文献综述 Open Access
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世界华人消化杂志. 2003-10-15; 11(10): 1597-1600
在线出版日期: 2003-10-15. doi: 10.11569/wcjd.v11.i10.1597
血管抑素的研究进展
陈建发, 黄宗海
陈建发, 黄宗海, 中国人民解放军第一军医大学附属珠江医院普外科广东省广州市 510282
通讯作者: 陈建发, 510515, 广东省广州市白云区同和路. 中国人民解放军第一军医大学研究生队, 中国人民解放军第一军医大学附属珠江医院普外科. cjf.fimmu@eyou. com
电话: 020-61364522 传真: 020-61643213
收稿日期: 2002-10-07
修回日期: 2002-10-15
接受日期: 2002-10-18
在线出版日期: 2003-10-15

作为第一种被发现并纯化的肿瘤血管抑制剂, 血管抑素是目前抗肿瘤血管生成研究的热点之一. 血管抑素是血浆纤维蛋白溶解酶原和/或纤维蛋白溶解酶的降解产物, 具有抑制内皮细胞增生、促进内皮细胞凋亡、抑制内皮细胞定向迁移和抑制毛细血管芽生等抗肿瘤血管生长活性. 作用机制包括: (1)增强黏附激酶活性, 诱导内皮细胞凋亡; (2)拮抗碱性成纤维细胞生长因子和血管内皮细胞生长因子的作用; (3)诱导蛋白激酶ERK-1和ERK-2脱磷酰化, 降低两种酶活性; (4)和组织纤溶酶原激原物非竞争性结合, 抑制血管内皮细胞迁移和毛细血管芽生; (5)通过和内皮细胞表面ATP合成酶的α/β亚基结合, 使内皮细胞在缺氧环境中合成ATP的能力丧失, 抑制内皮细胞增生. 通过重组法、转基因法和体内降解法, 许多I期、II期临床试验证实血管抑素具有良好的抗肿瘤血管活性.

关键词: N/A
引文著录: 陈建发, 黄宗海. 血管抑素的研究进展. 世界华人消化杂志 2003; 11(10): 1597-1600
N/A
N/A
Corresponding author: N/A
Received: October 7, 2002
Revised: October 15, 2002
Accepted: October 18, 2002
Published online: October 15, 2003

N/A

Key Words: N/A
0 引言

自从1971年Folkman et al [1]首次提出肿瘤的生长和转移具有血管依赖性以后, 肿瘤血管生长的调节机制和抗肿瘤血管生长在肿瘤治疗中的意义得到了广泛关注和深入研究. 由于难以获得纯化的血管抑制剂, 早期研究进展缓慢. 1994年O'Reilly et al [2]从接种Lewis肺癌细胞株的小鼠尿中发现并提纯的第1种肿瘤血管抑制剂-血管抑素(angiostatin), 使抗肿瘤血管生长的研究突飞猛进, 且有望成为第1种应用于临床的肿瘤血管抑制剂.

1 血管抑素的分子结构[3-8]

血管抑素是血浆纤维蛋白溶解酶原和/或纤维蛋白溶解酶的降解产物. 血浆纤溶酶原是一种由791个氨基酸和一些糖链组成的糖蛋白, 具有K1、K2、K3、K4和K5等5个环以及1个蛋白酶区. 每个环都是由80个左右的氨基酸组成、由3个二硫键维系的一种盘状双链结构. 在纤溶酶原蛋白链的不同位置上有不同纤溶酶原激活物的作用位点, 因此不同纤溶酶原激活物作用于纤溶酶原或纤溶酶将会产生不同分子构成的血管抑素. 如在79-80、338-339、354-355及440-441位氨基酸处有弹性蛋白酶的作用位点, 分别位于K1前、K3与K4之间、K4与K5之间, 经弹性蛋白酶作用后便可产生K 1-3、K 4 或K1-4 3种血管抑素. 而尿激酶或组织纤溶酶原激活物的作用位点则在561-562位氨基酸处(位于K5环内), 因此经他们作用后便产生K 1-4.5血管抑素. 目前已发现的血管抑素有5种(根据所具有的环的种类命名), 即K1-3, K 4, K1-4, K1-4. 5和K5. O'Reilly首次提纯的血管抑素后来被证实为K 1-4血管抑素, 是1种糖蛋白, Mr 38 000. 至此已明确的是血管抑素并不是种蛋白质, 而是1类由血浆纤溶酶原或纤溶酶降解产生的、具有不同分子结构和不同强度抗血管活性的糖蛋白. 但此类物质发挥作用所必需的最基本活性结构尚有待于进一步确定.

在最近的一项研究中, 应用X线衍射分析法观察血管抑素K1-3的晶体结构, 发现其3个环共同形成一个腔隙样空间结构, 很可能就是该物质的活性中心[9,10].

2 血管抑素的抗肿瘤血管生长活性及其作用机制
2.1 肿瘤血管的生长过程和调控机制

肿瘤的生长可分为无血管期和血管期. 在无血管期, 肿瘤细胞主要依靠周围组织的弥散来获取氧和营养物质, 其生长受到明显限制, 肿瘤一般不超过1-2立方毫米. 只有到血管期, 肿瘤病灶内出现新生血管, 肿瘤细胞可经新生血管获得充足营养物质从而迅速生长并且获得进入血液循环引起转移的可能[11-13]. 肿瘤血管生长过程是一个复杂的、涉及到许多血管生长刺激信号接收和转导的生化反应过程. 这包括基底膜的溶解、内皮细胞的增生、内皮细胞的定向迁移、周围基质的浸润、毛细血管的芽生、新生毛细血管融合成较大血管、血管的修剪以及血管周围细胞的被覆等一系列过程. 阻断其中的任何一步都可能影响肿瘤血管生长, 从而阻断肿瘤细胞营养物质的获取[12-15]. 目前对肿瘤血管生长过程的具体分子生物学机制仍不清楚.

肿瘤血管生长的调控机制, 目前多数学者[11-28]接受Hanahan et al [29]提出的血管调控平衡学说(angiogenic switch). 认为肿瘤细胞、内皮细胞和巨噬细胞受缺氧、系统刺激、基底膜通道的信息传递等使局部微环境发生变化的因素作用后出现一系列基因表型变化, 打破原先的促血管生长因子(血管内皮生长因子、碱性成纤维细胞生长因子和血小板源性内皮细胞生长因子等)和血管生长抑制因子(血管抑素、内皮稳定素和β转化生长因子等)之间的平衡状态. 当促血管生长因子的作用强于血管生长抑制因子时, 便引起肿瘤血管生长.

2.2 血管抑素的抗肿瘤血管生长活性及其作用机制

血管抑素具有专一靶细胞, 即血管内皮细胞. 正常成人的血管内皮细胞(除了经期妇女子宫和创伤愈合)只有0.01%进行细胞分裂, 而肿瘤病灶中进行细胞分裂的血管内皮细胞可达到正常的100-1 000倍[3,11-13]. 因此, 血管抑素通过作用于肿瘤血管内皮细胞发挥其强大的抗肿瘤血管生长活性的同时对正常组织血管内皮细胞则损伤很小, 是一种高效低毒肿瘤血管抑制剂. 血管抑素对肿瘤血管内皮细胞具有以下4种作用[3,30-38]: (1)抑制内皮细胞增生; (2)促进内皮细胞凋亡; (3)抑制内皮细胞定向迁移; (4)抑制毛细血管芽生. 但是其确切作用机制目前还不清楚. 综合多项研究结果[39-46], 血管抑素抗肿瘤血管生长的作用机制可能与以下几个方面有关: (1)增强黏附激酶(focal adhesion kinase)的活性, 诱导内皮细胞凋亡; (2)拮抗碱性成纤维细胞生长因子和血管内皮细胞生长因子的作用, 抑制血管内皮细胞的迁移和毛细血管芽生; (3)诱导促进细胞有丝分裂的蛋白激酶ERK-1和ERK-2脱磷酰化, 使两种酶的活性明显降低, 从而抑制内皮细胞的增生; (4)机体内组织纤溶酶原激原物(tPA)通过与纤溶酶原、细胞外基质结合形成三联体以发挥其降解纤溶酶原的作用. 血管抑素可以和tPA非竞争性结合, 减少三联体生成, 降低tPA的作用, 减少纤溶酶生成, 从而抑制血管内皮细胞的迁移和毛细血管芽生. 此外, 尚有人提出血管抑素是通过和内皮细胞表面的ATP合成酶的α/β亚基结合, 使内皮细胞在缺氧环境中合成ATP的能力丧失, 抑制内皮细胞的增生, 从而发挥其抗肿瘤血管活性[47]. 不同研究得出了许多不同结论, 这可能说明血管抑素作用的多样性, 也可能与不同研究者所应用的血管抑素的分子结构不同有关. 应用重组技术, Cao et a [48]分别合成纤溶酶原的5个环(K1、K2、K3、K4和K5), 并发现5个环的抗肿瘤血管活性有所不同. K1、K2、K3和K5具有抑制血管内皮细胞增生活性, 而K4则没有这种活性, 但K4可以抑制血管内皮细胞的定向迁移. 在肿瘤患者体内, 到底有几种血管抑素以及哪种血管抑素起主要作用尚有待进一步明确. 根据目前的研究结果推测, 肿瘤患者体内血管抑素的抗肿瘤血管活性并不是某种物质的单纯作用, 而是多种纤溶酶原降解产物, 即K 1-3、K 1-4、K 1-4.5、K 4和K5共同作用的结果.

3 临床试验及应用

近年来, 已有许多种血管抑素制剂进入I期、II期临床试验, 并取得了良好效果[11]. 由于血管抑素合成方法不同, 其产物的分子结构亦将随之有所改变. 不同分子结构的血管抑素的抗肿瘤血管活性有所不同, 所以血管抑素的合成方法必将影响临床试验效果.

目前, 临床试验中血管抑素的合成方法主要有3种: 重组法、转基因法和体内降解法.

3.1 重组法

该方法是获得血管抑素最为直接的方法. 目前各种血管抑素的分子结构已经比较清楚, 将某种血管抑素的编码基因转入毕赤酵母菌属表达系统(pichia pastoris expression system)或哺乳类表达系统(mammalian expression system)进行表达提纯, 便可获得该种血管抑素的纯化制剂[49-52]. Sim et al [50]最先开展这方面工作, 他们将血管抑素K 1-3编码基转入毕赤酵母菌属表达系统表达, 获得了纯化的血管抑素K1-3制剂. 给B16-BL6肺癌裸鼠模型注射该种血管抑素30 nmol/(kg/day), 其抑瘤率可达80%. 最近中科院上海生物科研所应用RT-PCR从人HepG2肝癌细胞株获得人血管抑素cDNA并将其转入pPIC9K, 经毕赤酵母属表达系统表达提纯获得了高纯度的人血管抑素制剂. 经体外实验发现该制剂可特异性抑制牛主动脉内皮细胞的增生反应[51]. 在另一项研究中, Meneses et al [52]将上述编码基因转入哺乳类表达系统, 将获得的血管抑素制剂应用于裸鼠颅内肿瘤模型, 发现其抑瘤率达85%, 肿瘤新生血管减少了32%. 目前, 正由费城的托马斯·杰斐逊大学牵头进行重组血管抑素K1-3的I期临床试验, 主要评价不同剂量对肿瘤患者的毒性以及血管抑素K1-3和放疗联合应用的临床效果. 该方法的缺点主要有: (1)肿瘤患者体内血管抑素的抗肿瘤血管活性并不是某种物质的单纯作用, 而是多种纤溶酶原降解产物, 即各种血管抑素共同作用的结果. 而重组法主要是针对某种特定的血管抑素, 因此其临床效果可能会有所降低; (2)血管抑素有一定的半衰期, 需要重复给药, 且用药时间长, 这必将给临床用药带来许多不便.

3.2 转基因法

应用基因工程方法以脂质体、逆转录病毒和腺病毒等为载体构建带有血管抑素基因的重组体, 经不同方法转染肿瘤细胞后使其在肿瘤患者体内表达产生血管抑素从而抑制肿瘤血管生成[53-63]. Griscelli et al [64]构建了带有血管抑素K1-3编码基因的腺病毒重组体, 经体外实验发现该重组体转染后可选择性抑制内皮细胞增生, 破坏G2/M转换, 使细胞有丝分裂中止. 体内实验发现该重组体转染后可明显抑制人乳腺癌裸鼠模型的肿瘤和肿瘤血管的生长. 在此后的多项研究也报道了相似结果[65-70], 而且发现血管抑素重组体和其他肿瘤血管抑制剂(如内皮稳定素、血小板因子4等)重组体有协同效应[71,72]. 另外, 尚可构建同时含有血管抑素基因和IL-12基因[73,74]、T细胞共刺激因子B7. 1基因[75]的重组体, 其抗肿瘤效果明显增强. 该方法的缺点有: (1)与重组法相同, 转基因法也是针对某种特定的血管抑素; (2)重组体的转染率较低; (3)目的基因的表达水平不高; (4)费用较为昂贵.

3.3 体内降解法

肿瘤患者体内的纤维蛋白溶解酶原在纤溶酶原激活物和自由疏基存在的情况下可转化为具有抗肿瘤血管活性的血管抑素. 给肿瘤患者注射纤溶酶原激活物(如尿激酶或组织纤溶酶原激活物tPA)和自由疏基(如N-乙酰胱氨酸), 使患者体内纤溶酶原转化为血管抑素达到抗肿瘤的目的. 这种方法与血管抑素生成的自然途径最为相似, 是一种值得探索的途径. Soff et al [3]在美国癌症研究协会2000年年会上首先报道应用该方法治疗了7例晚期肿瘤患者, 他们在用药后的患者血液中检测到体内合成法诱生的血管抑素K1-4.5.7例患者中有1例肿瘤完全消失, 其他患者的肿瘤大小都有不同程度缩小. 目前美国西北大学医学院正在进行该方法的I期临床试验. 该方法的缺点有: (1)血管抑素水平难以控制; (2)长期效果不能保证; (3)仍需反复给药. 如果能结合转基因法和体内合成法, 将带有编码纤溶酶原激活物基因片段的重组体转染机体内某种分裂增生旺盛的细胞(如肿瘤细胞、肿瘤血管内皮细胞或造血细胞等)进行表达从而获得抗肿瘤效果, 或许能达到事半功倍的效果.

虽然还有许多问题, 如血管抑素的活性中心、抗血管活性的确切作用机制和信号传导途径、各种血管抑素是否有象凝血系统一样有共同的反应途径等仍有待于进一步明确, 但是血管抑素强大的抗肿瘤活性是不容置疑的. 相信作为第1个被发现的肿瘤血管抑制剂-血管抑素必为广大肿瘤患者带来福音.

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