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抗肺癌血管生成机制及靶向治疗药物研究进展
作者: 发表日期:2013-11-27

  肿瘤血管生成是一个受众多生长因子调节的复杂的病理生理过程[1]。抗肿瘤血管生成的机制主要有:抑制促血管生成因子与配体的表达和结合及相应的信号传递途径,抑制血管内皮细胞的增殖、迁移,诱导其凋亡,抑制基底膜的降解等。随着肿瘤血管生成机制的逐步阐明,进一步证实了血管生成与肿瘤发生、发展的关系,而抗血管生成治疗也因其具有高效性、广普性、不易产生耐药性及无明显毒副反应等优点成为当今肿瘤治疗领域的热点。现以HIF(hypoxia inducible factor)、VEGF(vascular endothelial growth factor)、VEGFR(vascular endothelial growth factor receptor)、MMPs(matrix metalloproteinases)等治疗靶点为例综述抗肺癌血管生成的机制及靶向治疗药物。

  [1] 缺氧诱导因子 1(HIF 1)

  随着肺癌的不断生长、体积增大,血供不足易发生缺氧。HIF 1是近年发现的一种转录因子,由α和β两个亚单位组成,其中HIF 1α是决定HIF 1活性的缺氧调控亚基,组织处于缺氧状态时它发挥转录和基因调控作用,HIF的下游基因有40多种[2],其中VEGF、TGFβ等绝大多数基因通过激活下游的一系列缺氧转导通路,诱导新生血管生成,对肺癌生长和转移起促进作用。

  肿瘤组织在缺氧时,通过HIF 1α诱导各种致血管发生的基因,其中血管内皮生长因子(VEGF)为重要靶基因,能召集内皮细胞和相关靶基因到缺氧且无血管的部位,刺激血管增殖。故HIF 1α在肿瘤缺氧时通过VEGF表达上调,增加血管密度,改善肿瘤供氧和营养,促进肿瘤及其转移灶的发展。研究发现,在人肺癌组织中HIF 1α过度表达,且在肿瘤坏死明显的区域和肿瘤浸润的边缘,HIF 1α表达明显增多,而肿瘤组织内的基质细胞和邻近的正常组织则未见HIF 1α的表达,说明HIF 1α在促进肺癌生长方面起着重要作用。因此HIF顺理成章的成为肿瘤的治疗靶。

  直接以HIF作为治疗靶的肿瘤化疗是近几年才开始的。HIF 1功能的发挥是一个多步骤的过程,包括蛋白表达、二聚化、结合DNA靶序列以及转录激活等。其间受到多因素的调控:如PI3K/Akt信号转导通路参与HIF 1的蛋白表达;MAPK(mitogen activated protein kinase)信号转导通路参与HIF 1的转录激活;许多转录后修饰包括去羟化酶、去泛素化酶以及磷酸酶均参与HIF 1的蛋白表达与活性调节等。这些信号通路的抑制都能下调HIF 1α的产生。目前一些以HIF 1为靶点的抗肿瘤药物正在进行研究和开发,主要的小分子抑制剂包括拓扑替康、103D5R、氧化还原抑制剂、微管细胞骨架抑制剂、热休克蛋白90抑制剂、PI3K Akt mTOR信号途径抑制剂、HIF 1α转录活性调节剂等。这些小分子抑制剂在体内外实验中能够抑制肿瘤细胞的HIF 1的表达,但是临床试验研究还处于起步阶段。Rapisarda等[3]用细胞高通量法筛选HIF 1途径的小分子抑制剂,发现拓扑替康(topotecan,TPT)通过抑制HIF 1依赖荧光素酶的表达和VEGF的生成,阻止HIF 1蛋白的聚集。TPT目前用于小细胞肺癌(small cell lung cancer,SCLC)的临床治疗。此外,还有以下几种药物,对于肺癌治疗的研究尚未见报道,但随着研究的深入,将在肺癌的治疗中发挥一定的作用。Mabjeesh等[4]发现抗肿瘤药2ME2不仅能抑制HIF 1诱导VEGF的表达,而且能破坏肿瘤细胞骨架微管形成,还有YC 1也能抑制HIF 1活性,从而抑制肿瘤生长[5]。热休克蛋白90(HSP90)的抑制剂 格尔德霉素,通过竞争性抑制HSP90与HIF 1α的结合,降低HIF 1α构象的稳定性[6]。临床上应用的雷帕霉素和其衍生物CCI 779、Rad001是mTOR特异性抑制剂,能减少细胞中HIF 1α的表达[7,8]。令人遗憾的是,迄今为止,尚未找到特异性的HIF 1抑制剂,这种选择性缺失增加了评判分子机制和临床疗效相关性的难度。

  [2] 血管内皮生长因子及其受体(VEGF、VEGFR)

  VEGF又称血管通透因子,属于VEGF 血小板衍生生长因子超基因家族,是目前已知的重要的血管生成促进因子,是一高度特异性的血管内皮细胞的有丝分裂素。VEGFR属于酪氨酸蛋白激酶家族,包括VEGFR 1(flt 1),VEGFR 2(KDR),这两类受体主要在血管内皮细胞上表达,以及VEGFR 3(flt 4),主要在淋巴管内皮上表达。VEGF通过与VEGFR结合而发挥作用,其中KDR (kinase domain region)是VEGF的主要功能受体。

  研究发现[9],肺癌患者的VEGF和VEGFR表达异常,比健康人明显升高,癌组织中的VEGF和VEGFR表达显著高于良性和正常组织。这与多种因素有关,其中肺癌微环境因素中缺氧是VEGF强有力的诱导因素,而HIF在此信号传导途径中起中枢纽带作用。随着肺癌的快速生长,导致肿瘤局部组织缺氧,从而诱导HIF 1α过度表达,活化的 HIF 1α与VEGF的调控序列结合,导致VEGF的转录,VEGF的表达开始上调。VEGF的表达上调也可使VEGFR的表达得到正反馈加强。

  在肿瘤的发展过程中,当肿瘤细胞处于克隆增殖及血管前期时,肿瘤处于高度凋亡和高度平衡阶段,该期肿瘤的体积一般不会超过2 mm3,进一步生长严格依赖血管生成,当肿瘤内血管生成促进因子VEGF上调时,VEGF特异性的亲和于血管内皮细胞上的VEGFR,然后通过酪氨酸磷酸化激活激酶活性,并起动信号级联,使内皮细胞在形态、有丝分裂、趋化性、膜通透性及肌动蛋白重组等多方面发生明显改变,促进肺癌血管生成,使肺癌病灶的氧供由弥散变为灌注,有利于肺癌的生长。此外,VEGF使血管通透性增高,致肺癌区组织间压升高,以及血管异常增生迂曲形成盲端,均使肺癌细胞易于进入血循环向远处转移播散。VEGF及KDR阳性率高的肺癌组织,肺癌细胞增殖较快、较多而肿瘤体积较大。VEGF因其在肺癌进展中的重要作用,以及其高度特异性的只作用于表达有VEGFR的肺癌新生血管和肿瘤细胞,而对成熟的血管及其他组织器官无作用,使其成为肺癌治疗的一个重要靶点。以VEGF及其受体为靶点,通过制备相应的抑制剂或拮抗剂抑制VEGF或VEGFR表达,或阻止二者结合,或阻断该信号传导途径其他环节从而达到遏制肺癌生长和转移的目的,是当前抗肿瘤生长的又一研究热点。

  在以VEGF及VEGFR为靶点进行的抗血管生成治疗药物中,腺病毒介导的P53基因和Bevacizumab(Avastin)已经上市用于其他肿瘤的治疗,而关于上述两种药对肺癌的治疗正在研究中,其他靶向药物尚处于临床前研究和临床试验阶段。药物的研究和开发主要分为以下几种:(1)基因治疗:①通过反义寡核苷酸作用于VEGF或VEGFR mRNA位点,可减少培养的人血管内皮细胞的增生,并且可特异性地降低细胞中VEGF或VEGFR mRNA的水平[10]。②P53基因可下调VEGF的表达,Anderson 研究组评估临床研究Ⅰ/Ⅱ期显示,腺病毒介导的P53基因联合顺铂治疗晚期NSCLC,与传统方法相比,可延续疾病进展时间。Ⅲ期研究主要对比了单独应用顺铂及放疗与P53基因治疗联合应用顺铂及放疗对晚期局灶进展的非小细胞肺癌的疗效,目前正在研究中[11]。(2)单克隆抗体:①抗VEGF的单克隆抗体:Bevacizumab是抗VEGF的重组人源化单克隆抗体,可以抑制VEGF的生物活性,已于2004年3月份在美国上市。这是全世界第一个被批准用于抑制血管生长的单克隆抗体药物。2004年2月美国FDA批准,Bevacizumab在NSCLCⅢ期临床试验中显示了较好的疗效[12]。Johnson等[13]认为Bevacizumab联合化疗用于晚期NSCLC的一线治疗有一定价值。在2005年ASCO年会上,ECOG4599号研究对非鳞癌性非小细胞肺癌的前瞻性Ⅲ期随机研究结果首次证实了Bevacizumab加泰素和卡铂与单纯化疗比能提高中位生存期2.3个月,(12.5个月比10.2个月,P=0.001),无进展生存期为6.4个月比4.5个月(P<0.01),有效率为27.2%比10.0%(P<0.01)。ECOG宣布这将成为非鳞性非小细胞肺癌的新的标准方案来和今后的方案对比。但随后的临床治疗因入选条件不合适而失败,正在进行的试验主要探索Bevacizumab联合细胞毒药物应用的安全性及Bevacizumab二线及辅助治疗应用的可行性[14]。②抗VEGFR的单克隆抗体:Prwett等[15]制备了抗KDR/Flk的单克隆抗体DC101,结果组织学检查表明,DC101可降低肺癌组织中微血管密度,抑制肿瘤细胞增殖,诱导肿瘤细胞凋亡,使肿瘤形成广泛性坏死。IMC 1C11是人鼠嵌合性抗KDR的IgG1单抗,通过阻断其与配体的结合而抑制VEGF诱导的内皮细胞增殖。③抗VEGF和VEGFR的单克隆抗体:Lu等构建了一种重组的双功能抗体,它既可以与Flt 1结合,又可以与KDR结合,还能有效的阻断KDR及Flt 1(Fms like tyrosine)与VEGF及PIGF的结合,从而起到抗肿瘤的作用。④阻断VEGF和VEGFR结合的抗体:Ueda等[16]发现了一种新的低分子量VEGF抗体VGA1102,它可抑制VEGF及其受体的结合,从而抑制肿瘤血管的形成。(3)小分子酪氨酸激酶抑制剂:SU5416、ZD4190、PTK787是三种特异性KDR抑制剂,其中ZD4190被用于靶向治疗小细胞肺癌。此外,多靶点的酪氨酸激酶抑制剂包括ZD6474、PTK787/ZK222584、Sunitinib、SU11248和SU6668等。ZD6474既可作用于KDR,又可微弱作用于Flt 1,一项ZD6474治疗非小细胞肺癌、小细胞肺癌的Ⅱ期临床从2003年1月开始进行[17],最终结论还未见报道。 Heymach等应用ZD6474联合多西紫杉醇治疗15例含铂化疗方案失败的NSCLC患者,2例部分缓解,7例稳定时间超过12周,中位生存时间为19.8周,提示ZD6474联合化疗用于晚期难治性NSCLC有较好疗效。PTK787/ZK222584是一种口服的多靶点的VEGFR抑制剂,动物试验表明PTK787/ZK222584可以减少肿瘤的血管床[15]。目前正在进行Sunitinib治疗NSCLC的Ⅱ期临床研究。(4)可溶性:VEGFR仅具有与配体结合的功能,而无信号传导功能,根据竞争拮抗原则,应用可溶性VEGFR与VEGF功能受体竞争结合VEGF,耗竭肿瘤细胞产生的VEGF,从而抑制VEGF诱导的生物学活性。VEGF trap是一种VEGFR 1的2区和VEGFR 2的3区融合抗体的Fc段形成的嵌合可溶性受体,已进行Ⅲ期临床试验[12]。(5)核酶:化学稳定锤头状核酶是基于RNA的寡核苷酸,其对核苷酸耐受,利用其可选择性结合、裂解靶向RNA的特性,用于肿瘤的治疗研究。(6)导向治疗:即用载有VEGFR为启动子的逆转录病毒载体启动TNF α的表达,通过TNF α的作用杀伤肿瘤细胞及增殖期内皮细胞。

  [3] 基质金属蛋白酶(MMPs)

  MMPs能降解细胞外基质及基底膜,引起内皮细胞的迁移,释放或活化血管生成因子,对肿瘤的生长、血管生成、浸润和转移均有重要意义。体外动物模型结果证明,MMPs可通过与VEGF和整合素相互作用而在肿瘤新生血管生成中起直接作用。肿瘤和肿瘤周围外基质过度表达MMPs能促进肿瘤细胞分化和转移,且新生血管生成与肿瘤侵袭转移的过程密切相关。Tamura等[19]认为正常肺组织MMP 2和MMP 9表达阳性率明显低于肺癌组织,提示MMP 2和MMP 9的表达升高可能参与了NSCLC的转移和浸润。

  由于与肺癌的血管生成和转移密切相关,MMPs成为抗肿瘤治疗的热点研究领域。目前,关于MMPI (matrix metalloproteinase inhibitor)和TIMP(tissue inhibitor of matrix metalloproteinase)对肺癌的预后尚无一致的结论。TIMPs可以与MMPs的锌离子活性基团结合而抑制其活性,从而抑制细胞外基质的降解和基底膜的破坏,最终抑制肿瘤血管生成。已知的天然TIMP Neovastat治疗肺癌的Ⅲ期临床研究正在进行中,广谱MMP抑制剂BMS 275291的Ⅲ期临床研究也在进行中。还有多种小分子MMPI和TIMP进入了临床试验阶段,但临床试验的结果令人失望。原因可能为 MMPI/TIMP可通过上调VEGF的表达水平、抑制MMP对血管生成抑制素和内皮细胞抑制素等内源性血管生成抑制因子的释放,促进肿瘤血管生成[20,21]。血管的生长极大地依赖MMP的活性,同时肿瘤血管的生长也可被MMPI/TIMP所抑制。血管生成是一个连续的过程,抑制其中任何一步都可抑制肿瘤血管生成。抗肺癌血管生成除上述药物外,还有直接抑制内皮细胞增殖和促进其凋亡的药物(血管抑素、内皮抑素、白介素、TNP 470、反应停等)及阻断内皮细胞特异性整合素的药物等。

  尽管抗肺癌血管生成治疗已轰轰烈烈展开,但是很多药物进入临床试验疗效不尽如人意,原因可能为该治疗只能抑制肿瘤细胞的生长和转移,并不能完全消灭肿瘤细胞,一旦停药肿瘤细胞又可恢复增殖。因此抗肿瘤血管生成必须联合能直接杀伤肿瘤细胞的治疗手段,如放射治疗、化学治疗,才能更好地发挥作用。初步研究结果是肯定的,联合治疗显示了良好的治疗作用[22]。一方面,利用化疗药物杀伤肿瘤细胞;另一方面,利用抗血管生成药物抑制肿瘤血管生成。两者联合应用可加强对肿瘤的治疗效果。此外,肿瘤细胞易对化疗药物产生耐药性,但内皮细胞对抗血管生成药物未见产生耐药性,因此对于即使已对化疗药物产生耐药性的肺癌,抗血管生成药物仍有效,可起到补救性治疗的作用。

  总之,肺癌的血管系统已成为一个崭新的、有希望的治疗靶点,但抗血管生成治疗的靶向性问题、药效监测问题、如何与化疗药物联合应用、最佳用药时机及严重的并发症等问题尚有待进一步评价,相信随着对抗肺癌相关作用靶点的深入研究及相关学科的发展,这些问题将会得到解决,血管靶向治疗将会成为治疗肺癌最有前途的治疗策略之一。

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