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1、血管生成与肿瘤 郑 杰 11,血管生成与肿瘤,肿瘤血管生成已成为近年来肿瘤研究的热点之一，为肿瘤治疗开辟了一个新的思路。,血管新生的两种不同方式,1. 血管发生(vascularization) 2. 血管生成(angiogenesis),血管发生 vs 血管生成,血管发生,与骨髓来源的内皮祖细胞(endothelial progenitor cells, EPC)(CD34+)有关。 常见于胚胎发育期形成的原始血管,形成机体大多数大血管。主要调节因子为VEGF。 现证明EPC也参与炎症、肿瘤等病理状态下的血管形成。,血管生成,自成体血管以出芽(budding)方式发展出来的新生血管。 主要调
2、节因子为Ang。,血管生成,血管发生 & 血管生成,血管发生与血管生成在体内是一紧密相关的连续过程, 血管发生一般指胚胎血管网形成的早期阶段, 而血管生成指胚胎血管网形成的成熟阶段。,血管发生 & 血管生成,VEGF & Ang,血管形成的调节,1. 促血管形成生长因子(表15-1) 2. 血管形成抑制因子(表15-3),促血管新生的主要调节因子,1. VEGF/VEGF-R 2. Ang/Tie2 3. FGF/FGFR 4. PDGF/PDGFR 5. Notch/Dll4,VEGF家族,VEGF又名血管通透性因子(VPF)是重要的血管生成正调节剂,也是目前抗癌治疗的研究靶点之一。,VEG
3、F家族成员,1. VEGF-A 血管 2. VEGF-B 血管 3. VEGF-C 淋巴管 4. VEGF-D 淋巴管 5. VEGF-E 血管 6. 胎盘生长因子(PGF) 血管,VEGF-A,通常讲的VEGF就是指的VEGF-A，二聚体糖蛋白，亚基之间通过二硫键相连。有不同的剪接体(splices): VEGF121 分泌型可溶性蛋白 VEGF145 分泌型可溶性蛋白 VEGF165 分泌型可溶性蛋白 VEGF189 与ECM结合的不溶性蛋白 VEGF206 与ECM结合的不溶性蛋白,VEGF-A splices,VEGF-A,VEGF-A在正常人和动物的组织中表达较少，在有新生血管生成的
4、组织细胞中有高表达，包括胎儿组织，特别在肿瘤中有高表达。 HIF-1、EGF、TGF、TGF、IGF-1、FGF、PDGF等都可上调VEGF-A mRNA 的表达。,VEGF-B,VEGF-B在正常组织中特别是心肌和骨骼肌中有表达。 在人类的各种肿瘤细胞中也有VEGF-B表达。 VEGF-B通过与VEGF-A形成异源二聚体而影响VEGF-A分子的生物活性。,VEGF-C & VEGF-D类似,VEGF-D与VEGF-C的结构相似，序列有61%的同源性。 除了含有一个VEGF-A同源区(VHD)外，VEGF-D和VEGF-C一样也有长的C端和N端。,VEGF-C & VEGF-D与VEGF比较,
5、VEGF-C & VEGF-D,VEGF-C和VEGF-D在淋巴管丰富的区域有明显的表达，与VEGFR-3(flt4)的表达范围相似。 VEGF-C和VEGF-D都有促进淋巴管生成和淋巴管扩张的作用，与恶性肿瘤的淋巴道转移密切相关。 VEGF-D是唯一受c-Fos调控的促血管生成因子，与多种肿瘤的发生有关。,VEGF-E,VEGF-E与VEGF-A121在氨基酸水平有25同源性，缺乏碱性区和肝素结合区。它仅与VEGFR2结合，与VEGF-A165的生物学作用相似。,PGF,人胎盘生长因子(PGF) 是VEGF家族中的一员, 和VEGF有50%的同源性。 PGF同源二聚体可特异性地结合于VEGF
6、R1发挥作用, PGF与VEGF产生的异源二聚体则可通过激活VEGFR2发挥作用。 正常人体组织一般检测不到PGF，但在某些恶性肿瘤组织中PGF呈高表达，并有促进肿瘤组织血管形成和肿瘤远处转移作用。,VEGF-R,是受体酪氨酸激酶,有4个成员: 1. VEGF-R1(Flt-1) 血管内皮细胞 2. VEGF-R2(KDR/Flk-1) 血管内皮细胞 3. VEGF-R3(Flt-4) 淋巴管内皮细胞 4. 神经菌毛素(Neuropilin, NRP)血管内皮细胞 图15-2,VEGF受体,VEGF-R1(Flt-1),其功能仍有很大争议。 有人认为VEGFR1并不是作为介导有丝分裂信号途径的
7、受体，而是一种VEGF的负调控子，通过与VEGFR2(KDR)竞争结合VEGF-A阻断其作用于血管内皮的有丝分裂原作用, 因此属于“诱骗受体”(decoy receptor)。,VEGF-R2 (KDR/Flk-1),目前已经公认，VEGF-A对内皮细胞的增殖、分化作用是由VEGFR2介导的。 这说明VEGFR2在促进血管发生及再生中起着非常重要的作用。 在肿瘤组织中，VEGFR2主要表达于肿瘤血管内皮细胞，而在肿瘤上皮细胞中不表达或低表达。,VEGF-R3 (Flt-4),VEGFR3与其特异的配体VEGF-C、VEGF-D结合，调控血管及淋巴管内皮细胞的新生。 VEGFR3参与保持血管内皮
8、细胞完整性，防止血管裂开。 VEGFR3还有一个极为重要的作用是介导淋巴管生成。到胚胎后期，VEGFR3分布逐步局限于淋巴管，血管几乎不表达。在成人，VEGFR3也主要表达于淋巴管。,NRP1,神经菌毛素1(NRP1)最初被认为是Semaphorins/Collapsins的受体，它们与神经系统的发育有关。 但现有的研究表明NRP1也存在于内皮细胞表面，可以与VEGF的亚型结合，对血管内皮细胞的新生有重要作用。,NRP1,由于NRP受体胞浆内域不含酪氨酸激酶结构域, NRP被认为是VEGFR的辅助受体(co-receptor)。 NRP1在前列腺癌和乳腺癌等多种肿瘤细胞中呈高表达，NRP1被认
9、为能促进肿瘤细胞生长和肿瘤组织内的血管形成。,NRP1 as VEGFR2 co-receptor,VEGF的信号传导,VEGF的胞内信号传导与EGF类似。主要通过: 1. ras-MAPK途径 2. 三磷酸肌醇途径(IP3途径) 3. PI3K-AKT途径 4. FAK-Paxillin途径,促血管新生的主要调节因子,1. VEGF/VEGF-R 2. Ang/Tie2 3. FGF/FGFR 4. PDGF/PDGFR 5. Notch/Dll4,人血管生成素(Ang)家族成员,Ang1 Ang2 Ang4,Ang1,Ang1主要由周细胞(pericytes)、血管平滑肌细胞和肿瘤细胞表达
10、,因此是一种旁分泌作用。 Ang-1的主要作用是维持血管内皮细胞的稳定性和完整性，但并不刺激细胞分裂。,周细胞(pericytes),Ang2,Ang2主要由内皮细胞(自分泌作用)和肿瘤细胞表达。 Ang2的主要作用是通过抑制Ang1的作用，降低血管内皮细胞的稳定性，激活内皮细胞，使的内皮细胞对其它刺激因素敏感。 Ang2能促进肿瘤的生长和血管生成。,Ang受体: Tie2,Tie1的配体目前尚不清楚，属于孤儿受体。 Tie2为Ang受体,是具有酪氨酸激酶活性。 Tie2分布于内皮细胞、造血细胞和一些间质细胞。 Ang1和Ang2都可以与Tie2结合，但Ang1是Tie2受体的兴奋剂，可以磷酸
11、化激活Tie2，Ang2则是Tie2受体的拮抗剂。,Tie2,一般认为Ang2通过自分泌作用，与自身细胞膜上的受体Tie2特异性结合，但不引起受体磷酸化和随后的信号传递，因此Ang2的主要功能是竞争性抑制Ang1形成不稳定的内皮细胞，增加其对生长因子的敏感性(图15-3)。,Tie2在肿瘤细胞表达增高,在多种肿瘤中均可出现Ang2及Tie2的扩增和(或)过表达, 并与肿瘤细胞的恶性转化、浸润及转移有关。,促血管新生的主要调节因子,1. VEGF/VEGF-R 2. Ang/Tie2 3. FGF/FGFR 4. PDGF/PDGFR 5. Notch/Dll4,FGF的促血管生成作用,FGFs
12、主要由中胚层来源的细胞产生，有强烈促增殖和分化作用，对内皮细胞、血管平滑肌细胞、成纤维细胞等均有很强的促有丝分裂作用。 体内外实验均表明它具有促血管生成的作用。,促血管新生的主要调节因子,1. VEGF/VEGF-R 2. Ang/Tie2 3. FGF/FGFR 4. PDGF/PDGFR 5. Notch/Dll4,PDGF通过刺激周细胞来影响血管生成,周细胞(pericytes)的更新以及内皮细胞与周细胞的相互作用在血管生成中是至关重要的。 PDGF-B是周细胞最重要的生长因子，与周细胞表达的PDGFR结合维持着周细胞的密度和数量。,PDGF通过刺激周细胞来影响血管生成,研究显示，与正常
13、血管相比，肿瘤血管系统表现为周细胞连结疏松、密度降低。 有研究指出周细胞的存在可能对VEGFR的靶向治疗有抗性。 因此，先降低血管周细胞密度，可能会提高随后的VEGFR抑制剂阻断血管生成的治疗效果。,降低周细胞密度,提高VEGFRI效果,促血管新生的主要调节因子,1. VEGF/VEGF-R 2. Ang/Tie2 3. FGF/FGFR 4. PDGF/PDGFR 5. Notch/Dll4,Notch和配体,虽然最早的研究显示Notch蛋白的配体Dll4的表达局限于胚胎发育时的动脉内皮细胞, 但后来研究发现, Dll4在血管前方的内皮尖端细胞和动脉的内皮细胞次群都有表达。 Notch信号传
14、递在生长中的血管系统的前方是最活跃的。,Dll是VEGF-A下游基因,VEGF-A同时诱导尖端细胞显型和Dll4的表达,因此提出Dll4是VEGF-A的下游基因,且与VEGF-A一起作用来调控萌发和分支的形态。,Notch信号,阻断Dll4可抑制肿瘤血管生成,由于肿瘤组织血管中存在Dll4蛋白上调现象，因此Dll4蛋白可作为肿瘤治疗药物的新靶点。 给予对抗Dll4的中和抗体, 可抑制小鼠中几种不同实体性肿瘤的生长。 抗Dll4 疗法与抗VEGF疗法联合使用来抑制肿瘤生长,会比单独使用效果更好。,阻断DLL4可抑制肿瘤血管生成,血管形成抑制因子,血管形成抑制因子都能诱导内皮细胞凋亡，进而诱导血管
15、退化。,内源性血管形成抑制因子,血小板反应蛋白 (TSP) 色素上皮衍生因子(PEDF) Angiostatin (血管抑制素) Endostatin (内皮抑制素) 干扰素 (IFN-, ) TIMP-1, -2, -3, -4 血小板因子4 (PF4),内源性血管形成抑制因子,表15-3,血小板反应蛋白(TSP-1),TSP-1是一种内源性血管生成抑制剂,主要由血小板和其他多种细胞(包括肿瘤细胞、内皮细胞等) 分泌。 TSP-1能诱导内皮细胞凋亡、抑制内皮细胞增殖及抑制内皮细胞的迁移及管道形成有关。,TSP-1的调节,TSP-1受肿瘤抑制基因(p53和PTEN等)正调节 TSP-1受癌基因
16、(Myc、Ras和Id1等)负调节,TSP-1受p53调节,TSP-1在正常人有高水平表达，原因是受到p53的正调节。 在肿瘤发生过程中，p53突变，使TSP-1水平急剧下降。,TSP-1也受Id1调节,Id1基因产物是TSP-1基因表达的负调节剂。 Id属于HLH转录因子家族成员之一, 有4种Id 分子(Id1、Id2、Id3 及Id4)。 近年来已注意到Id蛋白在正常组织不表达或表达很低，但多种肿瘤组织中表达增高，与肿瘤组织的血管形成及肿瘤侵润转移有一定关系。,Id1促血管生成机制,Id1一方面可以负调节TSP-1基因表达，另一方面又可以上调VEGF的表达，结果是促进肿瘤组织的血管形成。 由于Id1基因的激活，会导致TSP-1表达减少和肿瘤血管形成增加，因此Id1蛋白是一潜在的肿瘤治疗的靶点。,Id1促血管生成机制,Id1突变抑制血管生成,Id1突变抑制血管生成,TSP-1的双重作用,TSP-1对血管生成具有双重作用，低浓度时抑制血管生成，高浓度时促进血管生成。 这种两种相反的作用结果是由于TSP-1作用于两种不同的受体CD36和整合素相关蛋白(IAP)有关。 在低浓度时, CD36介导了TSP-1所致的抑制作用。 在高浓度时, IAP诱导了内皮细胞的迁移。,
