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1、肿瘤血管生成,暨南大学附属第一医院外科 潘运龙,血管生成(angiogenesis) “angiogenesis”一词始见于1900 年一篇讨论肾上腺生长的论文,作者鲁道夫斯特纳(Rudolf Steiner) ,发表在约翰霍普金斯医院报告上。“angio”指血管, “genesis”指起源。,血管发生(vasculogenesis) 胚胎血管生成学说表明,造血干细胞沿血管排列发展为血岛,血岛中心的细胞发育为血细胞,而血岛周围的细胞发展为内皮细胞。近期的肿瘤实验动物模型证明了类似的过程,即骨髓中的造血干细胞通过循环、积聚、融合形成新血管。血管发生对人类肿瘤的作用还不清楚,多数学者对此机制是否可
2、以作为肿瘤治疗的靶目标尚持保留态度。,血管生成(angiogenesis) 血管生成是肿瘤新生血管形成的关键因素。血管生成包括以下几个步骤:小血管内皮细胞的激活,细胞外基质的降解,细胞在基质中迁移、增殖,内皮细胞组建为中空管道,管道最终吻合形成新的毛细血管。,缺氧(hypoxia) 肿瘤生长依靠于邻近血管,最终获得氧供,直到超过一定体积发生缺氧为止。继发缺氧可上调一系列促血管新生因子的表达来诱导肿瘤血管新生的发生,如DNA 转录及稳定mRNA。缺氧诱导产生的转录因子HIF1可继发调节DNA 转录,这些因子是内皮细胞生长和存活的高度特异性因子,其中包括VEGF、bFGF、TGF 和TNF。而VE
3、GF 和bFGF 被认为是血管新生过程的最重要介质。,古希腊伟大的思想家、科学家亚里士多德(Aristole ,公元前384前322)在他的著作Parts Of Animals中详细地记录了从鸡蛋到小鸡孵出期间鸡胚的血管发展情况。1868 年,希斯(His) (18311904) 作了可能是人类早期对鸡胚血管发育最为详尽的研究。,1863 年病理学家魏尔啸( Virchow , 1821 1902 ) 在他的著作DieKrankhaften Greschwulste中描述了肿瘤具有丰富的血管的现象。20 世纪40 年代,一些研究人员已经认识到肿瘤可诱导血管生成,但他们认为是一种炎性反应,是肿瘤
4、生长的副作用。,外科医生也经常注意到肿瘤周围丰富的血管,但这一现象被简单地认为是已有血管的扩张。20 世纪60 年代,格瑞布莱特( Greenblatt) 、夏比克(Shubik) 等提提出了肿瘤可产生可溶性促血管生成物质的假设。,将血管生成作为理论提出并探讨其治疗意义是哈佛大学福克曼(Folkman) 教授的杰出贡献。,In 1971 Folkman published a seminal paper in the New England Journal of Medicine, proposing the hypothesis that all tumor growth is angiog
5、enesis-dependent. This founded the field of angiogenesis research and opened a field of investigation now pursued by scientists in many fields worldwide. Folkmans laboratory purified the first angiogenic protein from a tumor, discovered the first angiogenesis inhibitors and initiated clinical trials
6、 of antiangiogenic therapy. Today, angiogenesis inhibitors have received FDA approval in the U.S. for cancer and for the treatment of macular degeneration and are also approved in 27 other countries. Largely because of Folkmans research, the possibility of antiangiogenic therapy is now on a firm sci
7、entific foundation, not only in the treatment of cancer, but of many non-neoplastic diseases as well.,DNA 双螺旋结构的发现人之一,诺贝尔奖获得者沃森(Wat son)则将“血管生成之父”福克曼( Folkman) 教授与达尔文相提并论。血管生成研究的历史是一个典型的科学家契而不舍地探索,最后获得广泛认同的历史。,1961 年福克曼因服兵役到美国海军医院作研究工作,被要求的工作是找出红细胞的代用品来解决航空母舰上备血的问题。在实验中,福克曼意外地观察到移植到小鼠的肿瘤在生长过程中,周围必会有
8、新生小血管来滋养肿瘤;没有足够的血供,肿瘤的体积只能维持在较小的尺寸。,1971 年,福克曼在总结自己和前人观察基础上大胆地提出了肿瘤血管生成的理论,即:肿瘤生长和转移都依赖于血管生成,抗血管生成可起到治疗肿瘤的作用 Folkman J . Tumor angiogenesis : Therapeutic implication. N Engl J Med ,1971 ,285 :1182 1186.,1973 年研究人员首次从脐静脉分离培养内皮细胞成功。1979 年,福克曼等建立了毛细血管内皮细胞长期培养,内皮细胞培养的成功极大地促进了血管生成的研究。此后,一系列的血管生成模型相继出现,如经
9、典的鸡胚绒毛尿囊膜(chickchorioallantoic membrane ,CAM) 模型、角膜移植模型、皮下基质胶(Matrigel)模型等。,20 世纪70 年代末,研究人员逐渐认识到肿瘤的血管网是新生的血管,对血管生成进行定性定量是可能的。但大多数人仍然认为这些新生的血管是由于肿瘤坏死产物引起的炎性反应,甚至是机体对肿瘤的防御反应。并且,一部分研究人员认为肿瘤的血管会和伤口的血管一样逐渐成熟,不可能成为治疗的靶点。,有意思的是,在肿瘤血管生成领域的很多重要发现都出乎人们的意料。TNP - 470 是人类发现的第一种特异性地抑制血管内皮细胞生长的物质,也是第一个进入临床实验的抗血管生
10、成药物。TNP - 470 的发现是科学史上又一个“偶然”的例子。福克曼实验室的英格勃( Ingber) 在一次培养内皮细胞时,偶然发现细胞被真菌污染,引起内皮细胞的退化。细胞培养被污染是研究人员经常会遇见的事情。但英格勃没有简单地扔掉细胞,而是推测真菌中可能含有抑制血管生长的物质,最终从真菌中纯化得到了TNP - 470 。,1991 年,魏德纳(Weidner) 、福克曼等发现乳腺癌中微血管密度越大,预后越差,第一次报道了血管生成与肿瘤预后的关系。此后陆续在膀胱癌、前列腺癌、肺癌、黑色素瘤等肿瘤中发现了这种相关性。,早在1977 年,许格贝克(Sugarbaker) 等就观察到除去原发肿瘤
11、将导致转移部位肿瘤的迅速生长。1994 年,福克曼实验室的欧瑞里(OReilly) 从荷有Lewis 肺癌的小鼠尿中分离到一种纤维蛋白溶酶原的剪切片断,命名为angiostatin ,该物质可完全抑制小鼠皮下移植Lewis 肺癌的肺转移。以类似的方法,欧瑞里等在1997 年又发现了endostatin。,1998 年,在美国媒体的推波助澜下,福克曼的影响达到了颠峰。1998 年5 月3 日星期天的纽约时报在头版报道了福克曼等人在angiostatin 和endostatin 方面的研究成果。报道引用了两位权威人士的话,诺贝尔奖获得者沃森(Walt son) 说:福克曼将在两年内征服肿瘤。美国国
12、家癌症研究所主任克劳斯勒( Klausner) 说:angiostatin 和endostatin 是抗癌药物中最令人振奋的发现。,目前研究发现血管生成所涉及的疾病领域已远不止肿瘤一种,还包括风湿性关节炎、Crohns 病、银屑病、糖尿病视网膜病变、动脉粥样硬化、先兆子痫、子宫内膜异位、Alzheimer 氏病、肥胖症等。促进血管生成对于心血管疾病、器官移植、伤口愈合也有重要意义。血管生成理论在应用上已分成了抑制血管生成,治疗性血管生成( therapeutic angiogenesis) 两大领域。,肿瘤抗血管生成治疗临床应用,一、血管生成抑制剂 1 基质金属蛋白酶抑制剂( TIMPs) T
13、IMPs 可以与金属蛋白酶的锌指结构结合而抑制其活性,从而防止细胞外基质的降解和基底膜的破坏,抑制肿瘤血管生成。 2 直接抑制内皮细胞的药物 沙利度胺,曾用名为反应停。在临床试验中疗效最显著的就是应用于多发性骨髓瘤的治疗。,3 抑制促血管生成因子的药物 Bevacizumab (商品名:avastin) 是一种单克隆抗体,于2004 年2 月26 日获得FDA批准上市用于一线治疗晚期结直肠癌,这是首个VEGF 抑制剂。Hurwitz 等对900 多名已转移且未经治疗的结直肠癌患者进行临床试验发现,同时接受Bevacizumab 联合IFL 方案(5FU + Leucovorin + CPT21
14、1) 化疗的患者,与只接受化疗的患者相比,其中位生存期平均延长5 个月。Bevacizumab 是用于抗VEGF 抗体治疗癌症的一个成功的例子,2004 年2 月被FDA 批准为转移性直结肠癌的一线用药。,4 抑制整合蛋白分子的药物 整合蛋白(integrin) 是细胞粘附分子,具有粘附、移动及信号转导功能,二、传统细胞毒化疗药物 传统化疗以直接杀伤肿瘤细胞为目标。最近几年来发现某些化疗药物在低剂量、长时间接触中可选择性的抑制血管内皮细胞的功能。这称之为小剂量化疗和抗血管生成化疗。 根据Miller 等在2001 年提出的筛选有实际意义抗血管生成化疗药物的筛选标准,已被证实的抗血管生成化疗药物
15、主要有环磷酰胺、紫杉醇、长春新碱、优氟定和羟基喜树碱等。,针对VEGF 治疗肿瘤的策略,1 VEGF 反义寡核苷酸 使用VEGF 反义寡核苷酸抑制VEGF 的表达,目前还处于试验阶段。 Hotz 等给裸鼠胰腺移植人类胰腺肿瘤, 试验组用V EGF 基因的反义寡核苷酸AS23 (V EGF 基因的cDNA) 行腹膜内注射(10 mg kg d ) ,对照组给予安慰剂注射。共观察14 周后行尸体解剖, 并以抗CD231 染色法检查肿瘤血管密度。试验结果发现,与对照组相比,试验组原发肿瘤体积小( P 0. 01) ,血管新生明显减少( P 0. 01) ,远处转移少( P 0. 01) ;对照组有5
16、0 %的裸鼠有腹水,腹水中的VEGF 浓度均很高,而试验组中无一例出现腹水。,2 VEGF 受体反义寡核苷酸 VEGF 受体的反义核苷酸可抑制VEGF 受体表达,从而阻断VEGF 的信号转导通路。Kamiyama 等用VEGFR22 的反义核苷酸治疗胃癌。首先将人类胃癌细胞注入裸鼠的结肠系膜内,待成瘤后,一组腹腔内注射VEGFR22 反义寡核苷酸,另一组注射生理盐水,每天1 次,共7 次; 治疗结束14 d 后开腹检查。与对照组相比,VEGFR22 反义寡核苷酸治疗组肿瘤结节内血管密度少,腹膜转移结节少,表明VEGFR22 反义核苷酸治疗可抑制血管新生而显著抑制肿瘤转移。,3 中和血循环中的VEGF 近年来,研究者将中和循环中已存在的VEGF 方法应用于临床,并取得了成功。 3. 1 抗VEGF 抗体 靶向VEGF 的单克隆抗体可以特异性地与VEGF 相结合。Bevacizumab 是一个靶向VEGF 的重组人源性单克隆抗体。,3. 2 可溶性VEGF 受体 由于VEGFR-1 与VEGF 有
