研究进展

肿瘤血管生成的研究进展 *肿瘤血管生成理论的背景肿瘤血管生成研究现状肿瘤抗血管生成治疗的不足抗血管生成治疗肿瘤的策略1432 * *血管生成理论的提出与发展最初描述血管生成byDrJohnHunter1787一些德国病理学家观察到部分人类肿瘤高度血管化,从而提出新生血管可能在肿瘤进展中重要致病作用11800里程碑的发表:JudahFolkman提出肿瘤生长是血管生成依赖的1971肿瘤血管生成理论的背景 *血管生成的概念：血管生成（angiogenesis）是指在原有血管的基础上，内皮细胞以发芽的模式形成新血管的过程。这个过程包括了原始血管网扩张，形成动脉﹑静脉和毛细血管周细胞和平滑肌细胞环绕形成完整的新生血管。肿瘤血管生成理论的背景 *肿瘤血管生成理论的背景 *胎儿期正常的血管生成 血管生成可发生于人体发育和生长的某些特殊阶段 子宫内的胎儿产生初始的血管内皮细胞网络，并形成体内的大血管； 血管生成（angiogenesis）在这个网络基础上形成新的小血管或毛细血管，完成胎儿的循环系统的发育肿瘤血管生成理论的背景 *女性每个月子宫内膜脱落和修复此外,血管生成也发生于伤口愈合过程中的修复和重建肿瘤血管生成理论的背景成人正常的血管生成 *WithoutAngiogenesis,TumorGrowthStops Inearlyexperiments,Scientistsremovedacanceroustumorfromaanimal;injectedsomeofthecancercellsintoanormalorgan(thesamestrainofanima)l. placedtheorganinaglasschamberpumpedintoanutrientsolutiontheorgantokeepitaliveforaweekortwo. foundthecancercellsgrewintotinytumorsbutfailedtolinkuptotheorgan’sbloodvessels. Asaresult,tumorgrowthstoppedatadiameterofabout1-2mm.Withoutangiogenesis,tumorgrowthstopped肿瘤血管生成理论的背景 *肿瘤血管生成理论的背景 *肿瘤血管生成理论的背景 * *肿瘤血管生成理论的背景 *肿瘤内部血管的形成对肿瘤的生长具有重要作用。肿瘤血管为肿瘤组织提供新陈代谢所必需的氧气和营养，从而使肿瘤得以迅速的生长并同时为肿瘤的远端转移提供转运。血管生成是肿瘤生长转移中基本的因素肿瘤无血供，仅靠弥散获取营养时，体积不超过2mm3，处于静息期肿瘤细胞分泌大量VEGF，促使供应肿瘤的血管生成拥有血供的肿瘤迅速生长并可发生侵袭、转移肿瘤血管生成研究现状 *肿瘤与血管生成的关系 肿瘤中的血管生成是肿瘤生长转移中最基本的因素。肿瘤血管承担血液与组织间氧、营养必需物质、代谢产物和能量信息交换的功能。肿瘤血管参与一系列反馈调节。实体瘤大多起始于肿瘤血管生成，间质细胞分泌的细胞因子启动肿瘤新生血管的编码，从早期的异常增生开始，逐步进展为肿瘤，并进一步发生转移。肿瘤血管生成研究现状 *肿瘤血管形成的特征⑴失控性：肿瘤新生血管出现迅速，生长快，并呈持续性，10%～20%的肿瘤血管内皮细胞始终处于DNA合成状态,这种持续的血管生成是由肿瘤组织血管生成生长因子持续高水平释放造成的。肿瘤血管生成研究现状 *结构：1）复杂性的扩张、囊状、弯曲血管；2）缺乏支撑细胞(pericyte)3）血管易漏功能：不具收缩功能，不受神经体液调节。对正常血管有活性的物质对该血管不起作用(乙酰胆碱、血管紧张素Ⅱ、温度）。（2）肿瘤血管不成熟性肿瘤血管生成研究现状 *正常脉管系统与肿瘤脉管系统肿瘤血管生成研究现状 *正常脉管系统与肿瘤脉管系统Thurstonetal.Science.1999;286:2511.肿瘤血管生成研究现状 *肿瘤血管生成研究现状 *肿瘤血管生成研究现状 *血管异常生长肿瘤不同区域的血管有不同的形态，反映了肿瘤生长不同时间内微血管变化状态与癌细胞生长、增殖不均匀有关。新生的Cap从肿瘤外围长入肿瘤中，并相互吻合形成外围血管网，再进一步分支进入肿瘤深部；新生的Cap网直接进入肿瘤中央，呈树状向外分支，肿瘤细胞分裂增殖直接形成肿瘤血管，随肿瘤长大血管不断地向外延伸，并与外围Cap网相连。一般认为外周血管丰富时，中央血管少，而中央血管丰富时，外围血管则少。血管丰富区——热点肿瘤血管生成研究现状 *癌细胞更新速度>内皮细胞乏氧性坏死小鼠瘤细胞22小时更新一代，血管内皮细胞的增殖是50小时更新一代。瘤内约10～40％仅为内皮细胞所构成的血管，无相应的营养血流，氧利用率很低。红细胞常出现完全性脱氧癌细胞增生、癌内缺乏淋巴管网，瘤体间流体静脉压升高、压迫小血管，使瘤内血流量仅为正常的1～10％瘤细胞无氧酵解产生大量H+，使肿瘤中存在着不同程度的低营养、低PH值、低氧的三低细胞群。肿瘤微循环较肿瘤生长表现出低效和相对不足，肿瘤组织特别是中心部位常常因为缺血、缺氧而坏死。肿瘤血管生成研究现状 *肿瘤血管生成研究现状 *肿瘤血管生成研究现状 *肿瘤新生血管形成过程肿瘤血管生成研究现状 * *肿瘤血管生成的方式出芽式血管生成（sproutingangiogenesis,SA）套叠式血管生成（intussusceptiveangiogenesis，IA）成血管细胞募集血管生成拟态（vasculogenicmimicry，VM）镶嵌体血管肿瘤血管生成研究现状 *肿瘤血管生成的方式套叠式血管生成：是通过间质柱状结构插入已有血管的内腔，导致原有血管腔的分割和新生血管的形成。出芽式血管生成：是指肿瘤血管起源于已存在的内皮细胞，通过出芽的方式形成新的肿瘤性毛细血管。SA是最早被认识的肿瘤血管形成方式，其主要步骤包括血管内皮细胞的增殖、迁移及管状血管结构的形成。肿瘤血管生成研究现状 *镶嵌体血管：肿瘤细胞能够嵌入肿瘤的血管壁，以便活化的自然杀伤细胞穿透并进入肿瘤组织内部。最近，Chang等详细地描述了这种现象，并称之为镶嵌体血管（mosaicbloodvessels，MBV）血管生成拟态：血管生成拟态（vasculogenicmimicry，VM）的概念是由Maniotis提出。侵袭性葡萄膜黑色素瘤仅在肿瘤的边界存在血管生成，而肿瘤内缺乏衬有内皮细胞的血管，奇怪的是肿瘤并没有出现坏死。肿瘤血管生成的方式肿瘤血管生成研究现状 *肿瘤血管生成中主要要信号通路VEGF-VEGFR信号传导系统VEGF能迅速刺激酪氨酸磷酸化并通过激活RAS—RAF—MEK—ERK和P13激酶途径，使转录因子激活或降解其mRNA使蛋白失活，从而表达其活性。 VEGFRl还可以激活肿瘤的进展和转移。 VEGFR2可促进原有血管基础上的有丝分裂，增加血管通透性，并在诱导血管生成等一系列活动中起首要作用。 VEGFR3为是原发或继发恶性肿瘤淋巴内皮细胞的特异性标记物。肿瘤血管生成研究现状 *肿瘤血管生成中主要要信号通路Dll4-Notch信号传导系统 Notch信号系统能增强血管稳定性，并通过降低大动脉内皮细胞对局部血管生长因子(如VEGF)的应答增加大动脉内径。 在胚胎发育中Dll4一Notch系统的缺失可导致胚胎的死亡。 血管内皮细胞的Notchl受体与Dll4配体结合后，发生级联放大反应，抑制细胞活化，防止过多的端细胞形成血管突起。Ang-Tie-2信号传导系统 Tie-2是Ang-1的唯一受体，Ang-l结合Tie-2后可引起酪氨酸磷酸化，然后通过一系列信号传导途径增强内皮细胞存活率、细胞间的稳定性以及毛细血管的形成，抑制毛细血管通透性。 当环境中VEGF浓度升高时，Ang一2促进新生血管萌芽；当环境中VEGF浓度降低时，Ang一2使血管退化。 Ang-2和Tie-1可下调Ang-1介导的Tie-2信号传导，Ang的作用还进一步被VEGF-A和整合素调整。肿瘤血管生成研究现状 *Positiveandnegativeregulatorsofangiogenesis肿瘤血管生成研究现状 * Positiveregulators Negativeregulators Fibroblastgrowthfactors Thrombospondin-1 Placentalgrowthfactor Angiostatin Vascularendothelialgrowthfactor Interferonalpha Transforminggrowthfactors Prolactin16-kdfragment Angiogenin Metallo-proteinaseinhibitors Interleukin-8 Plateletfactor4 Hepatocytegrowthfactor Genistein(金雀异黄素) Granulocytecolony-stimulatingfactor Placentalproliferin-relatedprotein Platelet-derivedendothelialcellgrowthfactor Transforminggrowthfactorbeta? Angiopoietin1 Endostatin *抗肿瘤血管生成的治疗策略是对肿瘤血管调控因子及其作用环节进行干预。治疗方法有：（1）抑制血管生成促进因子的表达与释放；（2）促进抑制血管生成因子的表达与释放；（3）诱导血管内皮细胞的凋亡和直接抑制肿瘤血管的生成。抗肿瘤血管生成的策略抗血管生成治疗肿瘤的策略 *近年来，许多种具有抗血管生成活性的物质被鉴定出来，这些药物如下：间接肿瘤血管生成抑制剂直接肿瘤血管生成抑制剂其他途径肿瘤血管生成抑制剂（沙利度胺COX-2抑制剂）肿瘤血管生成抑制剂抗血管生成治疗肿瘤的策略 *间接肿瘤血管生成抑制剂作用于VEGF/VEGFR信号通路的药物生物大分子抑制剂小分子抑制剂贝伐单抗Aflibercept索拉非尼苏尼替尼抗血管生成治疗肿瘤的策略 *抗血管生成治疗肿瘤的策略肿瘤血管的灌注在抑制VEGF信号通路之后的改变未治疗的肿瘤VEGF高表达抑制VEGF肿瘤血管消退；整体灌注可能减少肿瘤血管正常化；整体灌注可能增加 *贝伐单抗VEGF-AVEGF-AVEGFRVEGF/VEGFR信号通路大分子抑制剂罗氏公司研发的贝伐单抗(Avastin)是一种抗VEGF的人源化抗体(IgG1)抗血管生成治疗肿瘤的策略 *索拉非尼(sorafenib)是一种双芳基尿素类口服多激酶抑制剂，它具有双重抗肿瘤作用，一方面通过抑制Raf/MEK/ERK信号传导通路直接抑制肿瘤生长，另一方面通过抑制几种与新生血管生成和肿瘤发展有关的酪氨酸激酶受体的活性，包括VEGFR-2、VEGFR-3、PDGFR-β和c-KIT原癌基因，阻断肿瘤新生血管生成，间接抑制肿瘤细胞的生长。小分子抑制剂抗血管生成治疗肿瘤的策略索拉菲尼 *苏尼替尼(sunitinibmalate，SU11248，商品名Sutent)是一种新型的小分子多靶点酪氨酸激酶抑制剂(TKIs)。对多种受体的酪氨酸激酶(RTKs)具有抑制作用，主要包括血小板衍生生长因子受体β(PDGFRβ)、血管内皮生长因子受体1、2、3(VEGFR1、2、3)、干细胞因子受体(c-Kit)和胎肝激酶3(Flt3)。小分子抑制剂抗血管生成治疗肿瘤的策略苏尼替尼 *凡德它尼(ZactimaTM、Vandetanib，ZD6474)是一种合成的苯胺喹唑啉化合物，为口服的小分子酪氨酸激酶抑制剂(TKI)，可同时作用于肿瘤细胞表皮生长因子受体(EGFR)、血管内皮生长因子受体(VEGFR)和RET酪氨酸激酶。抗血管生成治疗肿瘤的策略小分子抑制剂凡德它尼 *直接血管生成抑制剂细胞毒性药物（环磷酰胺氨甲喋呤）抑制内皮细胞特异性整合素或生存信号的药物（MEDI-522多肽cyclo）其他药物（内皮抑素成多肽-反义寡聚核苷酸复合物(PCAO))抗血管生成治疗肿瘤的策略 *中药肿瘤血管生成抑制剂抗血管生成治疗肿瘤的策略 *单味中药抗肿瘤血管生成的研究1：白及提取物中含有较多的多糖类物质，其主要成分为葡配甘露聚糖。白及提取物可能通过抑制肿瘤血管内皮生长因子与其受体的结合而抑制肿瘤血管生成。2：川芎嗪可从植物川芎的根茎提取分离，也可人工合成。实验发现川芎嗪能减少小鼠Lewis肺癌肿瘤体积、重量和肺转移灶数，并能降低肿瘤微血管密度，抑制肿瘤细胞VEGF的表达。3：姜黄属传统的活血化瘀药，是抗肿瘤复方常用组方，其主要有效成分姜黄素在防治肿瘤等方面有明显作用。姜黄活性成分对人内皮细胞增殖具有抑制作用。抗血管生成治疗肿瘤的策略 *复方中药抗肿瘤血管生成的研究1、参麦注射液参麦注射液（红参，麦冬）具有益气养阴功效。研究发现参麦能抑制血管生成；抑制内皮细胞增殖和迁移可能是参麦抗血管生成的机理之一；同时也证明参麦是一种特异性血管生成抑制剂。2、固本消瘤胶囊固本消瘤胶囊由西洋参、冬虫夏草、全蝎、水蛭、浙贝母等组成，温而不燥，滋而不腻，共同起到益气培本、活血散结之功效，调节阴阳平衡，维持内环境稳定。实验表明，固本消瘤胶囊对小鼠Lewis肺癌有明显抑制作用，能够抗肿瘤新生血管生成。抗血管生成治疗肿瘤的策略 * *血管生成抑制剂存在的问题1、如何看待血管生成抑制剂？血管生成抑制剂破坏肿瘤血管，杜绝氧气与营养供应抑制血管?血管正常化?肿瘤抗血管生成治疗的不足 *2、耐药性内源性耐药：肺、脑和结肠等血管丰富的组织不依赖新生血管获取氧气营养，如星形细胞瘤（1）血管生成援救反应：生成多种促血管生成因子（2）基因突变：内皮细胞基因突变肿瘤抗血管生成治疗的不足获得性耐药 *二、肿瘤耐药性产生 **获得性耐药 基因突变、药物不能结合 代偿性信号通路激活 *EGFRT790M突变、导致药物不能结合NatureReviewsCancer,2011EGFR二次突变耐药性突变增敏性突变 EGFR酪氨酸790位点的突变(T790M)是EGFR抑制剂最重要的耐药机制之一EGFR抑制剂耐药的病人中约有50%具有该突变 *c-Met扩增导致EGFR抑制剂耐药McDermottetal.JClinOncol,2009Engelmanetal.,Science.2007 EGFR抑制剂耐药的肺癌细胞中c-Met扩增 c-Met通过ERBB3激活AKT从而产生耐药 **Johannessenetal,Nature,2010Nazarianetal,Nature,2010SolitandSawyers,Nature,2010COT激活MEK通路，导致BRAF抑制剂耐药 40%患者使用8-12个月后产生显著耐药 通过COT激活MEK 通过PDGFRβ代偿MEK下游信号通路 *仅关注基因突变、单一代偿通路的激活不能揭示获得性耐药的复杂性针对肿瘤药物获得性耐药—— *激酶重编程是获得性耐药产生的重要原因 肿瘤中存在特定的“驱动激酶”突变，形成“癌基因依赖”特殊表型 一旦驱动的突变激酶被抑制，原先不占主导地位的数个激酶被代偿激活，且不同给药时间、不同基因背景，激酶激活的类型不同 *Cell,2012,149:307MEK抑制后的激酶组变化蓝色：抑制；红色：激活抑制MEK代偿激活上游的数十个激酶 *原发性耐药 激酶下游分子突变 冗余激酶的同步激活 癌基因沉默 KRAS的突变 原发IGF1R、INSR的激活 E-cadherin基因沉默 *肿瘤微环境、免疫系统抑制，成为耐药产生、治疗失败的重要原因NatureMedicine,2013CancerCell,2009OncoImmunology,2012CancerCell,2009 *肿瘤微环境释放HGF，介导B-RAF抑制剂原发性耐药2012年7月Nature报道，通过肿瘤微环境释放内源性HGF，介导B-RAF抑制剂原发性耐药Nature2012.07 **只关注肿瘤细胞，忽视肿瘤微环境，不可能达到预期治疗效果针对肿瘤靶向治疗策略—— *免疫抑制系统成为肿瘤治疗失败的重要原因SuzanneL.Topalian2013AACR-NCI-EORTCMolecularTargetsandCancerTherapeutics T细胞抑制性受体(Immunecheckpoint) 免疫抑制细胞 免疫抑制细胞因子 *髓源性抑制细胞(MDSC)和调节性T细胞(Treg)是重要的抑制性免疫细胞，在炎症、感染和肿瘤中大量扩增，可通过多种机制抑制机体抗肿瘤免疫，促进肿瘤生长和转移。*血管生成的研究方法离体培养血管内皮细胞技术和血管生成实验方法的进步促进了血管生成的研究进程。 *体内外血管新生模型的建立的技术关键新血管形成可以大致分为三个阶段:血管发生（vasculogenesis）血管延生（angiogenesis）血管重塑（remodeling）因此，建立离体(invitro)的血管培养模型对研究中药及有效成分对血管生成的研究至关重要。但就血管发生而言，二维细胞培养无法形成立体的血管系统，因而不适于血管发生，侧枝联合及重塑等过程的研究。为此，我们已经开始建立三维的培养模型并成功诱导了从内皮细胞到血管的形成。血管生成的研究方法 *抗血管生成疗法 攻击已存在的肿瘤血管 中和血管生成促进因子，抑制血管生成 使用内生性或外來血管生成抑制因子，抑制血管生成总述 *优点 许多实质肿瘤因为细胞间隙压力（interstitialpressure）大，使得传统的化学治疗药物无法进入肿瘤细胞，而抗血管生成药物因为治疗的目标是血管内皮细胞，面对的是血管管腔，因此细胞间隙压力便不易成为治疗障碍。 癌細胞基因不稳定，化学治疗很容易造成抗药性，而肿瘤血管内皮细胞因无基因改变且低突变率，所以抗血管生成药物不易产生抗药性。总述 * 在正常生理情況下，成人并不会有血管生成，所以抗血管生成疗法並不会有害的副作用(唯一可预期的例外是女性停经前生理周期受损及伤口愈合血管生成受损) 它们与目前抗癌药物合并使用有加成效果。总述优点 * 以肿瘤内皮细胞特有的细胞标记物(cellmarker)为治疗目标，使用毒素(toxin)或抗体与这些标记物结合，造成肿瘤血管广泛性血管内凝集，引起肿瘤梗塞而不伤及宿主的血管总述攻击已存在的肿瘤血管 * 有潜在性成为治疗靶标的(target)的内生性分子包括integrinαvβ3，它只表现于伤口愈合及肿瘤的生成血管上,使用integrinαvβ3抗体会诱发内皮细胞凋亡继而使肿瘤萎缩 使用毒素与VEGF受体结合，亦可用來对抗肿瘤新生成的血管。 由于这些内生性细胞分子亦存在正常血管，所以要等到确认出有用的肿瘤特异性内皮细胞分子，才能在临床上广为应用。总述攻击已存在的肿瘤血管 *Thankyou！ ****髓源性抑制细胞(MDSC)和调节性T细胞(Treg)是重要的抑制性免疫细胞，在炎症、感染和肿瘤中大量扩增，可通过多种机制抑制机体抗肿瘤免疫，促进肿瘤生长和转移。*