血管内皮生长因子和D114-Notch信号通路在肿瘤血管发生中的作用

国际肿瘤学杂志2011年 5月第 38卷第5期 JInt Oncol，M8y 2011，Vo1．38，Nn 5 血管内皮生长因子和 Dll4一Notch信号通路在 肿瘤血管发生中的作用 冀俊琴 周建华 【摘要】 抗肿瘤血管发生是一种全新的抗肿瘤治疗策略，目前研究最多的是寻找有效抗血管内皮 生长因子(VEGF)信号通路的药物。然而VEGF抑制剂并不是对所有肿瘤有效，因此，有必要进一步探 索血管发生的其他信号通路。目前，DⅡ4．Notch信号通路被认为是抗肿瘤血管发生的新靶点，而且 VEGF和DIM．Notch信号通路在多方面相互作用，在调控血管发生过程中发挥重要作用，对这两条通路 的探索和研究，将会使治疗肿瘤的手段更为丰富。 【关键词】 肿瘤；受体，血管内皮生长因子；信号转导 Roles of VEGF and DiI4-Notch signaling pathways in tumor angiogenesis Jl胁 -qin，ZHOU Jian-hua． Second Department ofMedicine，the Third Hospital ofHarbin Medical Univers ，Harbin 150040，China Corresponding a~hor：ZHOUJian—hua，E—mail：zhoujianhuaS@sohu．corn 【Abstract】 Anti—angiogenesis therapies have emerged 8．8 new treatment strategies for several types of tumors．To date．the most studied programs are to find out effective medicines to block the vascular endothelial growth factor(VEGF)signaling pathway．However，VEGF inhibitors are not effective to all kinds of tumors． Thus there is a need to explore other angiogenesis sign aling pathways．Recently，the Dl14一Notch pathway was identified as a new target in tumor angiogenesis．Moreover，an important feature in angiogenesis is the man ifold ways in which the VEGF and DI14-Notch pathways interact each other，which play critical roles in tumor angio- genesis．Therefore，the further exploration of these two pathways will provide more therapies for clinic to treat tum ors ． 【Key words】 Neoplasms；Receptors，vascular endothelial growth factor；Signal transduction 血管内皮生长因子(VEGF)等一系列血管发生 调控因子的发现及 VEGF在肿瘤血管发生中重要性 的确立，使抗 VEGF成为抗肿瘤血管发生的重要治疗 手段。目前，部分靶向抗VEGF的药物已用于临床实 践，使抗血管发生与抗细胞增殖并重的治疗策略最终 成为现实，但近年来临床实践显示，VEGF抑制剂并 非对所有的肿瘤都有效，有的肿瘤虽然在治疗初期有 效但在治疗过程中慢慢发展为耐药⋯，不能有效抑 制血管发生和肿瘤生长。因此，有必要进一步探索血 管发生的其他信号通路作为治疗靶点。目前，Delta— Notch信号通路尤其是其配体 Delta—like ligand 4 (Dl14)，被认为是调节肿瘤血管发生的另一个重要机 DOI：l0．3760／cma．j．issn．1673-422X．2011．05．001 基金项目：黑龙江省科学技术项 目(GB06C40202)；黑龙江省 卫生厅科研课题(2007-407) 作者单位：150040哈尔滨医科大学附属第三医院内二科 通信作者：周建华 ，E-mail：zhoujianhuaS@sohu．c哪 · 323· · 综 述 · 制，它在完善肿瘤血管结构和功能中发挥重要的作 用。Ridgway等 研究发现，阻断 DI14一Notch信号通 路可导致肿瘤生成过多的无效新生血管，这种无效的 新生血管反而可延缓和抑制肿瘤的生长，并且对 VEGF抑制剂耐药的个体也同样有效。此外，VEGF 和DIM．Notch信号通路在多方面相互作用【3]，联合抑 制VEGF和 Dll4．Notch信号通路可协同抑制肿瘤生 长[引。 1 VEGF信号通路 1．1 VEGF信号通路的分子组成和一般特点及功能 VEGF信号通路是肿瘤血管发生、肿瘤生长及转 移的主要信号通路。在哺乳动物中，VEGF系统包括 5个配体和5个受体：VEGF配体家族包括VEGF-A、 VEGF—B、VEGF-C、VEGF—D及胎盘生长因子(placen— tal growth factor，PLGF)；VEGF受体(VEGFR)家族包 括酪氨酸激酶受体和非酪氨酸激酶受体，前者包括 VEGFR．1、VEGFR-2、VEGFR-3，后者包括神经纤毛蛋 白．1(neuropilin．1，NRP—1)和 NRP-2。 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 箭头 Administrator 高亮 国际肿瘤学杂志2011年 5月第 38卷第5期 J Int Oncol，May 2011，Vo1．38，No．5 VEGF。A主要参与生理和病理性血管发生的调 节，与血管发生关系最为密切。人类VEGF-A基因定 位于染色体6P21．3，由8个外显子和7个内含子交 替组成。通过对VEGF基因外显子选择性剪切，可产 生5种异构体，它们分别含有 121、145、165、189、 206个氨基酸残基，相应命名为VEGF121、VEGF145、 VEGF165、VEGF189和VEGF206。其中，VEGF165是 组织中最常见和功能最突出的表现形式，与 VEGF的 生物学作用密切相关。VEGF-B有 VEGF167和 VEGF186两种异构体，在结构上与VEGF—A和PLGF 类似，主要作用于血管内皮细胞，参与胚胎期血管发 生。VEGF．C含有 7个外显子 ，VEGF-D由7个外显 子和6个内含子构成，二者主要作用于淋巴管内皮细 胞，调节 淋 巴管 的生 成。PLGF含有 PLGF131、 PLGF152、PLGE203和 PLGF224四个异构体，主要参 与胚胎发育中血管发生。 VEGF的生物学作用依赖于它和特异受体的反 应。VEGFR一1主要参与管状结构的维持和内皮细胞 的迁移；VEGFR-2是 VEGF发挥促血管生成作用的 主要受体，引起内皮细胞的增殖；VEGFR-3主要表达 于成熟器官的淋巴管内皮细胞上，与淋巴管的生成有 关。上述3个受体均由一个含酪氨酸激酶的胞内区、 一 个单链跨膜区和7个免疫球蛋白样胞外区构成。 NRP一1和 NRP-2是两个新发现的VEGF受体，表达于 神经元、血管内皮细胞及某些肿瘤细胞，参与相应的 生理或病理过程。 1．2 VEGF信号通路与肿瘤血管发生 肿瘤是一种与血管发生密切相关的疾病，VEGF 信号通路则是肿瘤血管发生、肿瘤生长及转移的关键 限速步骤。VEGF信号通路主要通过以下机制发挥 生物学效应：①刺激血管内皮细胞增殖。VEGF通过 与其受体结合，刺激血管内皮细胞DNA的合成和内 皮细胞增殖，从而促进血管新生，为肿瘤的生长提供 充足的营养。②增强血管的渗透性。VEGF通过与 内皮细胞的囊泡小体结合，在细胞膜上形成许多生物 大分子能通过的小孔，增强血管的渗透性(这种渗透 作用是组胺的50 000倍)，从而增加血管周围血浆蛋 白(主要是纤维蛋白原)的沉积，有利于新生血管网 的建立和肿瘤细胞的生长。 17年前VEGF信号通路被确定为抗肿瘤治疗的 一 个靶点，早期研究 表明用单克隆抗体阻断配体 VEGF．A可以减少肿瘤血管发生，显著抑制肿瘤的生 长。随后人们采用许多方法阻断VEGF信号通路，但 研究重点主要集中在 VEGF—A和VEGFR~，因为二 者在介导血管发生的生物学效应中最为重要。临床 前研究结果显示_6 J，成功阻断带瘤小鼠的VEGF信号 通路可减少肿瘤血管发生。Ⅲ期临床研究也已经证 明，人源化 VEGF单克隆抗体可延长转移性结直肠 癌、肾细胞癌及乳腺癌患者的生存期。此外，研究表 明VEGF信号通路抑制剂可使异常的肿瘤血管密度 减少而导致肿瘤微环境正常化 ，从而持续降低肿 瘤间隙液压力，这样肿瘤细胞对后续的细胞毒治疗会 变得更为敏感。这表明抗 VEGF治疗对抗细胞增殖 治疗有协同作用。目前对多数肿瘤抗 VEGF治疗适 应证的研究还正在进行中。 2 D114-Notch信号通路 2．1 D]14．Notch信号通路的分子组成和一般特点及 功能 Notch是一个调节哺乳动物细胞分化、血管形成 及肿瘤生长的基本信号通路 引；是相邻细胞间通讯 进而整合细胞信息决定细胞分化的复杂信号通 路 。Notch家族由Notch受体、Notch配体和 DNA 结合蛋 白 CSL(根据 CBF一1、Suppressor of Hairless、 Lag一1三个首写字母的缩写而得名，它们分别是此蛋 白在哺乳动物、果蝇及丝虫中的名称)3部分组成。 在哺乳动物中，目前已发现有4种 Notch受体，分别 为Notchl、Notch2、Notch3和Notch4；5种Notch配体， 分别为 Jaggedl、Jagged2、Delta—like ligand l(Dll1)、 DID 、D114。 研究 ¨ 发现 DIM是惟一特异存在于内皮细胞 的Notch配体，在机体正常血管发育和肿瘤血管发生 的过程中均发挥着重要的作用。Dll4基因定位于人 染色体 15q14，是由685个氨基酸组成的 I型单链跨 膜蛋白，主要与相邻细胞膜上 Notch1或 Notch4结 合 而发挥生物学功能。DI14的胞外段有8个表皮 生长因子(epidermal growth factor，EGF)样的重复序 列 ，4个潜在的糖基化位点及 1个由45个氨基酸组 成的保守DSL位点，上述结构有助于Dl14与 Notchl、 Notch4的结合。DI14的胞内段可在 DI14与 Notch结 合后被剪切，从而调节基因的转录l14]。Dll4主要表 达于脉管系统，在胚胎发育早期主要局限于大动脉内 皮细胞，在胚胎发育晚期 Dl14主要表达于小动脉和 微血管内皮细胞，静脉内皮细胞中没有表达 ¨。 2．2 D114．Notch信号通路与肿瘤血管发生 Dl14．Notch信号通路主要通过以下两方面调控 肿瘤血管的发生：①参与动静脉分化，维持肿瘤血管 结构和功能。Notch家族基因的缺失会影响血管重 塑和动静脉分化，Notch1、Dl14和 CSL的突变会导致 严重的血管破坏。研究表明[16 3，Dll4单个等位基因 缺失的小鼠在胚胎期就死于血管重塑的严重缺乏，大 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 Administrator 下划线 2011年 5月第38卷第5期 JInt Oncol，May 2011，VoL 上¨No．5 多数表现在 主要动脉生成异常。实验发现。” ， Dl14一Notch信号通路可上调特异动脉受体Ephfin B2 水平，而下调静脉受体 Ephfin B4水平。Hainaud 等[1 对转基因鼠肝癌模型的研究也发现，肝癌的肝 窦内皮细胞中Dl14表达高于正常肝组织，并发现肝 癌组织中 Ephfin B2水平随肿瘤进展逐步上升，这就 表明DI14．Notch—Ephtn B2信号通路能促使肿瘤中血 管静脉向动脉分化。②参与尖端细胞的诱导和选择。 正常的血管发生有赖于尖端细胞，这些细胞位于新生 血管的最前端，可带领其他细胞向某梯度的促血管发 生因子迁移并增殖，然后内皮萌发分枝形成管腔，最 终形成结构完整的血管。研究显示 在发育的血 管和尖端细胞中，都伴有 Dl14的高表达。对斑马鱼 胚胎血管 驯 、小鼠实体瘤 及小鼠眼睛视网膜血 管 的研究发现，Dl14．Notch信号通路可调控尖 端细胞的形成，抑制DlI4．Notch信号通路会导致尖端 细胞数 目、血管分枝和血管密度增加。表明阻断 Dl14一Notch信号通路可促进肿瘤无功能血管的发生， 不利于输送肿瘤所需养分 ，达到延缓和抑制肿瘤生长 的目的。 3 VEGF与Dl14-Notch信号通路的相关性 VEGF和 DLL4．Notch信号通路在多方面相互影 响：①VEGF是 Dl14．Notch信号通路的正性调节因 素L26]，即VEGF上调 DI14的表达。研究表明，缺氧可 诱导内皮细胞中 Dl14的表达Ⅲ 。这可能与缺氧使 VEGF信号通路激活问接诱导Dl14表达有关，还可能 与 DI14启动子上的缺氧反应元件(hypoxia response elements，HREs)和缺氧诱导因子一1ot(hypoxia indu- cing factor．1ot，HIF一1 )对内皮细胞 Dl14的正性调控 有关 7¨| 。②Dl14是 VEGF的一个下游基因，是 VEGF的负性调节因素。体外培养发现 l2 ，阻断 Dl14一Notch 信 号 通 路 后，VEGFR-2 表 达 上 调， VEGFR—l贝0下降；而活化 Dll4-Notch信号通路后， VEGFR-2表达下降。VEGFR-2是VEGF发挥促血管 发生作用的主要受体。VEGFR一1能够抑制血管内皮 细胞的增殖。因此，Dl14可通过下调 VEGFR-2和上 调VEGFR一1调控 VEGF信号通路在血管发生中的作 用。 ‘ 4 VEGF与DI14-Noah信号通路在抗肿瘤治疗中的 相关性 目前抗肿瘤血管发生是一种全新的抗肿瘤治疗 策略，部分抗VEGF信号通路的药物已进人临床，然 而有的肿瘤对VEGF抑制剂并不敏感，有的在使用过 程中出现了耐药，令人鼓舞的是，研究发现 ，阻断 Dl14．Notch信号通路可抑制小鼠多种实体瘤的生长， 而且抗 VEGF与抗 Dl14一Notch信号通路疗法联用比 单独使用抑制肿瘤生长效果更好，并且，抗 DII4疗法 对VEGF抑制剂不敏感或耐药的肿瘤仍然有效。尽 管这些研究提出了联合应用抑制两个信号通路来抗 血管发生的可能性，但如何应用于临床还有待进一步 探索。 5 结语 VEGF与Dl14-Notch信号通路在肿瘤血管的发生 中发挥着非常重要的作用，而且二者在多方面相互作 用。目前已经证实 Dl14在多种肿瘤中如肾透明细胞 癌、膀胱癌，胃癌、骨肉瘤等高表达，阻断 DI14一Notch 信号通路可使肿瘤血管分枝增多，但可抑制肿瘤生 长，而且这种抑制作用对VEGF抑制剂不敏感或耐药 的个体也同样有效。Dl14一Notch信号通路有望成为 针对肿瘤血管发生的又一新靶点，可能为肿瘤治疗提 供新的方向。 参 考 文 献 [1]Martinez JC，Muller MM，Turley H，et a1．Nuclear and membrane expression of the angiogenesis regulator delta-like ligand 4(DLIA)in normal and malignant human tissues．Histopathology，2009，54(5)： 598-606． [2]Ridgway J，Zhang G，Wu Y，et a1．Inhibition of Dl14 sigualling inhibits tumour growth by deregu lating angiogenesis．Nature，2006， 444(7122)：1083—1087． [3]Li JL，Harris AL．Crosstalk of VEGF and Notch pathways in tumour angiogenesis：therapeutic implications．Front Biosci，2009，14(1)： 3O94_31 lO． [4]Li儿，Sainson RC，Shi 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Province， №n 250062，China Corresponding author：ZHANG Wei—dong ，E-mail：zhang~oeidongkui@163．com 【Abstract】 The process of tumor angiogenesis is a complicated chain reaction which happens under the action of a series of positive feedback and negative feedb ack factors．Cancer stem eens are small part cell groups DOI：10．3760／cma．j．issn．1673-422X．2011．05．002 基金项目：国家自然科学基金资助项目(81073102) 作者单位：济南 250062，山东省医学科学院基础医学研究所实验病理研究室 山东省罕见病重点实验室 通信作者 ：张维东，E—mail：zhangweidongkui@163．corn · 综 述 ·