抗腫瘤血管生成與腫瘤細(xì)胞再增殖的關(guān)系

張 妍綜述 張維東 審校

在我國，大部分惡性腫瘤患者確診時已為晚期或伴遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，目前單一化學(xué)治療方法效果不理想，腫瘤常常會在短的時間內(nèi)復(fù)發(fā)，這可能是由于化療期間腫瘤細(xì)胞的加速再增殖所致。眾所周知，若沒有血液供應(yīng)，腫瘤細(xì)胞由于缺血缺氧會發(fā)生死亡，腫瘤尺寸不會超過2～3 mm3。因此，在化療間期腫瘤細(xì)胞加速再增殖過程中，給予抗血管生成治療可抑制殘存腫瘤細(xì)胞的再增殖，達(dá)到提高化療藥物治療效果，延緩疾病進(jìn)展的目的。

1 化療間期腫瘤細(xì)胞的再增殖

1.1 腫瘤細(xì)胞再增殖機制

化療是利用化學(xué)藥物殺死腫瘤細(xì)胞、抑制腫瘤細(xì)胞生長繁殖和促進(jìn)腫瘤細(xì)胞分化的治療方式。化療并不能將腫瘤細(xì)胞全部殺死，部分腫瘤細(xì)胞死亡后，腫瘤體積縮小，殘留腫瘤的血供改善，供氧和營養(yǎng)增加，形成了腫瘤細(xì)胞發(fā)生再增殖的基礎(chǔ)，此時再增殖速率甚至超過腫瘤在化療前的速率，因此把這個現(xiàn)象稱為加速再增殖(accelerated repopulation)。有以下幾個因素促使了殘留腫瘤細(xì)胞的再增殖:①腫瘤細(xì)胞的死亡和細(xì)胞間的接觸抑制現(xiàn)象減少;②腫瘤細(xì)胞釋放一些因子刺激殘余腫瘤細(xì)胞增殖加快;③腫瘤細(xì)胞凋亡減少，腫瘤干細(xì)胞的分裂由非對稱分裂轉(zhuǎn)變?yōu)閷ΨQ分裂。腫瘤細(xì)胞通過上述機制發(fā)生再增殖，，往往引起化療的失敗，導(dǎo)致疾病復(fù)發(fā)。

1.2 腫瘤細(xì)胞再增殖的特征

Norton和Simon提出了用數(shù)學(xué)模型來描述化療后腫瘤再增殖過程，他們認(rèn)為腫瘤的生長將遵循Gompertzian曲線，該曲線提示腫瘤生長的初始階段腫瘤細(xì)胞增殖速度較快，在達(dá)到一定體積后腫瘤細(xì)胞增殖速度減慢。化療后，腫瘤體積縮小速度與腫瘤再生長速度成正比［1］。也就是說，如果腫瘤細(xì)胞未被完全消滅，則腫瘤組織生長回原來大小的速度也越快，即殘余腫瘤細(xì)胞生長速度也越快。已有證據(jù)顯示，腫瘤細(xì)胞的再增殖速度在連續(xù)化療間期逐漸加快。另外，腫瘤細(xì)胞耐藥的一部分原因是由于腫瘤細(xì)胞加速再增殖引起的，而不是因為腫瘤細(xì)胞對化療藥物的敏感性降低所致。

1.3 腫瘤的血管生成與腫瘤細(xì)胞再增殖的關(guān)系

Durand等研究了在實體瘤中腫瘤細(xì)胞的空間位置與加速再增殖的關(guān)系。該研究發(fā)現(xiàn)，距離腫瘤表面近的細(xì)胞增殖速率較高，腫瘤內(nèi)部的細(xì)胞增殖速率較低，也就是說血供豐富的腫瘤細(xì)胞再增殖速率較其他腫瘤細(xì)胞再增殖速率高。Marcu等［1］發(fā)現(xiàn)在化療過程中，血管周圍的腫瘤細(xì)胞增殖旺盛，并對化療藥物較敏感，易被藥物殺死;而遠(yuǎn)離血管的腫瘤細(xì)胞對藥物敏感性差，化療后仍有部分腫瘤細(xì)胞可以存活，至此，存活下來的腫瘤細(xì)胞較前獲得更豐富血供，細(xì)胞由靜止期(G0/G1期)進(jìn)入到增殖期(S/G2/M期)，細(xì)胞周期進(jìn)程加速，為腫瘤細(xì)胞再增殖打下基礎(chǔ)。由此可知，血管生成在腫瘤細(xì)胞再增殖過程中發(fā)揮重要作用。

2 抗血管生成治療抑制腫瘤細(xì)胞再增殖的可能機制

2.1 阻斷腫瘤血管生成

目前研究可知，腫瘤的生長依賴于腫瘤內(nèi)血管的生成，血管生成是腫瘤迅速增殖及血行轉(zhuǎn)移的前提。根據(jù)腫瘤血管形成機制，目前針對抗腫瘤血管形成的分子靶向藥物主要通過以下途徑:抑制血管外基質(zhì)降解［2］;直接或間接抑制促血管生成因子及其通路［3，4］;提高內(nèi)源性或外源性血管生成抑制因子的濃度［5］。化療后快速再增殖的瘤細(xì)胞通過鄰近的腫瘤血管獲得血供，在化療間期給予抗血管新生藥物，可在腫瘤細(xì)胞快速增殖期誘發(fā)“剎車”的作用，阻止腫瘤的再生長。而當(dāng)抗血管新生藥物對化療間期腫瘤細(xì)胞再增殖的抑制作用減弱時，則進(jìn)入第二周期的化療用藥階段。O’Reilly研究已經(jīng)證實［6］，當(dāng)腫瘤的血管生成受到抑制和破壞時，由于腫瘤在生長過程中不能夠得到足夠的營養(yǎng)物質(zhì)，腫瘤細(xì)胞的再增殖過程受到阻礙。

2.2 腫瘤血管及微環(huán)境正常化

Jain［7］在2001年提出腫瘤血管正常化(vascular normalization)理論，即合理運用抗血管生成藥物能夠改善腫瘤的微環(huán)境，在血管消退之前修復(fù)異常的腫瘤血管系統(tǒng)，使腫瘤扭曲異常的血管趨于正常，更有利于氧和化療藥物輸送到腫瘤細(xì)胞，從而增加化療的敏感性，最終提高抗瘤效果和抑制腫瘤轉(zhuǎn)移。此理論為抗腫瘤治療提供了新的思路，并且研究證實［8］直接和間接的抗血管生成治療均能使腫瘤血管及微環(huán)境正常化。

2.2.1 腫瘤血管及微環(huán)境的異常 目前研究認(rèn)為，腫瘤血管生成的始動因素是腫瘤微環(huán)境內(nèi)促血管生成因子(pro-angiogenesis factor)和血管生成抑制因子(anti-angiogenesis factor)的失衡所致。在正常組織中，這兩種因子處于平衡狀態(tài)，然而在腫瘤生長期間，多種環(huán)境和細(xì)胞觸發(fā)因素可導(dǎo)致促血管生成因子過度表達(dá)，因此在腫瘤血管生成過程中表現(xiàn)為以血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)為主的促血管生成因子占優(yōu)勢，最終導(dǎo)致了腫瘤血管扭曲、擴(kuò)張、紊亂、微血管通透性增加等結(jié)構(gòu)與功能的改變［9］。此外，腫瘤代謝微環(huán)境也因為血管異常而發(fā)生改變，主要表現(xiàn)為缺氧，酸中毒，組織間隙液壓(Interstitial fluid pressure，IFP)升高等［10］。腫瘤血管和微環(huán)境的異常已成為腫瘤化療耐受的主要原因:首先，血供不足和IFP增高使藥物和免疫細(xì)胞不能有效地輸送到腫瘤組織;其次，缼氧使腫瘤細(xì)胞對某些細(xì)胞毒性藥物產(chǎn)生抵抗;再次，缺氧和酸中毒使某些細(xì)胞毒性免疫細(xì)胞功能受損［11］;另外，VEGF表達(dá)的增加會促進(jìn)腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移。

2.2.2 腫瘤血管及微環(huán)境正常化對腫瘤細(xì)胞再增殖的抑制作用 研究發(fā)現(xiàn)［12～14］，抗血管生成治療可重新恢復(fù)促血管生成因子和血管生成抑制因子之間的平衡，使異常的血管結(jié)構(gòu)和功能趨于正常，并能改善腫瘤的微環(huán)境。化療過程中應(yīng)用抗血管生成治療使腫瘤血管正常化，血管正常化時IFP降低，藥物滲透到腫瘤增加，增強化療對腫瘤細(xì)胞的殺傷作用，從而對抗化療間期腫瘤細(xì)胞再增殖，最終提高抗瘤效果和抑制腫瘤轉(zhuǎn)移。Batchelor等［15］研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用抗血管生成藥物后腫瘤內(nèi)異常微血管逐漸凋亡，在正常化時間窗內(nèi)，腫瘤內(nèi)間質(zhì)液的對流會突然增高，而周邊正常組織內(nèi)間質(zhì)液的對流卻下降，這使腫瘤內(nèi)藥物濃度增高，生長因子和腫瘤細(xì)胞流入周邊組織減少，抑制了腫瘤生長與轉(zhuǎn)移。

3 抗腫瘤血管生成對腫瘤細(xì)胞再增殖的抑制作用

3.1 VEGF/VEGFR信號通路抑制劑

VEGF/VEGFR是腫瘤血管生成的主要信號通路，VEGF具有促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移，維持內(nèi)皮細(xì)胞功能，增加微血管通透性，誘導(dǎo)血管生成等作用［16］。事實上，VEGF抗體、VEGFR抗體及激活素受體樣激酶1(ALK1)抑制劑已被證明可改善腫瘤血管及微環(huán)境［17］，并且與常規(guī)化療藥聯(lián)合使用，可獲得良好治療效果。貝伐單抗是1種VEGF-A單克隆抗體，能與VEGF結(jié)合，并防止VEGF與內(nèi)皮細(xì)胞表面的受體(Flt-1和KDR)結(jié)合，從而影響其生物學(xué)功能［18，19］。研究證實［20，21］，在非小細(xì)胞肺癌、乳腺癌治療過程中，貝伐單抗與傳統(tǒng)化療藥物聯(lián)合應(yīng)用在阻斷腫瘤血管生成的同時，可使腫瘤血管正常化，提高腫瘤血管灌流，減輕組織缺氧，使腫瘤內(nèi)藥物濃度增高，顯著抑制腫瘤細(xì)胞再增殖，最終提高患者總生存率。

3.2 血管內(nèi)皮抑制素

血管內(nèi)皮抑制素(endostatin)是血管生成過程中公認(rèn)的內(nèi)源性血管生成抑制因子，它特異性地作用于新生血管的內(nèi)皮細(xì)胞，抑制內(nèi)皮細(xì)胞遷移，誘導(dǎo)其凋亡，從而發(fā)揮抗血管生成作用;另外，還通過調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞表面VEGF的表達(dá)及蛋白水解酶的活性，多靶點發(fā)揮抗腫瘤血管生成作用，間接導(dǎo)致腫瘤休眠或退縮。恩度(Endostar)是由我國自行研發(fā)的重組人血管內(nèi)皮抑制素，大量研究表明［22～24］，恩度聯(lián)合含鉑化療方案治療晚期非小細(xì)胞肺癌效果明顯，能改善和穩(wěn)定患者的生活質(zhì)量，具有良好的耐受性，且安全性好，毒性低。國內(nèi)研究還發(fā)現(xiàn)，恩度聯(lián)合化療在晚期胃癌、惡性漿膜腔積液、晚期黑色素瘤、卵巢癌、食管癌等多種惡性腫瘤的治療中都有較高的安全性和良好的近期療效，能夠遏制腫瘤細(xì)胞再增殖，減少化療后復(fù)發(fā)。

3.3 凝血酶敏感蛋白

凝血酶敏感蛋白(thromobospondin-1，TSP-1)抗腫瘤血管生成作用廣泛，被認(rèn)為是抑制血管生成最重要的蛋白。TSP-1通過抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡、調(diào)節(jié)血管生成因子等作用機制發(fā)揮抗腫瘤血管生成作用［25］。實驗證實［18，26］，在轉(zhuǎn)基因小鼠中血管內(nèi)皮抑制素和TSP-1表達(dá)的減少會導(dǎo)致血管處于增殖狀態(tài)，腫瘤生長速度加快;相反的，這兩種抑制因子表達(dá)增加可使腫瘤細(xì)胞缺乏誘導(dǎo)血管新生潛能，不能達(dá)到“誘導(dǎo)閾值”而維持休眠狀態(tài)。由此可見，內(nèi)源性血管生成抑制因子可通過抗腫瘤血管生成機制，發(fā)揮抑制腫瘤細(xì)胞再增殖的作用。

綜上所述，在化療過程應(yīng)用抗血管生成治療，不僅能夠拮抗腫瘤血管生成，還可使腫瘤異常血管正常化，促進(jìn)氧和化療藥物的輸送，充分發(fā)揮抑制化療間期殘存腫瘤細(xì)胞再增殖的作用，并減少腫瘤的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移。同時，隨著對“血管正常化”理論研究的深入，為制定更合理的抗腫瘤聯(lián)合治療方案提供了理論依據(jù)，但尚有許多問題需進(jìn)一步研究解決，如怎樣延長腫瘤血管正常化時間窗(normalization window)［15，27］，腫瘤血管正常化的特性是否是在所有類型腫瘤中普遍存在，抗血管生成治療藥物是否對所有腫瘤都有血管正常化的作用［28］等，這都是抗血管生成治療現(xiàn)階段所面臨的問題。

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