腫瘤血管生成抑制劑的治療局限和策略

王 蔚，余蘇云，吳佳偉，黃 帥，吳媛媛,2，陳文星,2，王愛云,2，陸 茵,2

(南京中醫藥大學 1. 藥學院，江蘇省中藥藥效與安全性評價重點實驗室；2. 江蘇省中醫藥防治腫瘤協同創新中心，江蘇 南京 210023)

腫瘤血管生成抑制劑的治療局限和策略

王 蔚1，余蘇云1，吳佳偉1，黃 帥1，吳媛媛1,2，陳文星1,2，王愛云1,2，陸 茵1,2

(南京中醫藥大學 1. 藥學院，江蘇省中藥藥效與安全性評價重點實驗室；2. 江蘇省中醫藥防治腫瘤協同創新中心，江蘇 南京 210023)

血管生成抑制劑通過抑制腫瘤血管生成，使腫瘤細胞處在惡劣的生長環境中，而有效阻斷腫瘤的發展進程。但在臨床應用中，抗血管生成的藥物卻表現出治療效果短暫、不良反應較多、適用腫瘤類型少等局限。這些問題制約著藥物開發與應用，限制腫瘤治療的研究進展。諸多文獻研究顯示，腫瘤細胞可以通過多種機制和途徑逃脫血管生成抑制劑的治療，使血管生成抑制劑“失效”。該文著重分析治療失效的原因和機制，擬提出對應的解決策略，以改善目前抗血管生成藥物療效，為抗血管生成新藥研發及臨床用藥提供參考。

腫瘤；血管生成抑制劑；血管正常化；腫瘤干細胞；精準治療；策略

雜亂而無功能特性的血管生成是腫瘤生長的明顯特征之一，腫瘤細胞通過新生的血管獲得足夠的氧氣和營養，以滿足其生長、增殖和轉移的需要。血管生成抑制劑通過阻斷腫瘤血管新生，達到“餓死”腫瘤的治療效果。目前開發的抗血管生成藥物主要作用于血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)及其受體(vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR)。一些藥物已經投入臨床，并與化療藥物聯用于腫瘤的治療。然而，臨床中血管生成抑制劑的療效短暫，不良反應較多，僅適用于少數腫瘤類型，長期用藥后甚至促進腫瘤的侵襲與轉移[1]。

血管生成抑制劑的缺陷讓我們重新認識血管生成，束縛著我們對藥物的進一步研發。如何解決上市藥物存在的臨床問題？如何找到血管生成抑制劑的出口和突破點？抗血管生成療法的未來又該走向何處？因此，本文綜述了近年來的文獻研究，系統分析血管生成抑制劑無效的原因和機制，重點在于提出相應的解決策略，為血管生成抑制劑的后續研究提供指引。

1 血管生成抑制劑治療“失效”的原因

1.1腫瘤細胞對治療產生耐藥最初研究者認為，抗血管生成療法是作用于穩定的血管內皮細胞而不是腫瘤細胞本身，所以不會產生耐藥。但研究表明，血管生成抑制劑確實存在耐藥的情況[2-3]。

腫瘤微環境本身為缺氧狀態，迫使腫瘤周圍血管再生以提供足夠的氧氣，維持腫瘤細胞生長。但血管生成被抑制后，腫瘤微環境中缺氧加劇，缺氧狀態激活缺氧誘導因子(hypoxia inducible factor，HIF)的高表達，繼而直接上調其他類型的促血管生成因子表達增加，如轉化生長因子(transforming growth factor，TGF)、血管生成素-2(angiopoietin-2，Ang-2)、基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)等，血管再生被重新激活[4-6]。因此，治療產生耐藥的主要原因是由于缺氧應答引起的代償性血管再生。

另外，改變血管生成的方式也讓腫瘤細胞逃脫治療有機可乘。Frentzas等[7]發現，Bevacizumab(首次被FDA批準上市的VEGF抑制劑)在治療肝癌時，腫瘤細胞利用原有的血管繼續生長，通過血管劫留途徑使抑制血管生成療法無效。Dunleavey等[8]在一些惡性程度高的腫瘤中觀察到血管擬態的存在，即腫瘤細胞自身形成血管內皮細胞樣的表型，替代血管內皮細胞構成有規律的血管系統，從而使抗血管生成療法產生耐藥。

1.2腫瘤干細胞產生與積聚促進腫瘤復發腫瘤干細胞(cancer stem cell，CSC)是存在于腫瘤微環境中，并且具有自我分化與增殖能力的干細胞亞群。腫瘤復發與腫瘤干細胞的產生與積累密切相關。多項研究顯示，在血管生成抑制劑治療過程中，存在腫瘤干細胞積聚的現象。Charafe-Jauffret等[9]使用Bevacizumab聯合Sunitinib(一種口服小分子多靶點酪氨酸激酶抑制劑)治療乳腺癌后，患者體內乳腺癌樣干細胞亞群聚集，把這些腫瘤干細胞亞群異體移植到小鼠體內，分化產生腫瘤細胞。Folkins等[10]發現，在抗血管生成療法治療惡性膠質瘤過程中，也存在腫瘤干細胞積聚的現象。

腫瘤干細胞都能夠誘導VEGF的高表達，募集大量的內皮細胞前體，臨床上的化療以及放療藥物都不能殺死腫瘤干細胞，其不易被清除的特點和強大的分化潛能促進了腫瘤的復發。因此認為腫瘤干細胞的產生可能是腫瘤細胞為了抵抗藥物作用，實現分化再生的一種手段。

1.3腫瘤的轉移能力增強，加劇病情惡化Paez-Ribes等[11]在RIP1-Tag2小鼠自發腫瘤模型中，發現血管生成抑制劑促進胰腺癌以及膠質母細胞瘤的轉移。Ebos 等[12]研究表明，抗血管生成藥物促進黑色素瘤及乳腺癌細胞的浸潤。Uemura等[13]指出，Sunitinib的治療同樣存在著腎細胞癌侵襲能力增強的現象。

而腫瘤的轉移能力增強的原因并不明確。Madsen等[14]認為抗血管生成的治療降低了內皮細胞表達，導致血管結構疏松，血管通透性降低，形成“滲漏”血管。腫瘤細胞更易透過血管周細胞、基膜及內皮細胞，進入血液，隨之遷移。另外，缺氧誘導因子也促進了轉移。HIF-1能通過促上皮-間質轉化，從而增強肝癌、胃癌及甲狀腺癌等多種類型腫瘤細胞的侵襲能力[15]。HIF-2α則可以通過促進腫瘤相關巨噬細胞(tumor-associated macrophages, TAMs)的產生，從而協助腫瘤細胞進行浸潤與轉移[16]。腫瘤細胞的轉移加劇了腫瘤惡化，使得血管生成抑制劑療效不佳。

2 潛在的臨床治療策略

腫瘤細胞能夠通過激活促血管生成因子表達，改變血管生成，促進腫瘤干細胞的積聚，增強腫瘤細胞侵襲、轉移能力等形式逃避血管生成抑制劑的治療。我們總結歸納了這些現象產生的原因，并針對性地提出了潛在的治療策略(Fig 1)，期望能用于血管生成抑制劑的臨床方案設計，突破當前的瓶頸，給血管生成的研究提供新方向。

2.1促進腫瘤“血管正常化” 腫瘤周圍血管的結構和功能正常化可增加血流灌注，使得化療藥物順暢地通過血流到達腫瘤部位，殺死腫瘤細胞。當腫瘤血管處于正常的狀態時，聯合用藥的治療效果明顯提高。而如何增強血管生成抑制劑促血管正常的治療效應？如何解決抗血管生成療法的耐藥問題？我們根據研究總結，提出了以下的治療方案。

2.1.1促、抑血管生成因子的共同調控 目前，許多藥物都是作用于促血管生成因子(TGF、Ang-2、MMP等)從而阻斷血管生成，但是血管生成不僅是促血管生成因子的上調，也包括抑血管生成因子的下調。越來越多的研究發現，血管生成的微環境中還存在著抑血管生成因子低表達的現象，而通過表達抑血管生成因子有助于血管趨于正常。例如雙特異蛋白磷酸酶家族中的一種抑癌基因—PTEN(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten)，PTEN 可以通過PI3K/Akt 信號通路，下調HIF-1、MMP、VEGF等，抑制血管生成，促進了血管內皮的完整性和血管的正常化[17]。PTEN 很可能成為治療靶點，應用于血管生成抑制劑的研發，為抗血管生成的治療提供新的思路。血管生成素(angiopoietin，Ang)與血管內皮Tie受體酪氨酸激酶共同作用，調節血管狀態。Ang-1通過激活Tie2維持內皮穩定，然而，Ang-2抑制Tie2，促進病理性血管生成、血管滲透性和炎癥。Park等[18]發現，ABTAA抗體可發揮Ang-1的促血管正常化作用，激活受體Tie，抑制Ang-2的促血管生成功能，促進化療藥物到達腫瘤病灶，起到很好的治療效果。

因此，我們猜想“血管正常化”的治療，不僅僅是抑制促血管生成因子，也要研發調節抑血管生成因子的藥物，模擬抑血管生成因子的作用，以加強抗血管生成與化療藥物聯用的治療效果。

2.1.2采用間期性序貫療法，避免耐藥 Teule等[19]研究指出，機體產生抗血管生成藥物的耐藥性是可逆的，而聯合血管生成抑制劑與非血管生成抑制劑進行有規律的間隔治療，可逆轉血管生成抑制劑的耐藥[20]。于是，我們提出采用抗血管生成藥物與非抗血管生成藥物進行間期性序貫治療的方案，一方面可以使得機體對抗血管生成治療再次敏感，另一方面，正常化的血管降低腫瘤細胞的侵襲與轉移能力。

Fig 1 Therapeutic limitations and strategies of angiogenesis inhibitors

總而言之，這種“間期性序貫療法”中的非抑制血管生成藥物使得腫瘤細胞對抗血管生成治療再次敏感，避免治療耐藥，促進“血管正常化”，增強抗血管生成藥物的作用。特別之處在于這種治療方式與單純的藥物聯用有所不同，“間期性序貫療法”在藥物的選用、治療的時間以及間期的長短上進行了有序的設計，從而逆轉抗血管生成藥物產生的耐藥性，是一種更為合理化的聯合給藥方案。

2.2抑制腫瘤干細胞的產生與聚集腫瘤干細胞具有強大的抗凋亡及自我更新潛能，其DNA修復能力極強，并且大多處于G0期。因此，腫瘤干細胞的產生使得抗血管生成藥物治療不敏感，而且大多數的化療藥物都無法將其根除，甚至會損傷正常干細胞。血管生成抑制劑治療后，腫瘤干細胞的產生不僅是因為缺氧應答的激活，而且還與Wnt/β-catenin信號通路相關[21]。Wnt/β-catenin信號通路調節腫瘤干細胞的自我更新與增殖能力，在腫瘤干細胞的生長與分化中起著重要的作用。我們基于腫瘤干細胞產生的原因及耐藥的機制，提出一些抑制腫瘤干細胞的治療方式：① 缺氧應答促進干細胞的產生，因此，通過化療藥物抑制缺氧應答信號通路，可有效減少腫瘤干細胞的積聚。② 使用血管生成抑制劑的同時，阻斷腫瘤干細胞分化相關的Wnt/β-catenin信號通路，可降低腫瘤的復發率。③ 腫瘤干細胞具有極強的DNA修復力，所以可利用miRNA、siRNA干擾腫瘤干細胞[22]，從根本上殺死腫瘤干細胞。④ 采用溶瘤病毒特異性地靶向導入腫瘤干細胞，通過病毒轉染殺死腫瘤干細胞，避免治療損傷正常干細胞[23]。腫瘤干細胞與患者的生存期息息相關，所以抑制腫瘤干細胞可有效增強血管生成抑制劑在腫瘤治療中的療效。

2.3實現個體化精準治療腫瘤患者的生理、病理都存在異質性，在抗血管生成治療過程中，個體化的精準治療有利于藥物的篩選、治療效果的優化，延長患者的實際存活期。

2.3.1檢測腫瘤特異性的生物標志物 生物標志物是指可以通過定量預測的細胞學、生物學、生物化學或者影像學指標。在使用血管生成抑制劑治療之前檢測生物標志物，其一可根據標志物選擇藥物，其二可篩選出治療加劇腫瘤遷移的患者，避免不合理給藥，降低腫瘤的浸潤與轉移。

VHL基因的沉默被視為腎細胞癌的生物標志物，應用Sunitinib表現出良好的治療效果。然而，Chen等[24]卻提出，對于HIF-2高表達的患者，Sunitinib治療呈現明顯的耐藥性，而PT2399(一種新型HIF-2抑制劑)表現出更好的治療效果，能明顯抑制腎細胞癌的轉移情況。由此可見，根據標志物選擇治療藥物與治療方式是改善抗血管生成治療的必要手段。況且我們還可以利用影像學的檢測手段監測相關指標，觀察血管生成方式的變化，以設計對應的治療方案。臨床上越來越多的生物標志物、檢測手段促進著腫瘤血管生成治療向個體化、精準化的方向發展。

2.3.2建立PDX動物模型 治療時間窗是指治療的最佳時間區間，在此區間內治療效果最好，可控制腫瘤的進一步轉移與惡化。然而，抗血管藥物治療的時間窗是短暫的，并且患者的治療時間窗也并不相同，其長短與抗血管生成藥物、腫瘤類型相關。所以，需要明確“時間窗”來提高血管生成抑制劑的治療。人源腫瘤細胞異種移植模型(patient-derived xenograft，PDX)是近年提出的一種治療模型，這個模型真實可靠地模擬了腫瘤發展情況。針對血管生成抑制劑的治療時間窗狹窄且不定的特點，PDX是較為合理的方式，可用于確立最佳的治療時間范圍。

PDX采用未經體外培養的人源腫瘤細胞移植到免疫缺陷小鼠中，構建出與臨床病人同等的疾病狀態。Bockhorn等[25]將人源的免疫細胞轉導到免疫缺陷的小鼠中建立PDX模型，依據該模型可反映出患者的病理狀況。那么，在臨床治療中，我們可以將人源的腫瘤細胞接種到小鼠上，同時進行治療和監測，利用該PDX模型來確定血管生成抑制劑的治療時間窗。這個模型的建立將更有利于解決臨床患者個體差異問題，提高血管生成抑制劑的治療作用，有效地控制腫瘤轉移。

3 展望

本文基于血管生成抑制劑在臨床應用中存在的問題，提出了相應的方案，擬解決抗血管生成療法的局限性和耐藥性，但這些方案也對抗血管生成的研究提出了更多的要求：① 需要研究如何共同調控促、抑血管生成因子，使兩者之間處在平衡的正常生理狀態；② 需要篩選出合適的藥物與血管生成抑制劑聯用，進行間期性序貫治療，優化給藥方案；③ 需要尋求更有效的殺死腫瘤干細胞方法，降低腫瘤復發率；④ 需要構建與腫瘤的相關性的生物標志物數據庫，便于臨床用藥選擇；⑤ 需要解決PDX模型制備上的難度以及鼠、人源間的腫瘤差異，提高個體化治療的精準性。

血管生成抑制劑在腫瘤治療中產生的問題使得科研工作者對血管生成有了新的認識和見解。血管生成不是簡單的血管再生，還存在著血管擬態、血管劫留等其他血管生成方式，也不是僅有促血管生成因子的作用，還存在著其他因子、基因、缺氧以及腫瘤干細胞等多種因素的共同影響。因此，血管生成抑制劑的研究必定是道阻且長的過程，從而促使科研工作者不斷地進行反思，完善治療方案，提高血管生成療法的臨床價值。

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Therapeuticlimitationsandstrategiesofangiogenesisinhibitors

WANG Wei1, YU Su-yun1, WU Jia-wei1, HUANG Shuai1, WU Yuan-yuan1,2,CHEN Wen-xing1,2, WANG Ai-yun1,2, LU Yin1,2

(1.SchoolofPharmacy,JiangsuKeyLabforPharmacologyandSafetyEvaluationofChineseMateriaMedica; 2.JiangsuCollaborativeInnovationCenterofTraditionalChineseMedicinePreventionandTreatmentofTumor,NanjingUniversityofChineseMedicine,Nanjing210023,China)

Angiogenesis inhibitors can make tumor cells in a harsh environment by inhibiting tumor angiogenesis and effectively blocking the tumor progression. However, anti-angiogenic drugs have shown lots of limitations, such as short-term duration, numerous adverse reactions, benefiting only a minority of tumor types and so on. These limitations restrain the development of new drugs and limit the cancer therapies. Many studies have revealed that tumor cells can escape from anti-angiogenic treatments through a variety of ways and mechanisms. In this review, we focus on the reasons behind the failure in treatments, so as to propose solving strategies to improve the current anti-angiogenic drug efficacy and provide reference for new angiogenesis inhibitors and clinical medication.

neoplasm; angiogenesis inhibitors; vascular normalization; cancer stem cell; precision therapy; strategies

A

1001-1978(2017)11-1489-04

R364.3；R730.2；R730.53；R979.1

時間：2017-10-10 10:05 網絡出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20171010.1005.006.html

10.3969/j.issn.1001-1978.2017.11.003

2017-07-11,

2017-08-10

國家自然科學基金資助項目 (No 81403260，81573859，81673725，81673648，81703765)；中國博士后科學基金資助項目 (No 2014M551639)；江蘇省博士后基金資助項目(No 1401138C)；江蘇高校優秀科技創新團隊計劃[蘇教科(2013)10號文]；江蘇高校品牌專業建設工程資助項目(No PPZY2015A070)；江蘇高校中藥學優勢學科建設工程資助項目 (PAPD) [蘇政辦發(2014)37號文]；江蘇省中藥藥效及安全性評價重點實驗室國家自然科學基金預研基金項目(No. JKLPSE201610)

王 蔚(1993-)，女，碩士生，研究方向：腫瘤血管生成的機制，E-mail：m18652677506@163.com； 陸 茵(1963-)，女，博士，教授，博士生導師，研究方向：中藥及復方抗腫瘤，通訊作者，Tel：025-85811239， E-mail：luyingreen@126.com