1、四川大学华西医院胸部肿瘤科四川大学华西医院胸部肿瘤科李潞李潞肿瘤血管生成及抗血管生成治疗肿瘤血管生成及抗血管生成治疗纲要纲要v什么是血管生成？v肿瘤血管生成机理v血管生成与肿瘤生长及转移的关系v抗肿瘤血管生成疗法v抗肿瘤血管生成治疗的策略掌握的要点掌握的要点v肿瘤血管生成的定义v肿瘤血管生成的特点v肿瘤血管生成的步骤v肿瘤血管生成的调控机制v什么是VEGFv什么是TAI（血管生成抑制剂）v现有的TAI及临床应用现状v抗血管生成治疗存在的问题v肿瘤是什么？肿瘤（Tumor）是机体在各种致癌因素作用下，局部组织的某一个细胞在基因水平上失去对其生长的正常调控，导致其克隆性异常增生而形成的新生物。一般
2、认为，肿瘤细胞是单克隆性的，即一个肿瘤中的所有瘤细胞均是一个突变的细胞的后代。一般将肿瘤分为良性和恶性两大类。所有的恶性肿瘤总称为癌症（cancer）。v离体细胞生长的条件有什么？温度、PH、渗透压、营养物、水、光、气体、无菌条件。v营养物和氧气提供的途径有？弥散作用；血流灌注v实体肿瘤形成早期为无血管生长期，在此期肿瘤可以通过弥散作用获得充足的营养和氧气，并及时运走代谢产物，但此时肿瘤体积很少超过2-3 mm3，细胞数量保持在几百万个。v当体积增加到2-3mm3时，肿瘤已不能单纯依靠弥散作用获取氧气和营养物质，如果没有血管长入，肿瘤组织将保持休眠状态或发生退化。而若有新生血管长入肿瘤组织,肿
3、瘤将迅速生长,并且其浸润和转移能力也大为加强。Several critical mechanisms are involved in tumor growthAngiogenesis is 1 of the 6 acquired cellular capabilities leading to malignant growthTumor AngiogenesisPoor blood supply Proliferated blood supplyNormal and Tumor Vasculature肿瘤新生血管的特点肿瘤新生血管的特点v结构紊乱、内皮不完整、血管扭曲、盲端和动静脉吻合；v通透
4、性高，缺乏引流多余液体的淋巴网络，造成间质高压，有利于肿瘤细胞的扩散和转移，但是抗癌药物通过的障碍；肿瘤新生血管的特点肿瘤新生血管的特点正常人体的血管内皮细胞的倍增时间大约为一年，而肿瘤的血管内皮细胞倍增时间仅为4天。概述概述Dr.Judah Folkman Boston Childrens HospitalJudah Folkman 教授教授肿瘤血管生成理论之父肿瘤血管生成理论之父波士顿儿童医院医疗中心外科研究室主任波士顿儿童医院医疗中心外科研究室主任美国国家艺术和科学院以及国家科学院美国国家艺术和科学院以及国家科学院(NAS)院士院士1970s Postulated process of
5、angiogenesis in cancer tumors1983 identified growth factors stimulating new capillary growthv 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。v 1863 年病理学家魏尔啸(Virchow,1821 1902)在他的著作DieKrankhaften Greschwulste中描述了肿
6、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,是肿瘤生长的副作用。v 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。v 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。v 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
7、典型的科学家契而不舍地探索,最后获得广泛认同的历史。v 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。v1971 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vFolkman J.Tumor angiogenesis:Therapeutic implication.N Engl J Med,1971,28
8、5:1182 1186.v1973 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。v20 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
9、伤口的血管一样逐渐成熟,不可能成为治疗的靶点。v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。v 1991 年,魏德纳(Weidner)、福克曼等发现乳腺癌中微血管密度
10、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。v 早在1977 年,许格贝克(Sugarbaker)等就观察到除去原发肿瘤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endostatinv1998 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
11、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。v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
12、制血管生成,治疗性血管生成(therapeutic angiogenesis)两大领域。vTumor Growth Is Angiogenesis Dependent.Angiogenesis Is Required for Spread.J.Folkman（1972）肿瘤血管生成肿瘤血管生成vDerived from two Greek words:“angio,”which means“blood vessel”“genesis,”which means“beginning”Or The formation of new blood vesselsv Occurs in healthy p
13、eople when wound healing and during pregnancy.vOccurs in cancer;tumors cannot grow without their own constant blood supply.肿瘤新生血管形成的步骤肿瘤新生血管形成的步骤v 肿瘤细胞及其它相关细胞如血管内皮细胞释放多种血管生成因子。v 在血管生成因子的作用下,血管内皮细胞发生形态改变,包括细胞器数目的增多、大小的改变以及伪足的形成。v 内皮细胞和肿瘤细胞释放多种蛋白溶酶以降解细胞外基质和毛细血管基底膜,继而引起细胞外基质重塑。v 内皮细胞从毛细血管后微静脉迁移出来,形成血管新
14、芽。v 血管内皮细胞增殖。v 肿瘤血管结构重建。内皮细胞未分化细胞血血 管管 生生 成成 Vascularization血血 管管 新新 生生 Angiogenesis细胞分裂细胞分裂 正常的血管生成正常的血管生成v胚胎期的血管生成;v妇女经期的血管生成;v创伤愈合的血管生成.1935年由Hertig描述胚胎血管形成的过程时首先采用:“血管生成 Angiogenesis）”一 词;但对于血管生成过程的真正了解，缘于观察实体瘤的生长过程。Folkman对肿瘤血管生成解释v实体瘤周边部分实体瘤周边部分 的宿主毛细血管静脉端的基的宿主毛细血管静脉端的基底膜降解，导致血管内皮细胞的迅速增殖并向底膜降解
15、，导致血管内皮细胞的迅速增殖并向肿瘤迁徙，逐步发育成熟并形成有功能的管状肿瘤迁徙，逐步发育成熟并形成有功能的管状结构（毛细血管袢），继而与宿主血管发生吻结构（毛细血管袢），继而与宿主血管发生吻合，由此构成肿瘤的血液循环系统。合，由此构成肿瘤的血液循环系统。v 种植瘤细胞绿色荧光蛋种植瘤细胞绿色荧光蛋白显像白显像v 上右：存活的三个原位上右：存活的三个原位癌细胞开始复制，并趋癌细胞开始复制，并趋向于邻近血管生长向于邻近血管生长v 下左：瘤细胞已到达邻下左：瘤细胞已到达邻近血管；近血管；v 下右：当瘤细胞增殖，下右：当瘤细胞增殖，仅只达到仅只达到100-300100-300的数的数量时，肿瘤已建立
16、了新量时，肿瘤已建立了新的功能完善的血管系统的功能完善的血管系统v 肿瘤血管形成的过程v 肿瘤细胞释放出多种血管生成因子；v 血管内皮细胞（EC）在血管生成因子的作用下出现形态改变，包括各种细胞器数目和大小的增加以及伪足的出现；v EC和肿瘤细胞释放蛋白酶以降解毛细血管基底膜和周围的细胞外基质，继而引起细胞外基质重塑；v EC从毛细血管后微静脉v 迁徙出来形成血管新芽；v EC增殖；v 肿瘤微血管分化和成型。From L.J.Kleinsmith,Principles of Cancer Biology.Copyright(c)2006 Pearson Benjamin Cummings.内皮
17、细胞未分化细胞血血 管管 生生 成成 Vascularization血血 管管 新新 生生 Angiogenesis细胞分裂细胞分裂 肿瘤细胞及成纤维细胞 合成并分泌VEGF/或bFGF等因子 与血管内皮细胞表面的相应受体结合 基因活化 分泌基质金属蛋白酶(MMP)降解血管基底膜，形成肿瘤新生血管血管生成的信号传导系血管生成的信号传导系统统 肿瘤血管生成肿瘤血管生成血管生成因子血管内皮细胞血管基底膜和细胞外基质的降解Tumor angiogenic factors(TAFs)v 血管内皮细胞生长因子（VEGF）v 碱性成纤维细胞生长因子（bFGF)v 成纤维细胞生长因子（fibroblast
18、growth factor,FGFv 血管生成素-1（angiopoietin-1,Ang-1）v 血小板衍化生长因子（platelet-derived growth factor,PDGF）正常的间质细胞在这些分子的诱导下发生增殖和迁移，同时分泌一些蛋白裂解酶，在血管内皮迁移的过程中降解基质蛋白，同时释放被基质蛋白结合的血管生长因子，进一步促进血管生成，这一过程称为血管新生。血管生成的天然活化因子血管生成的天然活化因子 VEGF VEGF的作用的作用肿瘤患者肿瘤患者VEGFVEGF的临床意义的临床意义v抗血管生成药物的作用靶点v预后指标v监测抗肿瘤治疗的反应v选择具有高复发危险的病人进行治疗
19、v肿瘤复发的监测器v诊断价值v多种肿瘤表达，包括恶性血液系统疾病；v表达水平与MVD相关；v可用ELISA的方法定量测定；v血清中样本采集简便、无创、可重复，与瘤组织中的表达程度正相关。The“Angiogenic Switch”HypothesisA balance between positive and negative regulators that usually is weighted to the inhibitors.Mechanisms of VascularizationAutocrine and paracrine control:cytokines,growth fac
20、tors and receptorsv血管内皮细胞活化导致基质金属蛋白酶（MMP)的产生，从而使血管内皮细胞移动成为可能，进而分裂形成血管。v基底膜和胞外基质的降解基底膜和胞外基质的降解(Basement Membrane BreakdownAnd Degradation of the ECM)vMatrix metalloproteases（MMP)含Zn的蛋白水解酶;v可分解细胞外基质（由蛋白质及多糖组成）;v由活化的血管内皮细胞及肿瘤细胞分泌产生.v 基质金属蛋白酶基质金属蛋白酶(MMP)(MMP)v Group IMatrilysin MMP-7 Nonfibrillar collag
21、en,gelatin,LM,FN,PGs,proMMP-1,9v Group IICollagenases,Stromelysin 1-3,Metalloelastase MMP-1,8,13,3,10-12,19,20 Fibrillar collagens,non-fibrillar,LM,FNn pro-MMPsv Group IIIGelatinase A,B,MMP-2,9 Gelatin,collagensv Group IVMT1-4-MMP,MMP-14-17:proMMP-2v与癌转移相关的主要基质金属蛋白酶:v胶原酶A（MMP-2)v 胶原酶B(MMP-9)v血管生成的其它
22、元素v细胞成分细胞成分vMacrophages vMast Cells vEndothelial CellsvFibroblasts v控制血管生成的因子控制血管生成的因子vGrowth factors；vPro-angiogenic cytokines；vAngiogenesis modulators；vAngiogenesis inhibitors。v 正向v 调节v 因子v VSv 负向v 调节v 因子：v 失平衡 肿瘤生长和转移过程肿瘤生长和转移过程v原发肿瘤的生长和转移均依赖于血管生成原发肿瘤的生长和转移均依赖于血管生成v肿瘤通过肿瘤血管从宿主获取营养和氧气肿瘤通过肿瘤血管从宿主获取
23、营养和氧气 营养代谢通路营养代谢通路；v原发原发肿瘤通过血管源源不断地向宿主输送转移细肿瘤通过血管源源不断地向宿主输送转移细胞，并在机体的其他部位继续生长和诱导血管形胞，并在机体的其他部位继续生长和诱导血管形成，导致肿瘤转移成，导致肿瘤转移转移的直接途径转移的直接途径。v血管生成与肿瘤生长血管生成与肿瘤生长v肿瘤直径直径1mm1mm时无血管，时无血管，超过超过1mm1mm需生成血管。如果需生成血管。如果没有血管生成，肿瘤生长直没有血管生成，肿瘤生长直径不会超过径不会超过2mm2mm。肿瘤发生转移前血管肿瘤发生转移前血管 生成明显增强，增强程度与肿瘤转移能力生成明显增强，增强程度与肿瘤转移能力呈
24、正相关。呈正相关。血管生成与肿瘤转移Adapted with permission from Takahashi et al.Cancer Res.1995;55:3964.v肿瘤血管生成研究的临床意义v肿瘤血管生成是其生长和转移的关键限速步骤；v诊断和预后价值；v作为抗肿瘤治疗的新靶点。FolkmanvCancer Treatmentv Surgeryv Chemotherapyv Radiationv Future Directions Inhibiting angiogenesis Blocking hormone receptors Inducing differentiation B
25、locking telomerase Inducing apoptosisAnti-angiogenetic therapyTumor shrinks with tumors blood vessels regress Shrinked TumorTumors blood vessels regressAntiangiogenic StrategiesvVEGF PathwayvOne the most effective factors stimulating angiogenesis.vVEGF Is Overproduced in the Majority of Human Cancer
26、sCancerAngiogenic Correlation With TypeFactor Poor PrognosisBreastVEGFpositivebFGFnone/reversePD-ECGFpositiveColorectalVEGFpositivebFGFpositive/nonePD-ECGFpositive/reverseLungVEGFpositivebFGFpositive/nonePD-ECGFpositiveVEGF PathwayEndothelialTumorvWhat makes an ideal therapeutic target?vPresent in t
27、he majority of patients with a specific tumour typevCausative link with tumourigenesisvEssential function in tumour cellsvNot essential for normal cellular functionTarget in VEGF PathwayvTAI的应用 抑制肿瘤的生长;防治转移和复发.TAITAI作用的五大主要环节作用的五大主要环节v阻止肿瘤细胞分泌TAFs;v阻断TAFs的效应，即通过抗TAFs抗体或抗TAFs受体的抗体来中和或阻断其生物学效应；v抗内皮细胞增
28、殖及迁徙；v干扰内皮细胞与细胞外基质（EMC）的相互作用，阻止血管网的形成；v抑制血管平滑肌细胞的生长。vAngiogenesis Inhibitor Research GoalsvTarget endothelial cells；vChronic long-term dosing；vResistance to be determined；vAim for very low toxicity；vCombination therapy may be needed。TAI的优势v 肿瘤发生时，血管形成程序已被启动，TAI抑制新生血管，可以阻止肿瘤的增殖和扩散；正常细胞不会受到影响，因为其营养血供早
29、已建立，故TAI具有；v 肿瘤血管内皮细胞是药物经静脉途径首先到达的部位，暴露于血流中，药物能直接发挥作用，故v 内皮细胞基因表达相对稳定，：肿瘤血管内皮细胞的有限损害就可以造成大量肿瘤细胞的生长抑制；v 具有一定的。v特异性和安全性v正常细胞是非血管新生性的(nonangiogenic)。无论是在癌前期还是癌变转化期,都必须发生从非血管新生性到血管新生性的表型转换，肿瘤才能得以生长。v内皮细胞的增殖，在肿瘤组织中比正常组织中快50倍。vTAI的分类v直接抑制血管内皮细胞的药物;v阻断基质分解的药物;v阻断血管生成活性物的药物;v其它药物：如抑制整合蛋白分子的药物整合蛋白(integrin)是
30、细胞粘附分子,具有粘附、移动及信号转导功能全球全球TAITAI研究概况研究概况全球有全球有300300多家公司正在研究抗血管生成药物多家公司正在研究抗血管生成药物;目前有目前有70+70+种药物正在进行肿瘤治疗的临床试验种药物正在进行肿瘤治疗的临床试验;1717个国家的个国家的1000010000个病人曾使用过抗血管生成药物个病人曾使用过抗血管生成药物;据血管生成研究基金会估计据血管生成研究基金会估计:至少有至少有4040亿美元投资亿美元投资到有关研究上。到有关研究上。v Thalidomide(Celgene Corp)infamous morning sickness prescripti
31、on banned in the 1960s.Targets VEGF,bFGF,TNF,and the COX-2 enzyme.v Avastin(Genentech)-Monoclonal Ab that inhibits VEGF.Very promising,especially when used in combination with chemotherapy.Approved by FDA asv the fist line treatment drugs for advanced clone caner in 27 Feb.2004.v Gleevec(Novartis)Si
32、gnal tranduction inhibitor approved for chronic myeliod leukemia and gastrointestinal tumors.Found to have antiangiogenic activity and being tested in RCC.v Herceptin(Genentech)Signal transduction inhibitor for Her2 neu-positive breast cancer also blocks blood vessel formation.v Celebrex(Pfizer)arth
33、ritis drug found to inhibit angiogenesis.v Neovastat(Aeterna Labs)More on this in a minute!美国正处于临床试验中的美国正处于临床试验中的TAI作用机制作用机制临床试验药物临床试验药物抑制基底膜的降解抑制基底膜的降解BMS-275291,COL-3,Dalteparin,Suramin 2-methoxyestradiol,直接抑制血管直接抑制血管内皮细胞内皮细胞LY317615(Protein Kinase C Beta Inhibitor),Soy Isoflavone(Soy Protein Lsol
34、ate),Thalidomide,阻断促血管生成因阻断促血管生成因子的激活子的激活AE-941,Anti-VEGF antibody(Bevacizumab),Interferon-a,VEGF-Trap,ZD6474抑制整合素抑制整合素EMD121974,Medi-522(VitaxinTM)非特异性抑制剂非特异性抑制剂CAI,Celebrex,TempostatinTM,VIOXX日本正在研发的日本正在研发的TAINukatsuka 等(大鹏)TAS107（新的cathepsin L 抑制剂）Ono H 等(Eisai)ER-68203-00(新抗血管生成药)Kuroda K 等(三共)小
35、分子 MMP抑制剂Oga 等(Chiba 癌中心)脑瘤抗新生血管基因治疗（edostatin gene）Naguchi R 等(Nara 医科大学)Perindopril(ACE抑制剂，对抗肝癌生长和新生血管)Fujita H 等(大鹏)TSU68（口服新生血管抑制剂）Nakamura K 等(Kirin)KRN633(小分子VEGF TK酶抑制剂)v2005年年2月美国月美国FDA批准批准 Avastin(bevacizumab)v作为转移性结肠癌的一线治疗药物。作为转移性结肠癌的一线治疗药物。Avastin is manufactured by Genentech Co.vWhen VEGF is targeted and bound to Avastin,it cannot stimulate the growth vof blood vessels,thus denyingvtumors blood,oxygen and vother nutrients needed for vgrowth.Anti-VEGF monoclonal antibody肿瘤新生血管抑制疗法的肿瘤新生血管抑制疗法的 里程碑里程碑
