孫保存

腫瘤內(nèi)的血管網(wǎng)絡系統(tǒng)一方面保證腫瘤細胞的氧供、營養(yǎng)及代謝產(chǎn)物的排泄以促進腫瘤生長；另一方面，其管壁結(jié)構(gòu)不完整，基底膜厚薄不一，利于瘤細胞進入管腔發(fā)生血道轉(zhuǎn)移［1］，因而在腫瘤的生長及侵襲轉(zhuǎn)移過程中具有重要作用。早在20世紀70年代，F(xiàn)olkman等［2］提出經(jīng)典的腫瘤血管生成理論：腫瘤生長首先經(jīng)歷無血管期，當瘤體直徑大于2毫米時不能單純依賴彌散供氧，腫瘤細胞釋放多種血管生成因子，引起血管內(nèi)皮細胞形態(tài)改變，降解宿主毛細血管靜脈端的基底膜，刺激血管內(nèi)皮細胞迅速增殖并向腫瘤遷徙，逐步發(fā)育成為有功能的毛細血管袢，并與宿主血管相互吻合，構(gòu)成腫瘤的血液循環(huán)系統(tǒng)。然而，1999年，美國學者Maniotis等［3］在對高侵襲性人眼葡萄膜黑色素瘤的研究中發(fā)現(xiàn)，即使直徑大于1 cm，腫瘤也極少發(fā)生壞死，普通病理切片上并未發(fā)現(xiàn)由內(nèi)皮細胞構(gòu)成的新生血管，然而卻發(fā)現(xiàn)一些與脈絡膜血管相連的包含有紅細胞的PAS染色陽性的管道樣結(jié)構(gòu)，且這些管道樣結(jié)構(gòu)與血管造影圖存在一定的對應關系，提示這些管道能形成功能性微循環(huán)。這是一種完全不同于經(jīng)典血管生成的微循環(huán)模式，由于這種管道樣結(jié)構(gòu)不是發(fā)生于已存在的內(nèi)皮性血管而是從頭生成的，且模仿內(nèi)皮樣血管的形態(tài)和功能，故將其命名為血管生成擬態(tài)（vasculogenic mimicry，VM）。VM概念的提出最初廣受爭議，許多研究者認為VM并不是一種功能性的微循環(huán)管道，而是腫瘤組織內(nèi)出血和壞死造成的假象，不具備生物學意義［4-5］。然而在過去十幾年中，我們和其他一些學者通過活性炭示蹤、熒光染料及磁共振成像等技術手段均證實了由腫瘤細胞圍成VM管道與內(nèi)皮性血管相連通且其間存在流動的血漿和紅細胞，同時越來越多的研究證實在乳腺癌、卵巢癌、胃癌、肝癌、胃腸道間質(zhì)瘤、雙向分化腫瘤等多種腫瘤組織中都存在VM［6-14］，提示這一現(xiàn)象對于腫瘤可能有著普遍意義。

與經(jīng)典的腫瘤血管生成相比，VM管壁主要由基底膜圍成，外襯以腫瘤細胞而不是內(nèi)皮細胞，VM管腔內(nèi)有血漿和紅細胞流動。VM中紅細胞漏出和微血栓形成情況少見且VM周圍很少見到腫瘤壞死現(xiàn)象。大量研究結(jié)果表明VM多存在于高度惡性腫瘤組織中，有助于解釋某些惡性腫瘤高侵襲、高轉(zhuǎn)移的生物學行為。VM與宿主血管相連通有助于腫瘤血管網(wǎng)的構(gòu)建以維持腫瘤的快速生長；VM增加腫瘤細胞與血液接觸的機會，使腫瘤易于發(fā)生血道轉(zhuǎn)移，腫瘤細胞與血流之間僅有一層PAS陽性的基底膜相隔，腫瘤細胞在釋放蛋白水解酶溶解基底膜后能直接進入血流發(fā)生轉(zhuǎn)移，且參與形成VM的腫瘤細胞由于具有更高的可塑性和“干性”而影響化療與抗血管生成治療的療效，在乳腺癌、胃癌、腎透明細胞癌、肝癌、膽囊癌、腺泡橫紋肌肉瘤、結(jié)腸癌等[6,15-19]的研究中均發(fā)現(xiàn)VM與腫瘤血行轉(zhuǎn)移、復發(fā)及患者的生存期及預后密切相關。

為了明確這種特殊的腫瘤血供的形成機制，近十年來，諸多學者通過分子生物學與細胞生物學方法進行了多方面的探索。目前，VM發(fā)生機制的相關研究主要集中在腫瘤細胞去分化并向內(nèi)皮細胞轉(zhuǎn)分化、VM管道結(jié)構(gòu)特點及促進VM形成的腫瘤特定微環(huán)境等方面。

腫瘤細胞模擬其他類型細胞的基因表達和生物學行為的特性被稱為“可塑性”，它是VM形成的分子基礎。Maniotis等在發(fā)現(xiàn)VM的同時注意到高侵襲性與低侵襲性的人黑色素瘤細胞在形成VM的能力上存在明顯差異，他們運用cDNA微陣列分析了高、低侵襲性人黑色素瘤細胞基因表達差異，顯示有210個差異基因表達，高侵襲性黑色素瘤能同時表達多種基因，包括上皮細胞、內(nèi)皮細胞、成纖維母細胞等細胞表型的特異基因如VE-cadherin、Ephrin A2（EphA2）、組織因子途徑抑制因子（TFPI）、CD34、酪氨酸激酶受體1、神經(jīng)纖毛蛋白1,E-選擇素、CD105、層粘連蛋白5γ2（laminin5γ2）、纖維連接蛋白（fibronectin）、Ⅳ型膠原（collagenⅣ）及Ⅰ型膠原（collagenⅠ）等，其中約15個基因與內(nèi)皮/血管表型有關，而黑色素瘤細胞本身特異的分化標記如Melan-A，微眼炎相關轉(zhuǎn)錄因子及酪氨酸激酶等表達顯著下調(diào)［3］。Hendrix等［20］發(fā)現(xiàn)高侵襲性黑色素瘤形成的VM管道樣結(jié)構(gòu)的過程與胚胎時期原始血管網(wǎng)的形成非常相似，且高表達血管內(nèi)皮鈣黏素（VE-cadherin）等與胚胎時期血管發(fā)育密切相關的基因。這些研究結(jié)果提示，在VM形成過程中，具有較強可塑性的腫瘤細胞就如同具有多向分化潛能的間充質(zhì)干細胞，選擇性地表達某些血管內(nèi)皮細胞相關基因，獲得血管內(nèi)皮細胞樣表型，“重演”了胚胎時期的血管形成過程，形成具有功能的微循環(huán)網(wǎng)絡。

2010年，《自然》雜志同一期的兩篇文章報道了膠質(zhì)母細胞瘤中的腫瘤干樣細胞轉(zhuǎn)分化為血管內(nèi)皮細胞而促進腫瘤血管生成，提示腫瘤細胞“干樣特性”是VM形成的關鍵［21-22］。近年來，越來越多的研究表明經(jīng)歷上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）的腫瘤細胞可具有一些干樣細胞的特性而更具惡性潛能［23-25］。另外，參與形成VM的腫瘤細胞模擬內(nèi)皮細胞的功能和表型，而內(nèi)皮細胞屬于間充質(zhì)細胞的一種，這些均提示EMT與VM具有密切關系，參與調(diào)控EMT的轉(zhuǎn)錄因子及信號轉(zhuǎn)導通路在VM形成過程中可能具有重要作用。沿著這一思路，我們在不同腫瘤組織中進行了一系列的研究并取得了一些令人鼓舞的結(jié)果。在肝細胞性肝癌中，存在VM的組織中Twist1常高表達。體外實驗中，增加Twist1的表達可顯著提高肝細胞肝癌細胞形成VM管狀結(jié)構(gòu)的能力，而下調(diào)Twist1表達可降低其VM管狀結(jié)構(gòu)形成能力，進一步闡明Twist1可能通過調(diào)控VE-cadherin的轉(zhuǎn)錄和MMPs的活性參與調(diào)節(jié)腫瘤細胞“塑形性”，促進VM形成［17］。在結(jié)腸癌組織中，VM的存在與EMT重要轉(zhuǎn)錄因子ZEB1的表達密切相關。通過小干擾RNA（siRNA）下調(diào)ZEB1表達不僅抑制結(jié)腸癌細胞發(fā)生EMT還可降低腫瘤細胞Flk-1和VE-cadherin的表達并影響其VM管樣結(jié)構(gòu)的形成［26］。在結(jié)腸癌中，Wnt/β-catenin信號通路活化促進腫瘤細胞EMT并與VM形成密切相關，且Wnt/β-catenin信號通路抑制蛋白Dkk1可逆轉(zhuǎn)結(jié)腸癌細胞EMT，抑制結(jié)腸癌細胞的增殖、遷移、侵襲能力，增強細胞黏附能力，抑制結(jié)腸癌細胞干樣細胞特性及干性標記蛋白CD133、Lgr5和內(nèi)皮標記蛋白VE-cadherin的表達，抑制結(jié)腸癌細胞向內(nèi)皮細胞轉(zhuǎn)分化，影響VM形成。

除了腫瘤細胞的可塑性以外，細胞外基質(zhì)重塑也是VM形成的重要過程。Hess等［27-28］首先發(fā)現(xiàn)EphA2通過使FAK去磷酸化及促進細胞外基質(zhì)的重塑促進VM的形成，隨后的一些研究表明EPHA2、VE-cadherin、PI3K、FAK等蛋白分子組成的一系列信號級聯(lián)反應在VM形成過程中起重要作用，EPHA2、VE-cadherin等上游分子通過樞紐型分子PI3K的信號轉(zhuǎn)導，激活下游分子MMP家族，促進層黏連蛋白5 γ2鏈分裂并沉積于細胞外基質(zhì)，參與基質(zhì)重塑與VM形成［28-29］。

VM形成亦與腫瘤微環(huán)境密切相關。缺氧環(huán)境可使包括高侵襲性黑素瘤細胞在內(nèi)的惡性腫瘤細胞基因型發(fā)生改變，可塑性明顯提高，替代機體血管內(nèi)皮細胞行使構(gòu)筑腫瘤血管的功能。本實驗組前期研究也發(fā)現(xiàn)，在缺氧微環(huán)境中，黑色素瘤細胞高表達缺氧誘導因子（HIF-lα）誘導VM管道形成以獲得足夠供氧，而抑制HIF-lα表達可阻斷VM形成，提示缺氧可促進VM形成且很可能是誘發(fā)VM形成的重要始動因素［28］。我們的研究發(fā)現(xiàn)在黑色素瘤中，局部缺氧和壓力變化可以上調(diào)MMP-2、MMP-9的表達并誘導腫瘤細胞發(fā)生線形程序性壞死（linearly patterned programmed cell necrosis，LPPCN），可能為腫瘤實質(zhì)中VM及新生血管的形成提供空間基礎［29-30］。

國內(nèi)外研究表明，cAMP、Galectin-3、Nodal、COX-2、Mig-7等也參與調(diào)控VM形成［31-36］。盡管目前對VM的相關研究已取得了較大進展，但其形成機制尚未完全明確。

經(jīng)典的血管生成方式有血管生成和血管發(fā)生兩種，前者是指已經(jīng)存在的血管上的內(nèi)皮細胞以出芽的方式生成新的血管；后者是指由內(nèi)皮祖細胞分化為內(nèi)皮細胞構(gòu)成血管網(wǎng)。傳統(tǒng)的微血管計數(shù)只能反映腫瘤組織中內(nèi)皮依賴性血管的生長狀態(tài)而忽略了VM這種特殊的腫瘤血液微循環(huán)模式，并不能全面的評估血管生成對腫瘤患者的臨床意義和預后價值。VM的提出不僅改變了人們以往認為的內(nèi)皮依賴性血管是腫瘤微循環(huán)唯一方式的傳統(tǒng)觀念，豐富了腫瘤血管生成理論，同時也有助于更深入闡明腫瘤的浸潤與轉(zhuǎn)移機制，為腫瘤的預后判斷和治療提供了新的思路。

VM這一血供模式的存在表明腫瘤細胞能向胚胎樣的多能干細胞方向轉(zhuǎn)化，且VM分子機制的研究初步證實腫瘤細胞的“塑形性”即“干細胞樣特性”正是VM形成的關鍵。許多研究表明在VM形成過程中，腫瘤細胞可以通過胚胎樣基因的逆轉(zhuǎn)獲得間充質(zhì)細胞表型以模擬內(nèi)皮細胞的行為并構(gòu)成功能性微循環(huán)管道，而逆轉(zhuǎn)EMT可以顯著降低腫瘤細胞的“干性”和VM形成能力，這不僅使人們對腫瘤細胞的生物學性狀有了新的認識，也極大地豐富了胚胎學、腫瘤干細胞理論。

貝伐單抗、內(nèi)皮抑素（恩度）等腫瘤血管靶向藥物在臨床上的普遍應用表明抗血管生成治療已經(jīng)成為腫瘤治療的重要手段［37］。但也有不少研究發(fā)現(xiàn)某些患者使用抗血管生成治療效果不佳，甚至出現(xiàn)促進腫瘤進展的病例報告［38-40］。VM現(xiàn)象的存在某種程度上解釋了為何單純針對內(nèi)皮細胞的抗血管生成治療對某些患者并不能產(chǎn)生預期效果，提示我們在抗血管生成治療中需同時兼顧內(nèi)皮依賴性血管與VM才可能獲得良好療效。尋找調(diào)控VM的信號通路及關鍵作用靶點，篩選有效的針對VM的治療藥物對提高腫瘤治療效果有著重要的現(xiàn)實意義。

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