《肿瘤血管生成机制》课件示例

肿瘤血管生成机制肿瘤血管生成是恶性肿瘤发展过程中的关键环节，它为肿瘤细胞提供必需的营养和氧气，同时为肿瘤转移创造条件理解血管生成的分子机制对于开发有效的抗肿瘤治疗策略具有重要意义概述血管生成在肿瘤发展血管生成与肿瘤转移中的关键作用的关系血管生成为肿瘤细胞提供营新生血管为肿瘤细胞进入循养和氧气，是肿瘤从休眠状环系统提供通道，血管通透态转为快速生长的决定性因性增加促进肿瘤细胞外渗，素没有血管支持，肿瘤体从而加速远处转移的发生积难以超过毫米2-3抗血管生成治疗的临床意义课程目标理解肿瘤血管生成的基本概念掌握血管生成的定义、分类及其在肿瘤发展中的重要作用，区分生理性和病理性血管生成的特点掌握肿瘤血管生成的调控机制深入了解、、等关键信号通路，理解肿瘤微环境对血管生成的调控作用VEGF FGFPDGF了解抗血管生成治疗策略及其临床应用熟悉现有抗血管生成药物的作用机制、临床应用和耐药机制，掌握未来治疗发展方向第一部分血管生成基础基础概念生物学意义血管生成是从已有血管形成新在生理条件下维持组织氧合和血管的复杂生物学过程，涉及营养供应，在病理条件下促进多种细胞类型和分子信号的精肿瘤生长和转移，是疾病治疗确协调的重要靶点研究价值深入理解血管生成机制为开发新的治疗策略提供理论基础，对提高肿瘤治疗效果具有重要临床价值血管生成定义血管生成的概念与血管发生的区别血管生成是指从已有血管通过内皮细胞出芽、迁移、增殖和管血管发生是胚胎发育早期从间充质细胞分化形成原始血管网络腔形成等过程产生新血管的生物学现象这一过程需要多种生的过程，而血管生成是从已有血管形成新血管分支的过程长因子、细胞因子和酶类的精确调控血管生成包括内皮细胞激活、基底膜降解、内皮细胞迁移增在成年个体中，血管发生仅在特殊生理条件下发生，如骨髓造殖、管腔形成和血管成熟等多个连续步骤，每个步骤都有特定血干细胞分化，而血管生成在伤口愈合、月经周期和肿瘤发展的分子调控机制中都起重要作用生理性血管生成1胚胎发育在胚胎发育过程中，血管生成确保各器官获得充足的血液供应，是正常发育不可缺少的生理过程2伤口愈合伤口愈合期间，新生血管为修复组织提供营养和氧气，清除代谢废物，是组织再生的重要保障3月经周期女性月经周期中，子宫内膜血管的周期性重建确保子宫内膜的正常生理功能和胚胎着床条件病理性血管生成慢性炎症疾病2类风湿关节炎、炎症性肠病等慢性炎症疾病中，持续的血管生成加重组织损伤和疾病进肿瘤相关血管生成展肿瘤血管生成异常活跃，新生血管结构不1规则，通透性增加，为肿瘤生长和转移提视网膜病变供条件糖尿病视网膜病变、年龄相关性黄斑变性等疾病中，异常血管生成导致视力损害甚至失3明血管生成的基本过程内皮细胞激活血管生成信号激活静息状态的内皮细胞，使其表型从静息型转变为活化型，开始表达促血管生成相关基因基底膜降解基质金属蛋白酶等降解酶分解血管基底膜和细胞外基质，为内皮细胞迁移创造空间并释放结合的生长因子内皮细胞迁移和增殖激活的内皮细胞向血管生成信号源迁移并增殖，形成血管芽和血管索，建立新的血管连接管腔形成内皮细胞重新排列形成管状结构，建立血流通道，完成从实心血管索到中空血管的转化血管成熟与稳定化周细胞和平滑肌细胞包绕新生血管，分泌细胞外基质，形成稳定的血管结构，完成血管生成过程第二部分肿瘤血管生成的分子机制基因调控蛋白质网络细胞信号癌基因激活和多种生长因子肿瘤细胞与微抑癌基因失活和细胞因子形环境细胞间的改变血管生成成复杂的调控信号交流调控相关基因的表网络血管生成达模式微环境因素缺氧、酸性、机械应力等微环境因素影响血管生成过程肿瘤血管生成的触发因素肿瘤微环境缺氧肿瘤快速生长导致氧气供应不足，触发缺氧反应1促血管生成因子产生2肿瘤细胞分泌等促血管生成分子VEGF基因异常3癌基因激活与抑癌基因失活缺氧诱导因子的作用HIF-1的结构组成调控机制HIF-1是由和两个亚基组成的异源二聚体转正常氧浓度下，被脯氨酰羟化酶修饰后与蛋白结HIF-1HIF-1αHIF-1βHIF-1αVHL录因子是组成型表达的核蛋白，而的表达受合，通过泛素蛋白酶体途径快速降解，半衰期仅分钟HIF-1βHIF-1α-5氧浓度严格调控缺氧时脯氨酰羟化酶活性受抑，稳定性增加并转位至HIF-1α在缺氧条件下，逃脱降解并与结合，形成具有细胞核，激活包括、、等在内的多HIF-1αHIF-1βVEGF GLUT1LDHA100转录活性的复合物，激活下游血管生成相关基因的表个靶基因HIF-1达通路的调控机制HIF-1氧感受器激活蛋白稳定化脯氨酰羟化酶感受氧浓度变化并调节1缺氧条件下逃脱降解并在细胞HIF-1α稳定性2内累积HIF-1α功能执行转录激活4血管生成相关蛋白质表达增加促进新血与结合形成转录复合HIF-1αHIF-1β3管形成物激活靶基因血管内皮生长因子家族VEGF成员主要受体生物学功能VEGF血管通透性，内皮增VEGF-A VEGFR-1/2殖血管保护，代谢调节VEGF-B VEGFR-1淋巴管生成VEGF-C VEGFR-2/3淋巴管生成VEGF-D VEGFR-2/3病理性血管生成PlGF VEGFR-1家族是血管生成过程中最重要的调节因子，不同成员通过结合特定受体发挥VEGF不同的生物学功能是研究最深入的成员，主要调节血管通透性和内皮细VEGF-A胞功能在肿瘤血管生成中的核VEGF心作用1促进内皮细胞增殖与迁2增加血管通透性移使内皮细胞间紧密连接VEGF通过激活受松解，增加血管壁通透性，有VEGF VEGFR-2体，启动和利于血浆蛋白外渗形成有利于PI3K/Akt信号通路，促进内皮血管生成的细胞外基质环境MAPK细胞合成和细胞分裂，DNA同时增强细胞运动能力3诱导内皮前体细胞动员刺激骨髓释放内皮前体细胞进入循环，这些细胞可归巢至肿瘤VEGF部位参与新血管形成，为肿瘤血管生成提供额外的细胞来源成纤维细胞生长因子FGF的特征信号转导机制bFGF碱性成纤维细胞生长因子或是第一个被发现的通过结合受体激活下游信号通路，包括bFGF FGF-2bFGF FGFFGFR1-4血管生成因子，分子量约，具有强烈的促血管生成活、和通路，调节细胞增殖、分18kDa MAPK/ERK PI3K/Akt PLCγ性缺乏经典的信号肽序列，通过非经典分泌途径释化、迁移和存活bFGF放的受体结合需要硫酸肝素蛋白聚糖作为辅助因子，形成bFGF在多种细胞中表达，包括内皮细胞、平滑肌细胞、成纤三元复合物才能有效激活信号转导，这一特点使其活性受细胞bFGF维细胞和肿瘤细胞，在细胞外基质中以结合形式储存，可被肝外基质组成调节素或基质降解酶释放血小板衍生生长因子PDGF亚型识别PDGF、、通过不同受体组合发挥功能PDGF-AA ABBB周细胞募集吸引周细胞向新生血管迁移PDGF-B血管稳定周细胞包绕增强血管结构稳定性血管生成素Angiopoietins轴Ang-1/Tie-21维持血管稳定性和内皮细胞存活的拮抗作用Ang-22竞争性抑制，促进血管不稳定Ang-1肿瘤血管重塑3高表达促进肿瘤血管生成Ang-2基质金属蛋白酶MMPs家族分类基质降解功能MMP包括胶原酶、明胶酶、基质溶降解血管基底膜和细胞MMPs解素等亚类，每种具有特外基质中的胶原、纤连蛋白等MMP定的底物特异性和组织表达模成分，为内皮细胞迁移清除物式和在血理屏障，是血管生成必需的酶MMP-2MMP-9管生成中作用最为重要类生长因子释放切割细胞外基质释放其中结合的、等生长因子，同MMPs VEGFbFGF时激活一些潜在形式的生长因子，放大血管生成信号整合素IntegrinsαVβ3α5β1血管生成受体纤连蛋白受体在活化内皮细胞上高表达的关键整介导内皮细胞与细胞外基质结合合素α6β4层粘连蛋白受体参与基底膜重建和血管稳定第三部分肿瘤血管生成过程1血管生成开关激活肿瘤从血管依赖性转变为血管独立性生长的关键转折点2血管芽形成内皮细胞开始向肿瘤组织出芽并迁移3血管网络建立新生血管分支并形成功能性血管网络4血管重塑成熟血管结构优化和周细胞募集完成血管成熟肿瘤血管生成开关开关机制触发条件血管生成开关是指肿瘤从休眠、无血管状态转变为快速生长、肿瘤细胞数量增加导致局部缺氧，激活并上调HIF-1αVEGF高度血管化状态的关键转折点这一转变通常发生在肿瘤体积表达同时，癌基因如、的激活和等抑癌基因的myc rasp53达到立方毫米时失活进一步促进促血管生成因子的产生1-2开关的激活涉及促血管生成因子与抑制因子之间平衡的打破肿瘤相关巨噬细胞浸润、炎症因子释放以及基质金属蛋白酶活正常情况下，血管抑制因子如血栓反应蛋白占主导地位，维化等微环境变化也是血管生成开关激活的重要因素-1持血管静息状态肿瘤血管形成的多种方式芽生血管生成套入血管生成血管拟态干细胞募集经典方式，内皮细胞从血管内部形成隔膜将单肿瘤细胞自身形成管状骨髓来源的内皮祖细胞已有血管出芽形成新血一血管腔分割为多个腔结构模拟血管功能，不和造血干细胞参与肿瘤管分支，是研究最深入道，能快速增加血管密依赖内皮细胞，对传统新血管形成，为血管生的血管生成机制度而不需要内皮细胞增抗血管生成治疗不敏成提供新的细胞来源殖感肿瘤血管的异常特征形态结构异常通透性异常增高肿瘤血管呈现迂曲、扩张、分支异常等形内皮细胞间连接松散，基底膜不完整，导态特征，缺乏正常血管的规则性和层次结12致血管壁通透性显著增加构周细胞覆盖缺陷血流动力学异常43周细胞数量减少且附着松散，血管壁稳定血流速度缓慢且不均匀，存在血流停滞区性差，易发生出血域和逆流现象第四部分肿瘤微环境中的血管生成调控肿瘤微环境是一个复杂的细胞生态系统，包含多种免疫细胞、间质细胞和分泌因子这些成分通过复杂的相互作用网络调控血管生成过程，既可促进也可抑制新血管形成肿瘤相关巨噬细胞TAMs极化M1/M2主要呈现极化表型，分泌、等抗炎因TAMs M2IL-10TGF-β子，促进肿瘤进展和血管生成型巨噬细胞具有抗肿瘤作M1用但在肿瘤微环境中数量较少促血管生成分子分泌型大量分泌、、等促血管生成因M2TAMs VEGFPDGF FGF-2子，同时产生、等基质降解酶，为血管生成MMP-2MMP-9创造有利条件治疗靶点价值通过巨噬细胞消耗剂、向重编程或阻断募集等策M2M1TAMs略靶向，可有效抑制肿瘤血管生成并增强抗肿瘤免疫反TAMs应中性粒细胞的作用释放MMPs激活基质降解和生长因子释放1产生ROS2活性氧促进血管生成信号通路形成NETs3胞外诱捕网调控血管生成微环境淋巴细胞的调节作用细胞的双重作用细胞的促进作用T B细胞通过分泌抑制血管生成，而细胞分肿瘤浸润细胞主要发挥促肿瘤作用，分泌、CD8+T IFN-γTh17B VEGF-A MMP-泌促进血管生成调节性细胞通过分泌等促血管生成分子细胞还可通过抗体依赖性细胞毒作用清IL-17T TregsVEGF9B和免疫抑制间接促进血管生成除抗血管生成的效应细胞细胞亚群比例的变化直接影响肿瘤血管生成的方向肿瘤微某些细胞亚群能够分化为调节性细胞，通过分泌抑制T BB IL-10环境倾向于募集促血管生成的细胞亚群，抑制抗血管生成的抗肿瘤免疫反应，间接促进血管生成靶向细胞可能是抗血T B细胞毒性细胞功能管生成治疗的新策略T脂肪细胞的影响脂肪因子分泌代谢重编程脂肪细胞分泌瘦素、脂联脂肪细胞提供游离脂肪酸等素、抵抗素等脂肪因子，其代谢底物，支持肿瘤细胞和中瘦素具有强烈的促血管生内皮细胞的能量需求，为血成活性，能够激活内皮细胞管生成提供代谢基础并促进新血管形成炎症因子产生肥胖状态下脂肪细胞分泌、等炎症因子，激活血管生TNF-αIL-6成相关信号通路，创造促血管生成的炎症微环境肿瘤血管稳定化周细胞募集细胞间连接信号吸引周细胞1内皮细胞与周细胞形成紧密的物理和功PDGF-B/PDGFR-β向新生血管迁移2能连接基质沉积血管成熟4周细胞分泌胶原和其他基质蛋白稳定血形成功能完善的稳定血管网络3管结构第五部分抗血管生成治疗理论基础建立在年提出肿瘤生长依赖血管生成的假说，为抗血管生成Folkman1971治疗奠定理论基础，开创了肿瘤治疗的新方向靶点发现与验证、等关键靶点的发现和功能验证，为抗血管生成药物VEGF VEGFR开发提供了明确的分子靶标和作用机制药物开发与临床应用贝伐珠单抗等抗血管生成药物的成功开发和临床应用，证明了抗血管生成治疗的可行性和有效性，改变了肿瘤治疗格局抗血管生成治疗的理论基础假说治疗优势Folkman年提出肿瘤生长依赖血管生成的开创抗血管生成治疗具有多重优势内皮细胞基因相对稳定，不易1971Judah Folkman性假说，认为肿瘤体积超过立方毫米后必须依靠新生血管产生耐药突变；一个内皮细胞支持多个肿瘤细胞，具有放大效2-3提供营养才能继续生长应；血管靶点易于药物接触该假说指出抑制血管生成可以饿死肿瘤，且肿瘤血管内皮细与传统化疗相比，抗血管生成治疗毒性相对较低，可与其他治胞基因稳定不易产生耐药性，为抗血管生成治疗提供了坚实的疗方式联合应用，为肿瘤综合治疗提供了新的策略选择理论基础抗血管生成药物分类抗药物VEGF/VEGFR包括抗单克隆抗体如贝伐珠单抗，抑制剂如舒尼替尼，以及陷阱分VEGF VEGFRVEGF子如阿柏西普，是目前应用最广泛的抗血管生成药物类别多靶点激酶抑制剂同时抑制多个血管生成相关激酶，如索拉非尼、帕唑帕尼等，具有广谱抗血管生成活性，但可能产生更多副作用血管破坏剂直接破坏已形成的肿瘤血管，如康布雷他汀磷酸盐，能够快速阻断肿瘤血液供应，但A4可能引起肿瘤缺血坏死内源性抑制因子模拟机体天然血管生成抑制分子，如血管抑素、内皮抑素等，具有良好的安全性但临床疗效有限贝伐珠单抗Bevacizumab1分子特征人源化抗单克隆抗体，特异性结合所有亚VEGF-A VEGF-A型，阻断其与受体结合2作用机制中和循环中的，抑制新血管形成，降低血管通透性，VEGF-A改善肿瘤血管功能3临床应用获批用于结直肠癌、非小细胞肺癌、乳腺癌、卵巢癌等多种恶性肿瘤的治疗酪氨酸激酶抑制剂药物名称主要靶点适应症特点舒尼替尼、肾癌、多靶点、口服VEGFR GIST、PDGFR c-Kit索拉非尼、肝癌、肾癌抗血管抗增VEGFR+、殖PDGFRRAF帕唑帕尼、肾癌、软组织选择性高VEGFR、肉瘤PDGFR c-Kit酪氨酸激酶抑制剂通过阻断多个促血管生成受体的信号转导发挥作用，具有口服给药、多靶点抑制的优势，但可能产生更多的毒副作用雷莫芦单抗Ramucirumab分子机制特异性抗单克隆抗体，阻断受体激活VEGFR-2临床应用胃癌、结直肠癌、非小细胞肺癌等适应症治疗优势受体水平阻断，理论上比配体阻断更彻底内源性血管生成抑制因子血管抑素内皮抑素Angiostatin Endostatin血管抑素是纤溶酶原的蛋白酶解片段，能够特异性抑制内皮细内皮抑素是型胶原的末端片段，具有强烈的抗血管生成XVIII C胞增殖和迁移，诱导内皮细胞凋亡它是第一个被发现的内源活性它能够抑制内皮细胞增殖、诱导细胞凋亡并阻断细胞迁性血管生成抑制因子移血管抑素通过结合内皮细胞表面的合酶亚基和整合素内皮抑素的作用机制包括结合多种受体如整合素、ATPβα5β1发挥作用，阻断血管生成信号转导在动物实验中显示等，干扰促血管生成信号临床试验显示其安全性αVβ3VEGFR-2出强烈的抗肿瘤血管生成活性良好但疗效有限，目前主要用于联合治疗第六部分抗血管生成治疗的耐药机制适应性耐药内在性耐药替代性促血管生成通路的激活补偿被阻断某些肿瘤类型天然对抗血管生成治疗不敏的信号感VEGF12血管拟态干细胞机制43肿瘤细胞形成独立于内皮细胞的血管样结肿瘤干细胞维持血管生成能力并促进耐药构适应性耐药机制通路激活FGF被阻断后信号增强1VEGF FGF/FGFR信号增强PDGF2轴补偿性上调PDGF/PDGFR血管生成因子冗余3多种促血管生成分子共同作用适应性耐药是抗血管生成治疗面临的主要挑战当信号被阻断后，肿瘤会激活替代性血管生成通路来维持血管供应、VEGF FGF、血管生成素等因子的代偿性上调使肿瘤能够绕过阻断继续促进血管生成PDGF VEGF内在性耐药机制1内皮细胞不敏感性2微环境保护机制某些肿瘤的血管内皮细胞对抗肿瘤微环境中的周细胞、基质血管生成药物天然不敏感，可细胞和免疫细胞可能通过分泌能与基因突变、表观遗传修饰保护因子或直接细胞接触保护或微环境保护作用有关血管内皮细胞免受药物作用3血管密度差异某些肿瘤类型血管密度较低或血管结构相对成熟稳定，对抗血管生成治疗的依赖性较小，表现为内在耐药血管拟态VM定义特征1肿瘤细胞自主形成管状血管样结构形成机制2高侵袭性肿瘤细胞获得内皮样表型临床意义3与预后不良和治疗耐药密切相关血管拟态是高度恶性肿瘤细胞获得内皮细胞特性后形成的血管样结构，完全独立于内皮细胞这种现象在黑色素瘤、乳腺癌、卵巢癌等侵袭性肿瘤中较为常见，是抗血管生成治疗耐药的重要原因肿瘤干细胞与血管生成CSCs促血管生成因子分泌血管拟态诱导高表达、等促血管生1具有强烈的可塑性能够诱导血管CSCs VEGFbFGF CSCs成分子2拟态形成靶向治疗策略治疗耐药维持4联合靶向和血管生成可能的自我更新能力维持耐药性并促CSCs CSCs3耐药进复发overcome第七部分抗血管生成治疗的未来方向联合治疗血管正常化精准医学多种治疗方式的优化组改善肿瘤血管功能而非基于生物标志物的个体合以提高疗效单纯破坏化治疗策略新靶点发现开发针对新血管生成通路的治疗方法联合治疗策略抗血管生成与化疗联合抗血管生成治疗通过血管正常化改善药物递送，化疗药物与抗血管生成药物具有协同抗肿瘤效应贝伐珠单抗联合化疗已成为多种肿瘤的标准治疗方案抗血管生成与免疫治疗联合抗血管生成治疗可以改善肿瘤免疫微环境，增加免疫细胞浸润，与免疫检查点抑制剂联合应用显示出令人鼓舞的临床前景多通路抑制策略同时阻断多个血管生成通路可以减少耐药性的产生，多靶点抑制剂或多药联合方案正在积极探索中，旨在实现更持久的肿瘤控制血管正常化理论理论基础临床应用血管正常化理论由提出，认为适度的抗血管生成治疗可以血管正常化可以改善化疗药物和放疗的效果，增强免疫细胞的Jain暂时改善肿瘤血管结构和功能，而非完全破坏血管系统肿瘤浸润能力关键是确定合适的药物剂量和给药时间窗口正常化窗口期内，肿瘤血管通透性降低、血流改善、氧合增加，为其他治疗方式创造更好的微环境条件，提高整体治疗效临床研究显示，低剂量持续给药的抗血管生成治疗比高剂量间果歇给药更容易实现血管正常化，并获得更好的长期疗效精准抗血管生成治疗生物标志物类型具体指标临床意义血清标志物、、疗效预测和监测VEGF PlGFsVEGFR-2影像学标志物血管密度、通透性治疗反应评估基因标志物多态性、治疗敏感性预测VEGFHIF-1α组织标志物、周细胞覆盖预后评估MVD率精准抗血管生成治疗需要建立完善的生物标志物体系，实现患者分层和治疗方案个体化目前多种生物标志物正在临床验证中，未来有望实现真正的精准治疗新型靶点的发现配体Delta-like4DLL4信号通路的关键配体，调控血管分支和内皮细胞命运决定Notch DLL4抑制剂可以诱导非功能性血管过度分支，阻断肿瘤血液供应血管生成素样蛋白ANGPTLs家族蛋白调控血管生成和代谢，其中在肿瘤血管生ANGPTL ANGPTL4成中发挥重要作用，是有前景的治疗靶点整合素α6β4参与内皮细胞与基底膜结合，在血管稳定化过程中起关键作用靶向可能破坏肿瘤血管稳定性α6β4代谢酶类血管生成过程中的关键代谢酶如脂肪酸合酶、谷氨酰胺酶等成为新的治疗靶点，通过代谢干预抑制血管生成。