肿瘤干细胞与肿瘤血管生成的相关性研究

陈丽丽　袁秀梅　杨　岚　马志红　展　涛

(牡丹江医学院，黑龙江　牡丹江　157011)



肿瘤干细胞与肿瘤血管生成的相关性研究

陈丽丽袁秀梅杨岚马志红展涛

(牡丹江医学院，黑龙江牡丹江157011)

肿瘤干细胞；内皮细胞；分化；血管形成

肿瘤干细胞的自我更新与分化和肿瘤发生、发展有着密切的关系〔1〕，并对于临床肿瘤防治工作有着重要的指导意义。本文围绕肿瘤干细胞与血管内皮细胞的结构、功能，以及最近几年国内外该方面的相关研究进展作一综述。

1　血管内皮细胞及血管生成

1.1血管内皮细胞血管内皮是一薄层的专门上皮细胞，由一层扁平的多边形细胞所组成。现在普遍认为血管内皮层具有几个功能：①血液细胞和组织细胞的屏障；②使血管通透性下降，对血液与组织之间的物质交换进行调节；③抗血栓作用；④合成和分泌一些调节血管活性及张力的因子；⑤抑制血管壁细胞的游走和增殖；⑥生成一些因子，促进或抑制血管生长，参与新生血管形成过程;⑦抗原递呈；⑧产生细胞因子和表达黏附因子；⑨信息传递功能；此外，血管内皮细胞表达并分泌多种分子，如血管性血友病因子(vWF)、白细胞相关抗原(CD31)、CD34、C反应蛋白等。上述这些分子对血管内皮细胞起着重要的调节作用。

1.2血管内皮特异的生长因子血管内皮特异的生长因子目前包括5个血管内皮细胞生长因子(VEGF)家族、4个Angiopoietin家族、至少一个Ephrni大家族，这些因子之间相互协同、相互补充。

2　肿瘤血管形成及肿瘤血管内皮细胞

2.1肿瘤血管形成模式传统研究认为，肿瘤生长要经过两个阶段，首先是无血管期。肿瘤细胞在这个阶段没有血管，肿瘤直径不超过4 mm，肿瘤细胞处于相对静止状态。然后受体内一些因素影响，肿瘤细胞等生成一些因子(如VEGF)，这些因子进而诱导肿瘤生成一些微血管，随着这些血管的生长，肿瘤细胞分裂生长速度加快，这标志肿瘤细胞已经进入了第二个阶段——有血管期。一些肿瘤组织中的微血管来源特指宿主血管的肿瘤化，即肿瘤体内残存的原宿主血管在一些因素的作用下，逐渐转化成肿瘤血管。现在发现的血管形成方式主要包括以下几种：①出芽式血管生成；②套叠式血管生成；③成血管细胞募集，是指胚胎发育期间，血液血管干细胞先产生成血管细胞，再分化为内皮细胞；④ 血管选定，一般是大脑和肺等富含血管组织的肿瘤血管形成方式〔2〕；⑤镶嵌体血管；⑥血管生成拟态。

2.2肿瘤血管及肿瘤血管内皮细胞正常组织血管的外周细胞一般具有保护血管的作用，比如这些细胞可以削弱低氧以及激素的失衡对血管的负面影响。肿瘤血管却缺少血管生长中的保护机制，而且构成管壁细胞多样化，既可以是同源性的内皮细胞，也可由肿瘤细胞和内皮细胞镶嵌组成。

在结构和功能上，肿瘤血管与正常血管也不相同〔2〕。肿瘤血管一般有大量分支和分叉，并且扭曲膨胀、杂乱无章，内径多样无规则，呈现一种高度失调状态。肿瘤由于瘤内血管具有上述的混乱易变性〔3〕，造成自身处于低氧和酸性的状态〔4〕。该状态不仅可以增加易于转移的恶性肿瘤细胞存活数量，又能增强一些对低氧耐受并且失去凋亡能力的细胞在低氧状态下的增殖能力〔5〕。

肿瘤血管内皮细胞在肿瘤新生血管形成中有着重要的意义和地位。在一定条件下，肿瘤细胞或间质细胞分泌可溶性血管形成因子的活性上调和内皮细胞膜上的黏附分子表达上调等，会活化内皮细胞，使其能够增殖和迁移，促进内皮细胞或肿瘤细胞释放各种蛋白酶，之后经过级联反应，重组新的基底膜及完善血管周围细胞的形成。因此，肿瘤血管形成的全过程中，内皮细胞是多种因子的作用靶点，在肿瘤新生血管形成中有着重要的作用。此外，内皮细胞需要多种物质的作用来维持自身的存活。

2.3肿瘤血管形成的特征①失控性：肿瘤新生血管出现迅速，生长快，并呈持续性，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。②不成熟性：不规则、窦状壁薄、BM膜厚薄不一、断裂、碎片或缺乏；内皮细胞超微结构中管样小体明显增多，细胞之间连接松散；部分毛细血管壁缺乏内皮细胞；很少进化为成熟的小动脉或小静脉，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)。③血管异常生长：肿瘤不同区域的血管形态不同，表明肿瘤生长不同时期内微血管的变化状态，这与癌细胞生长、增殖不均匀有关；④在肿瘤血管形成前期与体内原先的血管采取了共生方式，而不是相互抵抗破坏，因而没有引起中央坏死，血管外周也没有血管生成。⑤肿瘤中血供与血流速度不同。⑥癌细胞更新速度快于内皮细胞发生乏氧性坏死。⑦较大的癌块中间动、静脉分支吻合可形成血管湖。⑧血管内皮细胞的异质性，其血管内皮细胞仍保留着该器官的抗原性，说明内皮细胞表面抗原来源的部位可能在肿瘤转移时的选择性黏附、体液因子的区域性释放中发挥作用。

3　肿瘤干细胞与血管生成

3.1肿瘤干细胞干细胞是一类具有自我更新能力、无限增殖能力以及多向分化潜能的原始细胞，现已分离培养出多种组织来源的干细胞。分为胚胎干细胞和成体干细胞〔6〕。目前，CD133和Nestin是应用最广泛的脑肿瘤干细胞的表面标志物。CD133属于跨膜蛋白，是造血干细胞标志物，于神经胚胎形成早期开始表达，至神经干细胞分化为神经元和胶质细胞时表达停止。有研究显示，从恶性脑肿瘤中分离获得的肿瘤干细胞球CD133染色均为阳性〔7〕。Nestin一直是神经干细胞最重要的标志物，属于中间微丝，其作为骨架蛋白主要在神经干细胞以及前体细胞中表达。在脑肿瘤干细胞中也有一定表达〔8〕。此外，还有一些标志物如Bmi-1、Musashi-1、PSP、melk、Sox2等在脑肿瘤干细胞中也有表达〔9〕。但是，只能作为干细胞共有的表面标志物，还不能当作脑肿瘤干细胞特异性的表面标志物。

3.2肿瘤干细胞与肿瘤血管新生之间的关系肿瘤血管的生成是一个由局部微环境、癌基因和抑癌基因等因素共同参与，通过影响血管生成因子之间的平衡状态进行调节的复杂的病理生理过程。肿瘤生长依赖血液供应〔10〕，其生长和转移过程中的关键环节是血管新生，而干细胞参与并促进肿瘤血管新生，从而促进肿瘤的生长和转移，此外，一些干细胞经过修饰后则可以起到反向的作用。Bruno等〔11〕研究为成体干细胞经血管内皮分化参与肿瘤血管新生提供了直接的实验证据。

4　针对血管的治疗在肿瘤治疗中的应用

4.1肿瘤血管生成抑制剂的应用研究发现，许多生长因子都有促进血管新生的特性，主要有以下几类：①VEGF〔11〕；②成纤维细胞生长因子；③其他：转化生长因子β(TGF)β和血小板衍化内皮细胞生长因子(PDGF)等内皮细胞分裂及化学趋化因子。目前，针对促进血管新生的生长因子抑制剂已应用于临床，如贝伐单抗单药治疗或者联合化疗治疗诸如乳腺癌、前列腺癌等实体瘤都取得了一定的疗效。类似的血管抑制剂还包括：苏尼替尼-主要抑制VEGFR-1，-2，PDGFRα/β和FGFR-1;沙利度胺能够抑制VEGF和FGF，也有抗TNF-α作用〔12〕。

4.2抗血管生成治疗中的问题与展望根据Folkman〔13〕抗肿瘤血管生成治疗理论，抑制肿瘤中新血管的产生，能造成氧及营养物质供应通道阻断，从而使肿瘤的氧及营养物质不能充分供应，从而导致肿瘤慢慢被“饿死”。一些学者提出疑问，抗血管生成治疗虽然抑制肿瘤血管形成，使肿瘤内血供下降，从而抑制肿瘤的生长。但是，抗血管生成是否也会减少化疗药物向肿瘤内的灌注和氧向肿瘤内供应。因此，一些学者提出了肿瘤学中一个新概念-“血管正常化”，即抗肿瘤血管生成药物可以短暂的使肿瘤血管的结构和功能趋向于于正常血管发展，使肿瘤内药物灌注增加及氧供应充分，导致肿瘤细胞的杀伤作用增强〔14〕。Winkler 等〔15〕在用小鼠移植瘤作为研究对象的实验中也确实观察到了“血管正常化”现象。随着多种抗血管生成药物不断被研发、应用，人们也发现一些问题:①单一抗血管生成药物治疗疗效的确定；②肿瘤血管结构、功能、发生、发展在分子水平上认识尚不充分；③一些肿瘤对抗血管生成药物产生耐受的耐药机制并不完全清楚；④抗血管治疗疗效评价与患者个体差异之间的辩证关系。相信这些问题随着科学研究的进步，一定会得到解决。

1Fan YL，Zheng M，Tang YL，etal.A new perspective of vasculogenic mimicry:EMT and cancer stem cells (Review)〔J〕.Oncol Lett，2013；6(5):1174-80.

2Wicki A，Rochlitz C，Orleth A，etal.Targeting tumor-associated endothelial cells:anti-VEGFR2 immunoliposomes mediate tumor vessel disruption and inhibit tumor growth〔J〕.Clin Cancer Res，2012；18(2):454-64.

3Baish JW，Jain RK.Fractals and cancer〔J〕.Cancer Res，2000；60(14)：3683-8.

4Helmlinger G，Yuan F，Dellian M，etal.Interstitial pH and pO2gradients in solid tumors in vivo:high-resolution measuremens reveal a lack of correlation〔J〕.Nature Med，1997；3(2):177-82.

5Giaccia AJ.Hypoxic stress proeteins:survival of the fittest〔J〕.Semin Radiat Oncol，1996;6(1):46-58.

6庄倩，孙乐.肿瘤干细胞的研究现状〔J〕.中国实用医药，2010;23(5):254-5.

7Clarke MF，Dick JE，Dirks PB，etal.Cancer stem cells-perspectives on current status and future directions: AACR Workshop on cancer stem cells〔J〕.Cancer Res，2006;66(19):9339-44.

8Kang MK，Kang SK.Tumorigenesis of chemotherapeutic drug-resistant cancer stem-like cells in brain glioma〔J〕.Stem Cells Dev，2007;16(5):837-47.

9Piccirillo SG，Vescovi AL.Brain tumour stem cells: possibilities of new therapeutic strategies〔J〕.Exp Opin Biol Ther，2007;7(8):1129.

10梁军，杨波，吴小华.肿瘤干细胞标志物CD117在上皮性卵巢癌血管生成拟态中的表达及意义〔J〕.肿瘤，2016;36(1):70-6.

11Bruno S，Bussolati B，Grange C，etal.CD133+ renal progenitor cells contribute to tumor angiogenesis〔J〕.Am J Pathol，2006;169(6):2223-35.

12Morabito A，De Maio E,DiMaio M,etal.Tyrosine kinase inhibitors of vascular endothelial factor receptors in clincal trials:current status and future directions〔J〕.Oncologist，2006;11(7):753-64.

13Folkman J.Tumor angiogenesis: therapeutic implication〔J〕.N Engl J Med，1971;285(20):1182-6.

14Huang G，Chen L.Tumor vasculature and microenvironment normalization:a possible mechanism of antiangiogenesis therapy〔J〕.Cancer Biother Radiopharm，2008;23(5):661-7.

15Winkler F，Kozin SV，Tong RT，etal.Kinetics of vascular normalization by VEGFR2 blockade governs brain tumor response to radiation : role of oxygenation，angiopoietin-1，and matrix metalloproteinases〔J〕.Cancer Cell，2004;6(6):553-63.

〔2016-03-25修回〕

(编辑袁左鸣)

黑龙江省教育厅科研项目(No.12541849)；牡丹江市科学技术项目(No.Z2015s0041)

展涛(1981-)，男，讲师，硕士，主要从事病理学研究。

陈丽丽(1979-)，女，主治医师，主要从事临床研究。

R739.4

A

1005-9202(2016)15-3852-02；doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.15.113