肿瘤血管生成抑制剂研究进展
作者：张晓实
单位：张晓实(中山医科大学肿瘤研究所病理室，广东广州510060)
关键词：血管生成抑制剂；肿瘤
癌症000328
分类号：R345;R730 文献标识码：A
文章编号：1000-467X(2000)03-0279-02▲
实体瘤的生长和转移依赖血管生成。新生血管为肿瘤细胞提供充分的氧气和营养，新生血管的内皮细胞表达多种生长因子，刺激肿瘤细胞增殖。肿瘤血管缺乏周细胞，基底膜不完整，肿瘤细胞易于进入血液循环[1]。20世纪70年代初美国Folkman医师设想抑制肿瘤血管生成，使肿瘤细胞因缺血、缺氧而部分死亡，从而可延缓晚期肿瘤生长，延长病人带瘤生存期，并可抑制亚临床转移灶生长，推迟复发[2]。与直接杀伤肿瘤细胞的化学治疗相比，血管生成抑制剂有以下优点：(1)血管生成抑制剂直接作用于血管内皮细胞，而抗癌药物经组织扩散时受到组织坏死、纤维化、组织内高压的影响，常常在组织内达不到有效浓度；(2)血管内皮细胞属正常细胞，其基因型稳定，不易产生耐药性，而肿瘤细胞基因型不稳定，易产生耐药性；(3)原发肿瘤和继发肿瘤的血管内皮细胞相同，而原发灶与继发灶中肿瘤细胞的生物学特性差异较大，化疗反应各异；(4)肿瘤血管内皮细胞的增殖速度较正常组织快许多倍，血管生成抑制剂对正常组织的影响轻微[3]。经过20多年的努力，血管生成机理研究已取得长足进步，对血管生成抑制剂的作用也有了进一步的认识。
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1 多种因素参与调节血管生成，在肿瘤发展的不同阶段发挥主导作用的因素不同
肿瘤血管生成包含毛细血管基底膜降解、血管内皮细胞迁移、增殖、形成管状结构、基底膜形成、血流贯通等步骤，这一过程既受机体神经内分泌因素影响，又受肿瘤细胞和肿瘤基质细胞表达的生长因子调控。主要的促进因子有血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)、转化生长因子α/β(transforming growth factor-α/β,TGF-α/β)、白细胞介素8(interleukin-8,IL-8)、胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor,IGF)、肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor,HGF)、Angiogenin、雌激素、雄激素、前列腺素等。主要的抑制因子有血小板因子4(platelet factor-4,PF-4)、血管抑素(angiostatin)、内皮抑素(endostatin)、干扰素α/β(interferon-α/β,IFN-α/β)、白细胞介素12(intrleukin-12,IL-12)、thrombospondin等[4]。一般来讲，VEGF和bFGF是最重要的血管生成因子。Lee[5]发现在成年鼠血管生成过程中，无论是生理性(妊娠)还是病理性(损伤、缺血、肿瘤)血管生成均需炎性介质(IL-1、IL-8、TNF)参与。
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肿瘤微环境影响血管生成因子表达和分布。人肾癌细胞株种植于裸鼠肾脏时bFGF表达比种植于皮下组织高10～20倍。肾脏肿瘤微血管丰富，瘤旁组织无INFβ表达，而皮下肿瘤的微血管较稀疏，瘤旁组织高表达INF-β[6]。黑色素瘤细胞的皮下移植瘤、肺转移灶、肝转移灶表达IL-8水平各不相同，而体外培养时IL-8表达水平一致[7]。体积较小的结肠癌原位移植瘤主要表达bFGF和IL-6，当肿瘤较大时VEGF表达占主导地位,VEGF主要表达于肿瘤中心部位,bFGF和IL-6则表达于肿瘤边缘[8]。缺氧可诱导黑色素瘤表达VEGF和angiogenin[9]。
在血管生成过程中各种生长因子的作用不尽相同，人脐静脉内皮细胞增殖、迁移主要与VEGF和bFGF有关；形成管状结构与bFGF有关；血管通透性取决于VEGF；VEGF和bFGF均能增强内皮细胞抗凋亡能力[10]。
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2 血管生成调节的复杂性限制了普通血管生成抑制剂的抑瘤作用
基于肿瘤血管生成机理，抑制肿瘤血管生成的策略包括：(1)利用反义核酸或生长因子抑制血管生成促进因子表达；(2)利用中和抗体、可溶性受体、受体拮抗剂阻断血管生成因子传递；(3)利用小分子药物和内源性血管生成抑制因子直接抑制血管内皮细胞增殖、迁移,抑制细胞外基质形成,诱导血管内皮细胞凋亡。根据NCI统计，目前在美国有20多种血管生成抑制剂已进入或即将进入临床试验(http：//cancertrials.nci.nih.gov)：①抑制细胞外基质形成：marimastat、bay12-9566、AG3340、COL-3、neovastat、BMS275291；②直接抑制血管内皮细胞增殖：TNP470、squalamine、combretastatinA-4、反应停、内皮抑素；③抑制血管生成因子表达和传递：SU5416、SU6668、PTK787/ZK22584、干扰素α；④抑制血管内皮细胞特异黏附分子：vitaxin、EMD121974；⑤机理不详：CAI、白细胞介素12、IM862。
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由于多种因素调节血管生成，单纯阻断血管生成某个环节所致的抑瘤作用有限。例如TNP-470抑制内皮细胞cyclin A mRNA转录和抑制蛋氨酸氨肽酶2(methionine aminopeptidase-2)活性[11，12]。TNP-470浓度在300pg/ml到3μg/ml范围时有细胞静止作用，>30μg/ml显现细胞毒作用,但在体内达不到如此高浓度[13]。TNP-470抑制多种实验性肿瘤生长和转移，如乳腺癌、肝癌、前列腺癌、卵巢癌、恶性胶质瘤、鼻咽癌等[14,15]，但它对体积较大的胃癌、结肠癌无效[16]，不能抑制生长缓慢的肾癌生长[17],也不能逆转鼠乳腺癌细胞对环磷酰氨和顺铂的耐药性[18]。在一组I期临床实验中，TNP-470使1例头颈部鳞癌病人的肺转移灶消退，停药8月无复发，3例病情稳定，14例无作用[14]。VEGF阻断剂也存在类似现象，Yoshiji[19]报道在接种T-47D乳腺癌细胞时抑制VEGF表达可使病灶停滞在微小状态，当肿瘤体积为175mm3时抑制VEGF表达，两周后肿瘤体积只有对照组的1/6，当肿瘤体积为820mm3时抑制VEGF表达则不能影响肿瘤生长。有报道VEGF受体flk-1的中和抗体在用药初期有抑瘤作用，26天后肿瘤表达新的血管生成因子，flk-1中和抗体的抑瘤作用消失[4]。INF-α抑制肿瘤细胞表达bFGF,抑制肾癌细胞增殖，当肿瘤细胞表达其它血管生成因子后INF-α治疗无效[20]。最近Bergers[21]比较了TNP-470、BB-94(一种基质金属蛋白酶抑制剂)、血管抑素、内皮抑素对RIP1-Tag2转基因鼠胰腺β细胞癌发生、发展过程中血管生成的影响，发现它们均能抑制原位癌的血管生成和延缓肿瘤生长，但TNP-470不能抑制伴随肿瘤发生的血管生成，BB-94对浸润癌和转移癌无效。
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3 从内源性血管生成抑制因子可能开发出强效抑制剂
原发肿瘤抑制转移灶生长的现象提示原发灶可能分泌肿瘤抑制因子，先后从病人和动物血清分离到thrombospondin、血管抑素和内皮抑素等血管生成抑制因子。Folkman[22]实验室于1997年年初报道鼠源性内皮抑素抑制鼠T241纤维肉瘤、B16F10黑色素瘤和EOMA成血管内皮细胞瘤生长，1997年年底又报道内皮抑素不仅能消退鼠Lewis肺癌、T241纤维肉瘤、B16F10黑色素瘤皮下移植瘤和阻止Lewis肺癌从皮下组织转移到肺，而且不会产生耐药性。如果第一次用药使肿瘤消退，停药后肿瘤再次生长，再次用药后肿瘤再次消退，如此用药2～6个循环后，残余病灶稳定于“休眠”状态。病理切片观察到残余灶直径1～2mm，肿瘤微血管密度低，几乎没有新生血管，肿瘤细胞增殖和凋亡处于平衡状态，肿瘤组织轻度白细胞浸润和局灶性坏死，似乎肿瘤血管丧失对血管生成因子的反应[23]。内皮抑素的神奇效果引起公众关注，但在以后一段时间内因该实验结果不能被其它实验室重复而受到质疑。最近,NCI解释内皮抑素蛋白质不稳定使内皮抑素抑瘤效果难于重复[24]。人源性内皮抑素也被证实能抑制移植瘤生长[25]。由于种属差异，动物实验不能正确评估人源性内皮抑素的抑瘤效果，美国计划于1999年底开始内皮抑素临床试验[26]。内皮抑素的抑瘤机理尚不清楚，可能与其停滞血管内皮细胞在G1期，并诱导其凋亡有关[27,28]。
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内皮抑素的发现推动了血管生成机理的研究，不断发现新的内源性抑制因子提示在人体内可能存在与凝血/纤溶系统类似的血管生成/抑制系统,从中可能找到强效血管生成抑制剂[29，30]。
综上所述，肿瘤血管生成受多种因素调节，随着多种血管生成抑制剂完成临床试验，各种抑制剂的适用范围将会明确。为使抑制血管生成成为一种行之有效的抑瘤策略，从内源性抑制因子开发强效、广谱的血管生成抑制剂不失为可行之路。
曾益新审校
通讯作者：张晓实：Tel：86-20-87331902E-mail：ZXS617@163.net
参考文献：
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收稿日期：1999-09-28
修稿日期：1999-10-28, 百拇医药
单位：张晓实(中山医科大学肿瘤研究所病理室，广东广州510060)
关键词：血管生成抑制剂；肿瘤
癌症000328
分类号：R345;R730 文献标识码：A
文章编号：1000-467X(2000)03-0279-02▲
实体瘤的生长和转移依赖血管生成。新生血管为肿瘤细胞提供充分的氧气和营养，新生血管的内皮细胞表达多种生长因子，刺激肿瘤细胞增殖。肿瘤血管缺乏周细胞，基底膜不完整，肿瘤细胞易于进入血液循环[1]。20世纪70年代初美国Folkman医师设想抑制肿瘤血管生成，使肿瘤细胞因缺血、缺氧而部分死亡，从而可延缓晚期肿瘤生长，延长病人带瘤生存期，并可抑制亚临床转移灶生长，推迟复发[2]。与直接杀伤肿瘤细胞的化学治疗相比，血管生成抑制剂有以下优点：(1)血管生成抑制剂直接作用于血管内皮细胞，而抗癌药物经组织扩散时受到组织坏死、纤维化、组织内高压的影响，常常在组织内达不到有效浓度；(2)血管内皮细胞属正常细胞，其基因型稳定，不易产生耐药性，而肿瘤细胞基因型不稳定，易产生耐药性；(3)原发肿瘤和继发肿瘤的血管内皮细胞相同，而原发灶与继发灶中肿瘤细胞的生物学特性差异较大，化疗反应各异；(4)肿瘤血管内皮细胞的增殖速度较正常组织快许多倍，血管生成抑制剂对正常组织的影响轻微[3]。经过20多年的努力，血管生成机理研究已取得长足进步，对血管生成抑制剂的作用也有了进一步的认识。
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1 多种因素参与调节血管生成，在肿瘤发展的不同阶段发挥主导作用的因素不同
肿瘤血管生成包含毛细血管基底膜降解、血管内皮细胞迁移、增殖、形成管状结构、基底膜形成、血流贯通等步骤，这一过程既受机体神经内分泌因素影响，又受肿瘤细胞和肿瘤基质细胞表达的生长因子调控。主要的促进因子有血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)、转化生长因子α/β(transforming growth factor-α/β,TGF-α/β)、白细胞介素8(interleukin-8,IL-8)、胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor,IGF)、肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor,HGF)、Angiogenin、雌激素、雄激素、前列腺素等。主要的抑制因子有血小板因子4(platelet factor-4,PF-4)、血管抑素(angiostatin)、内皮抑素(endostatin)、干扰素α/β(interferon-α/β,IFN-α/β)、白细胞介素12(intrleukin-12,IL-12)、thrombospondin等[4]。一般来讲，VEGF和bFGF是最重要的血管生成因子。Lee[5]发现在成年鼠血管生成过程中，无论是生理性(妊娠)还是病理性(损伤、缺血、肿瘤)血管生成均需炎性介质(IL-1、IL-8、TNF)参与。
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肿瘤微环境影响血管生成因子表达和分布。人肾癌细胞株种植于裸鼠肾脏时bFGF表达比种植于皮下组织高10～20倍。肾脏肿瘤微血管丰富，瘤旁组织无INFβ表达，而皮下肿瘤的微血管较稀疏，瘤旁组织高表达INF-β[6]。黑色素瘤细胞的皮下移植瘤、肺转移灶、肝转移灶表达IL-8水平各不相同，而体外培养时IL-8表达水平一致[7]。体积较小的结肠癌原位移植瘤主要表达bFGF和IL-6，当肿瘤较大时VEGF表达占主导地位,VEGF主要表达于肿瘤中心部位,bFGF和IL-6则表达于肿瘤边缘[8]。缺氧可诱导黑色素瘤表达VEGF和angiogenin[9]。
在血管生成过程中各种生长因子的作用不尽相同，人脐静脉内皮细胞增殖、迁移主要与VEGF和bFGF有关；形成管状结构与bFGF有关；血管通透性取决于VEGF；VEGF和bFGF均能增强内皮细胞抗凋亡能力[10]。
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2 血管生成调节的复杂性限制了普通血管生成抑制剂的抑瘤作用
基于肿瘤血管生成机理，抑制肿瘤血管生成的策略包括：(1)利用反义核酸或生长因子抑制血管生成促进因子表达；(2)利用中和抗体、可溶性受体、受体拮抗剂阻断血管生成因子传递；(3)利用小分子药物和内源性血管生成抑制因子直接抑制血管内皮细胞增殖、迁移,抑制细胞外基质形成,诱导血管内皮细胞凋亡。根据NCI统计，目前在美国有20多种血管生成抑制剂已进入或即将进入临床试验(http：//cancertrials.nci.nih.gov)：①抑制细胞外基质形成：marimastat、bay12-9566、AG3340、COL-3、neovastat、BMS275291；②直接抑制血管内皮细胞增殖：TNP470、squalamine、combretastatinA-4、反应停、内皮抑素；③抑制血管生成因子表达和传递：SU5416、SU6668、PTK787/ZK22584、干扰素α；④抑制血管内皮细胞特异黏附分子：vitaxin、EMD121974；⑤机理不详：CAI、白细胞介素12、IM862。
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由于多种因素调节血管生成，单纯阻断血管生成某个环节所致的抑瘤作用有限。例如TNP-470抑制内皮细胞cyclin A mRNA转录和抑制蛋氨酸氨肽酶2(methionine aminopeptidase-2)活性[11，12]。TNP-470浓度在300pg/ml到3μg/ml范围时有细胞静止作用，>30μg/ml显现细胞毒作用,但在体内达不到如此高浓度[13]。TNP-470抑制多种实验性肿瘤生长和转移，如乳腺癌、肝癌、前列腺癌、卵巢癌、恶性胶质瘤、鼻咽癌等[14,15]，但它对体积较大的胃癌、结肠癌无效[16]，不能抑制生长缓慢的肾癌生长[17],也不能逆转鼠乳腺癌细胞对环磷酰氨和顺铂的耐药性[18]。在一组I期临床实验中，TNP-470使1例头颈部鳞癌病人的肺转移灶消退，停药8月无复发，3例病情稳定，14例无作用[14]。VEGF阻断剂也存在类似现象，Yoshiji[19]报道在接种T-47D乳腺癌细胞时抑制VEGF表达可使病灶停滞在微小状态，当肿瘤体积为175mm3时抑制VEGF表达，两周后肿瘤体积只有对照组的1/6，当肿瘤体积为820mm3时抑制VEGF表达则不能影响肿瘤生长。有报道VEGF受体flk-1的中和抗体在用药初期有抑瘤作用，26天后肿瘤表达新的血管生成因子，flk-1中和抗体的抑瘤作用消失[4]。INF-α抑制肿瘤细胞表达bFGF,抑制肾癌细胞增殖，当肿瘤细胞表达其它血管生成因子后INF-α治疗无效[20]。最近Bergers[21]比较了TNP-470、BB-94(一种基质金属蛋白酶抑制剂)、血管抑素、内皮抑素对RIP1-Tag2转基因鼠胰腺β细胞癌发生、发展过程中血管生成的影响，发现它们均能抑制原位癌的血管生成和延缓肿瘤生长，但TNP-470不能抑制伴随肿瘤发生的血管生成，BB-94对浸润癌和转移癌无效。
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3 从内源性血管生成抑制因子可能开发出强效抑制剂
原发肿瘤抑制转移灶生长的现象提示原发灶可能分泌肿瘤抑制因子，先后从病人和动物血清分离到thrombospondin、血管抑素和内皮抑素等血管生成抑制因子。Folkman[22]实验室于1997年年初报道鼠源性内皮抑素抑制鼠T241纤维肉瘤、B16F10黑色素瘤和EOMA成血管内皮细胞瘤生长，1997年年底又报道内皮抑素不仅能消退鼠Lewis肺癌、T241纤维肉瘤、B16F10黑色素瘤皮下移植瘤和阻止Lewis肺癌从皮下组织转移到肺，而且不会产生耐药性。如果第一次用药使肿瘤消退，停药后肿瘤再次生长，再次用药后肿瘤再次消退，如此用药2～6个循环后，残余病灶稳定于“休眠”状态。病理切片观察到残余灶直径1～2mm，肿瘤微血管密度低，几乎没有新生血管，肿瘤细胞增殖和凋亡处于平衡状态，肿瘤组织轻度白细胞浸润和局灶性坏死，似乎肿瘤血管丧失对血管生成因子的反应[23]。内皮抑素的神奇效果引起公众关注，但在以后一段时间内因该实验结果不能被其它实验室重复而受到质疑。最近,NCI解释内皮抑素蛋白质不稳定使内皮抑素抑瘤效果难于重复[24]。人源性内皮抑素也被证实能抑制移植瘤生长[25]。由于种属差异，动物实验不能正确评估人源性内皮抑素的抑瘤效果，美国计划于1999年底开始内皮抑素临床试验[26]。内皮抑素的抑瘤机理尚不清楚，可能与其停滞血管内皮细胞在G1期，并诱导其凋亡有关[27,28]。
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内皮抑素的发现推动了血管生成机理的研究，不断发现新的内源性抑制因子提示在人体内可能存在与凝血/纤溶系统类似的血管生成/抑制系统,从中可能找到强效血管生成抑制剂[29，30]。
综上所述，肿瘤血管生成受多种因素调节，随着多种血管生成抑制剂完成临床试验，各种抑制剂的适用范围将会明确。为使抑制血管生成成为一种行之有效的抑瘤策略，从内源性抑制因子开发强效、广谱的血管生成抑制剂不失为可行之路。
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收稿日期：1999-09-28
修稿日期：1999-10-28, 百拇医药