血管生成笔记.doc

肿瘤发生后生长过程大致可分为:第一时期为无血管期或称为血管前期，该期肿瘤细胞的营养供给及代谢产物的排泄主要靠简单的物理弥散作用，临床表现为原位癌或微转移灶，此期持续时间长，肿瘤生长受限，体积停滞在12mm3耐大小。第二时期为血管期也称血管浸润性生长期，当实体肿瘤直径达到或超过1一2mm时，肿瘤已不能单纯依靠弥散作用获取氧气和营养物质，新生血管的不断形成及其营养支持作用是肿瘤生长的必要条件，有实验证明肿瘤的生长依赖于血管生成:在鸡胚绒毛尿膜囊(CAM)上生长的肿瘤，体积大于1mm3后，如果3天内无血管长入，肿瘤将发生坏死和溶解;如果血管长入，肿瘤体积快速增长。鼠皮下移植瘤的实验亦证实:肿瘤在无血管时呈线性生长，血管生成时呈指数生长。第三时期为转移期，由于肿瘤诱发的新生血管不同于正常血管，其结构与功能异常，如扭曲、扩张、动静脉短路及分又，不能适当吻合，使血流积聚于盲端，易引起局部坏死;另一方面肿瘤组织内微血管基质不完善，如血管壁缺乏平滑肌支持，壁很薄，易通透，使瘤细胞产生的各种因子和蛋白酶类渗透到血管内，同时瘤细胞易进入血管顺血流转移到远隔部位，因此，新生的微血管是肿瘤浸润、转移的第一站，肿瘤微血管数量越多，肿瘤细胞进入血液循环的机会就越大，转移概率也越大。瘤细胞进入血循环后，自身形成同聚物或与白细胞、血小板形成异聚合物，通常这些聚合物被称之为癌栓，癌栓留驻在远端血流缓慢的毛细血管处，进而黏附血管内皮并诱导内皮崩解，癌细胞穿出微血管后，与基底膜接触通过特殊膜受体结合基质蛋白，并通过与最初侵袭原发组织同样的机制，完成在远端组织的转移。转移灶形成过程也会出现第一、二期的发展阶段，并在一定条件下发生再度转移。许多研究证实，实体瘤只有具备了血管生成表型后才能恶性生长、扩散及转移，新生血管通过灌注形式为肿瘤细胞提供所必需的营养，也是肿瘤细胞代谢产物排泄的有效渠道，同时新生血管为肿瘤细胞向远处转移提供了重要途径。肿瘤转移是一个多步骤、多因素、多基因综合作用的复杂生物学过程。主要包括脱离、转运和生长三个主要环节，基本过程大致可分为以下几个阶段:首先是原发瘤增殖、肿瘤新生血管生长;肿瘤细胞表面再生黏附分子降低，细胞之间黏附性减小，使肿瘤细胞从原发部位脱落，粘连侵袭基底膜并在周围间质中浸润生长;肿瘤细胞对周围组织、血管、淋巴管的压迫和浸润，与局部毛细血管或毛细淋巴管内皮细胞密切接触并穿透其管壁，或突入腔道;肿瘤细胞在血管淋巴管内继续存活并被转运，同时启动血小板聚集，形成小瘤栓，到达原隔靶组织并滞留于靶器官的微小血管中;肿瘤细胞与血管或淋巴管内皮细胞和基底膜粘连，穿透毛细血管或毛细淋巴管壁，并产生蛋白溶解酶，破坏组织结构;肿瘤细胞生长、繁殖及转移灶的形成;肿瘤间质内新血管形成及转移灶的快速生长。由此可见，肿瘤转移是一具有内在联系的复杂的。血管生成方式：1 内皮依赖性血管: , 包括出芽式血管生成(sprouting angiogenesis)和套入式血管生成。出芽血管生成一般包括五个步骤，即肿瘤诱导释放多种血管生成因子；血管内皮细胞因血管生成因子的作用而激活，血管扩张、渗透性增高，在血管周围形成富含纤维的临时基质；内皮细胞和肿瘤细胞释放蛋白水解酶降解血管基底膜和细胞外基质；内皮细胞增殖、迁移并形成血管芽；血管分化成型和新基质的再充填，形成新生血管网系统。特点是局部血管舒张、 血管通透性升高和内皮细胞的增殖,在体内启动出芽式血管生成是个较为迟缓的过程。套入式血管生成：不是以大范围的内皮细胞增殖、基底膜降解以及侵袭周围组织为基础, 而是通过在已有的血管管腔内形成大量的跨血管组织微柱使毛细血管在自身基础上扩张, 这一过程在几小时甚至几分钟内就会出现。2、血管生成拟态：不依赖内皮细胞,而通过肿瘤细胞自身变形和与细胞外基质作用, 模拟血管壁结构形成可输送血液的管道系统, 重塑肿瘤微循环,并可与宿主血管连通使肿瘤获得血液供应。3、马赛克血管是由瘤细胞和血管内皮细胞相间排列在肿瘤血管壁上, 共同围成肿瘤的血管腔；形成的机制大致有以下三种:由于内皮细胞的脱落, 肿瘤细胞就会暴露于管腔; 一些内皮细胞在肿瘤的演进过程中丧失了免疫标记活性, 在实验中不显色而成为隐性细胞;肿瘤细胞浸润血管壁并位于血管壁上和内皮细胞共同构成管壁结构。4、成血管细胞募集: 是指肿瘤组织分泌的促血管生成因子动员骨髓中的循环内皮前体细胞，引导它们到达肿瘤局部直接参与肿瘤血管的形成。5、共同选择( cooption) : 是肿瘤细胞以套袖的形式围绕在肿瘤血管周围，促进肿瘤血管的生成。在出芽的血管中，内皮细胞分为具有不同特性的端细胞和柄细胞两种。端细胞在出芽生长的最前端，无增殖活性但有高能动性, VEGF诱导它的伪足伸展和定向迁移。每个出芽点只有一个端细胞，而紧邻端细胞的柄细胞具有高增殖性，在 VEGF的刺激下通过增殖来延长血管。由此可见 , VEGF在血管出芽中起着趋化端细胞和诱导柄细胞增殖的作用。Notch信号是 VEGF信号的负反馈途径，高浓度的VEGF首先作用于端细胞 ,在端细胞中诱导 Dll4表达，端细胞上的 Dll4与邻近细胞的 Notch受体结合，通过改变邻近细胞 VEGFR的数量 ,降低这些细胞对 VEGF刺激的响应,可防止它们变为端细胞 ,而使其表现出柄细胞的特征。VEGF被公认在血管生成中作为一个中心调节者，是最有力的血管生成因子VEGF呈周期性分泌，与血管内皮细胞上受体结合可增强血管通透性，使血浆蛋白外渗，导致纤维素在细胞间质中沉积。新的基质和新血管的形成将无限维持肿瘤生长，并为肿瘤的侵袭和转移提供合适的基础。VEGF与受体结合后可迅速增加细胞内Ca2浓度，通过磷酸肌醇特异性磷酸脂酸C途径，使细胞内三磷酸脂醇（PIP3）水平升高，传导细胞内信号，最终完成生物学效应。Vegf分子效应1.VEGF促进血管内皮细胞增殖、：VEGF作为特异内皮细胞分裂素,能够刺激体外培养的内皮细胞的增殖(有丝分裂)。2.增加血管通透性：VEGF作为最强的血管通透性因子,能加强微血管通透性、内皮细胞葡萄糖转运,抑制血管平滑肌增殖与迁移,引起血浆物质包括血管收缩因子、纤维蛋白原和凝血因子向由平滑肌细胞组成的亚内皮层渗漏。3.对血液动力学的影响：静脉滴注VEGF可增加心率及心输出量,降低血管外周阻力,对心肌收缩力无明显的影响。4.其他作用：VEGF尚可作用于不同来源的内皮细胞使其形状改变并刺激增殖,并且可刺激单核细胞及成骨细胞的迁移，细胞外基质的降解与迁移，且在体外能够诱导内皮细胞形成导管。有研究表明，VEGF与不同受体结合会产生不同的效应。VEGF与KDR受体结合能够引起血管内皮细胞的增殖，而与Flt-1结合主要是引起内皮细胞的迁移和管状结构的形成。VEGF在绝大多数的肿瘤组织和肿瘤细胞中均表达上调，能够强烈的刺激血管生成。同时，VEGF能够促进体外内皮细胞中MMP-2的表达，降低其组织抑制因子的表达。缺氧、癌基因的激活如Ras等均能上调VEGF的表达，同时VEGF的表达上调同样与P53抑癌基因的失活有关，且最近的研究发现，人乳腺癌细胞产生的雌二醇也可以调节VEGF的表达，以上说明VEGF表达的调节是一个复杂的网络。并且VEGF的表达与肿瘤的恶性程度密切相关，分化越差的肿瘤VEGF的表达越多，提示VEGF的表达与肿瘤的预后有关46。最近的研究发现，肿瘤细胞同样能够表达VEGF受体，VEGF表达水平与肿瘤细胞表面的KDR/FIk-1受体结合后会直接刺激肿瘤细胞增殖。stevenR等通过对裸鼠乳腺癌移植瘤的研究表明，VEGF的这种刺激肿瘤细胞增殖的作用，可能是通过增加NOS的活性并抑制肿瘤细胞的凋亡来介导的。因此，VEGF既能够通过旁分泌作用促进新生血管的生成促进肿瘤的生长和转移，同时还能够通过自分泌的方式直接作用于肿瘤细胞自身促进肿瘤的增殖，在肿瘤的生长和转移中发挥了重要的作用。FIlt1主要介导细胞骨架重排引起细胞迁移 ,并引起单核细胞趋化 ,与胚胎期内皮细胞形态形成有关; FIk1 /KDR则主要介导内皮细胞的增殖 ,导致血管通透性的增高 ,并阻止内皮细胞凋亡 ,维持内皮细胞的存活 ,与胚胎期内皮细胞的分化有关; VEGFR-3的表达与内皮细胞形成静脉或淋巴管有关。HIF调控的基因涉及肿瘤血管生成、能量代谢、激素代谢、及肿瘤转移等方面，具体介导转录的基因有VEGF、葡萄糖载体1(Glucose transporter,GLUT1)、糖酵解酶、红细胞生成素、诱导型一氧化氮合酶(iNOS)、转铁蛋白、酪氨酸羟化酶、血红素氧化酶-1等。HIF-1首先是在1992年作为被缺氧诱导的、连接在EPO基因缺氧反应元件(hpoxia response element,HRE)上的一个核因子被发现1。HIF-1是细胞在缺氧条件产生的核蛋白,它与靶基因结合,促进其转录,使机体产生一系列缺氧适应反应。HIF-1是调节低氧状态下多种平衡的中心环节2。HIF-1的亚单位是其活性单位，HIF-1则仅与O2代谢有关。研究发现HIF-1在许多肿瘤中表达增加，与肿瘤高度侵袭性、易转移、对放化疗不敏感和预后不良密切相关。HIF-1可调控血管内皮生长因子（VEGF）、COX-2、mdr-1等靶基因的表达，根据HIF-1在介导多细胞和系统对缺氧和缺血稳态反应中的作用,HIF-1将成为研究治疗的新目标。目前认为调节HIF-1的可能机制有:1、转录水平的上调和蛋白稳定;2、蛋白的磷酸化;3、O2依赖的HIF-1降解;4、配体的结合能力和在细胞内的定位。缺氧时HIF-1主要在蛋白水平上改变明显而转录水平的上调不明显。HIF-1的转录是由其羧基端的两个转录活性区和一个转录抑制区所调控,这两个转录活性区分别位于531576和786826。HIF-1可通过调控编码VEGF的基因使VEGF呈高表达17,并进一步促使血管生成。其机制为HIF-1与一种特异的DNA低氧性应答物质连接,促进mRNA的转录,增加VEGF的表达,并使VEGF的mRNA稳定性增加,增加VEGF的转录活性。总之，HIF-1通过增强VEGF的转录活性与增加VEGF mRNA稳定性来调节VEGF的表达。由此可见，HIF-1在肿瘤生长和血管生成的过程中发挥着重要的作用,进而影响肿瘤的进一步生长及转移。( 1)直接途径: MCP 1(单核细胞趋化蛋白-1)可以直接作用于血管内皮细胞膜上的 CCR2受体 ,趋化内皮细胞定向运动 ,促进血管生成(2)间接途径:MCP - 1可能通过使肿瘤内浸润的吞噬细胞 ,即所谓肿瘤相关吞噬细胞 ( TAMs)的聚集、 迁徙及释放VEGF、 T NF -、I L - 8等而发挥间接的血管生成作用 , T AMs同时还可分泌基质金属蛋白酶 MMP-2、MMP-9等 ,参与细胞外基质破坏与重构 ,促进肿瘤细胞侵袭和转移。人体内正常小动脉的管径由大变小，管壁逐渐变薄 较大的小动脉有完整的三层膜:内皮细胞 薄层纤维组织及少量弹性纤维构成的内膜; 平滑肌弹性纤维和胶原纤维组成的中膜; 结缔组织构成的外膜 较小的小动脉， 内皮外只有一层平滑肌和少量的结缔组织; 最小的动脉为接近毛细血管的动脉，管壁有环形的平滑肌 舒缩时可以改变血管口径，对血压及血流量有重要的调节作用 小静脉的管壁也分为内膜、中膜和外膜三层 内膜由内皮和内皮下层构成， 比动脉内膜薄; 中膜也比动脉中膜薄，仅有 2 3 层平滑肌; 外膜由结缔组织构成，含有血管和神经人体中成熟的毛细血管: 1 由内皮细胞围成的血管管腔; 2管腔外完整的基膜;3 基膜外的周细胞，又称为 Rouget 细胞或壁细胞; 4 毛细血管相互连接构成的网络结构。肿瘤血管异质性主要表现为血管内皮的不完整血管扭曲盲端与动静脉吻合，以及血管内皮细胞与周细胞相互作用的改变、血流异常、通透性增加和分化成熟延迟等血管功能异常。在肿瘤血管中，周细胞与内皮细胞结合松弛，抑或数量有限，缺乏应有的功能，对局部代谢改变不能作出准确的血管反应性调节，不能使血管保持相对静止和稳定的状态，血管内皮细胞持续呈增殖活跃状态且分化不成熟表现为幼稚的血管内皮，并且表达肿瘤特异性的膜分子。肿瘤血管的管径大多不规则且分支异常，很难确定其为小动脉、毛细血管或者是小静脉，而常常是大管径的血管也表现为管壁薄、通透性高。这些血管虽然绝大多数存在血管内皮细胞，但是并不能形成正常的单层结构，也不具备正常的屏障功能。血管基底膜结构虽覆盖绝大部分肿瘤血管，但与内皮细胞和周细胞结合松散，且包含多层结构，这些过多的基底膜结构实际上反映了肿瘤血管不断重塑的过程。上述肿瘤血管的结构异常会导致血流紊乱、血管通透性增加、组织间隙液压值增高等异常，这些结构和功能上的异常又会导致肿瘤组织内缺氧和酸性物质堆积。肿瘤血管多呈窦状 粗细不均 分支紊乱 走形迂曲管腔不规则，且管壁薄，部分血管缺乏周细胞，内皮细胞间连接松散，盲端与动静脉吻合肿瘤很少侵及宿主的动脉小动脉及平滑肌细胞，而是围绕在它们及神经器的周围。肿瘤血管内的流体动力学改变：肿瘤边缘由于血供丰富， 新生血管周围的肿瘤细胞增殖最为明显，但肿瘤组织中心的细胞往往增殖缓慢甚至发生缺血坏死。在恶性肿瘤边缘区域，肿瘤血管生成因子的作用和宿主小静脉参与构成肿瘤血管这两方面的因素造成高度血管化 高血流灌注。恶性肿瘤中心区域造成血管化和血流灌注率低的因素为: ( 1) 肿瘤血管自身的缺陷: 主要包括毛细血管内皮细胞缺乏或不完整 外皮细胞缺乏 小动脉缺乏平滑肌细胞支架等，容易导致血管壁的塌陷 ( 2) 肿瘤中心间质内压增高: 由于肿瘤血管的高通透性，水的渗出增加，而又缺乏有效的淋巴回流， 导致间质内压增高，肿瘤的血管内压由肿瘤表面至深部逐渐降低，以致在深部难以建立有效的微循环血压。肿瘤组织比正常组织有更高的间质液压和流速，高的大分子间质扩散系数。组织的血流速度与动静脉压力差成正比，与血管阻力及血液粘度成反比 ( 1) 动脉侧微血管压在肿瘤及非肿瘤血管系统中相当，肿瘤组织小动脉中的血管压显著低于非肿瘤组织的，静脉侧微血管压肿瘤低于非肿瘤组织，导致肿瘤微血管压低于非肿瘤组织 ( 2) 血管网的血管阻力是各种不同类型血管数量分支类型长度直径以及血管形态等多方面复杂功能集合的表现 血管阻力与血管长度成正比，与血管直径的四次方成反比 有学者认为: 在一定的动脉压下， 肿瘤的血管阻力高。肿瘤的物质转运不同于正常组织 ( 1) 正常组织的细胞间质是由血管壁和细胞膜分别构成两侧壁，而在肿瘤中这些结构被破坏或缺失 因此肿瘤的细胞间隙明显大于相同起源的正常组织 在肿瘤中就有更多的空间进行物质转运，这样就相对降低了对分子转运的抑制 ( 2) 转运分子越小越易扩散，所以在稳定状态下，大多数小分子物质对溶质渗透压梯度影响不大 因正常组织对物质转运的抵制强于肿瘤，故而大分子物质在肿瘤中更易扩散。CD31是一种内皮细胞和血小板的粘附分子，是一种内皮细胞连接分子，在体内参与多种生理过程，并能介导多种配体的相互作用。抗CD31抗体对内皮细胞的敏感性强,虽会和巨噬细胞发生交叉反应,但可通过形态上加以区别。而抗CD34抗体与淋巴内皮或基