抗血管生成基因治疗肿瘤的研究进展
作者：段开文 陈希平
单位：(昆明医学院第一附属医院口腔内科，昆明 650032)
关键词：抗血管生成；基因治疗；恶性肿瘤
昆明医学院学报000319 摘要：对抗血管生成基因治疗肿瘤的生物学、种类、应用情况及存在的问题等方面的研究进展进行综述.
中图分类号：R 730.5 文献标识码：A 文章编号：1003-4706(2000)03-0069-04
Current Status of Antiangiogenesis
Gene Therapy for Cancer
DUAN Kai-wen，CHEN Xi-ping
, http://www.100md.com
(Department of Stomatology, the First Affiliated Hospital of Kunming Medical College, Kunming 650032)
Abstract：There is an growing interest in the use of antiangiogenesis agents to inhibit tumor growth. The recent progress of the concepts, biological, clinical application and the further research of antiangiogenesis gene therapy to treat solid tumor are summarized.
Key words：Antiangiogenesis； Gene therapy； Solid tumor
, 百拇医药
大量的研究证实实体瘤可表达血管生成有关的介质，促进其自身生长所需的新血管产生.一般认为没有新血管的生成，实体瘤就不可能生长.因此，肿瘤血管生成生物学，识别正常抑制血管生成的介质以及应用抗血管生成剂抑制肿瘤生长的治疗策略的研究，已成为近年肿瘤学研究的热点.随着分子生物学和分子遗传学的进步，抗血管生成基因治疗已为人们所重视.本文就有关这方面的最新进展作一综述.
1 抗血管生成基因治疗的生物学
正常情况下，机体器官内促血管生成和抗血管生成作用的平衡，维持着生理所需的血管生成的速度和量.促血管生成增加和(或)抗血管生成的抑制均可改变血管生成表型.肿瘤细胞可过度表达血管生成介质.研究表明至少15种不同的蛋白质具有促血管生成特性.其中VEGF和bFGF与实体瘤血管生成的表型关系最为密切.很多肿瘤都表达VEGF和bFGF，体内也证实它们有血管生成作用[1，2].其它介质，如表皮生长因子、粒细胞克隆刺激因子、肝细胞生长因子、胰岛素样生长因子-1，白介素-8，胎盘生长因子、血小板衍生内皮生长因子、TGF-α，TGF-β，TNF-α等的促血管生成作用不十分清楚.这些细胞因子之间可能还存在复杂的相互关系.在设计抗血管治疗策略时，尤其是直接针对某种血管生成介质时应注意.目前，用于抗血管基因治疗，主要集中于针对VEGF和bFGF两种介质，并为实体瘤动物模型证实有效[3].
, http://www.100md.com
血管生成介质刺激新血管生长的能力受体内血管生成内源性抑制剂的干扰，后者由肿瘤细胞或肿瘤内及其周围的间质细胞分泌，主要包括血小板反应素(TSP-1)、血小板因子(PF4)、可溶性flt-1,angiostatin和endostatin.TSP-1被认为是一种天然的血管生成抑制剂，其表达受P53基因调控.在一些实体瘤，当肿瘤新血管形成时表达下降，而TSP-1 cDNA转染则可抑制肿瘤生长和转移潜能[4，5].O’Reilly等[6]报告angiostatin直接作用于内皮细胞，带瘤鼠注入该蛋白可致血管生成抑制和肿瘤细胞的凋亡率上升.
由于内皮细胞是主要血管结构单位，启动血管生成的信号需与内皮表面的受体相互作用.基因治疗抑制肿瘤血管生成的本质，即是通过正性或负性调节因子作用于内皮细胞，维持内皮细胞对外部信号的正常反应.所以抗血管生成基因治疗的目的，是抑制内皮细胞生长和(或)抑制内皮细胞形成血管网.抗血管生成的基因不用转染至内皮细胞，这就避免了将血管生成基因输入特定细胞的困难，只需将抗血管生成基因输入，并使其能在肿瘤局部环境中表达就足以提供有效的抗血管生成治疗[3，7，8].
, 百拇医药
这些认识提供了应用基因转移策略完成肿瘤抗血管生成的生物学基础.
2 抗血管肿瘤基因治疗的优点
目前，已有一些非基因治疗用于抑制肿瘤新血管生成，如重组蛋白单克隆抗体、小分子等，其中一些已试用于临床.基因疗法较这些方法有很多优点.
基因治疗可降低用抗血管生成剂所致的全身毒性反应.促血管生成是实体瘤的表型之一，同时也是某些器官(如子宫、卵巢)或其外伤后正常生理过程.一些血管生成介质还有血管生成外的生理功能.如巨噬细胞前体和CD34+干细胞表达的VEGF有维持正常骨髓血管内皮功能[9，10].传统的非基因治疗方法是全身给予抗血管生成剂，不可避免存在全身毒性，对血管生成剂促血管生成外的功能进行抑制.基因疗法仅在靶细胞内或胞外局部产生高浓度药物，可极大地降低全身毒性危险.
一些抗癌基因治疗策略具有“旁”效应，即基因转导细胞周围的细胞受影响.这种效应对抗血管生成治疗很重要，因为现在技术还不能将基因转移至肿瘤内所有靶细胞，如将脂质体介导的P53基因转入实验性乳腺瘤时仅不足5%的肿瘤细胞转染，但肿瘤血管数目却下降60%[11]
, 百拇医药
一旦基因持续表达，基因治疗提供了稳定的局部抗血管生成作用.目前认为，实体瘤新血管生成抑制是细胞生长的抑制，而不是肿瘤的毒性.因此，延长抗血管生成药物的生物半衰期，对实现长期肿瘤生长抑制是必须的[12].若使用抗血管生成蛋白，常需延长输入或复杂的治疗步骤才能保持适宜的全身和局部水平，基因转移策略则可在局部形成抗血管生成蛋白稳定释放，对抗肿瘤的促血管生成表型[3]
可根据患者临床状态设计适当的抗血管基因治疗.理想的抗血管治疗策略是可调节的，通过外源性给予诱导促进子制剂，即可上调基因表达水平，增加抗血管生成转基因的表达，直至肿瘤消失.
3 抗血管生成基因治疗的种类
抗血管基因治疗是把基因治疗当作一种精典的药物输送系统，转基因表达的抗血管生成分子呈高浓度聚积在靶细胞或局部微环境发挥功能.目前，体内和体外基因治疗策略均用于实体瘤抗血管生成的试验模型[13，14].体外基因转移需进行靶细胞分离、纯合，基因转移在实验室进行，遗传改型细胞随后转回至受者肿瘤生长部位.体外基因转移可最大程度控制靶细胞，仅可用于有限数量的靶细胞，易污染、昂贵.体内基因转移利用载体特性转移表达子于原位特定靶细胞，实用性较体外转移强.
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4 抗血管生成基因治疗的应用
4.1 血管生成信号抑制
减少诱导新血管生成的介质量或干扰内皮细胞血管生成介质信号过程，即可达到抑制血管生成信号的目的.
4.2 血管生成介质基因表达的抑制
利用基因治疗改变肿瘤细胞遗传组成，使其表达特异血管生成介质量减少.根据VEGF是很多肿瘤分泌的强力的血管生成介质，Cheng等[15]报道应用针对VEGF反义寡核苷酸转染恶性胶质瘤，导致VEGF mRNA和蛋白质下降，转导细胞裸鼠移植的成瘤性明显降低.
4.3 内皮信号干扰
一般认为，干扰血管生成介质受体的正常功能，可破坏血管生成链.Millaner等[6]构建了一种逆转录载体编码的显性等位基因阴性plk-1突变的VEGF受体，转染恶性胶质瘤细胞，使后者移植瘤生长受到抑制.Kong等[3]用类似方法对直肠癌的研究获得同样的效果.
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4.4 血管生成抑制增强
由于血管生成是肿瘤细胞外微环境中促血管生成和抗血管生成作用的动态平衡的结果.局部内源性血管抑制剂可打破这种平衡.Tanaka等[17]利用腺病毒和逆转录病毒载体，将可溶性的PF4 cDNA转入内皮细胞，抑制DNA合成40%，转染的恶性胶质瘤细胞裸鼠移植成瘤率明显下降.Weinstat等[13]将TSP-1 cDNA转入乳腺癌细胞，可降低肿瘤细胞的转移潜能.
5 抗血管生成基因治疗存在的问题
实体瘤抗血管生成基因治疗处于早期阶段，在应用于人类之前仍有一些问题需要解决.如：(1)转基因细胞需持续表达，抗血管生成效应才能保持较长时间，为此需解决好：载体能有效进入靶细胞，并转移基因入胞核；持久掺合转基因入靶细胞基因组；载体不为宿主免疫清除；转基因能在靶器官内编码生物半衰期长的抗血管生成蛋白；促进子不为宿主细胞关闭.(2)抗血管生成基因治疗策略必须适用于多种类型的肿瘤，即能中和VEGF，bFGF及其它血管生成介质的促血管生成作用.
, http://www.100md.com
总之，肿瘤的发展取决于新血管形成.因此对该限速步骤的抑制可达到抑制肿瘤生长的目的.随着肿瘤血管生成细胞和分子事件的明确，这种策略将变为现实.理想的抗血管生成治疗策略应注意不应干扰肿瘤生长的靶器官的正常血管生成，并获得抗血管生成因子局部/全身浓度高比值，降低全身毒性；其生物半衰期足以对抗肿瘤的促血管生成表型；其抗血管生成作用应是可调节的.基因转移策略已成为理想选择，并有良好的应用前景，但尤如治疗肿瘤的其它基因疗法一样，欲用于临床，仍有很多的工作要做.
作者简介：段开文(1965～)，男，云南澄江县人，副教授，医学博士，从事口腔粘膜病分子病理的研究.
参考文献
[1] BOUCK N,STELLMACH V,HSU S C.How tumors become angiogenic[J].Adv Cancer Res,1996,69(1):135
, http://www.100md.com
[2] RISAU W.Mechanisms of angiogenesis[J].Nature,1997,386(8):671
[3] KONG H L,CRYSTAL R G.Gene therapy strategies for tumor antiangiogenesis[J].JNGI,1998,90(4):273
[4] DAMERON K M,VOLPERT O V,TAISSKY M A,et al.Control of angioenesis in fibroblasts by P53 regulation of thrombospondin-1[J].Science,1994,265(8):1582
[5] WEINSTAT-SASLOW D L,ZABRENTZKY V S,VANHOUTTE K,et al.Transfection of thrombospondin 1 complementary DNA into a human breast cancinoma cell line reduces primary tumor growth,metastic potential and angiogenesis[J].Cancer Res,1994,54(14):6504
, 百拇医药
[6] O'REILLY M S,HOLMGREN L,SHING Y,et al.Angiostatin a novel angiogenesis inbibitor that mediates the suppession of metastases by a lewis lung carcinoma[J].Cell,1994,79(1):315
[7] GITAY-GOREN H,COHEN T,TESSLER S,et al. Selective binding of VEGF121 to one of the three vascular endothelial growth factor recepthors of vasular endochelial cells[J].J Biol Chem,1996,271(10):5519
[8] OHWADA A, HIRSCHOWITZ E A,CRYSTAL R G.Regional delivery of an adenovirus vector containing the Escherichia coli cgtosine deaminase gene to human colon carcinoma-derived tumors induce chemosensitivity to 5-fluorocy to sine[J].Hum Gene Ther,1996,7(4):1567
, 百拇医药
[9] BROGI E,SCHATTEMAN G,WU T,et al.Hypoxia-induced paracrine regulation of VEGFR expression [J].J Clin Invest,1996,97(1):469
[10] MOHLE R,GREEN D,MORE M A,et al.Constitutive production and thrombin-induced release of VEGF by human megakaryocytes and platelets[J].Proc Natl Acad Sci USA,1997,94(1):663
[11] XU M,KUMAR D,STINIVAS S,et al.Parenteral gene therapy with P53 inhibits human breast tumors in vivo through a bystander mechanism without evidence of toxicity[J].Human Gene Ther,1997,8(1):177
, 百拇医药
[12] GASTL G,HERMANN T,STEURER M,et al.Angiogenesis as a target for tumor treatment[J].Oncology,1997,54(2):177
[13] TANAKA T,MANOME Y,WEN P,et al.Retroviral and adenoviral mediated transduction of angiostatin cDNA inbibits angiogenesis and tumor growth[abstract][J].Proc Am Assoc cancer Res,1997,38(1):264
[14] MILLAUER B,LONGHI M P,PLATE K H,et al.Dominantnegative inhibition of FLK-1 suppersses the growth of many tumors type in vivo[J].Cancer Res,1996,56(3):1615
, http://www.100md.com
[15] CHENG S Y,HUANG H J,NAGANE M,et al.Suppression of glioblastoma angiogenicity and tumorigenicity by inhibition of endogenous expression of VEGF[J].Proc Acad Sci USA,1996,93(9):8520
[16] MILLAUER B,SHWVER L K,PLATE K H,et al. Glioblastoma growth inbibited in vivo by a dominantnegative FLK-1 mutant[J].Nature,1994,367(6):576
[17] TANAKA T,MANOME Y,WEN P,et al.Viral vectormediated transduction of a modified platelet factor 4 CDNA inhibits angiogenesis and tumor growth[J].Nat Med,1997,3(27):437
(2000-03-20收稿), 百拇医药
单位：(昆明医学院第一附属医院口腔内科，昆明 650032)
关键词：抗血管生成；基因治疗；恶性肿瘤
昆明医学院学报000319 摘要：对抗血管生成基因治疗肿瘤的生物学、种类、应用情况及存在的问题等方面的研究进展进行综述.
中图分类号：R 730.5 文献标识码：A 文章编号：1003-4706(2000)03-0069-04
Current Status of Antiangiogenesis
Gene Therapy for Cancer
DUAN Kai-wen，CHEN Xi-ping
, http://www.100md.com
(Department of Stomatology, the First Affiliated Hospital of Kunming Medical College, Kunming 650032)
Abstract：There is an growing interest in the use of antiangiogenesis agents to inhibit tumor growth. The recent progress of the concepts, biological, clinical application and the further research of antiangiogenesis gene therapy to treat solid tumor are summarized.
Key words：Antiangiogenesis； Gene therapy； Solid tumor
, 百拇医药
大量的研究证实实体瘤可表达血管生成有关的介质，促进其自身生长所需的新血管产生.一般认为没有新血管的生成，实体瘤就不可能生长.因此，肿瘤血管生成生物学，识别正常抑制血管生成的介质以及应用抗血管生成剂抑制肿瘤生长的治疗策略的研究，已成为近年肿瘤学研究的热点.随着分子生物学和分子遗传学的进步，抗血管生成基因治疗已为人们所重视.本文就有关这方面的最新进展作一综述.
1 抗血管生成基因治疗的生物学
正常情况下，机体器官内促血管生成和抗血管生成作用的平衡，维持着生理所需的血管生成的速度和量.促血管生成增加和(或)抗血管生成的抑制均可改变血管生成表型.肿瘤细胞可过度表达血管生成介质.研究表明至少15种不同的蛋白质具有促血管生成特性.其中VEGF和bFGF与实体瘤血管生成的表型关系最为密切.很多肿瘤都表达VEGF和bFGF，体内也证实它们有血管生成作用[1，2].其它介质，如表皮生长因子、粒细胞克隆刺激因子、肝细胞生长因子、胰岛素样生长因子-1，白介素-8，胎盘生长因子、血小板衍生内皮生长因子、TGF-α，TGF-β，TNF-α等的促血管生成作用不十分清楚.这些细胞因子之间可能还存在复杂的相互关系.在设计抗血管治疗策略时，尤其是直接针对某种血管生成介质时应注意.目前，用于抗血管基因治疗，主要集中于针对VEGF和bFGF两种介质，并为实体瘤动物模型证实有效[3].
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血管生成介质刺激新血管生长的能力受体内血管生成内源性抑制剂的干扰，后者由肿瘤细胞或肿瘤内及其周围的间质细胞分泌，主要包括血小板反应素(TSP-1)、血小板因子(PF4)、可溶性flt-1,angiostatin和endostatin.TSP-1被认为是一种天然的血管生成抑制剂，其表达受P53基因调控.在一些实体瘤，当肿瘤新血管形成时表达下降，而TSP-1 cDNA转染则可抑制肿瘤生长和转移潜能[4，5].O’Reilly等[6]报告angiostatin直接作用于内皮细胞，带瘤鼠注入该蛋白可致血管生成抑制和肿瘤细胞的凋亡率上升.
由于内皮细胞是主要血管结构单位，启动血管生成的信号需与内皮表面的受体相互作用.基因治疗抑制肿瘤血管生成的本质，即是通过正性或负性调节因子作用于内皮细胞，维持内皮细胞对外部信号的正常反应.所以抗血管生成基因治疗的目的，是抑制内皮细胞生长和(或)抑制内皮细胞形成血管网.抗血管生成的基因不用转染至内皮细胞，这就避免了将血管生成基因输入特定细胞的困难，只需将抗血管生成基因输入，并使其能在肿瘤局部环境中表达就足以提供有效的抗血管生成治疗[3，7，8].
, 百拇医药
这些认识提供了应用基因转移策略完成肿瘤抗血管生成的生物学基础.
2 抗血管肿瘤基因治疗的优点
目前，已有一些非基因治疗用于抑制肿瘤新血管生成，如重组蛋白单克隆抗体、小分子等，其中一些已试用于临床.基因疗法较这些方法有很多优点.
基因治疗可降低用抗血管生成剂所致的全身毒性反应.促血管生成是实体瘤的表型之一，同时也是某些器官(如子宫、卵巢)或其外伤后正常生理过程.一些血管生成介质还有血管生成外的生理功能.如巨噬细胞前体和CD34+干细胞表达的VEGF有维持正常骨髓血管内皮功能[9，10].传统的非基因治疗方法是全身给予抗血管生成剂，不可避免存在全身毒性，对血管生成剂促血管生成外的功能进行抑制.基因疗法仅在靶细胞内或胞外局部产生高浓度药物，可极大地降低全身毒性危险.
一些抗癌基因治疗策略具有“旁”效应，即基因转导细胞周围的细胞受影响.这种效应对抗血管生成治疗很重要，因为现在技术还不能将基因转移至肿瘤内所有靶细胞，如将脂质体介导的P53基因转入实验性乳腺瘤时仅不足5%的肿瘤细胞转染，但肿瘤血管数目却下降60%[11]
, 百拇医药
一旦基因持续表达，基因治疗提供了稳定的局部抗血管生成作用.目前认为，实体瘤新血管生成抑制是细胞生长的抑制，而不是肿瘤的毒性.因此，延长抗血管生成药物的生物半衰期，对实现长期肿瘤生长抑制是必须的[12].若使用抗血管生成蛋白，常需延长输入或复杂的治疗步骤才能保持适宜的全身和局部水平，基因转移策略则可在局部形成抗血管生成蛋白稳定释放，对抗肿瘤的促血管生成表型[3]
可根据患者临床状态设计适当的抗血管基因治疗.理想的抗血管治疗策略是可调节的，通过外源性给予诱导促进子制剂，即可上调基因表达水平，增加抗血管生成转基因的表达，直至肿瘤消失.
3 抗血管生成基因治疗的种类
抗血管基因治疗是把基因治疗当作一种精典的药物输送系统，转基因表达的抗血管生成分子呈高浓度聚积在靶细胞或局部微环境发挥功能.目前，体内和体外基因治疗策略均用于实体瘤抗血管生成的试验模型[13，14].体外基因转移需进行靶细胞分离、纯合，基因转移在实验室进行，遗传改型细胞随后转回至受者肿瘤生长部位.体外基因转移可最大程度控制靶细胞，仅可用于有限数量的靶细胞，易污染、昂贵.体内基因转移利用载体特性转移表达子于原位特定靶细胞，实用性较体外转移强.
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4 抗血管生成基因治疗的应用
4.1 血管生成信号抑制
减少诱导新血管生成的介质量或干扰内皮细胞血管生成介质信号过程，即可达到抑制血管生成信号的目的.
4.2 血管生成介质基因表达的抑制
利用基因治疗改变肿瘤细胞遗传组成，使其表达特异血管生成介质量减少.根据VEGF是很多肿瘤分泌的强力的血管生成介质，Cheng等[15]报道应用针对VEGF反义寡核苷酸转染恶性胶质瘤，导致VEGF mRNA和蛋白质下降，转导细胞裸鼠移植的成瘤性明显降低.
4.3 内皮信号干扰
一般认为，干扰血管生成介质受体的正常功能，可破坏血管生成链.Millaner等[6]构建了一种逆转录载体编码的显性等位基因阴性plk-1突变的VEGF受体，转染恶性胶质瘤细胞，使后者移植瘤生长受到抑制.Kong等[3]用类似方法对直肠癌的研究获得同样的效果.
, http://www.100md.com
4.4 血管生成抑制增强
由于血管生成是肿瘤细胞外微环境中促血管生成和抗血管生成作用的动态平衡的结果.局部内源性血管抑制剂可打破这种平衡.Tanaka等[17]利用腺病毒和逆转录病毒载体，将可溶性的PF4 cDNA转入内皮细胞，抑制DNA合成40%，转染的恶性胶质瘤细胞裸鼠移植成瘤率明显下降.Weinstat等[13]将TSP-1 cDNA转入乳腺癌细胞，可降低肿瘤细胞的转移潜能.
5 抗血管生成基因治疗存在的问题
实体瘤抗血管生成基因治疗处于早期阶段，在应用于人类之前仍有一些问题需要解决.如：(1)转基因细胞需持续表达，抗血管生成效应才能保持较长时间，为此需解决好：载体能有效进入靶细胞，并转移基因入胞核；持久掺合转基因入靶细胞基因组；载体不为宿主免疫清除；转基因能在靶器官内编码生物半衰期长的抗血管生成蛋白；促进子不为宿主细胞关闭.(2)抗血管生成基因治疗策略必须适用于多种类型的肿瘤，即能中和VEGF，bFGF及其它血管生成介质的促血管生成作用.
, http://www.100md.com
总之，肿瘤的发展取决于新血管形成.因此对该限速步骤的抑制可达到抑制肿瘤生长的目的.随着肿瘤血管生成细胞和分子事件的明确，这种策略将变为现实.理想的抗血管生成治疗策略应注意不应干扰肿瘤生长的靶器官的正常血管生成，并获得抗血管生成因子局部/全身浓度高比值，降低全身毒性；其生物半衰期足以对抗肿瘤的促血管生成表型；其抗血管生成作用应是可调节的.基因转移策略已成为理想选择，并有良好的应用前景，但尤如治疗肿瘤的其它基因疗法一样，欲用于临床，仍有很多的工作要做.
作者简介：段开文(1965～)，男，云南澄江县人，副教授，医学博士，从事口腔粘膜病分子病理的研究.
参考文献
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