肿瘤血管生成的分子机制常用研究方法

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VEGF-related factor,VRF),VEGF-C(VEGF相关蛋 白,VEGF-related protein,VRP),以及VEGF-D/ FIGF和VEGF-E等成员,它们共同构成VEGF家族。 VEGF主要由血管周围的细胞产生,并通过旁分泌机 制作用于内皮细胞,在促进血管形成、抑制内皮细胞 的凋亡及提高血管通透性等方面发挥重要作用。
这也是进行肿瘤微血管密度测定的选择区域。很多肿
瘤的微血管新生主要分布在肿瘤生长活跃的边缘。
肿瘤的新生血管分布上常常无规律,分支紊乱, 管腔不规则,表现为狭窄、扩张或扭曲。新生血管呈
血窦状、条索状,管壁薄,甚至仅有一层内皮细胞;
或管壁很厚,但结构上仍然不完善。内皮细胞比较幼
稚,细胞间常有裂隙,且缺乏基底膜,有时血管外的
家族成员。 Ets-1与新血管形成:血管周围基膜的分解和内皮细 胞本身的迁移力是血管生成的两个关键因素。前者主 要与MMPl有关,后者则主要与Ets-1有关。
已发现的4种典型的血管生长因子aFGF、bFGF、 VEGF及EGF都能调节人脐静脉内皮细胞(HUVECs)、
ECV-304细胞以及人网膜微血管内皮细胞中的ets-1
mRNA的表达。上述培养的细胞当受到生长因子等刺


二. 血管生成抑制因子
(一)大分子蛋白前体酶解片段


(二)细胞因子
(三)丝氨酸蛋白酶抑制剂


(四)组织金属蛋白酶抑制剂
(五)抑癌基因
肿瘤血管生成受多种血管生成因子(angiogenic factors)和血管生成抑制物(angiogenesis inห้องสมุดไป่ตู้ibitors) 的调控。肿瘤细胞、内皮细胞和巨噬细胞受缺氧刺
分别由206、189、165、145和121个氨基酸组成。其中
以VEGF165最具特征性,其次是VEGF121二者均为可溶性
分泌蛋白,扩散力强,易于到达靶细胞。
近年又发现其他一些与VEGF功能相似、结构上有一定 同源性的多肽因子,包括胎盘生长因子(placentor
growth factor,PIGF),VEGF-B(VEGF相关因子,
②血管期(vascular phase)
肿瘤迅速生长并发生转移
2.肿瘤血管的起源 肿瘤中的血管可能有3种来源:
①血管生成:以两种方式发生,一是肿瘤细胞团先处于
无血管期生长,后因缺氧而产生大量血管生成因子, 从而诱导血管生成;另一种是瘤细胞先依赖宿主组织 已存在的血管生长,继而出现瘤内血管消退,然后再 因缺氧诱导血管生成因子作用而发生血管生成。
(二) 细胞外基质与基质金属蛋白酶
1.细胞外基质:人体各种组织均由细胞外基质
(extra cellular matrix,ECM)构成支架,根据其
分布部位、组成成分及功能的不同可将其分为基
膜(BM)和间质结缔组织两大类。 ECM成分由4大家族组成:胶原蛋白、蛋白多 糖、弹性蛋白、ECM糖蛋白。
显示,新的毛细血管围成环状及新合成的细胞外基
质成分沉积、铺垫后,血管环前端新合成的BM就开
始了MMPs所介导的蛋白水解过程,内皮细胞迁移将
始于局部水解,形成一个新的毛细血管芽,随后又 经历了一系列细胞外蛋白水解酶的活化与抑制的动 态循环。体外细胞培养发现,当将人脐静脉内皮细 胞培养于BM样物质上时,内皮细胞很快排成直线, 围成管状,编织成血管网。
而且能促进内皮细胞产生并调节纤溶酶原激活物
及其抑制因子;增加血管通透性等特性,在血管
生成中发挥重要作用。
VEGF在几乎所有的人体肿瘤和肿瘤细胞株中皆 有过表达。VEGF及其受体在肿瘤中的表达常与肿 瘤分化程度密切相关。大多数实体瘤VEGF基因均 有过表达,VEGF165 、VEGF121两种VEGF最常见。
1.血管内皮生长因子家族
血管内皮生长因子
(vascular endothelial growth factor, VEGF)又称血管通透 性因子(vascular permeability factor,VPF),为分子量3445kD的同源二聚体糖蛋白。
VEGF基因通过转录水平的剪切,可产生5种变异体, 即VEGF206、VEGFl89、VEGFl65、VEGFl45和VEGFl21,
5. MMPs激活与癌的浸润和转移:多数癌组织中潜
在型MMP-2的激活程度是癌发生转移的重要指标。
因此检测癌组织内MMP-2活化酶MT-MMP对癌的治疗
具有重要意义。
(三) Ets家族成员
Ets原癌基因于1983年分别在不同的实验室中分离
成功。迄今发现至少有Ets-1、Ets-2等11种Ets基因
细胞和间质构成,后者主要包括血管、淋巴管、结
缔组织、炎细胞及细胞外基质等成分。其中血管和
结缔组织起营养、支持瘤细胞的作用。
肿瘤内的新生血管和淋巴管分别通过血管生
成(angiogenesis)和淋巴管生成(1ymphangiogenesis)
实现的,并在肿瘤的生长和扩散(侵袭和转移)中起 重要作用。
已有研究证明,肿瘤血管生成活跃程度
4.MMPs在不同癌组织中的表达:人类癌组织种类繁多,
研究癌细胞所产生的各种MMPs分子的特点及其在各种
癌组织中的分布情况,对了解癌的浸润和转移过程有
重要意义。已有资料表明,不同种类的癌细胞所表达
的MMPs分子种类和表达量也不相同。例如:
乳腺癌:MMP-7,-8及-13表达量明显高于正常
乳腺组织。
在VEGF家族中,VEGF-C和VEG-D既可诱导血管生
成,又可诱导淋巴管生成。已有研究报道,人体多 种肿瘤细胞高表达VEGF-C。体内转基因实验也证实, 肿瘤细胞VEGF-C的高表达能选择性地诱导肿瘤组织 淋巴管生成。
肿瘤组织中的VEGF-C和VEGF-D还来源于浸润的巨
噬细胞。
缺氧是许多细胞系产生VEGF的一个强烈的诱导因
②血管部位细胞外基质改变、基底膜降解, 内皮细胞芽生、增殖和迁移; ③新生内皮细胞索形成管 状毛细血管襻及管腔; ④新生血管管腔的贯通。
(二)肿瘤血管生成的过程 1.肿瘤生长的阶段性
①无血管期(avascular
(prevascular phase)
phase)或称血管前期
肿瘤直径不超过1~2mm
肿瘤血管生成的分子机制 及常用研究方法
肿瘤血管生成的分子机制及常用研究方法
主要内容: 第一节 肿瘤血管生成的基本过程 第二节 肿瘤微血管形态和生物学特性 第三节 肿瘤血管生成的调控机制
第四节 抗血管生成疗法在肿瘤治疗中的应用
第五节 肿瘤血管生成常用研究方法
人体肿瘤大部分为实体瘤。实体瘤瘤组织由瘤
目前发现ECM糖蛋白有10余种,如层粘连蛋白、纤维
粘连蛋白(fibronectin,FN)等。其中FN主要分布于皮
肤、肌腱、血管壁和骨基质等组织。
多数ECM糖蛋白具有粘附功能,这种功能的发挥
与其分子内部含有的某些特殊的蛋白片段有关,通过
这些片段,ECM糖蛋白就可以与细胞及ECM其它成分结
合,参与细胞的粘附、迁移、生长和分化。
→新生毛细血管形成并连通。
第二节
肿瘤微血管形态和生物学特性
肿瘤微血管不仅在形态上不同于正常血管,而且
在生物学功能上也有其特殊性。
一.肿瘤微血管形态表现 肿瘤组织内新生的微血管一般遍布整个肿瘤组织, 但分布上并不均一。血管生成最活跃、微血管密度最 高的区域被称为所谓“血管热点区”(hot spots),
2.VEGF受体类型:VEGF只有与其特异性受体结合后才 能发挥生物学功能。目前,已鉴定并克隆出3种受体,
即VEGF受体l (VEGFR-1,又称flt-1)、VEGF受体2
(VEGFR-2,又称flk-1或KDR)及VEGF受体3 (VEGFR-3又称flt-4), 均属酪氨酸激酶受体,称为Flt 家族。前两种受体一般只表达于血管内皮细胞表面, 但偶尔在其它类型细胞,如肿瘤细胞中也有表达;
2. 基质金属蛋白酶的家族成员:随着现代基础医 学科学理论和实验技术的飞速发展,大量的MMPs被
发现、分离、纯化及测序。它们广泛地分布于动植
物界,几乎能降解所有生物体内的ECM成分。到目
前为止,MMPs家族至少包含20种酶,而且其新成员
仍在继续增加。
3. 基质金属蛋白酶的促新血管形成作用:电镜观察
激等使局部微环境发生变化的因素作用而合成和释
放大量血管生成因子从不同环节促进血管生成。组
织中同时也存在内源性血管生成抑制因子,对血管
生成起抑制作用。
一、血管生成因子
血管生成的始动需要血管生成因子。一系列血管
生成因子、细胞因子、细胞外基质和黏附分子及其抑 制物,以及代谢性和机械性因子均参与了血管生成过 程。 (一)血管内皮生长因子(VEGF)及其受体家族
对组织病理分级、放射治疗以及在预后判断
上都有重要的评估价值。
第一节
肿瘤血管生成的基本过程
一、血管生成现象 1945年Algire提出了“肿瘤血管生成(tumor
angiogenesis)”或“血管新生化(neovasclarzation)”概
念。对血管生成重要性的认识,特别是提出“肿
瘤生长依赖于血管生成”观点,始于1971年
肿瘤血管的结构缺陷是其具有高通透性的结构 基础,也是肿瘤转移途径之一。 二、肿瘤微血管的生物学特性 ①低反应性 ②高通透性 ③低供氧能力
第三节
肿瘤血管生成的调控机制
一、血管生成因子 (一)VEGF及其受体家族 (二) 细胞外基质与基质金属蛋白酶 (三) Ets家族成员 (四) 纤维母细胞生长因子(FGF)家族及其受体 (五) 血小板源内皮细胞生长因子(PD-ECGF) (六)其它血管生成因子
子。 离体条件下,葡萄糖缺乏亦是VEGF表达的诱因。
VEGF在肿瘤坏死灶周边常呈强表达。
肿瘤中诱生型一氧化氮合酶(iNOS)表达水平常
与VEGF呈正相关,NO与VEGF之间具有相互调节作用。
多种癌基因的激活通过上调VEGF表达而诱导血管 生成,失活的抑癌基因(如突变型p53基因)也参与了 VEGF介导的血管生成过程。
Folkman对肿瘤血管生成的研究报道。
血管生成是指活体组织在已存在的微血管
床上芽生出新的以毛细血管为主的血管系统的
过程。有别于胚胎时期由早期内皮细胞分化形
成新血管的过程即血管形成(vasculogenesis) 。
二.肿瘤血管生成的基本过程
(一)血管生成的基本步骤:
①血管生成因子的产生过多使之与抑制因子失衡, 导致内皮细胞激活,产生血管生成表型;
母细胞瘤中新生血管不仅丰富,而且内皮细胞呈不 同程度的增生、肥大;绒毛膜癌、肝细胞癌等血管 呈壁薄、明显扩张的血窦。

总之,肿瘤微血管形态特点是:遍布整个肿瘤组织, 但分布不均一,无规律,分支紊乱;管腔不规则,结 构上不完善;内皮细胞比较幼稚,细胞间常有裂隙, 且缺乏基底膜,有时血管外的肿瘤细胞可直接与血管 管腔相连。
肿瘤细胞可直接与血管管腔相连。
肿瘤血管的结构缺陷是这些血管具有高通透性的
结构基础,也是肿瘤转移途径之一。不同类型肿瘤间 质血管没有本质区别,但在形态和数量上却有不同。
生长活跃的恶性肿瘤常富于血管。如内分泌肿
瘤、肾癌、骨肉瘤、绒毛膜癌、破骨细胞瘤、胶质
母细胞瘤和肝细胞癌等。
不同肿瘤血管的形态又有一定的差异,如胶质
在胚胎发育过程中,VEGF(主要是VEGF-A)通过 其受体VEGFR-1(Flt-1)和VEGFR-2(Flk-1/KDR)促进
内皮分化、增殖、迁移和原始血管形成。
由新形成的内皮组装成管腔样结构需要VEGFR-1
的表达和激活,而VEGFR-3的表达与内皮细胞形成静
脉或淋巴管有关。
VEGF不仅是内皮细胞特异的强效有丝分裂原,
Flt-4在胎儿早期静脉的内皮细胞上呈一过性表达,
胎儿后期和出生后的内皮细胞则不再表达;在成人
Flt-4只在淋巴管的内皮细胞上表达。由于Flt家族
基因的表达部位不同,其配体的结合部位也不同。
早期血管的形成需要VEGF的调节,它们与内皮 细胞上相应的酪氨酸激酶受体结合,引起内皮细胞 分裂和分化,并形成管腔样结构。
②血管套叠性生长
③内皮祖细胞(endot helial progenitor cell ,EPC) EPC 为 血管内皮细胞的前体细胞,参与胚胎的血管生成,也称 为成血管细胞。EPC 主要来源于骨髓, 表达CD133 、 CD34和VEGFR2。 3.肿瘤血管生成的过程 瘤细胞和巨噬细胞→血管生成因子(VEGF) 等→小血 管或毛细血管伸展→内皮细胞迁移形成毛细血管芽
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