血管內皮生長因子抑制劑及在放療中的作用的相關研究進展*

張 姣 綜述，高春玲審校

(中國人民解放軍第174醫院放療科，福建廈門361003)

腫瘤壞死因子超家族(Tumor necrosis factor superfamily TNFSF)由一組結構相近的細胞因子組成，通過與細胞表面的特異性受體結合發揮強大的生物學功能，在機體免疫應答、炎癥反應中發揮重要的作用，并對細胞的增殖、分化、凋亡起到調控作用［1］。VEGI是腫瘤壞死因子超家族中的一員，又稱為TNFSF15(tumor necrosis factor superfamily-15)［2］，也可以稱為 TL1(TNF like ligand-1)或是 TL1A［3］。VEGI與家族中其他成員一樣，為多功能性細胞因子，VEGI主要由血管內皮細胞和樹突狀細胞分泌，發揮抑制內皮細胞生長的功能［2，4］。

1 VEGI的發現

VEGI最初發現時因有特異性血管內皮細胞生長抑制作用，故得此名［2］。同時，在人類臍靜脈內皮細胞cDNA庫中也發現了VEGI，并因與TNF-α的氨基酸序列有高度的相近性，又稱為TL1(TNF like ligand-1)［5］。VEGI的一級結構與人 TNF-α、TNF-β及Fas配體的一級結構存在20%～30%的同源性，后又被人類基因圖譜工程命名為TNFSF15［6］。

2 VEGI的結構及分布

VEGI基因定位于人染色體9q32，分子量約為17kb，含有4個外顯子，3個內含子，外顯子與內含子之間的連結嚴格遵從GT-AG規律。經選擇性剪接產生3種不同的VEGI蛋白同源異構體，其中既有胞內型，也有分泌型，分別是 VEGI-174、VEGI-251和VEGI-192［7］。其中最早被報道的 VEGI亞型含有174個氨基酸殘基，即VEGI-174。另外兩種異構體分別含有251和192個氨基酸殘基，即VEGI-251和 VEGI-192，分別由分子量為 1．5kb、7．5kb 和 2．0kb 的基因片段編碼而來［7-8］。VEGI蛋白的氨基末端結構各不相同，羧基末端均由151個氨基酸殘基構成，且三種亞型中這151個氨基酸序列相同。其中VGI-251是含量最多的亞型，可以在細胞培養液中檢測到，如血管內皮細胞、VEGI-251轉染的哺乳動物細胞。VEGI-174被認為是一種細胞膜結合性分泌蛋白，單次跨膜將一段短的N端胞漿區域與C端的胞外結構域分隔開來。C端第29～174位的氨基酸殘基，組成具有抗血管生成活性的功能結構域。而VEGI-192呈低表達狀態，發現較晚，Chew［7］等最先發現，并證實rhVEGI-192對血管生成的抑制作用是抗血管生成藥物重組內皮抑素(endostatin)的20倍。

目前已有VEGI晶體結構的相關報道［9-10］。和TNF家族其他成員的三級結構一樣，VEGI的三級結構由三個VEGI單體聚集而成，每個單體含有兩個 β-環，形成“三明治”樣結構［10］。VEGI的功能性受體叫做DR3(death receptor 3)，是TNF受體超家族成員之一，VEGI通過激活DR3發揮調節免疫和刺激樹突細胞成熟等作用［11］。而DcR3(decoy receptor 3)是DR3的天然抑制劑，可以抑制VEGIDR3之間的相互作用。DcR3為一種分泌性蛋白，也是TNF受體超家族中的一員，在多種惡性腫瘤中高度表達，DcR3可以使三種TNF超家族成員的分別是 FasL，LIGHT、VEGI失活［12］。Migone［3］等將僅含有胞外功能域的可溶性DR3和DcR3以2:1加入到培養基中，結果觀察到DR3不能與表達VEGI的細胞表面結合。同時，在DR3轉染細胞中，VEGI可以顯著地激活NF-κB信號通路，而過量的DcR3卻可以完全抑制這一功能。DcR3不僅僅是DR3的受體，使DR3的配體失活。它也可能是含有多種功能的細胞因子，在細胞凋亡、免疫抑制、血管生成、腫瘤進展中發揮調節作用。

VEGI基因主要在血管內皮細胞中檢測到，而VEGI蛋白則表達于很多人體正常組織中，如胎盤、腎臟、肺臟、脾臟、骨骼肌、前列腺、胰腺、小腸、大腸等［2，6］。VEGI-251和VEGI-174在人體器官和組織中的分布不同［7］。Chew等［7］通過免疫蛋白印跡的方法，在胎盤、腎臟、肺臟、肝臟中檢測到 VEGI-251，在肝臟、腎臟、骨骼肌、心臟中檢測到 VEGI-174，而在前列腺、唾液腺、胎盤中 VEGI-251和VEGI-174重疊表達，在胎兒腎臟和肺臟中VEGI-251呈高表達，在心臟、骨骼肌、胎盤、腎上腺和肝臟中VEGI-174呈高表達。VEGI 192在體內呈低表達狀態。

3 VEGI基因表達的調控

此前已有報道，TNF-α和IL-1能上調VEGI的表達，而 IF-γ 能下調 VEGI的表達［3，7，13，14］。Deng等［15］通過實驗證明，在卵巢癌中 VEGF(vascular endothelial cell growth factor)和MCP-1(monocyte chemotactic protein-1)能明顯下調血管內皮細胞中VEGI的表達，并隨著卵巢癌的進展，VEGI表達呈下降趨勢。在另一項研究中，Jang等［16］證明HD11雞巨噬細胞中的c．MIF(chicken macrophages migration inhibitory fator)能夠增加VEGI的表達。Zhou等［17］通過實驗，說明在前列腺癌中，AMPK(5'adenosine monophosphate activated protein kinase)上調VEGI表達，并能夠抑制腫瘤的生長。亦有Lambert等［18］證明在骨關節炎患者中，VEGI的表達受到IL-1β和硫酸軟骨素的調控。Xiao等［19］在研究鼠VEGI基因啟動子的實驗中發現，NF-κB的兩種亞型p50、p65與VEGI基因啟動子相互作用，p65過表達能夠上調VEGI基因，反之，p50則抑制其表達。在研究VEGI基因啟動子上NF-κB結合位點的研究中，發現NF-κB結合位點是否正確，對VEGI基因的表達至關重要。Endo等［20］發現，細菌脂多糖激活的NF-κB信號通路也有參與VEGI的基因表達。這些實驗研究的發現說明了，VEGI蛋白的功能是嚴格受到基因水平調控的。

4 VEGI在腫瘤中的功能及相關機制

4．1 抑制新生血管生成

血管生成無論是在生理或是病理情況下，都是一個非常重要的生物過程。在腫瘤生長或轉移過程中，血管生成都起到決定性的作用，如果沒有足夠數量的血管來供應充足的氧氣和營養物質，腫瘤長到一定的直徑就會停滯生長。新生血管的形成包括幾個連續性步驟:內皮細胞的增殖、遷移，內皮細胞圍成管狀結構，胞外基質的重組，血管侵入周圍組織。并且血管形成的過程嚴格受到促血管生長因子和血管抑制因子的平衡調節［21］。當前已有很多關于血管內皮生成抑制劑以腫瘤血管作為抗癌治療的靶點的報道，證實這些抑制劑可以在不影響正常血管功能的前提下，抑制原發性和轉移性腫瘤的生長［22］。

Wu等［23］對在雞尿絨毛膜模型中，分別使用rhVEGI-192、rhRGD-VEGI-192對雞尿絨毛膜進行處理后，分析發現兩者均能抑制新生血管的形成，分別使血管密度降低 39．39%，73．69%。Conway 等［24］將表達VEGI的質粒轉染至人血管內皮細胞株中，發現基質膠中內皮細胞形成微管的能力下降。VEGI對血管內皮細胞生長的抑制作用是通過以下幾點實現的:1、阻止G0/G1期的細胞進入細胞周期，阻止細胞從靜止期進入分化期;2、通過與TNF受體超家族中的兩種受體相互作用，即前文中提到的DR3和DcR3。DR3胞漿中有一個死亡結構域，能夠誘導具有表達DR3活性的細胞株凋亡，如人類臍靜脈內皮細胞。相反，很多研究均表明DcR3在惡性腫瘤，如食管癌、胃癌、膠質瘤、肺癌、大腸癌、直腸癌中呈高表達狀態［19，25-28］。DcR3阻斷人臍靜脈內皮細胞自分泌性VEGI的抑制血管生成活性，從而增強了血管生成。同時，抗VEGI和抗DcR3抗體都能促進細胞的增殖和遷移，兩種抗體的促血管生成作用機制相似，均由DR3誘導實現。VEGI誘導高度活躍的增殖細胞凋亡，是通過激活應激蛋白酶，SAPK(stress-activated protein kinase)/JNK(c-Jun N-terminal protein kinase)和P38 MAPK(p38 mitogen-activated protein kinase)以及細胞凋亡酶(主要為凋亡酶-3，caspase-3)完成的。

4．2 抑制血管內皮祖細胞(endothedial progenitor cell EPC)分化

Tian等［29］證實VEGI對原始內皮細胞的分化具有抑制作用。用rh VEGI-192治療鼠骨髓來源的Scal+單核細胞的EPC，與對照組相比，實驗組中內皮細胞標志物的表達受到明顯抑制，但血管干細胞標志物的表達未見改變。同時，實驗組EPCs的粘附、遷移、形成類毛細血管樣結構的能力都呈下降趨勢。除此之外，VEGI也能誘導分化EPCs的凋亡。VEGI可能通過抑制EPC的分化，實現對出生后血管生成的調控。VEGI通過自分泌的形式誘導血管內皮細胞凋亡［2，7，30］。

4．3 抑制腫瘤的生長

VEGI的mRNA可以在很多正常組織、腫瘤組織或腫瘤細胞株中檢測到，這點正好說明了VEGI蛋白無論在生理或病理狀態下都充當著調控新生血管的重要角色。在細胞和動物模型中均發現VEGI的過量表達能抑制腫瘤新生血管形成和腫瘤本身的生長［30］。Zhai等［2］通過對含有胞外結構域的重組VEGI的研究發現，VEGI在體外不僅能抑制類毛細血管樣結構的生長，也能顯著抑制乳腺癌和大腸癌遠處轉移瘤的生長。其中，VEGI-251過表達會誘導血管內皮細胞凋亡和抑制轉移癌的生長，同時降低相關微血管的密度。腫瘤細胞分泌的全長VEGI-174對轉移癌的生長幾乎沒有抑制作用，只含有特定胞外結構域的重組VEGI-174在體外實驗中被證實能夠抑制內皮細胞的生長。腫瘤患者使用重組人VEGI-192治療一周后血管內皮細胞密度下降了88%，連續使用三周后密度下降程度更大，但血管平滑肌細胞的密度卻保持相對穩定［8］。另外亦有研究表明VEGI蛋白的抗腫瘤作用，并非直接作用于腫瘤細胞，而是通過干擾腫瘤間質血管的生長實現的［19，31］。同時，有研究表明 VEGI對膀胱腫瘤細胞及前列腺腫瘤細胞的遷移和粘附有抑制作用［32-33］。Parr等［34］發現，乳腺癌患者中 VEGI高表達者相較低表達者，局部復發率更低，生存時間更長，預后更好。亦有Zhang等［35］發現，在腎癌轉移瘤模型中，VEGI能抑制腫瘤生長，對腎癌細胞的遷移和粘附有抑制作用，且腎癌組織中VEGI的表達量比正常腎臟組織要少。

5 VEGI在惡性腫瘤放射治療中的展望

放療作為惡性腫瘤最常見的治療手段之一，臨床上約一半以上的腫瘤患者在治療過程中接受過放療。放療的基本原理是放射線直接損傷細胞DNA(直接效應)或放射線作用到物質后產生的自由基損傷細胞的DNA(間接效應)，達到殺死細胞的目的，但特異性差，盡管近來精確放療技術得到了很大的進步，但放療的治療效果仍不勝滿意。這可能與腫瘤細胞自身乏氧狀態和對應射線敏感性差有關。

在有氧條件下，細胞對射線的敏感度是乏氧狀態下的3倍。在1950s，放射學家們首度證實氧供和腫瘤生長密切相關，腫瘤組織中乏氧細胞的存在是產生放療抵抗性的原因。由于促血管生成因子和血管生成抑制因子的失衡，使內皮細胞大量增殖，過量的內皮細胞和異常的周圍細胞形成迂曲擴張的囊狀腫瘤血管。我們都知道，氧氣是一種強效的射線增敏劑。傳統觀點認為，聯合使用放療和抗血管生成藥物會減少腫瘤血管的數目，降低腫瘤組織血流灌注，從而降低腫瘤血管內的血氧濃度，降低PO2和PH，反而減低了腫瘤的射線敏感性，不宜聯合使用。但是，Jain［36-37］提出“腫瘤血管正常化的概念”，抗血管生成藥物可以重新組織紊亂的腫瘤血管系統，將其重塑至接近正常，這種腫瘤血管的正?；?，使得腫瘤血管系統功能暫時改善，組織間液壓力降低，氧合作用增強，顯著提高放療的抗腫瘤效果。這為抗血管生成藥物與放療聯合應用找到了最有力的理論依據。

Teicher等［38］最先發現，抑制血管的生成可以增強放療的治療效果。近年來不斷有研究提示抗血管生成藥物聯合放療能提高腫瘤治療效果，臨床前研究和臨床研究均發現聯合使用抗血管生成藥物能在治療早期改善腫瘤乏氧狀況，確實對腫瘤放療有增敏效應，能抑制腫瘤生長，減小腫瘤體積。

VEGI作為一種新型的抗血管生成藥物，能強力地抑制新生血管生成，顯著抑制腫瘤生長，并且對肝腎幾乎無毒性［8］。VEGI目前處于臨床前研究階段，尚未投入臨床使用。如前所述，rhVEGI-192對血管生成的抑制作用是抗血管生成藥物endostatin的20倍。已有研究發現，endostatin能夠使腫瘤血管正?；?9］，VEGI能否也有使腫瘤血管正?；默F象，更大程度地改善腫瘤乏氧狀態，修剪未成熟血管，增強放療效果;VEGI最佳給藥劑量的確定以及血管正?；翱谄谠谟盟幒蠖嗑贸霈F，如何與放療最佳聯合應用等，都迫切需要我們深一步的研究。

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