抗血管生成药物长期治疗致肿瘤侵袭转移相关机制的研究进展

汤井娇　综述　蒋晓东　审校

·综述·

抗血管生成药物长期治疗致肿瘤侵袭转移相关机制的研究进展

汤井娇综述蒋晓东审校

摘要抗血管生成药物治疗在临床上取得了一定疗效，许多患者因此获益。然而，部分肿瘤患者长期使用抗血管生成药物后会发生肿瘤转移。原因可能是长期抗血管生成药物治疗会造成肿瘤微环境的乏氧，刺激乏氧诱导因子（hypoxia inducible factors，HIFs）的产生。HIFs参与乏氧信号通路调节肿瘤侵袭转移的各个环节，促进肿瘤细胞上皮-间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）的形成，改变血管外周细胞及内皮细胞连接之间的特性，使肿瘤细胞更易进入外周血液循环，随血流到达远处器官并形成转移灶。本研究将对抗血管生成药物长期治疗与肿瘤侵袭转移相关机制的研究进展作一综述。

关键词抗血管生成治疗乏氧诱导因子侵袭转移上皮-间质转化

肿瘤血管生成是一系列复杂的过程，在肿瘤的发生发展中具有重要作用。抗血管生成药物治疗是针对肿瘤血管生成的各个环节，使用如血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的抗体贝伐单抗阻断血管生成，使肿瘤细胞的氧和营养来源消失，造成乏氧的微环境，从而“饿死”肿瘤细胞，起到治疗肿瘤的目的。自2004年美国食品药品监督管理局（food and drug administration，FDA）批准了贝伐单抗治疗转移性结直肠癌以来，血管生成抑制剂已陆续进入各期临床试验并广泛应用于临床。目前临床上常见的是贝伐单抗联合一线化疗方案或贝伐单抗单药维持治疗多种肿瘤。这些方案一般使用3～8个周期，即约3～8个月［1-2］，普遍认为使用≥6个月为长期使用［1］，有病例报告报道［3］长期使用贝伐单抗联合治疗达到38个月。接受贝伐单抗联合化疗方案治疗的卵巢癌、结直肠癌等患者，在总生存率（overall survival，OS）、无进展生存期（progression-free survival，PFS）方面均有提高，许多患者因抗血管治疗而获益［4-6］。然而，有临床前期及临床试验发现抗血管生成药物治疗还存在一些弊端，如天然耐药、获得性耐药及肿瘤侵袭转移的产生［7］，长期使用（≥6个月）贝伐单抗联合化疗方案治疗后，部分患者发生肿瘤再进展［1］。Kümler等［8］总结了PubMed医学文献检索服务系统及各大型会议上的Ⅱ期及Ⅲ期的临床实验研究数据，这些研究包括至少15例接受贝伐单抗治疗的乳腺癌患者，所有试验结果的总生存率都无延长。贝伐单抗联合吉西他滨-多西他赛化疗方案一线治疗转移性子宫平滑肌肉瘤的一项Ⅲ期临床试结果提示：受试者的PFS及OS无明显改善［9］。有研究发现［10］11%～29%接受抗VEGF治疗的患者存在肿瘤进展及侵袭转移。长期使用抗血管生成药物产生肿瘤转移的机制目前尚不清楚，本研究主要对抗血管生成药物长期治疗与肿瘤侵袭转移相关机制进行分析。

1　抗血管生成与肿瘤微环境乏氧

肿瘤血管具有迂曲、杂乱无章、易渗漏、动静脉之间界限不清、血流慢、乏氧等特点。VEGF-血管内皮细胞生长因子受体（vascular endothelial growth fac⁃tor receptor，VEGFR）信号通路是血管生成最主要的通路之一，因此针对VEGF及VEGFR的抗体和小分子酪氨酸激酶受体抑制剂（tyrosine kinase inhibitors，TKI）是抗血管生成治疗的主要方法［7］。早期使用抗血管生成药物治疗能够改善肿瘤血管的“混乱”状态，使肿瘤血管“正常化”，促血管生成因子和抗血管生成因子达到平衡，相应的乏氧状态也能得到改善。但这种早期效应却是暂时的，有研究发现［11］小鼠脑瘤模型的实验中血管内皮细胞生长因子受体2 （vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2）的抗体DC101能诱导肿瘤在一段时间内出现血管系统正常化，从而改善肿瘤乏氧，呈现出给药1周左右内出现“正常化窗口”，即氧分压先上升、后下降的现象。动物实验研究［12］也证实了肿瘤血管正常化时间窗的存在。另有肺癌患者体试验研究发现［13］，内皮抑素导致肺癌血管正常化的时间为1周左右。Ebos等［14］发现持续使用VEGF及VEGFR抗体可加强乏氧环境的形成，使胎盘生长因子（placenta growth factor，PIGF）、成纤维生长因子（fibroblast growthfactor，FGFs）、炎症趋化因子等血管生成因子表达上调，同时促血管生成的骨髓源细胞（Tie2-expressing monocytes，TEMs）和肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophages，TAMs）募集，打破早期使用抗血管生成药物达到的平衡状态，肿瘤血管又开始杂乱无序地生长［15］。乏氧/ HIF-1α信号通路是肿瘤侵袭转移的重要原因［16］。而肿瘤的转移是多步骤复杂的过程，包括肿瘤细胞局部浸润、渗入血管、在外周血管中生存并随血液循环移动、移出血管、在特定器官定居并增殖［17］。其中上皮-间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）是最为关键的一步。

2　上皮-间质转化

关于肿瘤侵袭转移机制的学说主要有：上皮-间质转化学说、肿瘤干细胞（cancer stem cells，CSCs）学说等［18］。EMT是指细胞由上皮表型向间质表型转变的过程。这种转变涉及上皮标志物如骨架蛋白（cyto⁃keratin）、E钙黏素（E-cadherin）等的下调及间质标志物波形蛋白（vimentin）、N-钙黏素（N-cadherin）、纤连蛋白（fibronectin）等的上调。具体表现为上皮源性的肿瘤细胞失去极性、细胞间连接变得疏松、胞内骨架蛋白发生重组，导致肿瘤细胞的黏附能力下降、迁移运动能力增加，从而肿瘤细胞更易于离开原有位置，发生原位浸润或者随血行、淋巴等途径转移到体内远隔部位，重新定位于新的器官或组织，再通过与EMT相反的过程间质-上皮转化（mesenchymal-epi⁃thelial transition，MET）重新获得上皮表型［19］，形成转移灶。肿瘤干细胞学说认为：肿瘤群体中存在具有类似干细胞特性的细胞亚群CSCs，能够自我更新、分化并保持稳态，在肿瘤的侵袭转移中具有重要作用［20］。但这一学说还需要更多的实验研究来证实。

大量的实验研究发现乏氧导致肿瘤侵袭转移主要通过EMT实现。乏氧信号通过上调Twist相关的蛋白（Twist1）、锌指蛋白Snai1（即Snai1）、锌指同源框基因1/2（Zeb1/2）等表达促进EMT的形成［21］。EMT细胞转录组的特点是表达具有多种功能的蛋白质：如生长因子及其蛋白因子受体（TGF-β，HGF，HGFR即c-Met）、附加转录因子（Wnt，Notch，nuclear factor kap⁃pa B，NF-kB）、整合素受体、蛋白多糖联合受体CD44、葡萄糖-6-磷酸异构酶（GPI）等［22］。其中Notch 和Wnt等信号通路，与HIFs的信号通路密切相关［22］。Copple等［23］通过小鼠肝细胞模型研究发现，乏氧能够通过依赖HIFs及TGF-β的信号通路刺激EMT的产生。Matsuoka等［24］通过对胃癌细胞株CUM-2MD3和OCUM-12的实验研究，发现乏氧条件下，胃癌细胞通过自分泌的TGFβ/TGFβR信号通路刺激EMT的形成。Yang等［25］对滤泡样甲状腺癌细胞研究，发现HIF-1α能够通过调节Twist信号通路，介导肿瘤细胞产生EMT，增强肿瘤侵袭与转移的能力。

3　HIFs与肿瘤细胞内渗进入血管

非转移性的肿瘤细胞向血管侵袭的过程是随机且杂乱无章的，而转移性的肿瘤细胞以极性的方式向血管移动，后者产生的原因可能是组织中氧水平的变化改变了肿瘤细胞的移动能力，使之更易向血管移动［26］。肿瘤细胞向血管迁移受TAMs的影响。产生于肿瘤乏氧区域的促血管生成/免疫抑制亚型（M2样）TAM是重要的促血管生成因子［27］，能够刺激血管生长、使肿瘤血管更加杂乱无章［28］。而TAMs和肿瘤细胞之间又有相互作用的关系。一方面，TAMs能够分泌表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF），刺激肿瘤细胞表达表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR），增强肿瘤细胞的侵袭能力；另一方面，肿瘤细胞分泌集落刺激因子（colony stimulating factor，CSF），提高集落刺激因子受体（colo⁃ny stimulating factor receptor，CSFR）的表达，进一步趋化TAMs［16］，而这两者都与HIF-2α有关。研究发现［29］HIF-2α能够上调肿瘤细胞表达EGFR，刺激巨噬细胞分泌CSFR。肿瘤细胞内渗进入血循环必须通过血管外的周细胞、基膜以及内皮细胞。HIFs信号能够下调基膜和连接体分子形成的表达，亦能上调具有降低血管周膜基质通透性能力的蛋白酶类：金属蛋白酶基体MMPs、尿激酶纤维蛋白溶酶激活物受体（uro⁃kinase-type plasminogen activator receptor，uPAR）或者组织蛋白酶的表达，从而增加血管渗透性，使肿瘤细胞更易内渗。也存在肿瘤细胞通过高表达HIF-1α，形成血管生成拟态状态（vasculogenic mimicry，VM）的现象［30］。VM即肿瘤细胞通过自身变性与细胞外基质相互作用，产生具有微循环功能的类血管样通道，通道内未覆盖血管内皮细胞，但能满足肿瘤组织血液供应，从而重建肿瘤的微循环［31］，减少肿瘤细胞通过血管“层层叠嶂”的困难。

4　抗血管生成药物长期治疗致肿瘤侵袭转移的临床研究

多项临床试验研究证实，长期使用抗血管生成药物会导致肿瘤的进展［30-32］。Niyazi等［32］总结了近年的贝伐单抗联合放疗治疗恶性胶质瘤、OS无明显提高的Ⅲ期临床试验研究，发现抗血管生成治疗除了产生血管正常化之外，还会导致神经胶质瘤细胞分化程度变低，恶性程度变高。一项FOLFOXIRI方案联合贝伐单抗诱导治疗后使用含氟聚合物及贝伐单抗维持治疗的Ⅲ期临床试验研究，选取97例转移性结直肠癌的患者为试验对象，发现贝伐单抗的中位用药时间为12个周期（1次/2周），36例患者因为疾病进展（progression of disease，PD）终止试验，64例患者在5-FU/LV及贝伐单抗维持治疗期间发生了肿瘤进展并接受了二线治疗［33］。Stein等［34］使用Meta分析总结贝伐单抗联合化疗诱导治疗后，以贝伐单抗为基础进行维持治疗的转移性结直肠癌的3项临床试验研究（CAIRO3，SAKK 41/06，AIO KRK 0207），结果表明经4～6个月的诱导化疗及维持治疗一段时间后，PFS提高的同时，部分患者也因肿瘤进展而结束试验研究。

5　结语与展望

综上所述，部分长期使用抗血管生成药物治疗的患者发生肿瘤的进展，究其原因可能为乏氧微环境下产生的乏氧诱导因子（hypoxia inducible factors，HIFs）及HIFs信号通路参与肿瘤侵袭转移的多个环节，促进了肿瘤的转移。乏氧信号能够调节EMT相关蛋白，促进肿瘤细胞EMT的形成，使得肿瘤细胞侵袭转移能力增强；HIF-1α、HIF-2α等因子能够影响肿瘤细胞向血管迁移相关的分子、改变血管壁的结构，使肿瘤细胞更易侵入血管，从而能随血液循环转移到远处器官。乏氧造成的侵袭转移具体机制尚待进一步研究。对长期使用抗血管生成药物治疗的患者进行肿瘤细胞上皮标志物及间质标志物的检测，或许可以预测患者转移的风险，并能及时停止抗血管生成药物的使用，阻止肿瘤的进展，使患者获得合理的治疗；使用抑制肿瘤细胞EMT的药物，阻止肿瘤的侵袭转移，可能延长抗血管生成药物的有效期；以肿瘤侵袭转移相关的HIFs为靶点，应用相应的抑制剂，通过基因治疗等减少甚至阻止肿瘤转移的发生。上述研究为解决抗血管生成药物治疗的不足提供了新的思路。

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（2016-02-04收稿）

（2016-03-08修回）

（编辑：孙喜佳校对：郑莉）

Mechanisms of tumor invasion metastasis caused by long-term anti-angiogenic therapy

Jingjiao TANG, Xiaodong JIANG

Correspondence to: Xiaodong JIANG; E-mail: jxdysy1970@163.com
Department of Radiation Oncology, Lianyungang Hospital Affiliated to Xuzhou Medical College, Lianyungang 222002, China

AbstractHypoxia results from long-term anti-angiogenic therapy and can stimulate hypoxia-inducible factors (HIFs). HIF-induced hypoxia signaling is involved in various steps in tumor invasive-metastatic cascade. On the one hand, HIFs regulate epithelial-mesenchymal transition. On the other hand, the characteristics of pericytes around vessels and the links among endothelial cells can change; thus, tumor cells can more easily intravasate into blood vessels, survive in peripheral blood, and then reach specific organs, ultimately resulting in metastasis. This review discusses the emerging mechanisms of long-term anti-angiogenic therapy and the occurrence of metastasis.

Keywords:anti-angiogenic therapy, hypoxia inducible factors, invasion, metastasis, epithelial-mesenchymal transition

doi:10.3969/j.issn.1000-8179.2016.07.150

作者单位：徐州医学院附属连云港医院肿瘤放疗科（江苏省连云港市222002）

通信作者：蒋晓东jxdysy1970@163.com

作者简介

汤井娇专业方向为肿瘤抗血管生成的研究。

E-mail：1228536465@qq.com