肿瘤血管生成的研究进展.ppt

肿瘤血管生成的研究进展2017年6月 肿瘤血管生成理论的背景 肿瘤血管生成研究现状 肿瘤抗血管生成治疗的不足 抗血管生成治疗肿瘤的策略 1 4 3 2 肿瘤血管生成理论的背景 血管生成理论的提出与发展 最初描述血管生成byDrJohnHunter 1787 一些德国病理学家观察到部分人类肿瘤高度血管化 从而提出新生血管可能在肿瘤进展中重要致病作用1 1800 里程碑的发表 JudahFolkman提出肿瘤生长是血管生成依赖的 1971 肿瘤血管生成理论的背景 血管生成的概念 血管生成 angiogenesis 是指在原有血管的基础上 内皮细胞以发芽的模式形成新血管的过程 这个过程包括了原始血管网扩张 形成动脉 静脉和毛细血管周细胞和平滑肌细胞环绕形成完整的新生血管 肿瘤血管生成理论的背景 肿瘤血管生成理论的背景 胎儿期正常的血管生成 血管生成可发生于人体发育和生长的某些特殊阶段子宫内的胎儿产生初始的血管内皮细胞网络 并形成体内的大血管 血管生成 angiogenesis 在这个网络基础上形成新的小血管或毛细血管 完成胎儿的循环系统的发育 肿瘤血管生成理论的背景 女性每个月子宫内膜脱落和修复此外 血管生成也发生于伤口愈合过程中的修复和重建 肿瘤血管生成理论的背景 成人正常的血管生成 WithoutAngiogenesis TumorGrowthStops Inearlyexperiments Scientistsremovedacanceroustumorfromaanimal injectedsomeofthecancercellsintoanormalorgan thesamestrainofanima l placedtheorganinaglasschamberpumpedintoanutrientsolutiontheorgantokeepitaliveforaweekortwo foundthecancercellsgrewintotinytumorsbutfailedtolinkuptotheorgan sbloodvessels Asaresult tumorgrowthstoppedatadiameterofabout1 2mm Withoutangiogenesis tumorgrowthstopped 肿瘤血管生成理论的背景 肿瘤血管生成理论的背景 肿瘤血管生成理论的背景 肿瘤血管生成研究现状 肿瘤血管生成理论的背景 肿瘤内部血管的形成对肿瘤的生长具有重要作用 肿瘤血管为肿瘤组织提供新陈代谢所必需的氧气和营养 从而使肿瘤得以迅速的生长并同时为肿瘤的远端转移提供转运 血管生成是肿瘤生长转移中基本的因素 肿瘤无血供 仅靠弥散获取营养时 体积不超过2mm3 处于静息期 肿瘤细胞分泌大量VEGF 促使供应肿瘤的血管生成 拥有血供的肿瘤迅速生长并可发生侵袭 转移 肿瘤血管生成研究现状 肿瘤与血管生成的关系 肿瘤中的血管生成是肿瘤生长转移中最基本的因素 肿瘤血管承担血液与组织间氧 营养必需物质 代谢产物和能量信息交换的功能 肿瘤血管参与一系列反馈调节 实体瘤大多起始于肿瘤血管生成 间质细胞分泌的细胞因子启动肿瘤新生血管的编码 从早期的异常增生开始 逐步进展为肿瘤 并进一步发生转移 肿瘤血管生成研究现状 肿瘤血管形成的特征 失控性 肿瘤新生血管出现迅速 生长快 并呈持续性 10 20 的肿瘤血管内皮细胞始终处于DNA合成状态 这种持续的血管生成是由肿瘤组织血管生成生长因子持续高水平释放造成的 肿瘤血管生成研究现状 结构 1 复杂性的扩张 囊状 弯曲血管 2 缺乏支撑细胞 pericyte 3 血管易漏功能 不具收缩功能 不受神经体液调节 对正常血管有活性的物质对该血管不起作用 乙酰胆碱 血管紧张素 温度 2 肿瘤血管不成熟性 肿瘤血管生成研究现状 正常脉管系统与肿瘤脉管系统 肿瘤血管生成研究现状 正常脉管系统与肿瘤脉管系统 Thurstonetal Science 1999 286 2511 肿瘤血管生成研究现状 肿瘤血管生成研究现状 肿瘤血管生成研究现状 血管异常生长肿瘤不同区域的血管有不同的形态 反映了肿瘤生长不同时间内微血管变化状态与癌细胞生长 增殖不均匀有关 新生的Cap从肿瘤外围长入肿瘤中 并相互吻合形成外围血管网 再进一步分支进入肿瘤深部 新生的Cap网直接进入肿瘤中央 呈树状向外分支 肿瘤细胞分裂增殖直接形成肿瘤血管 随肿瘤长大血管不断地向外延伸 并与外围Cap网相连 一般认为外周血管丰富时 中央血管少 而中央血管丰富时 外围血管则少 血管丰富区 热点 肿瘤血管生成研究现状 癌细胞更新速度 内皮细胞乏氧性坏死小鼠瘤细胞22小时更新一代 血管内皮细胞的增殖是50小时更新一代 瘤内约10 40 仅为内皮细胞所构成的血管 无相应的营养血流 氧利用率很低 红细胞常出现完全性脱氧癌细胞增生 癌内缺乏淋巴管网 瘤体间流体静脉压升高 压迫小血管 使瘤内血流量仅为正常的1 10 瘤细胞无氧酵解产生大量H 使肿瘤中存在着不同程度的低营养 低PH值 低氧的三低细胞群 肿瘤微循环较肿瘤生长表现出低效和相对不足 肿瘤组织特别是中心部位常常因为缺血 缺氧而坏死 肿瘤血管生成研究现状 肿瘤血管生成研究现状 肿瘤血管生成研究现状 肿瘤新生血管形成过程 肿瘤血管生成研究现状 肿瘤血管生成的方式 出芽式血管生成 sproutingangiogenesis SA 套叠式血管生成 intussusceptiveangiogenesis IA 成血管细胞募集 血管生成拟态 vasculogenicmimicry VM 镶嵌体血管 肿瘤血管生成研究现状 肿瘤血管生成的方式 套叠式血管生成 是通过间质柱状结构插入已有血管的内腔 导致原有血管腔的分割和新生血管的形成 出芽式血管生成 是指肿瘤血管起源于已存在的内皮细胞 通过出芽的方式形成新的肿瘤性毛细血管 SA是最早被认识的肿瘤血管形成方式 其主要步骤包括血管内皮细胞的增殖 迁移及管状血管结构的形成 肿瘤血管生成研究现状 镶嵌体血管 肿瘤细胞能够嵌入肿瘤的血管壁 以便活化的自然杀伤细胞穿透并进入肿瘤组织内部 最近 Chang等详细地描述了这种现象 并称之为镶嵌体血管 mosaicbloodvessels MBV 血管生成拟态 血管生成拟态 vasculogenicmimicry VM 的概念是由Maniotis提出 侵袭性葡萄膜黑色素瘤仅在肿瘤的边界存在血管生成 而肿瘤内缺乏衬有内皮细胞的血管 奇怪的是肿瘤并没有出现坏死 肿瘤血管生成的方式 肿瘤血管生成研究现状 肿瘤血管生成中主要要信号通路 VEGF VEGFR信号传导系统 VEGF能迅速刺激酪氨酸磷酸化并通过激活RAS RAF MEK ERK和P13激酶途径 使转录因子激活或降解其mRNA使蛋白失活 从而表达其活性 VEGFRl还可以激活肿瘤的进展和转移 VEGFR2可促进原有血管基础上的有丝分裂 增加血管通透性 并在诱导血管生成等一系列活动中起首要作用 VEGFR3为是原发或继发恶性肿瘤淋巴内皮细胞的特异性标记物 肿瘤血管生成研究现状 肿瘤血管生成中主要要信号通路 Dll4 Notch信号传导系统 Notch信号系统能增强血管稳定性 并通过降低大动脉内皮细胞对局部血管生长因子 如VEGF 的应答增加大动脉内径 在胚胎发育中Dll4一Notch系统的缺失可导致胚胎的死亡 血管内皮细胞的Notchl受体与Dll4配体结合后 发生级联放大反应 抑制细胞活化 防止过多的端细胞形成血管突起 Ang Tie 2信号传导系统 Tie 2是Ang 1的唯一受体 Ang l结合Tie 2后可引起酪氨酸磷酸化 然后通过一系列信号传导途径增强内皮细胞存活率 细胞间的稳定性以及毛细血管的形成 抑制毛细血管通透性 当环境中VEGF浓度升高时 Ang一2促进新生血管萌芽 当环境中VEGF浓度降低时 Ang一2使血管退化 Ang 2和Tie 1可下调Ang 1介导的Tie 2信号传导 Ang的作用还进一步被VEGF A和整合素调整 肿瘤血管生成研究现状 Positiveandnegativeregulatorsofangiogenesis 肿瘤血管生成研究现状 抗血管生成治疗肿瘤的策略 抗肿瘤血管生成的治疗策略是对肿瘤血管调控因子及其作用环节进行干预 治疗方法有 1 抑制血管生成促进因子的表达与释放 2 促进抑制血管生成因子的表达与释放 3 诱导血管内皮细胞的凋亡和直接抑制肿瘤血管的生成 抗肿瘤血管生成的策略 抗血管生成治疗肿瘤的策略 近年来 许多种具有抗血管生成活性的物质被鉴定出来 这些药物如下 间接肿瘤血管生成抑制剂直接肿瘤血管生成抑制剂其他途径肿瘤血管生成抑制剂 沙利度胺COX 2抑制剂 肿瘤血管生成抑制剂 抗血管生成治疗肿瘤的策略 间接肿瘤血管生成抑制剂 作用于VEGF VEGFR信号通路的药物 生物大分子抑制剂 小分子抑制剂 贝伐单抗 Aflibercept 索拉非尼 苏尼替尼 抗血管生成治疗肿瘤的策略 抗血管生成治疗肿瘤的策略 肿瘤血管的灌注在抑制VEGF信号通路之后的改变 未治疗的肿瘤VEGF高表达 抑制VEGF 肿瘤血管消退 整体灌注可能减少 肿瘤血管正常化 整体灌注可能增加 贝伐单抗 VEGF A VEGF A VEGFR VEGF VEGFR信号通路 大分子抑制剂 罗氏公司研发的贝伐单抗 Avastin 是一种抗VEGF的人源化抗体 IgG1 抗血管生成治疗肿瘤的策略 索拉非尼 sorafenib 是一种双芳基尿素类口服多激酶抑制剂 它具有双重抗肿瘤作用 一方面通过抑制Raf MEK ERK信号传导通路直接抑制肿瘤生长 另一方面通过抑制几种与新生血管生成和肿瘤发展有关的酪氨酸激酶受体的活性 包括VEGFR 2 VEGFR 3 PDGFR 和c KIT原癌基因 阻断肿瘤新生血管生成 间接抑制肿瘤细胞的生长 小分子抑制剂 抗血管生成治疗肿瘤的策略 索拉菲尼 苏尼替尼 sunitinibmalate SU11248 商品名Sutent 是一种新型的小分子多靶点酪氨酸激酶抑制剂 TKIs 对多种受体的酪氨酸激酶 RTKs 具有抑制作用 主要包括血小板衍生生长因子受体 PDGFR 血管内皮生长因子受体1 2 3 VEGFR1 2 3 干细胞因子受体 c Kit 和胎肝激酶3 Flt3 小分子抑制剂 抗血管生成治疗肿瘤的策略 苏尼替尼 凡德它尼 ZactimaTM Vandetanib ZD6474 是一种合成的苯胺喹唑啉化合物 为口服的小分子酪氨酸激酶抑制剂 TKI 可同时作用于肿瘤细胞表皮生长因子受体 EGFR 血管内皮生长因子受体 VEGFR 和RET酪氨酸激酶 抗血管生成治疗肿瘤的策略 小分子抑制剂 凡德它尼 直接血管生成抑制剂 细胞毒性药物 环磷酰胺氨甲喋呤 抑制内皮细胞特异性整合素或生存信号的药物 MEDI 522多肽cyclo 其他药物 内皮抑素成多肽 反义寡聚核苷酸复合物 PCAO 抗血管生成治疗肿瘤的策略 中药肿瘤血管生成抑制剂 抗血管生成治疗肿瘤的策略 单味中药抗肿瘤血管生成的研究1 白及提取物中含有较多的多糖类物质 其主要成分为葡配甘露聚糖 白及提取物可能通过抑制肿瘤血管内皮生长因子与其受体的结合而抑制肿瘤血管生成 2 川芎嗪可从植物川芎的根茎提取分离 也可人工合成 实验发现川芎嗪能减少小鼠Lewis肺癌肿瘤体积 重量和肺转移灶数 并能降低肿瘤微血管密度 抑制肿瘤细胞VEGF的表达 3 姜黄属传统的活血化瘀药 是抗肿瘤复方常用组方 其主要有效成分姜黄素在防治肿瘤等方面有明显作用 姜黄活性成分对人内皮细胞增殖具有抑制作用 抗血管生成治疗肿瘤的策略 复方中药抗肿瘤血管生成的研究1 参麦注射液参麦注射液 红参 麦冬 具有益气养阴功效 研究发现参麦能抑制血管生成 抑制内皮细胞增殖和迁移可能是参麦抗血管生成的机理之一 同时也证明参麦是一种特异性血管生成抑制剂 2 固本消瘤胶囊固本消瘤胶囊由西洋参 冬虫夏草 全蝎 水蛭 浙贝母等组成 温而不燥 滋而不腻 共同起到益气培本 活血散结之功效 调节阴阳平衡 维持内环境稳定 实验表明 固本消瘤胶囊对小鼠Lewis肺癌有明显抑制作用 能够抗肿瘤新生血管生成 抗血管生成治疗肿瘤的策略 肿瘤抗血管生成治疗的不足 血管生成抑制剂存在的问题1 如何看待血管生成抑制剂 血管生成抑制剂破坏肿瘤血管 杜绝氧气与营养供应抑制血管 血管正常化 肿瘤抗血管生成治疗的不足 2 耐药性内源性耐药 肺 脑和结肠等血管丰富的组织不依赖新生血管获取氧气营养 如星形细胞瘤 1 血管生成援救反应 生成多种促血管生成因子 2 基因突变 内皮细胞基因突变 肿瘤抗血管生成治疗的不足 获得性耐药 二 肿瘤耐药性产生 获得性耐药 基因突变 药物不能结合代偿性信号通路激活 EGFRT790M突变 导致药物不能结合 NatureReviewsCancer 2011 EGFR二次突变 耐药性突变 增敏性突变 EGFR酪氨酸790位点的突变 T790M 是EGFR抑制剂最重要的耐药机制之一EGFR抑制剂耐药的病人中约有50 具有该突变 c Met扩增导致EGFR抑制剂耐药 McDermottetal JClinOncol 2009 Engelmanetal Science 2007 EGFR抑制剂耐药的肺癌细胞中c Met扩增c Met通过ERBB3激活AKT从而产生耐药 Johannessenetal Nature 2010Nazarianetal Nature 2010SolitandSawyers Nature 2010 COT激活MEK通路 导致BRAF抑制剂耐药 40 患者使用8 12个月后产生显著耐药通过COT激活MEK通过PDGFR 代偿MEK下游信号通路 仅关注基因突变 单一代偿通路的激活不能揭示获得性耐药的复杂性 针对肿瘤药物获得性耐药 激酶重编程是获得性耐药产生的重要原因 肿瘤中存在特定的 驱动激酶 突变 形成 癌基因依赖 特殊表型一旦驱动的突变激酶被抑制 原先不占主导地位的数个激酶被代偿激活 且不同给药时间 不同基因背景 激酶激活的类型不同 Cell 2012 149 307 MEK抑制后的激酶组变化蓝色 抑制 红色 激活 抑制MEK代偿激活上游的数十个激酶 原发性耐药 激酶下游分子突变冗余激酶的同步激活癌基因沉默 KRAS的突变原发IGF1R INSR的激活E cadherin基因沉默 肿瘤微环境 免疫系统抑制 成为耐药产生 治疗失败的重要原因 NatureMedicine 2013CancerCell 2009OncoImmunology 2012CancerCell 2009 肿瘤细胞 微环境 肿瘤微环境释放HGF 介导B RAF抑制剂原发性耐药 2012年7月Nature报道 通过肿瘤微环境释放内源性HGF 介导B RAF抑制剂原发性耐药 Nature2012 07 只关注肿瘤细胞 忽视肿瘤微环境 不可能达到预期治疗效果 针对肿瘤靶向治疗策略 免疫抑制系统成为肿瘤治疗失败的重要原因 SuzanneL Topalian2013AACR NCI EORTCMolecularTargetsandCancerTherapeutics PDGF T细胞抑制性受体 Immunecheckpoint 免疫抑制细胞免疫抑制细胞因子 血管生成的研究方法 离体培养血管内皮细胞技术和血管生成实验方法的进步促进了血管生成的研究进程 体内外血管新生模型的建立的技术关键 新血管形成可以大致分为三个阶段 血管发生 vasculogenesis 血管延生 angiogenesis 血管重塑 remodeling 因此 建立离体 invitro 的血管培养模型对研究中药及有效成分对血管生成的研究至关重