肿瘤新生血管生成及其抑制剂研究进展

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1、肿瘤新生血管生成及其抑制剂的研究进展中国科学院 上海药物所 肿瘤药理组肿瘤新生血管生成概念的提出本世纪70年代，根据Folkman本人以及其他一些科学家如Algire,Chalkley,Greenblatt，Shubik 和 warren等的研究结果，Folkman提出了一个新的假说，认为血管生成在肿瘤的发生和转移过程中是必不可少的，阻断血管生成可以成为一种新的治疗肿瘤的手段或途径 肿瘤新生血管生成概念的证实Folkman等人把肿瘤组织种入兔角膜中，发现越靠近肿瘤组织的部位，产生的血管越多，呈现指数级生长状态。而且当新长出的血管进入肿瘤组织，肿瘤组织也呈现出指数级的生长。证明血管生成是肿瘤发展

2、所必需的。肿瘤新生血管生成概念的扩充科学家们发现，血管生成不光在肿瘤发展中存在，在其他的一些疾病如风湿性关节炎，牛皮癣等以及某些生理过程如新生儿发育，伤口愈合等，血管生成也具有很重要的作用。血管生成过多或者不足都是导致疾病发生的原因。为更好的研究这一生理现象，科学家们提出了一个新的概念新生血管生成（Angiogenesis）新生血管生成血管生成是指组织中从既存的成熟血管形成新的毛细血管网络的过程。这个过程与从血管内皮前体细胞分化形成血管不同。新生血管生成过程1.1.内皮细胞分泌金属基质蛋白酶降解基底膜内皮细胞分泌金属基质蛋白酶降解基底膜2.2.游离的内皮细胞迁移游离的内皮细胞迁移3.3.内皮细

3、胞增殖内皮细胞增殖4.4.内皮细胞重新排列组合成新的血管内皮细胞重新排列组合成新的血管疾病中的新生血管生成AngiogenesisInsufficientExcessiveDisease/indicationDisease/indicationCancerAIDS ComplicationsPsoriasisBlindness Rheumatoid arthritisStrokeHeart DiseaseInfertilityscleroderma 肿瘤新生血管生成绝大多数实体瘤的生长和转移是血管依赖的，即肿瘤组织在其生长过程中，会诱导新的血管的生成，以提供肿瘤生长所需的营养和氧气，同时通过血

4、管向其他组织输送转移细胞，并在机体的其它部位继续生长和诱导血管形成，导致肿瘤转移。新生血管生成的主要调控因子AngiogenesisVEGFbFGFPDGFAngiogeninAngiopoietin I et alPositive regulatorsNegative regulatorsAngiostatinEndostatinGenisteinVasostatinMMP inhibitors et al新生血管生成的促进因子bFGF80年代中期，发现了第一个促血管生成的生长因子碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）bFGF的特性为

5、不含糖的分子量为16Kda的肽类。bFGF分布较广泛，是首个被发现的促血管生长因子。至少有4种高亲和FGF的酪氨酸激酶受体，其分子量为110150 Kda。bFGF的功能可促进血管内皮细胞的增殖和迁移；可促进具有降解基底膜作用的蛋白激酶释放；可促进内皮细胞形成管状结构。很多研究表明，bFGF同生理和病理性的血管生成都是密切相关的。bFGF缺陷的老鼠表现出神经方面的缺陷和伤口愈合延缓。大多数实体瘤可分泌bFGF,因此认为它同实体瘤的血管生成是密切相关的。VEGF90年代初，发现了血管内皮细胞生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）家族 VEGF的

6、特性VEGF又称血管通透因子（VPF），由Senger等于1993年报道。它是一种结合型糖蛋白，由两个具有相同N端序列且分子量相同的亚单位通过二硫键连接而成，分子量3442 Kda，等电点大于7.5，因其表面有许多阳离子而呈弱碱性，遇热、遇酸稳 定。V E G F 家 族 有 六 个 成 员，包 括 V E G F-A(VEGF),VEGF-B,VEGF-C,VEGF-D,VEGF-E,PIGF。VEGF同位基因的缺失会导致胚胎不能正常发育，这说明VEGF是血管系统形成所必须的 VEGF的功能在体外，VEGF可以导致内皮细胞基底膜的降解，促进内皮细胞的增殖，迁移和血管构建的作用，并且导致MMP

7、，uPA，PAI-1等蛋白的分泌38-41。此外，VEGF能增加血管通透性，是已知最强的血管渗透剂。VEGF通过增加内皮细胞内囊泡的功能发挥渗透作用，形成一个有利于大分子渗透的通道，这对于血管形成前的肿瘤营养以及血管发生是极其重要的 新生血管生成的抑制因子AngiostatinAngiostatin是一个38 KDa的纤维蛋白溶酶原片段，是OReilly等于1994年从荷Lewis肺癌小鼠的尿中抽提出来的 Angiostatin的特性氨基酸序列的分析发现Angiostatin与纤维蛋白溶酶 原 的 内 源 性 片 段 有 超 过 9 8%的 同 源 性。Angiostatin的N末端起始于纤溶

8、酶原的第98位氨基酸，C末端终止于第440位氨基酸处，并包括有纤溶媒原5个Kringle区（即含有3对二硫键的区域）的前4个。Kringle 13区有抗血管内皮细胞增生功能，最近发现Kringle 5区 能抑制bFGF诱导的内皮细胞生长和迁移，Kringle 4区无此功能。用猪弹性蛋白酶水解下Kringle 4区后，Angiostatin抗血管内皮细胞增生的功能增强。Angiostatin的功能Angiostatin可特异地抑制血管内皮细胞增殖。在小鼠中1.5mg/kg即可抑制Lewis肺癌的转移，并且在100mg/kg可以抑制原发肿瘤的生长。EndostatinOReilly 和Folkma

9、n 等在培养鼠内皮细胞瘤（EOMA）细胞过程中，发现一种新蛋白质对体外内皮细胞具有明显的抑制增殖活性，即Endostatin Endostatin的特性分子量为20 Kda，序列分析显示其为胶原蛋白18 C末端片段，一级结构有184个氨基酸，其中酸性氨基酸16个，碱性氨基酸29个，疏水性氨基酸占42。Endostatin的功能较小剂量的Endostatin即可特异性地抑制内皮细胞的增殖活性。Endostatin对在体血管的作用表现出抑制作用，而对静息状态血管组织的正常功能无影响。Endostatin对多种动物性移植肿瘤有抑制作用，其机制在于其特异性抑制内皮细胞增殖，抑制新生血管生成，实体瘤无法

10、获得充足的营养而进入特殊的休眠状态 新生血管生成抑制剂新生血管生成抑制剂在抗肿瘤中的优势 血管内皮比肿瘤组织易于被药物作用。切断一条血管可杀死一片肿瘤组织，其结果具有放大作用。内皮细胞基因相对稳定，产生耐药的机会小。阻断血管可以阻止肿瘤转移。新生血管生成抑制剂研发进展超过100个研究组织大约发现了300多个具有新生血管生成抑制活性的化合物。超过30个已经进入临床到期。它们主要是:金属基质蛋白酶抑制剂；抑制内皮细胞增殖的抑制剂；酪氨酸激酶抑制剂；作用机制不明的抑制剂。特异和非特异的两大类TAI通常通过血管生成机制通常通过血管生成机制筛选得到，具有特异的筛选得到，具有特异的作用机制作用机制不特异，

11、大多数既具有不特异，大多数既具有血管生成抑制活性也具血管生成抑制活性也具有抑制肿瘤生长作用有抑制肿瘤生长作用Marimastat,Prinomastat,S3304,SU5416,PTK-787,Endostatin,Angiostatin,SU8886,CAI,Suramin,Interleukin-12,Conventional antitumor drugs特异非特异TAI的优势和不足disadvantageadvantageSpecificonesUsually are large molecules,they are unstable,lessavailable and often

12、loss itsefficacy on large tumorLess or notoxicityNot sospecificonesUsually are small molecules,more toxicityMoreeffective inlarge tumortherapy进入临床TAI的主要介绍MMP InhibitorsMarimastatBay129566AG3340MarimastatMarimastat 是British Biotech公司第二个进行临床实验的广谱MMPs抑制剂，对MMP1、MMP2、MMP3、MMP7和MMP9的抑制作用较强 BAY129566属于第二代的

13、MMP抑制剂，Bay129956与其他MMPI的结构显著不同，对MMP2、MMP9有选择性抑制作用，对MMP1则毫无作用。在临床前效果较好，但是进入临床后，没有取得预期的效果，而且在期临床中，竟然发现它比安慰剂的效果还差。这可能是由于BAY129566抑制了MMP2的活性，从而抑制了Angiostatin的产生，促进了肿瘤生长。AG3340该药是一种新的MMP合成抑制剂。其分子量较小(Mr 423.5),对MMP2、MMP3和MMP9的抑制作用很强，对 MMP1、MMP7的抑制作用相对较弱。在早期的临床实验中取得了较好的结果，但在/期临床中，由于对耐激素的膀胱癌以及转移性非小细胞肺癌无效，终止

14、临床实验。通过抑制酪氨酸激酶活性起作用的小分子化合物SU 5416SU 6668PTK787/ZK222584SU 5416SU5416是一个特异性地抑制VEGF受体2的小分子抑制剂，可以抑制VEGF的信号转导。在裸小鼠神经原性肉瘤移植瘤实验中，SU5416抑制肿瘤生长达54.8%；该作用与其减少肿瘤血管生成，从而抑制肿 瘤 细 胞 增 殖、促 进 肿 瘤 细 胞 凋 亡 有 关。SU5416期临床试验治疗Kaposis肉瘤和多发性胶质瘤，期临床试验用于治疗转移性结肠癌。SU6668SU6668是SU5416的衍生物，与SU5416不同的是，它是一个针对VEGFR-2，FGFR-1，PDGFR

15、广谱生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂，但对EGFR和MET的激酶活性并无影响。它具有抑制血管生成和直接细胞毒双重作用。每日口服给药一次，能阻止各种肿瘤模型的生长 PTK787/ZK222584PTK787/ZK222584 具有很强的VEGFR酪氨酸激酶抑制作用。在较高的浓度下它也抑制其他三类酪氨酸激酶如 PDGFR-，c-KIT和c-Fms，但对其他酪氨酸激酶无作用。此化合物在细胞水平可抑制内皮细胞的迁移、增殖。内源性的血管生成抑制剂AngiostatinEndostatin抗体类的血管生成抑制剂VEGF 单抗单抗VEGFR-2 单抗单抗不太特异的TAISuraminCAITaxanesThal

16、idomideSuraminSuramin能结合于一些生长因子上，如bFGF等。它的其他机制包括肾上腺样作用，蛋白激酶C和拓扑异构酶抑制。在临床上用于雄激素不依赖性的前列腺癌，脑瘤，多重骨髓瘤，淋巴结Castleman病的治疗。最近完成对460个雄激素失调的前列腺癌病人的期临床实验中，Suramin显示了很好的疗效。但在两个临床期试验中，对成人星型细胞瘤和乳腺癌转移患者的疗效不理想。CAICAI（碳氧氨咪唑）是一种非压力依赖性的钙介导的细胞信号转导抑制剂，能阻断配体激活的钙离子的流入，以及释放第二信使花生四烯酸和肌酸多聚磷酸盐；从而改变包括内皮细胞在内的多种细胞的生物学行为，如运动、侵袭、酶解

17、和构建血管等，在体内外抑制血管生成。CAI口服利用度好、毒性低。49例晚期肿瘤患者经CAI治疗后，49病人的病情得到稳定和改善。1999年期临床试验治疗雄性激素非依赖性前列腺癌15例,无临床效果；但有27%的患者血VEGF水平下降。现期临床试验治疗膀胱癌和晚期肾细胞癌，CAI与紫杉醇等合用效佳。ThalidomideThalidomide（反应停）最初是50年代在欧洲和加拿大推出的一个具有镇静，和抑制呕吐的药物。在1961年退出市场，原因是它有很强的致畸作用。但1994年却发现了它的一个特异性作用抗血管生成。Thalidomide及其类似物EM-12可明显抑制bFGF诱发的兔角膜新生血管生成，

18、其作用可能与其抑制新生血管生成因子VEGF、bFGF及调控TNF-a活性有关。Thalidomide期临床试验治疗卵巢癌19例，肾癌18例，乳腺癌12例，黑色素瘤17例，每天口服100 mg，持续6个月。其中，以肾癌患者的疗效最好，3例/18例的病情稳定，18例/18例的病情部分缓解；其它类型肿瘤患者的肿瘤无明显缩小，但睡眠和食欲明显改善；所有患者未发生严重毒性反应。期临床试验用于治疗非小细胞性肺癌和非转移性前列腺癌已经开始。在传统中草药和天然产物中发现了一些新的具有TAI活性的小分子化合物。新合成了一些具有可特异抑制酪氨酸激酶活性的小分子化合物。大分子化合物:抗体类 水溶性重组人内抑素 反义

19、核酸中国TAI发展状况天然产物来源的TAICompoundSourceIC50()PAANature plant9.8 10-7DYBNature plant3.4 10-7A2Marine subsatance1.12 10-6G-2-FJ-13Nature plant8.6 10-7G-2-FJ-16Nature plant5.6 10-6AJ-21Nature plant1.2 10-6EGCGNature plant6.0 10-6ZH-1Nature plant9.6 10-7ZH-4Nature plant8.1 10-8SuraminControl4.8 10-6TAI的不足大多数TAI单独使用并不能迅速导致肿瘤缩小，需要与其它抗肿瘤药物联合使用。TAI有可能会出现副作用，如出现不正常出血，影响伤口愈合，影响胚胎或新生儿的正常发育等 展望科学研究发现肿瘤血管与一般内皮血管基因表达不同，开发特异作用于肿瘤血管的化合物成为一个新的热点。结 束