vegfvegfr信號(hào)傳導(dǎo)途徑在腫瘤新生血管生成中的作用

vegfvegfr信號(hào)傳導(dǎo)途徑在腫瘤新生血管生成中的作用

血管生成對(duì)腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移有重要影響。新生血管的生長(zhǎng)和成熟是一個(gè)復(fù)雜的多因子和多信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程的結(jié)果,其中涉及到很多血管生成因子[如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF),血管生成素(angiopoietin)等]和抑制血管生成的因子[如內(nèi)皮細(xì)胞抑制素(endostatin),腫瘤抑素(tumstatin),可溶性血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體(sVEGFR)等]。一般情況下這兩類因子處于平衡狀態(tài)。腫瘤發(fā)生時(shí)能促進(jìn)血管生成因子分泌,其中最主要的是VEGF。近年來(lái)以VEGF及其受體(vascularendothelialgrowthfactorreceptor,VEGFR)作為靶分子的抗腫瘤新藥研發(fā)取得了很大的進(jìn)展,已經(jīng)有數(shù)個(gè)藥物經(jīng)美國(guó)FDA批準(zhǔn)上市(表1)。本文就VEGF及其受體在抗腫瘤血管生成治療中的研究進(jìn)展作一綜述。1蛇毒vegf-fVEGF家族包括VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E、胎盤(pán)生長(zhǎng)因子(PlGF),其中VEGF-A(簡(jiǎn)稱VEGF)在血管生成中起重要作用。VEGFmRNA經(jīng)過(guò)剪切可產(chǎn)生4種不同的亞型:VEGF121、VEGF165、VEGF189、VEGF206。它們的主要區(qū)別是與肝素和細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)合能力不同。VEGF-A可形成同源二聚體,或與VEGF-B、PlGF形成異源二聚體。VEGF-C、VEGF-D在胚胎和出生后的淋巴管發(fā)育中起著重要作用。VEGF-E是一種可溶性病毒蛋白。最近VEGF家族又增加了一個(gè)成員,從蛇毒中發(fā)現(xiàn)的VEGF-F。它的表達(dá)受許多的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的調(diào)節(jié),如Sp1,HIF-1,STAT-3,AP-1等。一些原癌基因的激活(Ras,Src,HER2/neu,Bcr/Abl)和抑癌基因(VHL,TP53,p73,PTEN,p16)的失活都可以使其表達(dá)量升高。VEGFR有3種即VEGFR-1(Flt-1)、VEGFR-2(KDR/Flk-1)、VEGFR-3(Flt-4)。VEGFR是一類酪氨酸激酶跨膜糖蛋白,它由7個(gè)類Ig結(jié)構(gòu)域組成的胞外區(qū);一個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)區(qū)和胞質(zhì)內(nèi)酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)區(qū)組成。VEGFR的胞外段是與VEGF結(jié)合的區(qū)域,兩者結(jié)合后VEGFR構(gòu)象發(fā)生變化,導(dǎo)致受體二聚化,其胞內(nèi)段酪氨酸位點(diǎn)發(fā)生自磷酸化,激活下游的信號(hào)傳導(dǎo)通路。其中VEGR-1主要分布在血管內(nèi)皮細(xì)胞,在巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、造血干細(xì)胞中也有表達(dá),可與VEGF-A,VEGF-B和PlGF-1結(jié)合。與VEGFR-2相比,VEGFR-1與VEGF的親和力高10倍,但不能激活內(nèi)皮細(xì)胞增殖的信號(hào)。VEGFR-1可能是作為VEGF促血管生成的反向調(diào)節(jié)因子發(fā)揮作用,VEGFR-1還具有介導(dǎo)單核細(xì)胞遷移、內(nèi)皮祖細(xì)胞征募、促進(jìn)造血干細(xì)胞存活等生物學(xué)功能。VEGFR-2主要分布在血管內(nèi)皮細(xì)胞和造血干細(xì)胞中,但在一些非內(nèi)皮細(xì)胞類型也有表達(dá)。VEGFR-2可以與VEGF-A、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E結(jié)合。VEGF刺激內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、增加血管的通透性和新血管的生成作用主要是通過(guò)結(jié)合和激活VEGFR-2來(lái)實(shí)現(xiàn)的。VEGFR-3主要表達(dá)在淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞,還表達(dá)在單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等細(xì)胞中。VEGFR-3可以與VEGF-C和VEGF-D結(jié)合。VEGFR-3參與維持淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞的存活,并促進(jìn)它增殖和遷移,與腫瘤細(xì)胞淋巴節(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)。2vegf/vegfr信號(hào)傳導(dǎo)通路大量研究結(jié)果表明VEGF在許多癌癥組織中過(guò)量表達(dá),包括肝癌、肺癌、結(jié)腸癌、卵巢癌、乳腺癌等等。VEGF及其受體在腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移中起關(guān)鍵性作用,所以可以通過(guò)阻斷或干擾VEGF/VEGFR信號(hào)傳導(dǎo)通路來(lái)控制腫瘤生長(zhǎng)。以VEGF/VEGFR為靶標(biāo)的抗腫瘤藥物與傳統(tǒng)的腫瘤治療藥物相比有很大的優(yōu)勢(shì)。在正常生理?xiàng)l件下,人血管生成只在創(chuàng)傷愈合和月經(jīng)周期等生理活動(dòng)中起作用,所以使用抗血管生成藥物治療腫瘤,對(duì)人體毒性作用小;腫瘤的生長(zhǎng)和遷移依賴于大量新生血管的生成,以VEGF/VEGFR為靶點(diǎn)可以達(dá)到廣譜的抗腫瘤效果;與腫瘤細(xì)胞不同,血管內(nèi)皮細(xì)胞具有遺傳穩(wěn)定性,所以被認(rèn)為是理想的治療靶點(diǎn),不易產(chǎn)生對(duì)抗血管生成藥物的抗性;而且內(nèi)皮細(xì)胞與血液直接接觸使藥物更加容易到達(dá)血管內(nèi)皮細(xì)胞。2.1以vegf為目標(biāo)的藥物2.1.1貝伐單抗的臨床使用貝伐單抗是美國(guó)Genetech開(kāi)發(fā)的針對(duì)VEGF-A的人源化的鼠單克隆抗體。它可選擇性中和VEGF,但不與VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E等相互作用,特異封閉VEGF的生物學(xué)功能,如內(nèi)皮細(xì)胞有絲分裂原活性、血管通透性、血管生成活性等。在臨床前實(shí)驗(yàn)中,貝伐單抗可有效地抑制多種人類腫瘤細(xì)胞移植瘤的生長(zhǎng),如橫紋肌肉瘤、惡性膠質(zhì)瘤、平滑肌肉瘤、乳腺癌等。但是在體外試驗(yàn)并不能抑制人腫瘤細(xì)胞系的生長(zhǎng),可能是由于貝伐單抗只是針對(duì)新生血管的生成有關(guān)。貝伐單抗與依立替康/5-氟尿嘧啶/亞葉酸鈣(IFL)聯(lián)合治療轉(zhuǎn)移性結(jié)腸癌的Ⅱ、Ⅲ期臨床試驗(yàn)中,與單獨(dú)使用化療藥物相比,患者總生存期顯著地提高,也未發(fā)現(xiàn)抗貝伐單抗的抗體產(chǎn)生。該藥在2004年被FDA批準(zhǔn)與化學(xué)藥物聯(lián)合治療轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌的一線用藥,也是第一個(gè)被批準(zhǔn)的以抗血管生成來(lái)治療癌癥的藥物。貝伐單抗與化療藥物聯(lián)合使用不僅在結(jié)腸癌中有效,而且在腎細(xì)胞癌、乳腺癌、非小細(xì)胞型肺癌等的Ⅱ、Ⅲ期臨床試驗(yàn)中也不同程度地提高了患者的總生存期。在2006年,貝伐單抗又被FDA批準(zhǔn)與化學(xué)治療聯(lián)合作為非鱗狀非小細(xì)胞晚期肺癌治療的一線治療藥物。雖然患者對(duì)貝伐單抗單獨(dú)或與化療藥物聯(lián)合治療的耐受性較好,但也觀察到一些對(duì)人體的不良反應(yīng),如血壓升高、血栓形成、出血、蛋白尿等。貝伐單抗的治療作用證明了以血管生成為靶點(diǎn)治療腫瘤的可行性,這為腫瘤治療提供了新思路。另一個(gè)抗VEGF人源化單抗HuMV833治療晚期癌癥的臨床Ⅰ期試驗(yàn)已經(jīng)結(jié)束,1例結(jié)腸直腸癌患者獲得了14個(gè)月的穩(wěn)定期,其他的患者也有良好的反應(yīng),臨床Ⅱ試驗(yàn)即將開(kāi)展。2.1.2vegf融合蛋白(sVEGFR)。sVEGFR只有VEGFR胞外的類Ig的結(jié)構(gòu)域,人們稱這種重組的sVEGFR為“Trap”。VEGFTrap是通過(guò)基因工程的方法,將VEGFR-1的第2個(gè)Ig結(jié)構(gòu)域與VEGFR-2的第3個(gè)Ig結(jié)構(gòu)域和人IgG的Fc片段連接在一起。這樣得到的重組蛋白比單純的sVEGFR不僅延長(zhǎng)了在體內(nèi)的半衰期,同時(shí)增強(qiáng)了與VEGF的結(jié)合力。VEGFTrap與VEGF的結(jié)合力比貝伐單抗高,并且它還可與PlGF和VEGF-B結(jié)合。VEGFTrap在異種移植的小鼠腫瘤模型中完全抑制腫瘤的生長(zhǎng),并使腫瘤的體積縮小。VEGFTrap已經(jīng)結(jié)束了在實(shí)體腫瘤和非霍奇金淋巴瘤臨床Ⅱ期試驗(yàn),進(jìn)入卵巢癌Ⅲ期臨床試驗(yàn)。國(guó)內(nèi)成都康弘生物科技有限公司通過(guò)蛋白化學(xué)優(yōu)化篩選的方法,利用包含不同的VEGFR-1和VEGFR-2胞外類Ig結(jié)構(gòu)域融合蛋白,再與人Fc段結(jié)合,最終得到了一個(gè)具有更好藥代動(dòng)力學(xué)和更高VEGF結(jié)合力的融合蛋白KH903。在小鼠直腸癌LoVo、肺癌A549、乳腺癌MCF-7和肝癌Hep3B等異種動(dòng)物模型上,KH903表現(xiàn)出較好的抗腫瘤活性。它與化療藥物結(jié)合使用時(shí)可產(chǎn)生抗腫瘤的協(xié)同作用。另外,體內(nèi)外試驗(yàn)表明KH903比貝伐單抗的親和力要高50~100倍,多種動(dòng)物模型上證明KH903比貝伐單抗有更強(qiáng)的抗腫瘤活性。KH903在國(guó)內(nèi)臨床Ⅰ期試驗(yàn)很快啟動(dòng)。2.2vegf濃度VEGF可與細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)合并儲(chǔ)存起來(lái),這樣使不同組織、時(shí)間的VEGF濃度不一,中和VEGF比較困難。相反,VEGFR的數(shù)量有限且易被飽和,一些研究者認(rèn)為抑制VEGFR比阻斷VEGF能更有效地抑制VEGF信號(hào)傳導(dǎo)途徑。2.2.1被肝胰腺癌組織病理學(xué)—抗VEGFR抗體美國(guó)ImClone公司研發(fā)了人源化的抗VEGFR-2的抗體IMC-1C11,它能特異的與VEGFR-2結(jié)合。IMC-1C11在體外能抑制人上皮細(xì)胞的遷移與增殖,在多種小鼠腫瘤實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出了顯著抑制血管生成的能力。在結(jié)腸直腸癌伴隨肝轉(zhuǎn)移的臨床Ⅰ期試驗(yàn)中,患者表現(xiàn)了很好的耐受性,但沒(méi)有觀察到腫瘤的消退。ImClone公司還開(kāi)發(fā)了另一種抗VEGFR-2抗體的IMC-1121B,它是完全人源化的單克隆抗體,也能抑制VEGF對(duì)VEGFR-2的激活,現(xiàn)已進(jìn)入實(shí)體腫瘤的Ⅰ期臨床試驗(yàn)。2.2.2反義核苷酸試驗(yàn)核酶能水解特定的RNA,這種特異性是來(lái)自與核酶的結(jié)合臂的匹配。Angiozyme是美國(guó)Boulder公司研發(fā)的一種抗VEGFR-1、VEGFR-2的核酶,這種核酶降低了內(nèi)皮細(xì)胞VEGFR-1/-2mRNA的表達(dá),阻斷了VEGF所介導(dǎo)的生物學(xué)功能。Angiozyme在鼠腫瘤模型中顯示了抗腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的作用。在臨床Ⅰ期試驗(yàn)中表現(xiàn)了很好的耐受性,并且在晚期腫瘤臨床Ⅱ期試驗(yàn)中也有很好的療效。反義核苷酸是指能夠與mRNA互補(bǔ)配對(duì)的單鏈DNA或RNA片段,在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上阻止蛋白的合成,加速mRNA的降解,抑制靶基因的生物學(xué)功能。VasGene公司開(kāi)發(fā)了一種反義核苷酸(VEGF-AS),能特異地減少VEGF-A、VEGF-C的水平,在臨床Ⅰ期試驗(yàn)中患者體內(nèi)VEGF水平降低,一個(gè)患有AIDS-卡伯希肉瘤的患者癥狀完全減退,一個(gè)皮膚T淋巴細(xì)胞瘤患者也表現(xiàn)了很好的反應(yīng)性,臨床試驗(yàn)還在評(píng)估中。此外,美國(guó)Intradigm公司使用一種新的RNAi轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)出能作用于VEGF的RNA干擾抑制劑ICS-283,它通過(guò)短肽RGD配體來(lái)識(shí)別αvβ3表達(dá)的內(nèi)皮細(xì)胞。在臨床前試驗(yàn)研究中,ICS-283能抑制多種動(dòng)物模型腫瘤的生長(zhǎng)。具有很好的開(kāi)發(fā)前景。2.3信號(hào)途徑為靶點(diǎn)的藥物人們以VEGFR胞內(nèi)部分的酪氨酸激酶為靶點(diǎn)設(shè)計(jì)出許多的小分子化學(xué)藥物來(lái)抑制激酶的激活(tyrosinekinaseinhibitors,TKI)。最為引人注目的是索拉非尼和舒尼替尼。索拉非尼(nexavar,sorafenib)是由美國(guó)Onyx制藥公司和德國(guó)拜爾公司開(kāi)發(fā)的以RAF/MEK/ERK信號(hào)途徑為靶點(diǎn)的藥物,它也能抑制VEGFR-2、VEGFR-3、PDGFR-β、Flt-3、c-Kit受體的活性,在臨床前實(shí)驗(yàn)中能有效地抑制腫瘤細(xì)胞的增殖和血管的生成。在轉(zhuǎn)移性腎細(xì)胞癌的臨床Ⅲ期試驗(yàn)中,索拉非尼顯著地提高了患者的總生存期。在2005年7月,索拉非尼被FDA批準(zhǔn)為治療晚期腎細(xì)胞癌的藥物。另一個(gè)TKI藥物是輝瑞公司的舒尼替尼(sutent,sunitinib),除了能作用于VEGFR-2,還可作用于PDGFR-β、c-Kit、Flt-3。在隨機(jī)臨床Ⅲ期治療中,舒尼替尼成功地抑制了對(duì)伊馬替尼產(chǎn)生抗性的胃腸道間質(zhì)瘤患者的腫瘤發(fā)展。在2006年1月被FDA的批準(zhǔn)作為治療胃腸道間質(zhì)瘤和晚期腎細(xì)胞癌藥物。TKI藥物具有很多的優(yōu)點(diǎn),由于是小分子化合物,易于口服或注射;能作用于多個(gè)靶點(diǎn)、作用效率高、安全性好、抑制腫瘤效果顯著。正因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn),不同醫(yī)藥公司投入了大量人力物力相繼開(kāi)發(fā)了許多種TKI藥物如PTK787、ZD6474、AG013736等,相信不久將有更多的此類藥物投放市場(chǎng)(表1)。3用vegf和vgfr為靶點(diǎn)的腫瘤藥物3.1抗血管生成藥物VEGF/VEGFR的靶向藥物能抑制腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移,延長(zhǎng)患者生命,但效果有限。在結(jié)直腸癌的隨機(jī)Ⅲ期臨床試驗(yàn)中,貝伐單抗與化療藥物聯(lián)合治療只能延長(zhǎng)癌癥患者總生存期4.7個(gè)月。但抗血管生成藥物在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中腫瘤抑制效果明顯。臨床試驗(yàn)療效差可能還與治療腫瘤的時(shí)期選擇有關(guān),抗血管生成藥物比較適合于早期腫瘤患者。晚期腫瘤血管不豐富,處于嚴(yán)重缺氧狀態(tài),并有大量的壞死區(qū)域,這使得晚期腫瘤依賴血管生成的程度低。這些說(shuō)明需要更深入地研究VEGF在體內(nèi)的生物學(xué)作用,設(shè)計(jì)更好的臨床前試驗(yàn)來(lái)評(píng)估抗血管生成藥物。3.2抗體治療中的不良反應(yīng)通過(guò)阻斷VEGF途徑進(jìn)行腫瘤治療已取得了很好的效果,與傳統(tǒng)化療藥物相比,這類藥物不良反應(yīng)小,但是治療機(jī)制比人們?cè)瓉?lái)想象的要復(fù)雜得多。在抗體治療過(guò)程中還有許多不良反應(yīng)如血壓升高、血栓形成、出血、蛋白尿和胃腸穿孔等。深入研究VEGF的在體內(nèi)生物學(xué)功能可以更好地設(shè)計(jì)抗VEGF藥物的臨床試驗(yàn),從患者選擇上避免臨床試驗(yàn)的失敗,如高血壓,可以提供降壓藥物把高血壓引起的反應(yīng)降到最低,或直接把可能危及生命的患者排除。3.3貝伐單抗在高劑量下的不良反應(yīng)抗血管生成藥物在治療不同腫瘤時(shí)所用劑量有很大的差異。瑞典阿斯利康公司的酪氨酸激酶的抑制劑ZD6474在低劑量時(shí)(100mg/d)表現(xiàn)出比高劑量(300mg/d)更好的療效,高劑量時(shí)產(chǎn)生了很大的不良反應(yīng)。這種現(xiàn)象可能的原因是ZD6474對(duì)VEGFR-2抑制能力比EGFR強(qiáng),在低劑量時(shí)ZD6474能有效地抑制VEGFR-2,但在高劑量時(shí)對(duì)VEGFR-2和EGFR途徑都有抑制。貝伐單抗在治療不同腫瘤時(shí),劑量也有很大的變化。這種劑量差異可能是因?yàn)椴煌[瘤的表達(dá)血管生成因子水平和所處外圍的環(huán)境不同造成的,一些腫瘤需要更高劑量的藥物來(lái)抑制血管生成。3.4聯(lián)合治療3.4.1抗血管生成藥物最近發(fā)現(xiàn)抗VEGF/VEGFR的藥物與放化療聯(lián)合治療腫瘤時(shí)具有協(xié)同增效作用,并且不良反應(yīng)比單獨(dú)放化療小。腫瘤內(nèi)部的缺氧可以活化VEGF的生成和腫瘤存活通路,從而對(duì)放射性治療產(chǎn)生抗性。放射性治療與血管生成抑制藥物聯(lián)合,可以同時(shí)作用內(nèi)皮細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞來(lái)克服這種抗性。一些研究者認(rèn)為VEGF/VEGFR的靶向藥物能使血管短暫的“正?；?提高了氧濃度,增加了腫瘤細(xì)胞對(duì)放射治療的敏感性,并且還通過(guò)抑制放射性治療后VEGF濃度升高來(lái)達(dá)到抑制腫瘤再生長(zhǎng)。但最近研究發(fā)現(xiàn),抗血管生成藥物使血管“正?；?只是個(gè)非常短暫的時(shí)期,并且與治療時(shí)間和腫瘤類型相關(guān)。但在一般情況下,抗血管生成藥物顯著減少了血管密度,加劇了腫瘤的缺氧。雖然氧濃度沒(méi)有提高,但與抗血管生成藥物聯(lián)合治療時(shí)同樣具有增效作用。這說(shuō)明抗血管生成的靶向藥物怎樣與放療有效地聯(lián)合及這種聯(lián)合治療的具體機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。3.4.2血管生成藥物單一使用抗VEGF的抗體藥物治療癌癥并不能比化療有更大的優(yōu)越性,在與傳統(tǒng)化療結(jié)合時(shí)卻能更好地增加患者的生存期。一些研究者認(rèn)為這種增效作用是因?yàn)榭寡苌傻乃幬锟梢允鼓[瘤血管“正?；?所以使得化療藥物能到達(dá)腫瘤內(nèi)部,從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的死亡。但這種“正?；辈⒉皇瞧毡榈男?yīng),研究者發(fā)現(xiàn)抗血管生成藥物能降低腫瘤組織液壓,從而使得藥物更容易滲入腫瘤內(nèi)部。貝伐單抗與卡培他濱聯(lián)合應(yīng)用提高了治療過(guò)的轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者的反應(yīng)率,但不能增加患者無(wú)瘤生存間期和總生存期;當(dāng)與紫杉醇聯(lián)合使用時(shí),能提高未治療過(guò)再發(fā)性和轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者的總生存期。造成這種差異的原因有兩個(gè):已治轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者中其他的血管生成因子使得血管生成不依賴于VEGF;與不同化學(xué)藥物的聯(lián)合使用的機(jī)制不同。TKI在與化療藥物聯(lián)合治療時(shí)卻沒(méi)有表現(xiàn)很好的療效,但在單獨(dú)治療時(shí)表現(xiàn)出和抗VEGF與化學(xué)治療藥物一樣的治療效果。一些研究者認(rèn)為TKI能作用多個(gè)靶點(diǎn),單獨(dú)治療時(shí)表現(xiàn)出較好的效果,但這種多靶點(diǎn)除作用VEGFR外,還作用于PDGFR-β等其他的酪氨酸激酶受體,抑制了血管的“正?；?在與化療藥物聯(lián)合時(shí)顯現(xiàn)不出協(xié)同增效作用,具體的機(jī)制還需要進(jìn)一步的研究。以上的臨床試驗(yàn)說(shuō)明不同的VEGF/VEGFR靶向藥物在與傳統(tǒng)的化療藥物聯(lián)合使用時(shí)需要設(shè)計(jì)不同的試驗(yàn)方案。3.5