vegf及其与肺癌的关系

VEGF 及其与肺癌的关系 作者：刘小芳,诸兰艳 作者单位：湖南长沙，中南大学湘雅二医院呼吸内科（ 研究生， 导师） 【关键词】 VEGF；肺癌；表达调控 肺癌在 19 世纪还是一种罕见的疾病。自 20 世纪以 来，特别是 20 世纪下半叶后，肺癌的发病率和高死亡率呈逐年上升趋势。最近几年的研究 表明，肺癌的发生、发展、转移和预后与其血管生成有着密切的关系。有研究提示新生血 管的形成与肿瘤细胞的无限增殖密切相关。近年发现许多新生血管因子，如 VEGF（血管 内皮生长因子） 、碱性成纤维生长因子、纤维母细胞生长因子、转化生长因子和血小板源性 生长因子等，其中 VEGF 是目前发现的一种新的作用较强和特异的血管调节因子。 VEGF(vascular permeability factor,VPF)又称血管通透因子，对血管内皮细胞的增殖、基膜 水解和血管构建的作用较强，且特异性高，是诱导肿瘤血管形成作用较强和特异的调节因 子。本文就 VEGF 的结构及其受体，主要生物学功能，以及与肺癌的关系特做如下综述。 1 VEGF 的结构及分布 VEGF 是 1989 年由 Ferrara 等从垂体滤泡星状细胞体外培养液中首 先纯化出来的，并发现具有促血管内皮细胞有丝分裂的活性1 。与 1983 年 Senger 等 2从肿瘤细胞发现的一种蛋白质，能引起小静脉对血液中大分子物质通透性增高的血管 通透因子，二者经蛋白质序列和基因分析证实其为同一基因，是由不同剪切方式产生的系 列产物。人 VEGF 基因定位于第六对染色体的长臂上，长约 14kb,由 8 个外显子和 7 个内 含子交替剪接构成。VEGF 是一种糖蛋白，分子量在 3445KD 之间，由两个分子量为 1722KD 的相同亚基，通过二硫键形成二聚体，且只有以二聚体的形式存在才具有活性。 各单体本身则无生物学活性。已发现的 VEGF 家族成员有 6 个，分别是：VEGF- A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E 和胎盘生长因子（PIGF） 。VEGF 广泛分布于 体内各组织，如脑垂体、肾脏、肾上腺、卵巢等。在个体胚胎发育过程中，VEGF 可能参 与胚胎体内血管的形成，在成人体内不但参与了正常血管形成过程，而且分布在没有明显 的新生血管形成的部位如成年个体的心脏、脑组织、肺组织、肾脏及骨骼肌中。 2 VEGF 的受体及生物学功能 VEGF 家族是一种高度特异的血管内皮有丝分裂原，通过与血管内皮 细胞生长因子受体结合，引起一系列的信号转导，释放多种细胞因子，刺激血管（淋巴管） 内皮细胞增殖和迁移3 。促进新生血管及淋巴管生成，在肿瘤的生长和转移中起重要作 用，目前已发现的血管内皮生长因子受体（VEGFR）有 3 种：分别是 VEGFR1(Flt-1)、 VEGFR2(Flk-1/KDR)和 Flt-4。属于 TPK 受体超家族4 。有含 7 个免疫球蛋白样结构的 胞外区，膜区及酪氨酸激酶区，均是跨膜受体，其共同特点是催化域内有酪氨酸激酶插入 区，该酪氨酸激酶的活性通过受体和配体结合后而激活，由受体自身磷酸化而引起细胞内 许多酶和其他反应。已证实人类5VEGF 的受体为 200KD 含激酶插入区的 KDR 和 180KD 的两种，均属于酪氨酸酶受体家族第三型，其共同结构特点是：都含有一个由 7 个 免疫球蛋白样环组成的胞外区和一个短的跨膜区以及细胞内的酪氨酸激酶。其结构特点是 胞内区段具有 TPK 活性区域，胞内区是与细胞内信号传导相关的结构域，也是各种蛋白激 酶的作用点和一些活性蛋白的结合区，当受体和细胞因子结合时，受体的 TPK 可被激活， 即受体本身可介导信号传递。跨膜区功能是连接胞外区和胞内区将受体锚定于细胞膜，其 构象的改变可能参与受体的信号传导。VEGFR 主要在内皮细胞上表达，当然在其他少数细 胞上也有表达，如滋养层细胞、单核细胞和肾小球细胞上有 VEGFR-1 的表达，在造血干 细胞和巨核细胞上有 VEGFR-2 的表达，在某些瘤细胞上也有 VEGFR-1 或 VEGFR-2 的表 达。不同的 VEGFR 被 VEGF 活化后产生的效应不同，活化 VEGFR-1 缺陷的细胞上的 VEGFR-2,可产生细胞增殖的效应，而活化 VEGFR-2 缺陷的细胞上的 VEGFR-1,则产生细 胞移行的效应，说明由 VEGFR-1 和 VEGFR-2 介导的信号传导不同，但其机制尚不清楚。 VEGF 的主要生物学功能为：（1）选择性增长血管内皮细胞有丝分裂，刺激内皮细胞增殖 并促进血管形成；（2）升高血管尤其是微小血管的通透性，使血浆大分子外渗沉积在血管 外的基质中，为肿瘤细胞的生长和新生毛细血管网的建立提供营养；（3）促进肿瘤的转移， 肿瘤的增殖和转移依赖血管生成 VEGF 使血管内皮细胞分泌胶原酶和纤溶酶原，借以降解 血管基底膜，同时，肿瘤组织内部新形成的微血管基膜不完善，这种性质使肿瘤易于进入 血循环；（4）其他作用：VEGF 可诱导上皮细胞间隙出现及开窗现象，可活化上皮细胞的 胞质小泡及细胞器。VEGF 直接刺激内皮细胞释放蛋白水解酶，降解基质，释放更多的 VEGF，加速肿瘤的发展，细胞外蛋白酶又可激活细胞外基质的结合性 VEGF 的释放。 VEGF 通过增加血管通透性使血浆蛋白包括纤维蛋白原释放，形成纤维素网络，为肿瘤生 长、发展和转移提供了良好的基质。淋巴内皮细胞的生长与血管内皮细胞相似，均要受 VEGF 等细胞因子的调控，VEGF 同样有可能促进肿瘤周围淋巴管增生，从而加速淋巴道 转移；（5）VEGF 可能抑制机体的免疫反应，促进恶性肿瘤的浸润与转移。 3 VEGF 与肺 癌的关系 3.1 VEGF 在肺癌的生长、浸润、转移的作用 肿瘤血管是肿瘤生长和浸润、转移 的形态学基础，不仅向肿瘤组织提供丰富的营养，也向肿瘤宿主输出大量肿瘤细胞，导致 肿瘤的扩散和转移。肺癌的形成是一个非常复杂的过程，大体可分为两个阶段，即肿瘤细 胞的克隆性增生阶段及继之而来的血管形成促进肿瘤持续生长的阶段，它与某些基因的改 变，细胞外基质及细胞液微环境的改变，多种细胞因子的正负调节如纤维母细胞生长因子 （FGF） 、转化生长因子（TGF） 、血小板源性生长因子(PDGF)和血管内皮生长因子 （VEGF）等，其中 VEGF 被认为是促进血管形成的主要因素。它参与肺癌血管的再生， 肿瘤的生长和转移。VEGF 和受体结合后，通过发挥以下作用而促进肺癌的发生和发展： （1）直接刺激肺血管内皮细胞分化增殖和迁移，促进血管的构建及生长。加快基底膜降解， 诱导内皮细胞成窝，促进内皮细胞移动，这不仅有利于血管生成，还有利于癌细胞脱落进 入肺血管或向邻近纤维蛋白和结缔组织基质扩散，为肿瘤的浸润转移创造条件。(2)提高血 管通透性，是已知最强的血管渗透剂，比组胺作用大 5 万倍，因此，VEGF 可刺激血浆蛋 白等外渗并沉积在细胞外基质，作为肿瘤基质和毛细血管形成的基础。 （3）改变细胞外基 质。VEGF 可促进内皮细胞表达血浆蛋白溶酶激活物（PA）及血浆纤溶酶原激活物抑制剂- 1（PAI-1）以及诱导组织因子间质胶原酶和蛋白水解酶等在内皮细胞的表达，从而改变细 胞外基质，诱导血管形成。 （4）诱发恶性胸水。VEGF 与受体结合后通过一系列信号传导 机制导致血管内皮细胞分裂增殖，同时增加血管通透性，使血浆蛋白外渗，为胸腔积液形 成提供了合适的微环境。 （5）肿瘤血管生成也有利于肿瘤细胞浸润淋巴管，促进肿瘤向淋 巴结转移。 （6）VEGF 尚可通过抑制肿瘤宿主的免疫系统促进肿瘤转移。 3.2 VEGF 在肺 癌组织中的表达及其表达调控 Trape 等6采用 ELISA 法定量研究，显示肺癌患者血清 VEGF 水平显著高于良性疾病及健康人（P 0.001）,以 450ng/L 为限，进而认为血清 VEGF 水平对肺癌具有诊断价值，但与组织类型和临床分期无相关。而 Matsuyama 等用相同方法 研究，发现血清 VEGF 水平随临床分期上升有很明显升高（P 0.0001）,提示血清 VEGF 水 平可用于推测病情进展情况。肺癌患者呼吸道 VEGF 含量变化关于这一方面的研究还较为 有限。Ohta 等用 ELISA 定量研究支气管肺泡灌洗液（BALF）VEGF 含量，发现肺癌患者 病侧及健侧肺 BALF 的含量较良性肺疾病的含量高，单就健侧肺比较，肺癌较良性肺疾病 的升高更为明显（P=0.047） 。血浆 VEGF 水平与性别、年龄、肿瘤所在部位、组织学类型 无关。有研究表明7 ，肺癌组织中微血管密度 25 5 和 VEGF 阳性表达率 51%明显高于正 常肺组织中微血管密度 14 7 和 VEGF 阳性表达率 17%（P 005）;肺鳞癌和腺癌中 VEGF 的阳性表达率与微血管密度比较差异无显著性（P 0.05）,高、中、低分化肺癌组织中 VEGF 的阳性表达率分别为 13%、58%和 82%，三者比较差异有显著性（P 0.05） 。Volm 等 8研究发现,无论是在体外培养的肺癌细胞中，还是在肿瘤细胞接种无胸腺裸鼠形成荷 瘤裸鼠动物模型的肿瘤细胞中，抑或是在人体肺癌组织中均有 VEGF 的高表达。原位杂交 显示 VEGFmRNA 主要分布在肿瘤细胞中，而肿瘤细胞外缺乏 VEGFmRNA，这提示 VEGF 是由肿瘤细胞产生的。免疫组化染色显示 VEGF 在肺癌细胞和癌旁的新生血管内皮 上都有明显阳性，提示 VEGF 是通过旁分泌机制促进血管生成的。VEGF 在肺癌的不同组 织学类型中表达程度有明显差异，即腺癌组织中 VEGF 表达度比鳞癌组织显著增高9 ， VEGF 的表达与肺癌的淋巴结和远处转移有密切联系，VEGF 表达阳性者，淋巴结和远处 转移明显增高。VEGF 的表达与肿瘤的分化程度亦密切相关，低分化者的表达明显高于高 分化者。多数研究显示 VEGF 的表达与肺癌的预后有明显相关，高表达者预后较差。一般 认为在肺癌组织中 VEGF 的表达与性别、年龄及肿瘤分期无明显相关。VEGF 抗体及 VEGF 受体试验证明，VEGF 抗体可抑制肺癌的发展，阻断 VEGF 受体的活性，可抑制肿 瘤的血管形成和发展。Brekken 等10用抗人特异性 VEGF 抗体（2C3 ）治疗裸鼠负荷肺 癌，结果发现该抗体使裸鼠血管通透性下降，并剂量依赖性的抑制瘤体的生长。研究证明 2C3 选择性抑制 VEGF 结合 VEGFR22(flk21)，从而抑制肿瘤细胞的生长、存活和血管重建。 目前已构建多种 VEGF 抗体并进入临床试验，如 rhuMAb VEGF，在针对晚期肺癌的期 临床试验中，联合化疗使病情进展减缓，生存期延长。与 VEGFR 相关的另一类药物是 VEGFR 酪氨酸激酶抑制剂，能显著抑制 VEGF 高表达肿瘤细胞株的生长，并阻断胸水的 形成。 3.3 抗 VEGF 治疗肺癌研究进展 血管内皮抑制素(endostatin)的体外实验证明，其 对接种 Lewis 肺癌小鼠有明显的抑瘤作用。免疫组化表明内皮抑素能阻断血管生成，并通 过抑制血管生成使肿瘤处于休眠状态，从而起到抗肿瘤作用。血管生成抑制剂有较好的特 异性，剂量小，疗效高，不良反应少，不易发生耐药，目前已有近 30 种血管生成抑制剂分 别进入期临床试验。肿瘤生长与转移是一个依赖于血管生成的过程，肿瘤血管形成 是由肿瘤细胞和肿瘤浸润炎症细胞如巨噬细胞或肥大细胞产生的促血管形成因子所介导的。 VEGF 与其他生长因子不同，它的高亲和力受体主要局限于内皮细胞，这决定它与肿瘤血 管生成有密切关系。抑制 VEGF,减少血管生成，切断肿瘤血供是近年来治疗肺癌的研究热 点。近 5 年来，随着基因转移技术的成熟，基因治疗被广泛应用于肿瘤治疗中。目前抗肿 瘤血管形成基因治疗主要是通过以下三个途径进行：（1）下调促血管形成因子的表达。 （2）诱导抗血管形成因子的生长。 （3）合成重组的可溶性受体，以竞争性抑制促血管形成 因子与相应的血管内皮细胞受体结合。近年来，以下一些试验表明，抗 VEGF 治疗肺癌研 究已取得了令人鼓舞的结果。野生型 P53 基因是一种抑癌基因，具有调节细胞增殖周期和 诱导细胞程序性死亡等抑癌功能11 ，它的失活对肿瘤形成起重要作用。P53 基因突变将 激活 VEGF 表达，增加新生血管数量，促进肿瘤生长。Oshika 等12采用单克隆抗体阻 断 VEGF 与 VEGFR 的结合，从而阻断了 VEGF 导致的血管通透性的增加，并抑制肿瘤的 生长。这表明，VEGF 抗体抑制肺癌生长和转移的作用不是直接抑制肿瘤细胞的生长，而 是通过抑制肿瘤血管的形成来实现的。肿瘤血管形成被抑制后，肿瘤的营养来源和转移通 道被阻断，可以到达治疗肿瘤的目的。反义 RNA 是一类很小的转录弥散物，能与特异 mRNA 顺序互补配对，从而阻断 mRNA 翻译成蛋白质。Leung 等13将腺病毒介导的相 关 VEGF 反应 mRNA 导入肿瘤细胞，培养时 VEGF 的表达减少，将瘤细胞种植与裸鼠皮 下，结果发现肿瘤生长受到明显抑制，血管生成减少，坏死增加。核酶（ribozyme）是具 有催化活性的 RNA,可序列特异性地切割 RNA 分子，根据核酶二级结构的自我剪切模型和 理论，人们可设计出各种所需要的核酶及其基因，用以剪切有害基因转录出的 mRNA 或其 前体，从而抑制肿瘤基因的表达。Oshika 等14将针对外显子 6 的锤头状核酶导入非小 细胞肺癌系 OZ-6PVR,结果 VEGF mRNA 受到明显抑制，将 OZ-6PVR 细胞以 1 105 接种于 裸鼠体内，无 1 例形成肿