肿瘤血管生成基础知识

五、肿瘤血管生成的机制
促血管生成因子和抗血管生成因子相互作用作 用于血管内皮细胞。通过信号传导通路把促进 血管生成的信号传达到血管内皮细胞。引起内 皮细胞的迁移、增殖和血管管壁的形成。 VEGF-VEGFR信号传导系统、Ang-Tie-2信号 传导系统、Dll4-Notch信号传导系统是主要的 血管生成信号传导系统。
VEGF家族包括VEGF-A， VEGF-B(VEGF相关因子， VEGF-related factor， VRF)，VEGF-C(VEGF相关 蛋白，VEGF-related protein，VRP)，以及 VEGF-D／FIGF和VEGF-E 等成员，胎盘生长因子 (placentor growth factor， PIGF)，它们共同构成 VEGF家族。
镶嵌体血管
血管选定（vessel cooption，VC） 血管生成拟态（vasculogenic mimicry，VM ）
肿瘤血管生成的基本过程
①促血管生成因子的产生过多使之与 抑制因子失衡，导致内皮细胞激活， 产生血管生成表型；
②血管部位基底膜降解，细胞外基质
改变，产生的缝隙为内皮细胞的迁移 做好准备；（MMP和尿激酶纤溶酶原激活因
子等介导）
③ 内皮细胞侵入周围基质，向肿瘤细 胞迁移和增殖
④新生内皮细胞索形成管状毛细血管
襻及管腔；血管周围支持细胞包绕血 管
四：肿瘤血管的特征
肿瘤血管在组织结构、细胞组成、功能 特点上与正常血管不同

肿瘤血管组织结构：肿瘤血管结构紊乱，管腔 高度无序、迂曲、膨胀、粗细不均、分支过多 。进一步导致肿瘤组织血流紊乱、缺氧、酸性 物质堆积。有利于对缺氧耐受的细胞的克隆。 这些改变可能是由于血管生成调控因子作用不 平衡造成。
3.抑制VEGF可抑制新血管系统形成 •在小鼠模型中，植入肿瘤细胞及抗VEGF 治疗后血管再生情况 •对照组
植入前
1天后
6天后
9天后
•抗VEGF治疗
（A） 治疗前荧光检测可见肿瘤内血管生成 （B） 治疗1天后，腔管关闭，部分血管血流减少
血管
新生血管向肿瘤供养
血管 血管
癌细胞通过血管扩散
“抗血管生成疗法”示意图
抗血管生成治疗的优势
1、血管内皮细胞基因组相对稳定，针对血管内皮细胞的治疗不 易产生耐药。 2、正常血管内皮细胞处于静止状态，肿瘤血管内皮细胞增殖活 跃，并会出现许多相对特意性的标记分子。如VEGF受体是正常 内皮细胞表达的50倍。 3、肿瘤血管本身是靶点，血液中的药物容易到达靶点并有较高 的浓度。 4、一个内皮细胞估计要饲养5-100个肿瘤细胞，针对内皮细胞的 治疗壁直接针对肿瘤的治疗效率更高。
四：肿瘤血管的特征

细胞组成：肿瘤血管壁并非由单一的内皮
细胞构成。有可能完全由肿瘤细胞构成即 血管拟态。或者肿瘤细胞与内皮细胞镶嵌 构成即血管镶嵌（约占肿瘤血管的15% ）。 肿瘤组织缺乏正常的淋巴管结构。
功能特点：肿瘤血管具有高度的血管渗透性。 肿瘤血管壁细胞间隙增宽，产生许多缺口，基 底膜不完整，同时结构的紊乱导致血流动力的 变化增加血管渗漏。导致肿瘤容易侵袭和转移 。 肿瘤血管内皮细胞表面粘附分子表达不均一， 加之血流动力学紊乱导致白细胞难以与管壁接 触和相互作用。
肿瘤血管生成中主要要信号通路
Dll4-Notch信号传导系统
Notch信号系统能增强血管稳定性 ，并通过降低大动脉内皮细胞对局部 血管生长因子(如VEGF)的应答增加大 动脉内径。 在胚胎发育中Dll4一Notch系统的 缺失可导致胚胎的死亡。
Ang-Tie-2信号传导系统
Tie-2是Ang-1的唯一受体，Ang-l结 合Tie-2后可引起酪氨酸磷酸化，然后 通过一系列信号传导途径增强内皮细胞 存活率、细胞间的稳定性以及毛细血管 的形成，抑制毛细血管通透性。
2.抑制VEGF可使存活的肿瘤血管系统正常化 1. 抑制VEGF可导 致现存微血管结 构退化
在临床前模型中 VEGF抑制剂治疗1天: 腔管关闭，部分血管 血流减少，内皮细胞 凋亡
在肿瘤中，VEGF的高水平可导致血管渗透性过高、组织间 压增高，导致传统抗肿瘤治疗疗效受限VEGF抑制可以降低 血管渗透性和肿瘤组织间压，使残留肿瘤血管系统的细胞内 间隙及空洞和芽生减少，周皮细胞连接更加紧密，血管形状 更加规则。
血管内皮细胞的Notchl受体与Dll4 配体结合后，发生级联放大反应， 抑制细胞活化，防止过多的端细胞 形成血管突起。
当环境中VEGF浓度升高时，Ang 一2促进新生血管萌芽；当环境中 VEGF浓度降低时，Ang一2使血管 退化。 Ang-2和Tie-1可下调Ang-1介导 的Tie-2信号传导，Ang的作用还进 一步被VEGF-A和整合素调整。
VEGF参与肿瘤生长的整个过程
VEGF bFGF TGFb-1 VEGF bFGF TGFb-1 PIGF PD-ECGF Pleiotrophin
VEGF
VEGF bFGF TGFb-1 PIGF
VEGF bFGF TGFb-1 PIGF PD-ECGF
VEGF参与肿瘤生长的整个过程，出现于整个肿瘤生命周期中，即使随着时间延伸 ，可能出现第二条通路，VEGF仍处于过度表达状态，仍然是最重要的血管生长因 子。
逃避凋亡，对生长抑制信号不敏感
概念
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。这个过程包括了原始血管网扩张，形成动 脉﹑静脉和毛细血管周细胞和平滑肌细胞环绕 形成完整的新生血管。

血管发生（vasculogenesis）是指在没有血管 存在的情况下，内皮前体细胞移行和分化，从 头产生血管的过程。
。
肿瘤无血供，仅靠弥散 获取营养时，体积不超 过2mm3，处于静息期
肿瘤细胞分泌大量 VEGF，促使供应肿 瘤的血管生成
拥有血供的肿瘤迅 速生长并可发生侵 袭、转移
二﹑肿瘤血管生成的启动
正常血管系统的动态平 衡是靠血管调节因子共同 作用而维持，调节血管生 成的因子有两类，即血管 生成激活因子和抑制因子 。当二者之间的平衡被打 破时，就会启动血管生成 或血管退化。
肿瘤血管生成中主要要信号通路
VEGF-VEGFR信号传导系 统
VEGF能迅速刺激酪氨酸磷酸化 并通过激活RAS—RAF— MEK—ERK和P13激酶途径，使 转录因子激活或降解其mRNA 使蛋白失活，从而表达其活性 。
•VEGFRl还可以激活肿瘤的进展和转移 。 •VEGFR2可促进原有血管基础上的有丝 分裂，增加血管通透性，并在诱导血管 生成等一系列活动中起首要作用。 •VEGFR3为是原发或继发恶性肿瘤淋巴 内皮细胞的特异性标记物。
一、肿瘤血管生成的意义

1、支持肿瘤增殖 肿瘤在体积不超过1-2mm3
可仅靠弥散获取营养。肿瘤继续进一步生长增殖时必须 形成肿瘤血管供应氧、营养必需物质、代谢产物和能量 信息交换。

2、肿瘤侵袭和转移的前提 肿瘤需要血管生成
供其增殖并且借助血管进行局部浸润和血行播散远处转 移。
血管生成是肿瘤生长转移中最基本的因素
肿瘤血管生成 基础
湖南省肿瘤医院 曾伟 2015.4.13
主要内容
肿瘤血管生成的意义 肿瘤血管生成的启动 肿瘤血管生成的过程 肿瘤血管的特征 肿瘤血管生成的机制 抗肿瘤血管生成的治疗 存在的问题

恶性肿瘤的生物学行为特征
无限增殖 侵袭和转移 血管的生成
自分泌生长因子
恶性肿瘤细胞
VEGF只有与其特异性受体结合后才能 发挥生物学功能。目前，已鉴定并克隆出 3种受体，即VEGF受体l (VEGFR-1，又称 flt-1)、VEGF受体2 (VEGFR-2，又称flk1或KDR)及VEGF受体3 (VEGFR-3又称 flt-4), 均属酪氨酸激酶受体，称为Flt家族 。前两种受体一般只表达于血管内皮细胞 表面，但偶尔在其它类型细胞，如肿瘤细 胞中也有表达。
三：肿瘤血管wk.baidu.com成的过程
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。
内皮细胞 正常成熟血管系统内皮细胞更新极其缓慢（250-300天）
肿瘤组织内皮细胞增殖周期数天即可
肿瘤血管生成的方式
出芽式血管生成（sprouting angiogenesis, SA） 套叠式血管生成（intussusceptive angiogenesis，IA） 成血管细胞募集
六﹑抗血管生成治疗
血管生成是肿瘤发生发展的重要因素， 新生血管不仅为病理组织提供养分 ，保证其生长增殖，同时使得肿瘤细胞与个体的血液循环系统直接相通，是恶 性肿瘤发生远处转移播散的必要条件。因此抗肿瘤血管生成的研究成为医学工 作者研究肿瘤的非常重要的方面。
肿瘤生长
细胞癌变
小肿瘤
肿瘤休眠
分泌生长因子 诱发新生血管

肿瘤血管生成中主要要信号通路
血管内皮生长因子 (VEGF )
血管内皮生长因子（
vascular endothelial growth factor, VEGF）又称血管通透 性因子(vascular permeability factor,VPF )，
为分子量34-45kD的同源二聚 体糖蛋白。
内皮细胞抑制素(endostatin)
内皮抑素 ES 最初是从鼠的 成血管细胞瘤株培养液中分离 提纯得到的一种在动物体内天 然存在的蛋白。 内皮抑素 ES 是由细胞外基 质成分胶原 ⅩⅧ 的羧基末端 水解而来，含有184个氨基酸 ，分子量为20 KD。
ES可以抑制内皮细胞的增殖和迁移，并 诱导内皮细胞凋亡。 内皮细胞抑制素主要的抗血管生成活性 是通过抑制内皮细胞迁移实现的：它可与 内皮细胞表面的α 5β1整联蛋白结合，抑制 FAK的激活,进一步影响其下游ERKl／p38 MAPK的活化，从而抑制细胞的迁移、影 响细胞的存活。
VEGF家族是目前研究最深 入的血管生长因子家族, 能够 特异性地刺激血管内皮细胞的 增殖和血管生成, 增加血管通 透性。 VEGF 家族与肺癌、甲 状腺癌、乳腺癌、血管瘤和中 枢神经系统肿瘤等多种肿瘤的 生长、转移、病理分级和预后 等密切相关。
VEGF主要由血管周围的 细胞产生，并通过旁分泌机 制作用于内皮细胞，在促进 血管形成、抑制内皮细胞的 凋亡及提高血管通透性等方 面发挥重要作用。 VEGF诱 导形成的肿瘤血管是异常的 ，在许多肿瘤中过度表达， 刺激肿瘤血管形成，使血管 易漏﹑扭曲，不成熟。
肿瘤血管生成的启动

促血管生成因子和抗血管生成因子的动态平衡 决定肿瘤血管生成的开关。当二者之间的活性 达到平衡时。此开关处于关的状态。 当促血管生成因子活性占优势，有利于血管生 成时，抗血管生成因子就会启动血管生成。

影响肿瘤血管生成启动的因素
代谢刺激：低氧、低血糖、酸性环境 机械刺激；肿瘤增殖产生的压力 基因突变：癌基因和抑癌基因 肿瘤微环境细胞及因子作用

与传统的以肿瘤细胞为靶点治疗方法( 放疗、 化疗) 相比， 血管生成抑制剂以肿瘤血管内皮 细胞为靶点， 具有低毒 (无细胞毒性) 、 广谱 ( 不受肿瘤细胞异质性的影响) 、 特异性高( 特异 作用于激活的内皮细胞) 及不易产生抗药性( 内 皮细胞极少发生自发突变) 的优点。
抗血管生成治疗药物主要靶点是VEGFVEGFR信号通路
Activator
VEGF bFGF PDGF
Inhibitor
Angiostatin Endostatin Thrombospondin-1
在疾病情况下比如肿瘤，血管生 成促进因子作用更强，就表现为 新生血管生成。
内源性促／抗血管生成因子
Stimulators VEGF bFGF PIGF PDGF TGF-a/b TNF-a IL-8 HGF Angiogenin IL-3 Proliferin Leptin G-CSF Inhibitors Interferons a/b Angiostatin Endostatin Vasostatin Canstatin Tumstatin Platelet factor-4 Thrombospodin-1 IL-12 16 kD prolactin fragment IL-18 IP-10 53 kD antithrombin III