肿瘤血管生成机制及抗肿瘤血管新生的靶向药物研究进展

鲁美钰,仲维兰,司春枫,刘青花,关淑贞,杨小平,徐茂磊

(滨州医学院药学院，山东 烟台 264003)

1971年,Folkman教授提出了“肿瘤生长和转移依赖于新生血管生成”的理论，该理论的出现为抗肿瘤血管生成药物提供了新的研究方向和理论基础。众所周知，肿瘤在发生、发展的过程中会形成大量的新生血管，这些新生的血管为肿瘤的生长提供其所需要的营养和水分，同时向远处扩散肿瘤细胞，在体内不同部位形成新的转移灶。Hanahan等研究发现，在肿瘤血管生成的过程中会受到“血管生成开关”的调节[1]，血管生成的增强因子或抑制因子会发生相应的变化，当“开关”处于开放状态时，形成大量的新生血管。近年来，抗肿瘤血管生成研究已从早期的非特异性栓塞、切断肿瘤血管发展到对肿瘤血管进行特异性、靶向性阻断的新高度。

1 肿瘤血管生成的机制

在肿瘤持续生长的过程中，当肿瘤体积达到一定程度后,肿瘤持续生长所需要的营养成分来源于新生的肿瘤血管。血管新生主要包括以下几个方面：(1)缺氧、缺血等刺激性因子扩张毛细血管，使毛细血管的通透性大大增加。(2)进而纤维蛋白渗出，抑制血管生长等基质发生相应变化。(3)同时胶原酶被激活，细胞基底膜破坏，细胞外的基质进行重新塑形。(4)血管生成因子使血管内皮细胞增生。(5)新生成的血管内皮细胞排列成管状结构，最后形成新的肿瘤血管。目前发现肿瘤新生血管主要有芽生式血管、套叠式血管、马赛克血管、充塞式血管以及血管生成拟态等几种不同生成方式，其生成机制也各不相同。

1.1 芽生式血管

最早发现的肿瘤血管新生方式是芽生式血管生成。在血管生成因子(angiogenic factor)作用下,处于静息状态的血管内皮细胞(vascular endothelial cell)降解细胞基底膜，然后侵入到细胞外基质中，逐渐形成管腔状结构，最后形成血管。上述血管新生的过程中起最重要作用的因子为血管内皮细胞生长因子 (vascular endothelial growth factor，VEGF)。研究表明，VEGF可以扩张毛细血管，增大细胞膜的通透性，进而使纤维蛋白原从血管中渗出，内皮细胞发生迁移，最后形成管状样结构。近些年研究发现VEGF 家族由VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D 及胎盘生长因子(placental growth factor,PLGF)等构成，VEGF-A是VEGF家族中重要组成部分，通过VEGFR-2 信号传导作用于内皮细胞，然后刺激血管内皮细胞的生成，当VEGFR-2 缺乏时，VEGF 信号传导因受影响，使血管生成受到一定的限制。同时，VEGF还可诱导内皮细胞的增殖，增强纤溶酶原和金属蛋白酶的活性，加速细胞外基质及其它物质的降解，内皮细胞发生迁移[2]。

1.2 套叠式血管

血管壁向毛细管腔内凹陷，然后逐步的靠近、接触，进而融合。血管融合处管壁细胞膜逐渐变薄，演变成小孔，孔状结构逐渐增大、融合，形成管腔样通道，该血管新生的方式为套叠式生长。套叠式血管生成的特点是在已有的血管管腔内形成大量的跨血管组织微柱，该过程形成迅速，在几分钟内就可完成。

1.3 马赛克血管

显微镜下观察肿瘤血管壁上排列着血管内皮细胞和肿瘤细胞，两者构成肿瘤的血管管腔，在生成的肿瘤边缘部位，肿瘤细胞群被一团密布的血管网包围，称为马赛克血管[3]。肿瘤细胞侵入血管管腔并暂时停留在血管壁上，激活促肿瘤血管生成因子，使肿瘤血管基底膜降解加速，以利于肿瘤细胞穿入以增加马赛克血管的数量。

1.4 充塞式血管

在肿瘤形成的早期阶段,肿瘤血管保持正常的形态。但随着肿瘤的持续生长，肿瘤内部的血管组织被肿瘤细胞逐步地包围进而填充，该处血管逐渐退化，由于肿瘤血管的退化，肿瘤内部发生缺氧,促进VEGF的表达，在肿瘤边缘部位形成新的血管，此血管生成方式称为充塞式血管。VEGF、血管紧张素等都在该血管生成方式的过程中起了重要作用。研究证实肿瘤边缘新生血管很难被抗血管生成药物清除。

1.5 血管生成拟态

侵袭性生长的恶性肿瘤，在没有内皮细胞的参与下，肿瘤细胞发生相应变化，并进一步通过自身的变形形成管腔状结构，该血管生成方式与传统肿瘤血管生成方式完全不同，它本身并不依附于血管内皮细胞，肿瘤与血液可直接接触，是一种全新的肿瘤血管生成方式，称之为“血管生成拟态”[4]。

2 抗血管生成药物分类及其作用机制

2.1 血管内皮生长因子抑制剂

2.1.1VEGF/VEGFR的分子靶向药物 血管内皮生长因子是指肿瘤来源的血管生成促进因子，研究发现，肿瘤细胞和肿瘤的相关间质细胞均可分泌该类生长因子，其作用为促进血管新生和炎症的形成。

血管内皮生长因子抑制剂能够消除血管生成促进因子，抑制血管内皮细胞的生成和转移，减缓基底膜降解。血管内皮生长因子抑制剂用于临床的时间并不长，但大量研究结果表明，该类药物有明显的治疗效果。贝伐单抗(avastin)是美国食品及药物管理局批准的第一个抗肿瘤血管生成的人源化单克隆抗体，可与VEGF-A结合，减少血管内皮细胞生长因子与受体的结合，抑制血管的生长[5]。阿柏西普(zaltrap)作为血管内皮生长因子的受体，可与血管内皮细胞生长因子-A、血管内皮细胞生长因子-B和PLGF等靶点结合，已批准其用于结肠癌、直肠癌和肾细胞癌的临床治疗[6]。以上两种药物均可治疗糖尿病性黄斑水肿，最近研究显示,若黄斑水肿患者的视力损失较轻微,选择阿柏西普的治疗效果优于贝伐单抗。

2.1.2内源性血管生成抑制剂 内源性血管生成抑制剂可直接抑制肿瘤血管的生成。血管抑素(angiostatin)能抑制肿瘤血管内皮细胞的生长，降低血管内皮生长因子的活性，抑制肿瘤血管新生，从而减缓肿瘤的生长[7-8]。血管内皮抑素(endostatin)是一种常见的内源性抗血管生成抑制剂，其抗肿瘤效果比血管抑素显著。其作用机制是竞争纤维母细胞生长因子，抑制内皮细胞增殖，从而减缓多种实体肿瘤原发灶和转移灶的生长转移[9]，研究表明在膀胱癌中显示了良好的抗肿瘤作用。重组人血管内皮抑素(恩度)作用于多条细胞信号传导的通路，其作用机制为降低肿瘤血管生长相关蛋白，抑制肿瘤新生淋巴管的生成，对非小细胞肺癌的治疗效果甚佳[10]。最新研究显示，重组人血管内皮抑素对中晚期宫颈癌患者也有较好的疗效[11]。

2.2 小分子受体酪氨酸激酶抑制剂

血管内皮细胞上的血管内皮生长因子受体(vascular endothelial growth factor receptor,VEGFR)属于酪氨酸激酶(tyrosine kinase,TK)依赖性受体，研究表明降低TK的活性可有效抑制肿瘤血管的生成。酪氨酸激酶受体抑制剂(tyrosine kinase inhibitors,TKI)通过细胞膜进行扩散，竞争细胞内受体酪氨酸激酶结构域ATP结合的位点，从而抑制相应受体的激活，进而抑制肿瘤血管新生。

索拉非尼(sorafenib)是一种以VEGFR、P38、Raf-1、c-KIT、PDGFR-β和Flt-3为靶点的多激酶抑制剂，对肿瘤血管的新生具有明显的抑制作用，用于无法切除的肝细胞癌和晚期肾细胞癌患者的临床应用，治疗效果显著。舒尼替尼(sunitinib)是多种酪氨酸激酶抑制剂，主要抑制CSF-1R、 VEGFRs、PDGFR-β、RET和PDGFR-α[12-13],对于胃肠道间充质瘤、转移性肾细胞癌和晚期胰腺神经内分泌肿瘤具有良好的临床治疗效果[14]。

2.3 抑制整合蛋白分子药物

肿瘤细胞在侵袭过程中，内皮细胞与基底膜的相互作用是通过整合素介导的。整合素(integrin)属于以α、β异二聚体形式表达的跨膜糖蛋白家族，其主要功能是与相应的配体结合，促进细胞与细胞、基底膜的黏附。血管内皮细胞表面的整合素可以与细胞外基质某位点相结合，从而加快内皮细胞的迁移和肿瘤血管的形成。在黑色素瘤和神经胶质瘤的研究中，发现整合素αvβ3可以黏附相应的转移受体，同时还可降解细胞外基质(extracellular matrix，ECM),促进肿瘤血管新生。整合素拮抗剂西仑吉肽(cilengitide)，可被整合素识别并进行相应结合，诱导肿瘤细胞发生凋亡，抑制肿瘤血管新生，从而减缓肿瘤的生长，目前正处于对恶性胶质瘤Ⅲ期的临床试验阶段[15]。

2.4 化疗药物

近年来研究发现，化疗药物不仅具有抑制肿瘤细胞增殖的作用,同时也可抑制肿瘤血管新生。紫杉醇是临床常用的化疗药物，其作用机制是在细胞分裂的过程中使细胞停滞在G2/M期，细胞发生凋亡，从而有效的抑制肿瘤形成过程中新生血管的生成[16]。临床上广泛应用于乳腺癌、肺癌、卵巢癌及食管癌等恶性肿瘤的中晚期治疗。环磷酰胺进入体内后，可对肿瘤细胞产生强烈的细胞毒作用，同时对免疫系统也有显著的抑制作用，从而抑制新生血管的生成，对恶性淋巴瘤有一定的疗效[17]。

2.5 非特异性血管生成抑制剂

其他一些药物尽管他们抑制血管生成的机制目前还未明确，但通过体内外研究已证实其具有抗血管生成的作用。沙利度胺(thalidomide)因其对胎儿产生严重致畸作用而被广泛关注。近年来研究发现，沙利度胺可抑制血管新生。其作用机制是通过抑制VEGF和成纤维细胞因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)的分泌，从而抑制血管新生[18]。此外，羧基氨基咪唑、丙戊酸、依泽替米贝等也可抑制血管新生，还有正在临床实验的白细胞介素-12、舒拉明钠、角鲨胺等都具有抗肿瘤血管生成的作用。

2.6 基质金属蛋白酶抑制剂

基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)是参与细胞外基质重构的最重要的蛋白水解酶。研究表明，MMPs可以使血管的基底膜发生重构，使细胞外基质和血管基底膜同时发生降解，进而释放血管生成调节因子，进而为肿瘤血管提供足够的生长空间[19]。近年来，人们发现MMPs家族中的明胶酶A和明胶酶B在肿瘤的转移中起重要作用。Fernandez-Garcia 等[20]通过免疫组织化学法检测乳腺癌中的纤连蛋白及MMP-9表达情况发现，乳腺癌细胞产生的纤连蛋白与乳腺癌组织中单核细胞产生的MMP-9、MMP-11之间存在潜在的循环通路，进而促进了乳腺癌细胞的转移。基质金属蛋白酶抑制剂(matrix metallo proteinase inhibitor,MMPI)可有效抑制乳腺癌的转移。MMP-14的单抗dx-2400，其作用机制为通过抑制MMP-14，减少MMP-2的含量，抑制肿瘤血管新生，从而减缓肿瘤生长和转移灶的形成[21]。

2.7 疫苗

抗肿瘤血管生成疫苗是抗血管新生治疗的一个新领域，抗肿瘤血管生成疫苗治疗具有抗瘤谱广、毒副作用低、药物易于到达靶部位、不易产生耐药性等优点。抗肿瘤血管生成疫苗主要作用于血管内皮生长因子和血管内皮细胞等靶点。在一项以VEGF为靶抗原的临床研究中发现，用VEGF突变体联合细菌为佐剂制备的CIGB-247疫苗在50例晚期实体瘤患者中展现出较明显的疗效，明显延长了生存期[22]。以人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cell,HUVEC)作为抗原制备的疫苗在临床研究中对脑肿瘤和转移性结肠癌也显示了一定的治疗效果，但是在治疗性免疫中并不能完全控制肿瘤的生长[23-26]。徐茂磊等[27-30]对HUVEC疫苗治疗方案进行了优化，以HUVEC细胞为抗原，引入OK432等为佐剂制备得到佐剂优化的新型HUVEC疫苗，该疫苗激发机体产生了更强的免疫应答，在预防性及治疗性免疫中对B16F10黑色素瘤、EAC乳腺癌以及小鼠H22肝细胞癌等肿瘤均显示了较好的治疗效果[31-36]。

3 结语

血管生成抑制剂通过降低某些血管活性因子的活性抑制内皮细胞的增殖或迁移、改善肿瘤生长微环境从而达到抗肿瘤的作用，该治疗方法使药物易于到达靶部位、不易产生耐药性和对机体产生较低的毒副作用。抗肿瘤血管生成治疗用于肿瘤临床治疗的时间并不很长，但大量实验表明[37-40]，该治疗方法具有较明确的治疗效果及广阔的应用前景，与化疗药物联用，具有协同增效的治疗作用。但由于肿瘤血管生成机制相对复杂，易受肿瘤类型影响，基因组缺乏相对的稳定性，也给治疗带来了一定困难，此外，抗肿瘤血管生成治疗还具有双重性的特点，一方面能够有选择性的作用于新生的肿瘤血管，另一方面对机体正常的血管也有一定的影响，因此如何进一步开发特异性针对肿瘤血管的靶向药物分子，提高抗肿瘤血管的治疗效果，是抗血管生成靶向药物今后研发的主要方向之一。此外，根据个体差异、肿瘤不同类型制定个体化治疗策略，积极寻找新的靶点、研发新的药物、多种药物联合应用也还需要进一步研究。

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