引言

新血管的形成，是一個由各種促血管生成和抗血管生成分子調節的復雜而動態的過程，在腫瘤生長、侵襲和轉移中起著至關重要的作用。隨著分子生物學和細胞生物學的發展，參與腫瘤血管生成的各種生物分子，如生長因子、趨化因子和粘附因子已逐漸被闡明。基于這些分子的靶向治療研究推動抗腫瘤血管生成治療成為一種非常有前景的策略。

最廣泛使用的抗血管生成劑包括靶向血管內皮生長因子（VEGF）的單克隆抗體和酪氨酸激酶抑制劑（TKIs）。然而，由于不良反應、獲得性耐藥、腫瘤復發以及缺乏有效的生物標志物等缺陷，這種治療模式的臨床益處仍然有限，這促使人們進一步研究腫瘤血管生成的機制，開發多種新型藥物和聯合治療，以提高療效。

一、腫瘤血管生成的病理生理學

血液循環是細胞代謝的基礎，在正常組織中，緊密的周細胞覆蓋和血管內皮細胞連接確保了正常的血液循環，形成了成熟的血管結構。然而，在腫瘤組織中，來自腫瘤組織的更多機械應力導致腫瘤血管的厚度不均和結構變形，它們以不規則的回旋方式表現出密集的出芽，這往往會阻礙血液流動。機械應力還會破壞淋巴管道，阻止多余間質液的淋巴引流。此外，脆弱且高滲透性的腫瘤血管，其內皮細胞和周細胞排列不規則，導致血液滲漏和灌注不連貫。這種空間異常結構表現為低血流量，減少了氧氣和營養的供應，在腫瘤微環境中引起隨后的酸性環境、缺氧以及高間質高壓。所有這些因素都會導致腫瘤血管的混亂功能和異常結構，進一步加重酸性和缺氧的腫瘤微環境，從而促進腫瘤血管生成、侵襲和轉移。

腫瘤血管生成有多種模式。其中，血管出芽生成是生理和病理血管生成中最典型的過程，即在現有血管中形成新的血管分支，并通過尖端細胞的遷移和干細胞的增殖最終滲透到腫瘤組織中；套疊式血管生成涉及雙腔的形成，雙腔分裂成兩條血管，滲透到腫瘤組織中；血管發生是指骨髓來源或血管壁固有的內皮祖細胞，這些細胞分化為內皮細胞形成新血管。除了上述三種模型外，腫瘤還可以通過血管選擇、血管模擬、癌癥干細胞分化模式來實現血管生成。血管選擇指腫瘤細胞在預先存在的血管周圍遷移或滲透到周圍組織空間，最終包裹血管并引導它們進入腫瘤組織，為腫瘤細胞提供營養；血管模擬是腫瘤細胞延伸形成模擬血管腔，然后插入預先存在的血管，輸送營養到腫瘤組織中的過程；最后，癌癥肝細胞可以通過上皮-內皮轉化轉分化為內皮樣細胞。

二、腫瘤血管生成的關鍵分子和信號通路

促進或抑制血管生成的各種生物分子構成了復雜而動態的血管生成系統，包括生長因子（如血管內皮生長因子、成纖維細胞生長因子、轉化生長因子、肝細胞生長因子）、粘附因子（整合素、鈣粘蛋白）、蛋白酶（如基質金屬蛋白酶）、細胞外基質蛋白（纖連蛋白、膠原），轉錄因子（缺氧誘導因子、核因子）、血管生成素、血管抑素、內皮抑素和白細胞介素等。所有這些都通過跨膜受體激活基因表達并誘導內皮細胞增殖、存活和血管生成。

VEGF/VEGFR

VEGF-A是血管生成最重要的調節因子，在腫瘤生長、增殖、侵襲、轉移、血管生成和耐藥性中發揮著不可替代的作用。生理和病理血管生成中最關鍵的信號通路是VEGF-A/VEGFR-2，它刺激內皮細胞（EC）的有絲分裂、趨化和形態發生，并誘導實體瘤的增殖、遷移、侵襲和血管生成。

PDGF/PDGFRs

血小板衍生生長因子（PDGF）作為成纖維細胞、平滑肌細胞和神經膠質細胞等間充質細胞的主要有絲分裂原，PDGF通過旁分泌或自分泌參與細胞生長和分化、傷口愈合、血管生成、募集和周細胞和平滑肌細胞的分化。PDGF-BB是PDGF家族中研究最多的因子之一，過度表達的PDGF信號不僅增強組織纖維化，而且在腫瘤進展和抗VEGF治療中激發血管生成和耐藥性。

EGF/EGFRs

表皮生長因子（EGF）通過EGFR廣泛參與細胞生長、增殖、分化、遷移、粘附、凋亡和腫瘤血管生成。作為啟動分子，EGF通過激活下游信號通路（MAPK、PI3K/AKT/PKB、STAT和PLCγ/PKC）參與內皮細胞增殖和分化。此外，它促進有絲分裂，并通過Ang-2配體上調各種血管生成因子的合成、表達和分泌，如VEGF，間接促進腫瘤血管生成。

FGF/FGFR

作為促進傷口愈合的關鍵因素，成纖維細胞生長因子（FGF）家族是內皮細胞的有效有絲分裂原和驅動因子之一，也是最早發現的與血管生成相關的生長因子。主要由血管內皮細胞、干細胞和受損心肌細胞分泌。FGF家族中最具影響力的促血管生成因子是FGF-2（bFGF），它通過旁分泌調節心臟非肌細胞的功能分化，并刺激血管生成相關過程，如內皮細胞的遷移和侵襲以及纖溶酶原激活劑的產生。bFGF在乳腺癌（BC）、肺癌、膀胱癌和白血病中通常過度表達，與癌癥轉移和患者預后不良有關。

HGF/c-Met

HGF/c-Met是傷口愈合、組織再生和胚胎發生的關鍵信號通路。異常的HGF/c-Met信號，如c-Met基因的擴增或突變、轉錄失調以及HGF的異常分泌，促進癌組織的擴散、侵襲和血管生成。

IGF/IGFR

胰島素樣生長因子（IGF）是一種調節人類生長、發育和能量代謝的生長因子。高表達的IGF1和IGF2誘導VEGF合成并上調HIF-1α和VEGF的表達以促進血管生成。研究表明，IGF過表達會促進糖尿病視網膜病變（DR）、動脈粥樣硬化和癌癥的進展。

TGF-β

TGF-β是一種多效性的細胞因子，與身體穩態、組織修復、炎癥和免疫反應有關，還參與細胞生長、分化、增殖、自噬、凋亡和腫瘤血管生成。在腫瘤中，TGF-β誘導內皮細胞遷移，促使血管出芽；其次，其通過EMT促進腫瘤的浸潤和侵襲；此外，TGF-β誘導結締組織生長因子（CTGF）、VEGF和bFGF的表達，它們對腫瘤血管生成至關重要。

HIF-1

缺氧誘導因子-1（HIF-1）調節細胞對缺氧的適應、能量代謝、紅細胞生成和組織灌注平衡，并參與細胞存活、增殖，遷移、粘附、細胞凋亡、紅細胞生成和葡萄糖代謝。在腫瘤進展中，HIF-1α可以上調所有VEGF亞型、PlGF、FGF、PDGF和Ang-1的相關基因的表達，以促進腫瘤血管生成或誘導耐藥性。

整合素

整合素是細胞外基質中的主要粘附因子，通過調節細胞之間以及這些細胞與周圍基質的信號轉導，參與人體中的各種細胞過程。αvβ6是整合素中第一個發現具有血管生成作用的粘附因子，廣泛表達于重塑和病理組織中活化的血管內皮細胞上。αvβ3是bFGF和TNF-α信號通路啟動的血管生成中不可或缺的因子，而αvβ5是TGF-α和VEGF介導的血管生成所必需的。

蛋白水解酶

基質金屬蛋白酶（MMPs）是一類由結締組織和基質細胞分泌的鋅和鈣依賴性內肽酶家族。在各種血管生成中，MMPs是破壞ECM和重塑基底膜的主要介質。參與腫瘤血管生成的主要亞型是MMP-2、MMP-9和MMP-14。MMP-9是細胞外基質降解的中心蛋白酶，其增加VEGF的生物利用度并募集周細胞以維持腫瘤微環境中的穩態，觸發內皮細胞的形態發生和出芽以刺激腫瘤血管生成。

NF-κB

核因子κB（NF-κB）是人體中的一種重要轉錄因子，參與細胞存活、氧化損傷、炎癥、免疫反應和血管生成。作為一種間接介質，NF-κB通過調節血管生成因子的表達水平來調節各種癌癥（如CRC、BC和黑色素瘤）的進展。

血管生成素

血管生成素維持靜止的內皮細胞穩態和血管形態，并參與新血管的形成、胚胎發育和腫瘤血管生成。血管生成素由四個配體組成，Ang-1、Ang-2、Ang-3和Ang-4。Ang-1和Ang-2是參與血管穩態的主要因素。在腫瘤中，Ang-1和Ang-2的過表達促進血管生成和腫瘤生長。

Notch通路

Notch受體是一種特殊的非RTK蛋白，參與許多細胞過程，如形態發生、增殖、遷移、分化、凋亡、粘附、EMT和血管生成。在Notch家族中，Dll-4和Jag-1是腫瘤血管生成中最具代表性的配體。

Ephrin/EphR

Ephrin/EphR是一個獨特的激酶家族，通過典型的雙向信號轉導調節相鄰細胞之間的相互作用。在人體中，Ephrin/EphR信號通路在細胞形態發生、動靜脈形成、神經系統發育、組織形成、組織穩態和各種血管生成過程中發揮著至關重要的作用。其中，最關鍵的通路是EphrinB2/EphB4，它能有效地促進發芽，腫瘤血管生成中的血管成熟和血運重建。

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三、抗腫瘤血管生成藥物的研究進展

抗血管生成治療是通過抗血管生成藥物抑制腫瘤生長和轉移，限制腫瘤組織的血液供應來實現的。盡管分子和機制研究表明，許多調節因子參與了腫瘤血管生成，但血管生成抑制劑的研究仍然集中在VEGF/VEGFR信號通路上。其中，單克隆抗體和小分子酪氨酸激酶抑制劑是抗血管生成治療的主流藥物。

單克隆抗體

最具代表性的抗腫瘤血管生成抗體是貝伐單抗（Avastin）。貝伐單抗是第一種獲批的血管生成抑制劑，通過中和所有VEGF亞型來抑制腫瘤血管生成，從而阻斷VEGF通路的轉導。在CRC患者的III期臨床試驗中， PFS從中位數6.2個月增加到10.6個月，OS從34.8%增加到44.8%，中位反應持續時間增加了3.3個月。因此，貝伐單抗于2004年被FDA批準用于CRC患者。除了第一個適應癥外，貝伐單抗已被批準用于多種其他癌癥的單藥治療、手術輔助治療或與化療聯合治療，并且測試抗血管生成治療的更多潛力。

Ramucirumab（Cyramza）是一種靶向VEGFR-2的抗體，在三期REGARD臨床試驗中，Ramucirumab顯著改善了不可切除胃和胃食管交界腺癌患者的中位OS（5.2個月vs 3.8個月）和PFS（2.1個月vs 1.3個月）。2014年，FDA批準ramucirmab用于先前治療的晚期胃或胃食管交界處（GEJ）腺癌。Olaratumab（Lartruvo）是一種靶向PDGFRα的單克隆抗體，是FDA批準的治療軟組織肉瘤的一線藥物。

寡核苷酸衍生物

Pegaptanib（Macugen）是一種VEGF-A靶向RNA適配體，于2004年12月被批準用于血管源性年齡相關性黃斑變性，通過玻璃體內注射，在AMD患者中具有良好的耐受性和治療效果。

重組融合蛋白

Aflibercept（Eylea）是一種靶向VEGF的重組誘餌蛋白，它細胞外VEGFR結構域和人IgG1的Fc段融合而成。Aflibercept通過特異性阻斷VEGF-A從而抑制內皮細胞的分裂和增殖，降低血管通透性，并用于AMD、DR和DME等非腫瘤性血管生成疾病。此外，它也被FDA批準用于治療對含奧沙利鉑耐藥性或進展的轉移性CRC患者。

mTOR抑制劑

Everolimus（RAD001）是mTOR的口服抑制劑，通過間接阻斷mTOR抑制腫瘤細胞的增殖并誘導細胞凋亡和自噬。mTOR是一種絲氨酸/蘇氨酸（Ser/Thr）激酶，通過與PI3K/AKT信號通路協同作用，在腫瘤細胞增殖和血管生成中發揮關鍵作用。在一項針對RCC患者的II期臨床試驗中，Everolimus取得了很好的結果，中位PFS為11.2個月，中位OS為22.1個Temsirolimus是另一種mTOR抑制劑，已被FDA批準用于晚期RCC。它還被歐盟批準用于復發或難治性套細胞淋巴瘤/非霍奇金淋巴瘤。

小分子TKIs

sorafenib是一種多重靶向的血管生成抑制劑，通過阻斷Raf和激酶受體（包括VEGFR、PDGFR、c-Kit和RET）的自磷酸化，抑制腫瘤的增殖、侵襲、轉移和血管生成。2005年12月，FDA批準sorafenib用于晚期RCC患者。sorafenib作為首個抗血管生成小分子酪氨酸激酶抑制劑，顯著促進了隨后抗血管生成大分子藥物的開發和臨床研究。此外，其它的小分子血管生成抑制劑還包括Sunitinib、Pazopanib、Vandetanib、Regorafenib、Cabozantinib、Lenvatinib和Axitinib等。

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四、抗血管生成治療的局限性和挑戰

血管生成抑制劑用于癌癥治療，通過影響腫瘤中新血管的形成，為廣泛的實體瘤治療開辟了新的領域。然而，由于腫瘤血管生成機制復雜，研究有限，抗血管生成治療仍存在一些不足，包括腫瘤復發、耐藥性、缺乏生物標志物、短效療效和一些嚴重不良事件。

安全性和有效性

最初認為，與其他化療藥物相比，抗血管生成療法可能沒有毒性。然而，事實證明這是一個誤判。在許多不同的臨床治療中出現了常見的嚴重不良事件，如高血壓、蛋白尿、淋巴細胞減少癥、血小板減少癥、白細胞減少癥、中性粒細胞減少癥和一些由不同藥物引起的身體異常，這可能會影響患者的耐受性，甚至導致治療終止。

此外，血管生成抑制劑通過阻斷血液供應在短期內控制腫瘤的生長和擴散，但長期結果可能是缺氧誘導的腫瘤局部侵襲和遠處轉移的風險增加，以及停止治療后血運重建和腫瘤復發的可能性。

耐藥性

耐藥性是一個主要的挑戰，它一直限制著靶向抗血管生成治療的臨床結果?？赡艿哪退帣C制包括：（a）腫瘤組織中代償性促血管生成信號通路的上調；（b）腫瘤募集骨髓來源的內皮祖細胞、周細胞祖細胞、腫瘤相關巨噬細胞和未成熟單核細胞，其可以維持血管的形成；（c） 血管周細胞的募集，其可以覆蓋未成熟的腫瘤血管，以防止抗血管生成藥物的破壞；（d）非常規血管生成過程。此外，耐藥性還涉及腫瘤組織和TME的高度異質性、內皮異質性、腫瘤細胞自噬、癌癥干細胞分化、基質細胞浸潤、腫瘤類型、腫瘤或靶點的基因突變以及患者的用藥史等因素，都會影響患者對抗腫瘤治療的反應和耐受性。

缺乏有效的生物標志物

生物標志物的應用是一種強大的輔助手段，對疾病識別、早期診斷和預防以及藥物治療監測至關重要。然而，盡管做出了相當大的努力，但很少有對血管生成有反應的生物標志物被批準用于臨床應用。事實上，由于腫瘤血管生成的復雜性、腫瘤的異質性和可變性、反應或毒性的不可預測性以及臨床前和臨床試驗的局限性等眾多因素，生物標志物的開發將是一個巨大的挑戰。

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結語血管生成是腫瘤增殖、侵襲和轉移的關鍵條件之一，以血管優化為標準的抗血管生成治療已逐漸成為一種流行的抗腫瘤策略。 但一些不可忽視的問題仍有待解決，如治療效果不足、耐藥性等。 這些限制激勵著研究人員開發新的血管生成抑制劑，探索更多靶點的藥物以及可靠的生物標志物。

相信隨著對腫瘤血管生成、腫瘤微環境和耐藥性的深入了解，這些問題可能在不久的將來得到解決。作為一種新興的策略，抗血管生成治療將為癌癥患者和抗腫瘤治療帶來更多的臨床益處。

參考資料：

1.Angiogenic signaling pathways and anti-angiogenic therapy for cancer. Signal Transduct Target Ther.2023 May 11;8(1):198

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