肿瘤微环境ppt课件.pptx

恶性肿瘤 分子遗传学疾病 1 细胞基因突变 恶性肿瘤的恶性 临床解读 肿瘤恶性生长 恶性临床表现 局部症状 组织破坏 压迫 阻塞 疼痛全身症状 贫血 感染体质性症状 发热 体重下降 夜汗恶病质 cachexia 2 恶性的科学解读 肿瘤十大特征 3 恶性来源 肿瘤细胞 正常组织细胞 持续增殖信号逃避增殖抑制免疫逃避复制永生化促肿瘤炎症侵袭和转移诱导血管形成基因组不稳定和突变对抗细胞死亡能量代谢失控 4 这一过程涉及复杂的细胞增殖 分化 相互作用 肿瘤微环境的概念 肿瘤中除了肿瘤细胞以外的组织细胞和细胞外基质组成 间质细胞血管细胞 内皮细胞 周细胞免疫细胞 天然免疫细胞 适应性免疫细胞纤维母细胞 间充质细胞 肌纤维母细胞细胞外基质参与肿瘤的起始 进展 侵袭转移 微环境细胞如何成为肿瘤帮凶 是否能够纠正其 错误 5 这一过程涉及复杂的细胞增殖 分化 相互作用 Identifiable肿瘤微环境 肿瘤微环境的形成是胚胎发育的再现 RudolfLKVirchow 1821 1902 德国医学家 人类学家 公共卫生学家 病理学家 古生物学家和政治家 首次描述肿瘤组织与胚胎组织的相似性 该发现预言了肿瘤干细胞的存在 6 第一节 发育中的细胞间相互作用第二节 肿瘤的新生血管形成第三节 肿瘤的免疫微环境第四节 肿瘤的基质微环境 肿瘤微环境的形成是胚胎发育的再现 7 第一节 发育中的细胞间相互作用一 细胞间相互作用的意义二 细胞间相互作用的机制 授课内容 8 实质细胞 间质细胞 组织 肝实质细胞 肝非实质细胞 肝细胞 完成肝脏功能的主要细胞 血管 淋巴管相关细胞 营养 代谢 免疫细胞 Kupffer细胞 间充质细胞 纤维母细胞 9 组织细胞来自胚胎发育 原肠胚形成 10 不同胚层产生不同组织 器官发育 11 发育 细胞间信号 遗传 表观遗传程序 诱导 induction 和感受 competence 是细胞间信号的基本模式 诱导 发育过程中一组细胞改变其邻近细胞的增殖和分化 从而形成组织器官的有序结构的过程诱导者 inducer 发出诱导信号的细胞应答者 responder 接受诱导信号的细胞感受 细胞感受诱导信号的能力 1 相互作用 12 晶状体发育中的诱导作用 13 交互诱导 reciprocal 和序贯 sequential 诱导 交互诱导 A诱导B的同时 B也会诱导A序惯诱导 即A诱导B形成C后 进一步诱导周围的其他细胞指导性 instructive 诱导和许可性 permissive 诱导 指导性诱导 来自诱导细胞的诱导信号能够启动应答细胞的新基因表达 没有诱导细胞 应答细胞就不能项特定方向分化 其特点 1 诱导组织A存在时 应答组织B发育成组织C 2 诱导组织A不存在时 应答组织B不能发育成组织C 3 诱导组织A不存在 但存在另一诱导组织时 应答组织B不能发育成组织C 许可性诱导 指应答组织已经完全具备进一步发育的潜能 但需要提供进行这种发育的环境 例如 许多组织需要含有fibronectin或laminin的固相支持进行发育 fibronectin或laminin并不能改变组织发育的特异性 但对于发育进程是必需的 诱导作用的几个特征 14 诱导作用的类型 胚胎中的细胞按排列主要有两类 上皮细胞 互相之间紧密接触形成片层或管道间充质细胞 互相不接触并且单独行动上皮 上皮 上皮细胞之间的诱导作用间质 上皮 上皮细胞与邻近间充质细胞间的相互作用 最常见的诱导作用 1 细胞分裂次数和方向 2 细胞形状 3 细胞迁移 4 细胞生长 5 细胞死亡 6 细胞膜和分泌产物 15 发育中的几种诱导作用 器官上皮间充质皮肤结构 毛发 表皮 外胚层 皮下组织汗腺 乳腺 中胚层 肢体表皮 外胚层 间充质 中胚层 肠道器官 肝 胰 上皮 内胚层 间充质唾液腺 中胚层 咽和呼吸道相关器官上皮 内胚层 间充质 肺 胸腺 甲状腺 中胚层 肾输尿管芽上皮间充质 中胚层 中胚层 牙颌上皮间充质 外胚层 神经嵴 16 诱导分子的机制 旁分泌 paracrine 一个细胞产生的因子经近距离扩散作用于相邻细胞 称为旁分泌相互作用 这些因子称为旁分泌因子或生长分化因子 growthanddifferentiationfactors GDFs 作用距离近 不通过血液循环发挥作用不同器官的诱导使用的是一组少数几种因子不同物种之间高度保守 2 作用机制 17 旁分泌因子及其信号转导 1 纤维母细胞生长因子2 Hedgehog家族3 Wnt家族4 TGF b家族5 其他 表皮生长因子 肝细胞生长因子 神经营养因子 干细胞因子 造血相关因子 1 RTK通路2 Smad通路3 JAK STAT通路4 Wnt通路5 Hedgehog通路6 细胞死亡通路 18 Wnt信号途径 19 sHH信号途径 20 TGF b信号途径 21 TKR信号途径 22 诱导分子及其信号机制 直接作用 juxtacrine 来自诱导细胞的蛋白质不经扩散直接与相邻细胞上的受体蛋白相互作用诱导分子与其受体都是膜表面蛋白细胞外基质ECM诱导细胞的胞浆信号直接作用于应答细胞的胞浆 Gapjunction 23 Notch受体介导的细胞间直接作用 决定细胞分化方向的选择 侧向抑制 lateralinhibition 组织分化边界的决定 24 细胞外基质介导的细胞间直接作用 细胞外基质 ECM 由细胞分泌到周围微环境的大分子组成 形成细胞之间的无细胞物质组分 胶原 蛋白聚糖和不同的糖蛋白 如Fibronectin Laminin 功能 上皮细胞附着表面 上皮细胞形成细胞层和管腔迁移 迁移表面 提供迁移方向 ECM是重要的信号分子 25 Integrinsignaling 整合素 ECM的细胞膜受体 通过RGD 精 谷 门冬 位点结合Fibronectin 胶原 Vitronectin Laminin等ECM 功能 细胞与ECM的粘附和迁移 信号转导在胞浆结合于talin和a actinin 进而结合于actin微丝 使得细胞可以通过收缩actin微丝而沿着固相的ECM迁移Outside in ECM调控细胞增殖 分化 生存 凋亡Inside out 胞内变化改变Integrin构象和配体亲和力 26 缝隙连接介导的细胞间直接作用 缝隙连接 gapjunction 以6个Connexin分子为一组 形成中空的跨膜通道 一个细胞的通道复合物再与另一个细胞的通道复合物相接 形成细胞之间胞浆的沟通 细胞之间有15 40nm空隙 传递离子和MW小于1500的分子 27 小结 实质细胞 上皮 与间质细胞 间充质 血管 免疫 ECM 之间的相互作用是发育的正常调控方式细胞间相互作用主要由旁分泌和细胞直接相互作用完成作用分子及其信号途径极端复杂 并存在广泛串话 28 肿瘤微环境细胞分类 1 血管细胞 2 免疫细胞 3 间充质细胞和细胞外基质 29 第二节 肿瘤的新生血管形成一 血管发育和功能二 肿瘤血管的特征和作用三 血管靶向治疗 授课内容 30 血管是分布最广的器官 运输功能 氧气 营养物质 代谢产物调节功能 组织发育 组织应答 血管内皮细胞周细胞 壁细胞 平滑肌细胞基底膜 31 血管 造血系统的来源 1 血管发育 32 1 血管发生 vasculogenesis 卵黄囊 33 血管发生的调控 34 血管发生中动脉 静脉的分化 35 早期EPC 晚期EPC 成熟EPC 髓系来源EPC MSC来源EPC 组织干细胞来源EPC 成年动物中的血管发生 EPC 36 血管形成 angiogenesis 37 血管形成的基本步骤 缺氧损伤 EC出芽 血管芽定向生长 血管芽融合成管腔 周细胞 基底膜 灌流 修剪 新生血管 38 血管形成调控信号 39 低氧是生理性血管形成的始动因素 40 低氧应答 O2感受与Hif a的调控 O2敏感的NADPH氧化酶 NOX 内皮细胞一氧化氮合酶 eNOS 血红素加氧酶线粒体呼吸链 H2O2 VEGF VEGFR Notch CXCR4 1a 2a 3a 41 VEGF信号在血管形成中的作用 基因敲除结果 VEGF 杂合子突变即血管发育异常 E11 5胚胎致死R1 E8 5 E9 5死亡 angioblast过度增殖 不能形成血管R2 E8 5 E9 5死亡 不能形成血岛 无vasculogenesisNeuropillin1 胚胎死亡 血管异常在Sprouting中的作用 促进血管扩张 eNOS促进通透性增加 eNOS Src促进内皮细胞增殖 Erk CaM促进内皮细胞迁移 p38 FAK促进内皮细胞生存 Akt 42 Notch信号决定Tip Stalk分化 43 招募周细胞的重要信号通路 44 ECM在血管的其他作用 调控内皮细胞信号和形态形成内皮细胞通过粘附于ECM调控其迁移 增殖和生存ECM项内皮细胞提供导向信号调控血管形成ECM调控内皮细胞形态形成影响内皮细胞管腔形成和向血管稳态转换ECM通过integrin调控内皮细胞管腔形成和形态调控新生血管从管腔形成转向管腔稳定ECM重塑膜结合型MMP调控管腔形态形成ECM降解启动血管形成和调控血管稳定可溶性MMP 1 10 调控血管退化 45 血管细胞的调节功能 内皮细胞和周细胞参与产生细胞因子调节发育支持干细胞产生扩 缩血管活性分子参与炎性应答参与血管结构的重塑 46 肿瘤新生血管 1971年Folkman首次报道 实体肿瘤的体积超过2 3mm3时 单纯的氧气扩散就已经无法支撑瘤体的生长 必须有新生血管形成才能支持其继续生长 2 肿瘤血管 47 肿瘤微环境控制angiogenicswitch 免疫细胞 通过敲除CSF 1或脂质体铬清除巨噬细胞 可阻断肿瘤血管形成肿瘤相关纤维母细胞 CAF可以产生所有的促血管生成因子前体细胞 从骨髓募集而来的EPC为angiogenicswitch所必需已经知道的关键分子 VEGF MMP 9 内皮细胞的增殖和分化PDGF 周细胞的招募和增殖SDF 1 EPC的招募其他分子 48 肿瘤新生血管的特点 多种形式血管发育 血管形成血管发生Intussusception Splittingangiogenesis 血管拟态 mimicry 由肿瘤细胞和肿瘤干细胞转分化形成血管样结构 嵌合性血管生成 肿瘤细胞直接整合入血管壁 基本利用正常血管发育的信号途径有明显的结构 功能异常与肿瘤细胞及微环境细胞有相互作用 49 肿瘤血管的结构特点 血管形态异常 血管扩张 迂曲 囊状结构形成 产生无规则连接的分支 血管密度分布不均匀 管径调节机制丧失导致异常分流 血管反应性增加 生长增加 内皮细胞 EC形态不规则 组织混乱 EC间连接减弱 细胞重叠 VE Cadherin表达下降 呈现长胞浆突起的分支表型 有时胞浆突起可突入管腔或血管周 囊泡细胞器增加 参与血管通透性的增加 血管间隙增加 周细胞 肿瘤血管的PVC减少或消失 PVC形态异常 有时出现胞浆突起 不规则分布于EC周围 PVC与EC连接松弛 表达未成熟和低收缩Markers 基底膜 基底膜与EC结合疏松 厚度异常 间断形成孔洞和突起 含有其他细胞外基质成分 有些位置无基底膜 基因表达谱 基因表达谱混乱 正常EC 尤其是组织特异性EC的特异基因表达丧失 50 肿瘤血管的结构异常 51 肿瘤血管结构异常的功能后果 血管结构异常 血管分布不均匀 部分区域血流停滞 加重缺氧 EC EC PVC EC以及PVC PVC连接松弛 增加血管渗漏 促使肿瘤中的各种细胞产生细胞因子和生长因子 加重促血管因子的表达和炎症应答 血液成分外漏使组织间液渗透压增加 进而加重液体外漏 引起肿瘤组织间隙静水压 IFP 增加 肿瘤血管塌陷 组织缺氧和酸化加重 促进转移 降低药物递送 肿瘤细胞的表观遗传改变 加重恶性表型 筛选恶性细胞 降低免疫细胞的杀伤活性 降低药物进入 降低活性氧产生 造成化疗和放疗抵抗 52 肿瘤血管结构异常的机制 癌基因缺氧代谢炎症 53 PHD2调控血管完整性影响肿瘤转移 扫描电镜 CD31 WT宿主肿瘤 PHD2 宿主肿瘤 54 肿瘤血管对肿瘤细胞和微环境细胞的影响 1 促进肿瘤细胞增殖 1 形成血管提供血源生长因子和抗凋亡因子 2 AVC 包括内皮细胞和周细胞 直接提供旁分泌生长因子 2 协助肿瘤细胞抵抗死亡 1 AVC 形成血管保证O2和血源营养因子供应 减少血管或破坏血管结构增加肿瘤细胞凋亡 3 促进侵袭转移 1 血管结构异常和细胞间连接疏松 完整性降低 促进肿瘤播散 低氧加重 2 转移播种部位有类似效应 55 4 逃避免疫摧毁 AVC 肿瘤血管缺乏高内皮小静脉 HEV 使T细胞侵润不足 抑制VEGF可促进血管正常化 形成HEV 促进CTL等抗肿瘤T细胞侵润 5 代谢重编程 AVC 异常血管引起缺氧激活HIF 直接刺激无氧酵解 同时促进侵袭生长 6 支持肿瘤干细胞 内皮细胞 周细胞和血管周IIC在原发肿瘤和转移瘤构成特定的血管龛 肿瘤血管对肿瘤细胞和微环境细胞的影响 56 兵粮策略 3 靶向治疗 抗血管靶向治疗的策略 招安策略 57 靶点 VEGF VEGFR信号 抗血管形成靶向治疗 Ig样结构域 激酶结构域 58 已应用的有抗VEGF单抗和四种TKI问题 低效 耐药 抗血管形成靶向治疗 59 基本依据 单独应用抗VEGF疗效有限 与化疗合用则疗效明显 血管正常化靶向治疗 JainRK教授 麻省总医院 于2001年提出肿瘤血管正常化 normalization 的治疗理念 抗VEGF治疗的作用机制不在于减少血管生成 而是促进了血管的正常化 使得 肿瘤血管分布正常 血流供应正常 降低缺氧和组织酸化 肿瘤血管结构