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血管生成因子在血管疾病中的应用

更新时间:2020-09-27 08:51点击:

   摘要:血管新生在多种生理和病理过程中都起到至关重要的作用,随着对血管生成因子分子机制的逐渐研究发现其可以作为一种可靠的治疗方案。血管生成的异常是引起许多疾病的原因之一, 在病理紊乱条件下可能会引起血管功能不全,如心肌衰弱或引起血管增生类疾病,如血管瘤、银屑病、视网膜病变、子宫内膜异位症、风湿性关节炎等病症。然而,以病患部位的新生血管为靶点进行血管新生抑制治疗可能缓解或治愈这些疾病。本篇文章主要讨论促进或抑制血管生成因子的发展前景与为癌症和血管类疾病提供潜在联合治疗方案。
 
   关键词:血管新生因子; 血管新生;靶点;抑制剂
 
血管新生是由已存在的毛细血管发育而形成新血管的过程,其涉及到一系列复杂的细胞生命活动[1],并且在许多生理和病理过程中起到至关重要的作用。某些正常生理活动,如胚胎发育、伤口愈合、月经周期等,都是依赖于血管新生为其提供丰富的营养与氧的供应[2].正常生理条件下,血管新生是通过相关信号因子激活或抑制的动态平衡进行精细调控的。然而某些病理条件下,血管新生过度就会涉及到许多疾病。下面就血管新生相关疾病及血管新生相关因子的作用机制做一综述。
 
  1 血管新生背景介绍
 
  1. 1 血管新生与疾病
 
  血管新生相关疾病有两大类,一类是以不期望的血管新生为病因,这些疾病主要包括癌症( 实体和血液肿瘤) 、心血管疾病( 动脉硬化) 、慢性疾病( 类风湿性关节炎、克罗恩式疾病) 、糖尿病( 糖尿病视网膜病变) 、银屑病、子宫内膜异位和肥胖症等,此类疾病可以通过血管新生抑制的治疗方法使症状得到缓解或治愈[3-4].同时,另一类是以促进血管新生为治疗策略,例如: 心肌缺血、外周局部缺血、脑缺血、伤口愈合、外科修复等疾病是以促进血管新生为治疗手段的,比如冠脉侧支血管新生是治疗心肌缺血的常见策略。常见的血管新生相关疾病及病因见表 1.
 
  1. 2 血管新生与肿瘤
 
  早在 20 世纪 70 年代,Folkman 便提出了一个异于当时传统学说的假说---肿瘤新生血管学说,即肿瘤组织具有高度血管化的特征,因此其生长可能依赖于新生血管,新生的血管可能是肿瘤治疗的靶标。随后,这一学说在肿瘤治疗领域被初步认可。自 90 年代初第一类化合物被发现可以特定抑制血管新生以来,随着血管新生研究领域的迅速扩大和深入,越来越多的研究结果表明: 抑制血管新生可以削弱肿瘤的生长[14-15].例如,已有研究结果证实,血管新生抑制剂和内皮抑制素能有效抑制肿瘤生长,并且长期治疗也不会引起耐药性,这无疑为倾向于罹患肿瘤的高危人群提供了一个长期治疗或预防的可能性治疗方案。
 
  由此可见,血管新生抑制剂在临床肿瘤治疗中显示出巨大的潜力。对于血管型肿瘤的发生首先会认为是已存在的血管对肿瘤代谢产物和坏死肿瘤产物发生反应而引起的炎症性血管扩张。同样也会认为肿瘤发生与转移是依赖血管新生和肿瘤分泌的化学因子刺激使内皮细胞的迅速增长。但是这些想法却并没有得到广泛的认可。然而,血管新生在对肿块提供血液支持的条件下,它不仅影响原发性肿瘤的增长,而且也不可避免与癌细胞的全身扩散密不可分,随之而来是使其更利于倾向远端转移。肿瘤的脉管系统也能通过几种机制作用使癌细胞发生浸润和传播[16].
 
  在癌症和其他疾病中血管新生的重要性已越来越清晰明了。
 
  肿瘤细胞分泌的化学信号是诱导血管的新生或是刺激临近正常细胞产生血管生成的信号分子,由此生成的新血管为肿瘤的增长提供氧气和营养,从而促使癌细胞能侵进临近组织并形成癌细胞转移。血管生成抑制剂的目的就是封闭血管的血液供应来阻止肿瘤的增长与转移的发生[3].大多数肿瘤的面积达到约 2 ~3 mm3大小时若没有新血管生成会在几个月或几年内肿瘤会有较少量的增长,但是它们也可能成为血管化的“开关”,也就是当肿瘤细胞保持持续增长时血管化开关会自动转化为血管新生的状态。血管化的肿瘤细胞会迅速扩张,然而没有新生血管的参与其增长速度会被限制[17].
 
  随着相关研究的逐渐深入,肿瘤生长与血管新生的相互关系、各种因子对血管新生的调节及血管新生对病理病变的影响逐渐变得明晰,与此同时,也有研究表明,血管新生抑制同样可以应用于其他相关疾病治疗[18].血管新生在病理紊乱条件下可能会引起血管功能不全如心肌衰弱或引起血管增生类疾病,如血管瘤、银屑病、视网膜病变、子宫内膜异位症、风湿性关节炎等,因此,以病患部位的新生血管为靶点进行血管新生抑制治疗可能缓解或治愈这些疾病。
 
  2 血管生成因子在血管疾病中的应用。
 
  2. 1 血管新生主要过程。
 
  血管新生的关键过程分为以下四步: 首先,血管新生引起内皮细胞( EC) 的渗透率增加与细胞增殖,同时也能刺激新毛细血管的发芽延伸[19]; 其次,细胞外基质蛋白的水解是内皮细胞侵入临近间质组织的必要条件,这一过程需要纤溶激酶原激活剂( the plas-minogen activator,PA) 和基质金属蛋白酶( MMPs) 的同时激活[20]; 第三,迁移的内皮细胞逐渐形成空腔,并通过发芽的形式汇合成多细胞结构、最终形成新的毛细管道; 最后,通过穿过基底膜、粘着连接和内皮细胞使新形成毛细血管维持稳定[1].血管细胞特别是内皮细胞的新陈代谢是十分活跃的,能产生大量的细胞因子、黏附分子、生长因子和血管活性肽,对先天的细胞免疫、器官和组织的修复、心血管、肾和肺都有较大的影响[21].
 2. 2 血管生成因子
 
  近几十年内,大多数的研究侧重于识别血管生成的刺激物,其主要归类为以下几种类型:1) 与内皮细胞生长与分化相关的可溶性生长因子,如酸性和碱性的成纤维细胞生长因子( aFGF 和 bFGF) 、血管内皮生长因子( VEGF)[22]; 2) 抑制内皮细胞增殖和增强其分化功能相关的抑制因子,如转化生长因子-β( TGF-β) 、血管生成素和几种小分量的基质[23]; 3) 蛋白水解释放到细胞外基质结合的细胞因子,它能够促进血管生成的调控,主要包括血管抑制素、血小板反应蛋白和内皮抑制素。除此之外,小噬细胞分泌的 bFGF,肿瘤坏死因子和 VEGF 均显示与肿瘤的新血管生成有着紧密联系[24].这些因子的发现使人们意识到可以通过切断或减弱血管形成的方式来治疗依赖血管新生或相关疾病。这些细胞因子参与血管生成复合物的级联反应。他们的种类和功能简单的描述如表 2.
 
  2. 3 血管生成因子在疾病中的意义
 
  由于微血管异常生长所引起的过度或是不足的新血管的生成被归类为血管生成类疾病。最近的研究报道指出,血管生成蛋白 VEGF 是眼部血管化新生的主要介质,同时也是引起眼部失明的主要原因。然而在肿瘤内血管的压缩和缺血都会引起局部缺氧反应从而使 VEGF 的表达上调,因此,与之相似的过程也可能引起侧支血管缺血性心肌的形成。动脉硬化斑块中的新血管生成同样是由于局部缺氧和 VEGF的过表达而引起的斑块增长与破裂。婴儿血管瘤病症同样也检测到 VEGF 和 bFGF 两种因子的过量表达[31].至于类风湿性关节炎,浸润巨噬细胞,免疫细胞和炎症细胞则是通过血管翳的参与而产生血管生长因子的过量表达。在银屑病病症中,其高度的血管皮肤损伤就是因为白介素-8 的过度表达和血小板反应蛋白-1( TSP-1) 的少量表达所引起。TSP-1 是第一种被发现的血管生成抑制剂。TSP-1 它是广泛存在于细胞外基质的糖蛋白家族之一,与多种肿瘤癌症的血管新生紧密相连。动物患有胃溃疡似乎也是由于在溃疡床缺少微血管的生成,aFGF 口服液能够诱导动物体内溃疡床的血管新生并且促进溃疡伤口的愈合。
 
  肠闭锁,血管瘤,血管畸形和单边面部萎缩引起的发育障碍也是由于血管发育异常造成血管生成缺陷[1,21].显然,对于血管新生相关的疾病的发展情况了解得更多,我们才会对这类疾病提出更合理的治疗目标。
 
  2. 4 抗血管新生疗法的未来展望
 
  随着对血管新生分子调控机制的深入研究和血管新生抑制剂药物研发的相继展开,使得部分的抗血管生成的治疗方案在临床阶段得以实现并给抗癌治疗带来福音。在传统的抗癌治疗方式中经常面临的问题就是药物的耐药性和由于基因的不稳定性和癌症中肿块质量而导致药物输送时的损耗。一般情况下,大部分抗血管新生药物的活性在典型的临床Ⅱ期的试验患者中作为单一试剂测试的治疗效果是失败的,很显然它们对治疗产生了耐药性,然而这些失败的原因可能是多样且复杂的。首先最重要的发生这种情况我们应该重新的评估起刺激作用的相关分子的靶向选择,用于药物筛选和开发的临床前模型的选择和临床试验的设计等等影响因素,在某种程度上是为了提高将来进入临床的抗血管新生药物的质量。
 
  有相关研究报道指出在未联合化疗治疗单独使用一定剂量 TIF 进行肢体灌注,其治疗效果并不理想未能诱导抗肿瘤反应而引起血管破裂[32].虽然单剂量的贝伐单抗可能切断或诱导肿瘤血管,但其抗肿瘤活性在临床上的重大研究结果是与化疗相结合应用。
 
  我们所知道的是肿瘤由癌细胞与血管细胞之间富含胶原蛋白基质的间质所组成。抗癌药物需要通过间质血管才能到达癌细胞中发挥其抗癌作用。然而肿瘤间质具有异常高的空隙流体压力,对药物的运输造成一定的障碍影响[33].抗血管生成药物治疗尽管能使病情稳定并且使 PFS 增加,但是其常常会对肿瘤产生抗耐药性,从而使患者的病情再次复发。目前多数使用化疗药物来治疗肿瘤及与其相关疾病,不幸的是许多化合物由于在药物运输过程中的损耗及渗透作用和肿瘤细胞的选择性,从而导致严重的副作用和旁观者效应的产生,这些药物的活性主要受限制于肿瘤细胞的耐药性。众所周知的血管新生抑制剂能够抑制血管的生长但并不抑制肿瘤细胞生长,因此在某些癌症中,血管生成抑制剂结合其他疗法特别是化疗,也许能够达到更有效的治疗效果。因此,对于抗血管药物未来的治疗方式的发展,将会更有利于监测整体肿瘤脉管系统的抗肿瘤活性和临床反应对肿瘤血管影响。然而为达到这个目标我们则需要定量血管新生的间接标记物或是抗血管新生的影响[34].目前有许多方法被提出和研究采用非浸润性和可靠性的生物标志物的方式来量化患者的肿瘤血管新生概况,但迄今为止仍然没有有效的生物标志物应用在临床肿瘤常规使用中。
3 结 语
 
  过去的几十年里这方面的研究领域迅速的发展,我们更加期待对血管生成反应靶向治疗的潜在实力。
 
  抗血管新生疗法是一种用特别的方式杀死肿瘤细胞,它是通过直接靶向作用于抑制肿瘤的血管新生,从而达到抑制肿瘤生长及转移的目的。然而血管生成抑制剂为癌症患者提供新的治疗途径,已经大大的超过我们对血管新生在肿瘤生长与转移中的所起作用的预期效果。但是现有的研究显示,使用抗血管新生的治疗方案减缓肿瘤血管的生成可能需要几个月到一年的时间,为了在这一领域进一步的取得成功我们需要克服更多挑战和更准确的确认对临床前膜型的诊断,其中一种可行的办法就是开发以基本原理为基础的联合治疗来克服临床耐药性的产生。当前和未来的研究重点应该是转变治疗的固有模式,并且启用更有效的治疗与预防的治疗模式,主要的研究重点是对肿瘤患者复发的验证和确认任何潜在的联合治疗方式。目前一种方式是采用新技术来改善在临床上抗血管新生化合物的有效性,例如追踪放射性标记的抗体在癌症患者手术切除原发性和转移性肿瘤前显示,肿瘤平均浓度只有注射抗体的 0. 015%.总之抗血管新生疗法和传统治疗相结合可能是比单独治疗更有效的方式,血管新生为基础的治疗可能为未来药物的治疗提供一个新颖的、有选择性的、安全性的和更合理的治疗方式。

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