中药抗肿瘤血管生成研究论文

1.出芽式血管生成 出芽式血管生成（sprouting angingenesis,SA）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。SA受到多种因子调节，其中血管内皮生长因子／血管内皮生长因子受体（vascular endothelial growthfactor/vascular endothelial growth factor receptor,VEGF/VEGFR）通路是引导宿主血管进入肿瘤的重要信号途径，而周细胞也可能参与了该过程［1］。血管内皮生长因子（vascular endothelial growthfac-tor，VEGF）－ A通过诱导已有的毛细血管舒张和血管通透性增加，使血浆蛋白外渗并形成临时基质，有利于后期内皮细胞迁移和管腔的形成；VEGF-A还能诱导内皮细胞增殖、金属蛋白酶和血纤维蛋白溶酶原激活剂增加，降解阻碍内皮细胞迁移的细胞外基质［2］。内皮细胞产生、释放的促血管生成素（angiopoietin,Ang）－ 2则通过作用于内皮细胞表面的Tie－ 2受体，来拮抗Ang－ 1活性和抑制周细胞与内皮细胞之间的相互作用，致使新生毛细血管网的成熟延迟。参与调节SA的不同细胞因子之间可以相互影响，例如碱性成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor,FGF）可以直接结合和活化存在于内皮细胞表面的碱性成纤维细胞生长因子受体－ 1，并诱导蛋白酶形成以及内皮细胞的迁移和增殖［3］。这种作用是否由内皮细胞中FGF－ 2诱导的自分泌性VEGF－ A所介导，目前仍存在争论。 2套叠式血管生成 套叠式血管生成（intussusceptive angiogenesis,IA）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。此血管形成方式最初在肺发育中发现，目前证明几乎存在于所有的器官，也存在于组织修复和肿瘤血管形成中［1］。在此过程中，首先是两侧相对的内皮细胞膜发生接触，并在他们接触的边缘处形成内皮间连接；继而接触面的细胞膜变薄，再由细胞质产生的压力将他们打开并分割成两个血管；最后由成纤维细胞和周细胞组成的间充质细胞会形成柱状或杆状的组织结构，填充两个新生血管之间的缺口。IA形成血管的速度比SA更快，而且无需内皮细胞的增殖，只需体积变大和变薄，因此大多数肿瘤通过这种方式快速形成血管［4］。 IA发生的分子机制不甚清楚，但是切应力和血流速度增加可能在该过程中发挥重要作用。切应力可以被内皮细胞感知，并在细胞内进行信号转换，引起转化生长因子－ β1、内皮型一氧化氮合酶和粘附分子的表达增加［5］。大多数参与内皮－内皮或者内皮－ 周细胞相互作用的细胞因子都与IA有关：在鸡胚尿囊膜中，血小板源生长因子－ B可增强IA，应用抗血小板源生长因子受体抗体则可以抑制IA和周细胞募集；在过度表达VEGF－ A和Ang－ 1的转基因鼠中，毛细血管丛里也可观察到IA的特征性小孔。红细胞生成素也能诱导内皮细胞的增殖和迁移，在鸡胚尿囊膜中主要通过IA的方式形成血管［6］。 3成血管细胞募集 胚胎发育期间，血液血管干细胞（hemangio-blast）是造血细胞和内皮细胞共同的前体。VEGF－R－ 2 ＋血液血管干细胞在获得CD34、CD133和VE－cadherin后，就会产生成血管细胞，后者能够分化为内皮细胞。在成人机体内，成血管细胞起源于骨髓中VEGFR－ 1 ＋／VEGFR－ 2 ＋／AC133 ＋／Oct－ 4 ＋／端粒酶＋的多潜能成体祖细胞（multipotent adult progen-itor cells,MAPC）［7］。受到VEGF－ A刺激时，MAPC在体外分化成内皮细胞。MAPC还能够产生间充质干细胞，以便将来根据需要分化成壁细胞、脂肪细胞、肌原细胞和骨软骨细胞等。 成血管细胞募集是肿瘤组织分泌的促血管生成因子动员骨髓中的循环内皮前体细胞（circulat-ing endothelial precursors,CEP），并且引导他们到达肿瘤局部直接参与肿瘤血管的形成。CEP的动员与募集主要通过VEGF－ A和Ang－ 1动力学刺激信号系统完成，二者的不同之处是Ang－ 1的刺激较弱、作用持久。CEP募集有赖于基质金属蛋白酶（matrix metalloprotease，MMP）－ 9活化后释放的可溶性 Kit配体（soluble Kit ligand，sKitL）， sKitL能够促进CEP增殖并将其动员到外周循环系统［8］。在肿瘤血管形成过程中，CEP动员的重要性已经在Id基因突变鼠中得到证实［9］。在Id1＋／－ Id3－ ／－鼠发育过程中，VEGF－ A诱导的CEP增殖与动员受到损害，进而表现为血管缺损和肿瘤的生长抑制。研究发现，淋巴瘤经皮下移植后CEP募集可以达到90％，而成神经细胞瘤仅为5％，表明CEP募集程度如何与肿瘤类型有关［10］。 4 血管选定 发生在大脑和肺等富含血管组织的肿瘤，可以通过血管选定（vessel cooption， VC）的方式形成血管 ［11］。脑肿瘤早期的血管极为丰富，且与正常大脑血管表型相似。血管被肿瘤细胞围绕且见不到SA，这就可以解释为什么MRI很难检测到早期神经胶质瘤［12］。被包围的内皮细胞合成Ang－ 2及其受体Tie－ 2，二者结合后引起壁细胞与内皮细胞结合松散、Ang－ 1活性降低和内皮细胞凋亡增加。Ang－ 2活性增加会导致肿瘤血管数目大大下降和血管直径增大，血管缺乏会导致肿瘤缺氧，缺氧进一步上调肿瘤细胞中的VEGF－ A表达。血管生成主要集中在肿瘤的外围 ［13］，而肿瘤中心只见细胞围绕少数幸存的血管形成伪栅栏袖口。 VC与肿瘤的发生部位有关。大鼠乳腺癌细胞只有在注入脑组织时，才通过VC形成血管。Lewis肺癌和黑色素瘤细胞分别转移至肺或脑，因此部分肿瘤血管的形成通过VC方式完成 ［14］。某些黑色素瘤虽然存在VC，但没有血管长入的证据。肿瘤细胞靠血管获得氧气和营养，并由增殖性肿瘤细胞形成伪栅栏袖口结构。构成伪栅栏样袖口结构的肿瘤细胞很难通过经典的抗血管生成分子杀灭［15］，只有作用很强的抗血管生成分子才能杀死肿瘤细胞袖口［16］。 5.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［17］详细地描述了这种现象，并称之为镶嵌体血管（mosaic blood vessels，MBV）。研究发现，约15％的结肠癌肿瘤血管是由肿瘤细胞以嵌合的模式参与构建而成，这种类型的血管大致占全部肿瘤血管表面积的4％。荧光血凝集素灌注实验表明，镶嵌体血管是具有功能性的脉管系统。镶嵌体血管中的肿瘤细胞能够渗入血管腔，并在毛细血管壁中作短暂停留。FGF－ 2或MMP－ 2等促血管生长因子可以促进血管基底膜降解以及肿瘤细胞的内渗，从而增加镶嵌体血管的数目［17－ 18］。 6 血管生成拟态 血管生成拟态（vasculogenic mimicry，VM）的概念是由Maniotis等 ［19］在1999年提出。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。PAS染色可见相互连接成环状的网络通道，这些PAS阳性管道与周边的正常血管联系紧密，且部分管道呈vWF、CD34和VEGFR－ 2 等内皮细胞标记物染色阳性。在透射电镜下，可见血管通道由内衬的薄层基板构成血管壁，但没有内皮细胞。基板上可见侵袭性强和失去分化能力的肿瘤细胞，管腔里面可观察到红细胞。VM并不局限于黑色素瘤，炎性乳腺癌、肺癌、前列腺癌和卵巢癌等也可以通过VM方式形成肿瘤血管［1］。只有侵袭性强的肿瘤细胞才能表达内皮细胞受体或促血管生成因子，而且内皮细胞标记物的特异性表达是否阳性要视肿瘤类型而定。有研究表明，高侵袭性的葡萄膜或皮肤黑色素瘤细胞能够在Matrigel或胶原基质上形成环状或网格状的血管样管道。微阵列分析表明，这些细胞表达许多与胚胎细胞有关的基因，其中一些是内皮细胞的标记物，其他则是细胞外基质蛋白［20］。P13K通过不明机制激活膜型基质金属蛋白酶－ 1，在VM的发生中起重要作用。膜型基质金属蛋白酶－ 1能够激活MMP－ 2的蛋白水解作用，后者将LN－ 5γ2链水解后形成的片段有助于VM发生过程中肿瘤细胞的迁移 ［21－ 22］。P13K的活化与酪氨酸激酶受体的活性有关，酪氨酸激酶受体的反义分子则可以完全阻断拮抗VM的发生［23］。 7结束语 肿瘤血管的形成方式多样、分子机制复杂，是涉及多因子参与的多步骤过程 ［1］。上述关于肿瘤血管形成方式的认识，一方面解释了为什么目前的血管生成抑制剂并不能完全阻断肿瘤血管生成，另一方面也显示要完全了解肿瘤血管形成的机制还有很长的路要走。根据肿瘤血管形成的不同方式，设计出针对不同靶点的药物是今后抗肿瘤血管生成研究的方向。血管生成（Angiogenesis）:是指源于已存在的毛细血管和毛细血管后微静脉的新的毛细血管性血管的生长。 血管发生（Vasculogenesis）: 内皮细胞前体的激活，血管发生是在胚胎时期生成的初级血管，在出生至成年后发育完全。 血管生成在正常的血管发育和病理状态如肥胖，哮喘，糖尿病，肝硬化，多发性硬化症，子宫内膜异位症，艾滋病，细菌性感染和自身免疫性疾病等中发挥重要作用。血管生成可以分为正常的生理性血管生成和病理性血管生成 1）生理性血管的生成 正常的生理性血管的生成开始于胚胎时期，并且在出生后一直到成年形成正常的血管。正常的血管有规律的分布，并且按等级依次形成动脉、小动脉，毛细血管，后毛细血管小静脉，以及小静脉和大静脉。正常的脉管形成和肿瘤脉管形成相比，是非常有规律的，无支链的，并且几乎全部是平行的管道。 2）病理性的血管生成 病理性的血管生成分布杂乱无章，主要发生在肿瘤、心肌梗塞、以及伤口愈合和慢性炎症。 病理性的血管生成分布没有规律，不规则的分支，形成动静脉短路也不能形成清晰的分等级的模式。同时，他们的结构和功能发生变异，血浆和血浆蛋白高渗透性。 在新生婴儿身上的血管瘤大概能覆盖婴儿身体表面的百分之八十。这些通常是良性损害，会在两到三年内自发的退化。 可能通过血管生成负调节因子来治疗 肿瘤血管生成是一个极其复杂的过程，一般包括血管内皮基质降解、内皮细胞迁移、内皮细胞增殖、内皮细胞管道化分支形成血管环和形成新的基底膜等步骤。 肿瘤血管生成一方面是由于肿瘤细胞释放血管新生因子（bFGF, VEGF, PDGF, MMPs）激活血管内皮细胞，促进内皮细胞的增殖和迁移，另外一方面也是因为内皮细胞旁分泌某些血管生长因子刺激肿瘤细胞的生长。 肿瘤细胞和内皮细胞的相互作用自始至终贯穿于肿瘤血管生成的全过程。新生血管为不断浸润生长的原发肿瘤提供营养，反过来，肿瘤细胞在生长过程中又分泌多种物质以加速肿瘤新生毛细血管的形成。 内皮细胞迁移分析 一融合的内皮细胞单分子层用一枚刀片在培养皿的表层向某一方向刮取细胞从而使该分子层损伤。内皮细胞的迁移在16小时之后从切口处（红色箭头指示）开始观测。A为无血清的DMEM培养基 B为无血清的DMEM培养基加上苏拉明（FGF-2的抑制剂） VEGF和碱性FGF都可以促进血管内皮细胞合成蛋白水解酶、基质金属蛋白酶等能降解周围基质的酶。 VEGF和碱性FGF也可以促进血管内皮细胞的迁移和分裂增殖。肿瘤血管生成促进肿瘤的浸润和转移 转移的步骤官内部的限制性原发癌局部浸润; 无阳性淋巴结局部淋巴结的介入转移到远处的器官 抗血管生成的相关疗法 .1 血管生成的抑制作用 抗血管生成疗法的目的是为了防止新血管形成，从而抑制肿瘤的进一步生长。 血管生成抑制因子 毒性小、不易产生耐药性；但仅靶向内皮细胞，是其不足之处。 这类疗法无法是肿瘤完成消失。2 药物类型与治疗策略 迄今，超过300个血管生成抑制因子和20个血管生长因子被发现，其中至少有32个抑制因子存在于人体内。表1存在于人体内的32种已被发现的血管生长抑制因子血管他丁（纤溶酶原片段） 金属蛋白酶抑制因子（TIMP）抗血管生成的抗纤维蛋白酶Ⅲ(aaATⅢ) 色素上皮衍生因子（PEDF）血管抑素 胎盘核糖核酸酶抑制剂软骨源性抑制因子（CDI） 纤维酶原激活剂抑制因子CD59补体片段 血小板因子-4（PF4）内皮他丁（胶原XVⅢ片段） 催乳素16KD片段纤维结合蛋白片段 多育曲菌素相关蛋白Gro-beta 维甲酸类衍生物（Retinoid）肝素酶 Tetrahydroco肝素多聚几糖片段 Rtisol-S人体绒毛膜促性腺激素（hCG） 血小板反应素Ⅰ干扰素α/β/γ 转化生子因子β干扰素诱导生蛋白（IP-10） Tumistatin白细胞介素-12（IL-12） 血管抑制素（vasculostatin）纤溶酶原片段（Kringle 5） 钙网组织蛋白片段（vasostatin）2-甲氧雌二醇（2-d） Angioarrestin根据血管生成抑制因子的作用机制和靶标，可进行以下分类： 第一组：以基质降解酶为靶标的药物 第二组：以血管生成因子为靶标的药物 第三组：以肿瘤血管为靶标的药物 第四组：多类型药物 第五组：传统细胞毒药物 第一组：以基质降解酶为靶标的药物 基质降解酶MMP(Matrix Metallo Proteinases)可通过多种途径被抑制 所有这些以MMP活性为靶标的药物都有一个金属结合基团，这个基团可以与MMP的锌原子结合，从而发挥作用。 第二组：以血管生成因子为靶标的药物 仅仅抑制一种血管生成因子可能不足以防止心血管的生成。 但是，有一种小分子化合物SU6668是一种酪氨酸激酶的抑制因子，它可以有效的抑制一系列不同种类的受体，但临床Ⅰ期试验表明，该药物毒性过强，患者难以耐受.第三组：以肿瘤血管为靶标的药物 针对内皮细胞。抑制内皮细胞的迁移和增殖，直接诱导内皮细胞凋亡。此类药物大多为内源性的，其中血管抑素（血管他丁）和内皮抑素（内皮他丁）在目前看来最具有发展潜力。 目前内皮抑素抗血管生成治疗已经取得惊人的效果。 内皮抑素（Endostatin） 内皮抑素又名恩度，是目前作用最强、实验效果最好的肿瘤血管生成抑制剂，近年来倍受关注。目前在美国已进行了Ⅰ期和Ⅱ期临床试验，并有可能成为新一代抗肿瘤药物。 分子量20KDa 晶体结构发现：内皮抑素结构表面有一由11个精氨酸残基组成的碱性区域，为肝素的结合位点。因此，内皮抑素对肝素具有高亲和力，也可能是通过该区域与血管生成因子竞争结合肝素，抑制血管生成的作用。内皮抑素的生物学功能： （1）对VEC的抑制作用 特异性抑制VEC在bFGF诱导下的增殖。 抑制VEC的迁移。 诱导VEC凋亡。 对非内皮细胞，如平滑肌细胞、3T3成纤维细胞、Lewis肺癌细胞等都不具有抑制作用。 （2）抑制肿瘤血管生成 （3）抑制肿瘤生长和转移可能做的作用机制主要有以下几个方面。 1.通过下调β-连环素（ β- catenin）的转录活性，抑制周期蛋白D1的表达，引起内皮细胞G1期阻滞； 2.与基质金属蛋白酶MMP2前体蛋白（pro-MMP2）结合形成稳定复合体，阻止pro-MMP2的激活，并抑制MMP2和MMP1的催化活性，从而抑制内皮细胞迁移。 3.与原肌球蛋白结合，破坏微丝结构的完整性，使细胞运动功能丧失，诱导凋亡。 4.通过抑制c-myc的表达从而抑制内皮细胞迁移。 5.通过肝素结合位点与内皮细胞表面的接头蛋白（Shb）受体的SH2区域结合，激活酪氨酸激酶信号转导系统，导致内皮细胞G1期阻滞，从而诱导内皮细胞凋亡。 6.整合素α5β1在调节bFGF诱导的血管生成中起重要作用，内皮抑素可以和整合素α5β1直接结合，影响内皮细胞同细胞外基质粘附，抑制内皮细胞的迁移和生长。 7.抑制VEGF受体KDR/Flk-1氨酸磷酸化，进而抑制VEGF与内皮细胞的结合，达到抑制VEGF诱导的细胞外信号调节激酶ERK活性的目的。第四组：多类型药物 多类型药物主要包括那些作用机制未知或具有多种机制的药物。 以肿瘤血管新生为唯一靶标的药物无法令整个肿瘤消失，因此，想要完全康复，需要抗血管新生药物与其它治疗方法配合使用。 抗血管新生药物可以与化疗药物同时服用，但是需要频繁服药才能起到相应的疗效。 有一些血管生成抑制因子可以从天然产物中提取，如绿茶、豆制品、酵母菌、蘑菇、大白菜、树皮、鲨鱼组织、蛇的毒液、白酒等。