血管周细胞在肿瘤血管生成和转移过程中的作用研究进展*

邓 鑫 罗 茂 李 蓉 综述 吴剑波 审校

研究肿瘤微环境对彻底了解肿瘤病理机制非常重要。肿瘤基质是肿瘤微环境的重要元素之一，包括细胞外基质（ECM）、纤维母细胞、内皮细胞（EC）和壁细胞，其中壁细胞又分为周皮细胞和血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cell，SMC）。正常的周皮细胞嵌入毛细血管基底膜中，其在基底膜上与内皮细胞和其它血管壁成份相互作用，共同调节细胞间信号，防止血管渗漏。鉴于血管周细胞这一基本功能，研究者推测其在肿瘤血管生成和转移过程中起到重要作用。

1 血管周细胞与血管新生的关系

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。血管生成是在促血管生成因子的作用下，血管内皮细胞从静止状态变成具有迁移能力的顶细胞（tip cell），同时激活间质金属蛋白酶（matrix metalloid proteins，MMP2/MMP9）降解血管外基质，帮助顶细胞向周围扩增和迁移形成柱状丝状伪足，并逐步形成血管腔（lumen）［1］。最后，周细胞和血管平滑肌细胞等支持细胞环绕在内皮细胞周围形成完整的新生血管。血管新生阶段的周皮细胞形态发生改变，细胞膨胀变为血管生成表型。激活态血管周细胞与微血管连结不够紧密，因此其细胞质就能生长延伸到肿瘤实质中。血管周细胞与血管壁分离有助于ECs迁移到周围基质中形成新生血管，同时也能升高血管渗透性导致血浆蛋白渗漏到周围基质中作为ECs生长的临时基质。血管周细胞对血管新生、成熟和稳定非常重要。血管周细胞募集到血管壁能促使血管稳定，募集在血管壁上的血管周细胞会分泌一系列异质性黏附因子和可溶性因子在抑制内皮细胞增殖的同时也为内皮细胞提供生存信号，使内皮细胞处于一种稳定的平衡状态，这些因子包括VEGF、PDGF-β（PDGFB）、Ang1/Tie2 、Ang2/Tie2和CCN2/结缔组织生长因子（connection tissue growth factor，CTGF）等［2-4］。

2 血管周细胞介导的血管不稳定性

在血管新生阶段，血管周细胞和内皮细胞的连接稳定性被干扰，导致血管周细胞的激活和内皮细胞的增生、转移。肿瘤缺氧对肿瘤血管周皮细胞有极大的影响，缺氧诱导肿瘤产生一系列细胞信号因子，NO导致血管舒张，血管内皮生长因子（VEGF）和血管生成素2（Ang-2）增加血管渗透性，蛋白酶使血管基底膜和细胞外基质降解。这一系列信号分泌和传递到血管微环境中使得周细胞-内皮细胞之间的稳定连接被干扰。其中VEGF是血管周细胞-内皮细胞连接不稳定的一个重要调节因子。特别是在缺氧条件下产生的缺氧诱导因子（HIF1）会刺激血管周细胞分泌VEGF促进内皮细胞增生［5］。另外，VEGF和其他促血管生长因子也会导致血管舒张和增加内皮细胞层的通透性［6］。

3 血管周细胞介导的血管稳定性

血管周细胞的覆盖对未成熟内皮细胞管的稳定非常重要。有多种因子参与血管周细胞募集到肿瘤血管壁的过程中，包括1-磷酸鞘氨醇、Ang-1、PDGFB和金属蛋白酶等［7-8］。VEGF和其他促血管生成因子诱导血管周细胞表达MMP-9促进血管周细胞迁移到小鼠肿瘤血管壁上［9］。体外实验证明血管周细胞和内皮细胞通过相互分泌基质金属蛋白酶抑制因子（TIMPs）（ECs分泌TIMP-2，血管周细胞分泌TIMP-3）作用于MMPs，从而抑制基质蛋白水解和维持血管稳定［10］。抑制TIMP的表达会导致基于MMPs进程的血管退化。Stratman等［11］证明内皮细胞对血管周细胞的募集作用能引导血管基底膜基质形成和限制血管宽度。

虽然肿瘤细胞能分泌PDGFB来募集血管周细胞，但这些血管周细胞并不能与血管壁稳定结合，这一结果提示ECs分泌的PDGFB比肿瘤基质分泌的PDGFB在维持血管周细胞与血管壁结合稳定性方面作用更大［12］。敲出PDGFB/PDGFRB基因小鼠的血管周皮细胞覆盖率显著下降，随后进一步出现内皮连接缺陷、内皮增生、微血管渗漏、血管舒张、毛细血管减少、出血等生理变化［13］。正常生理情况下，血管周细胞覆盖率显著下降对动物是致命的。虽然PDGFB中缺少C端保留序列的突变小鼠能够存活，但其体内血管周细胞数量较正常鼠更少，并且几乎没有结合到血管壁上，尤其是在视网膜和肾脏血管组织中最为明显［14］。

血管周细胞和vSMCs均能表达Ang-1，Ang-1与ECs上的Tie-2受体结合建立周细胞-内皮细胞相互作用，从而抑制ECs增殖和稳定新生血管。Tie-2不仅在血管内皮细胞上表达，而且在肝癌组织中的血管平滑肌细胞上也表达，提示肝癌组织中，通过Ang-2和Tie-2信号传导通路，促进血管内皮细胞及平滑肌细胞增生、塑型及毛细血管出芽，形成新的血管［15］。另外，Ang-2还能通过结合Tie2，竞争性抑制Ang-1促Tie2磷酸化作用，破坏血管稳定性，增加VEGF血管生成作用，促进肿瘤生长［16］。这些发现提示Ang-1和Ang-2的平衡对调节周皮细胞覆盖率非常重要。

4 肿瘤转移过程中的血管周细胞

不正常血管周细胞结合到肿瘤毛细血管壁上造成血管周细胞覆盖率不足，进一步造成血管稳定性减弱以及渗透性升高［17］。这一机制可能与肿瘤细胞转移相关。肿瘤未成熟或者渗漏的血管其间质压力会增加，从而加速肿瘤细胞进入血管内腔。临床研究发现，癌细胞侵袭性强的乳腺癌患者体内的血管周覆盖率均较低，相应的这些患者的生存率也更低［18］。动物模型实验验证，前列腺癌小鼠模型中血管周细胞覆盖率增加，其肿瘤侵袭能力明显下降［19］。有证据显示人肝癌转移过程中肝血管周细胞的增多和激活与肿瘤相关，一旦这些细胞被激活即参与到肿瘤转移微环境的形成过程中，随后被募集到内皮细胞层中参与肿瘤血管新生［20-21］。另外，这些研究也提示血管周细胞可能有抑制肿瘤原发灶部位癌细胞内渗的功能，但同时血管周细胞也有可能加速转移灶的癌细胞外渗。

5 以血管周细胞为靶点的抗肿瘤疗法

大量的临床研究着重关注血管周细胞在提升内皮细胞生存力和维持血管稳定的作用机制。血管周细胞募集到肿瘤新生血管主要通过PDGFB/PDGFRB和Ang-1/Tie2信号通路。其中，PDGFB/PDGFRB信号通路对维持周细胞-内皮细胞连接稳定性起到重要作用。有多项研究已经验证以PDGFB/PDGFRB信号通路为靶点的抗血管周细胞药物联合其他抗癌药物的疗效［22］。对人卵巢癌研究发现，同时抑制PDGF-B信号通路和VEGF信号通路比单独抑制VEGF信号通路能更有效的抑制肿瘤血管生成［23］。然而，人肾癌临床研究发现，与单独抑制VEGF通路相比，同时抑制VEGF和PDGF通路并没有明显的疗效意义；而事实上，同时抑制两条通路对患者也有较明显的不良反应。综合上述研究结果，我们认为需要更进一步研究基于PDGF为靶点的治疗方案在影响调控周细胞-内皮细胞相互作用方面的机制，以及开展更多的关于联合运用抗血管生成疗法在多种抗癌治疗过程的益处与风险研究的临床试验。

6 促血管周细胞疗法抑制肿瘤生长

从血管周细胞的在血管生成过程中的作用分析，我们可以推测出两类以血管周细胞为靶点的治疗方案。第一类是加强血管周细胞的募集，以促使血管稳定和抑制血管新生。这一途径可以通过募集血管周细胞到肿瘤血管内皮细胞层从而抑制血管生长；同时这也减少了肿瘤内血管的渗漏从而阻止癌细胞的扩散。另一类就是利用血管周前体细胞作为基因载体，修复受损血管。这一想法在以内皮前体细胞为载体的抗血管新生基因疗法中已经得到应用［24］。最近还有学者按照此思路研究了人的隐静脉血管周前体细胞对小鼠心肌梗塞受损组织的修复作用，发现血管周前体细胞能明显增加心肌梗塞受损部位的血管数量，提高心肌梗塞动物的心脏功能［25］。

7 展望

由于不同类型肿瘤中，血管周细胞参与调控肿瘤血管的机制有所不同，所以对于某些肿瘤类型其最佳治疗方案也许是提高血管周细胞募集量，从而达到稳定肿瘤血管，减少肿瘤血管数量的目的；而对另外一些肿瘤类型，采用抑制血管周细胞覆盖率或者扰乱周细胞-内皮细胞相互作用疗法使肿瘤血管失稳态，进而促使血管网络退化，也许是其最佳的治疗方案。未来研究应更加关注不同抗肿瘤血管生成治疗法对不同肿瘤类型的疗效，以确定采用何种方案治方案能达到最佳疗效。

1 阎锡蕴.肿瘤新生血管及分子靶向治疗新策略[J].生物物理学报,2010,26(3):180-193.

2 Shibuya M.Vascular Endothelial Growth Factor(VEGF)and Its Receptor(VEGFR)Signaling in Angiogenesis:A Crucial Targetfor Anti-and Pro-Angiogenic Therapies[J].Genes Cancer,2011,2(12):1097-1105.

3 Felcht M,Luck R,Schering A,et al.Angiopoietin-2 differentially regulates angiogenesis through TIE2 and integrin signaling[J].J Clin Invest,2012,122(6):1991-2005.

4 Lau LF.CCN1 and CCN2:blood brothers in angiogenic action[J].J Cell Commun Signal,2012,6(3):121-123.

5 Franco M,Roswall P,Cortez E,et al.Pericytes promote endothelial cell survival through induction of autocrine VEGF-A signaling and Bcl-wexpression[J].Blood,2011,118(10):2906-2917.

6 Shibuya M.Vascular Endothelial Growth Factor(VEGF)and Its Receptor(VEGFR)Signaling in Angiogenesis:A Crucial Targetfor Anti-and Pro-Angiogenic Therapies[J].Genes Cancer,2011,2(12):1097-1105.

7 Chantrain CF,Henriet P,Jodele S,et al.Mechanisms of pericyte re⁃cruitment in tumour angiogenesis:a new role for metalloproteinases[J].Eur J Cancer,2006,(3):310-318.

8 Raica M,Cimpean AM.Platelet-derived growth factor(PDGF)/PDGF receptors(PDGFR)axis as target for antitumor and antian⁃giogenic therapy[J].Pharmaceuticals,2010,3(3):572-599.

9 Jodele S,Chantrain CF,Blavier L,et al.The contribution of bone marrow-derived cells to the tumor vasculature in neuroblastoma is matrixmetalloproteinase-9 dependent[J].Cancer Res,2005,65(8):3200-3208.

10 Saunders WB,Bohnsack BL,Faske JB,et al.Coregulation of vascu⁃lar tube stabilization by endothelial cell TIMP-2 and pericyte TIMP-3[J].J Cell Biol,2006,175(1):179-191.

11 Stratman AN,Malotte KM,Mahan RD,et al.Pericyte recruitment during vasculogenic tube assembly stimulates endothelial basement membrane matrixformation[J].Blood,2009,114(24):5091-5101.

12 Abramsson A,Lindblom P,Betsholtz C.Endothelial and nonendo⁃thelial sources of PDGF-B regulate pericyte recruitment and influ⁃ence vascular patternformation in tumors[J].J Clin Invest,2003,112(8):1142-1151.

13 Bjarnegård M,Enge M,Norlin J,et al.Endothelium-specific abla⁃tion of PDGFB leads to pericyte loss and glomerular,cardiac and placentalabnormalities[J].Development,2004,131(8):1847-1857.

14 Lindblom P,Gerhardt H,Liebner S,et al.Endothelial PDGF-B re⁃tention is required for proper investment of pericytes in the mi⁃crovessel wall[J].Genes Dev,2003,17(15):1835-1840.

15 何胜利,高 勇,刘道永,等.Ang-1、Ang-2和Tie2表达与肝癌血管生成的关系[J].临床肿瘤学杂志,2009,14(5):439-442.

16 Huang H,Lai JY,Do J,et al.Specifically targeting angiopoietin-2 inhibits angiogenesis,Tie2-expressing monocyte infiltration,and tumorgrowth[J].Clin Cancer Res,2011,17(5):1001-1011.

17 Huang FJ,You WK,Bonaldo P,et al.Pericyte deficiencies lead to aberrant tumor vascularizaton in the brain of the NG2 null mouse[J].Dev Biol,2010,344(2):1035-1046.

18 Cooke VG,LeBleu VS,Keskin D,et al.Pericyte Depletion Results in Hypoxia-Associated Epithelial-to-MesenchymalTransition and Metastasis Mediated by Met Signaling Pathway[J].Cancer Cell,2011,21:66-81.

19 Welén K,Jennbacken K,Tesan T,et al.Pericyte coverage decreases invasion of tumour cells into blood vessels in prostate cancer xeno⁃grafts[J].Prostate Cancer Prostatic Dis,2009,12(1):41-46.

20 Decker NK,Abdelmoneim SS,Yaqoob U,et al.Nitric oxide regu⁃lates tumor cell cross-talk with stromal cells in the tumor microen⁃vironment of the liver[J].Am J Pathos 2008,173(4):1002-1012.

21 Vidal-Vanaclocha F.The prometastatic microenvironment of the liver[J].Cancer Microenviron,2008,1(1):113-129.

22 陈旭升,孙 丹,姚 欣.PDGF和PDGFR与肿瘤的关系及其靶向治疗研究进展[J].中国肿瘤临床,2012,39(15):1134-1137.

23 Lu C,Shahzad MM,Moreno-Smith M,et al.Targeting pericytes with a PDGF-B aptamer in human ovarian carcinoma models[J].Cancer Biol Ther,2010,9(3):176-182.

24 方兴根,赵 瑞,王奎重,等.内皮祖细胞参与兔动脉瘤模型血管的修复[J].中国脑血管病杂志,2011,8(6):318-322.

25 Katare R,Riu F,Mitchell K,et al.Transplantation of human peri⁃cyte progenitor cells improves the repair of infarcted heart through activation of anangiogenic program involving micro-RNA-132[J].Circ Res,2011,109(8):894-906.