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HIF-1和VEGF在肿瘤血管形成中的研究进展

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维普资讯 http://www.cqvip.com 包656 头医学院学报 2007年第23卷第6期 Vo1.23 No.6 2o07 J0URNAL 0F BA0T0U M[EDICAL C0LLEGE HIF一1和VEGF在肿瘤血管形成中的研究进展 王殿栋综述何涛审校 (包头医学院第一附属医院普外科,内蒙古包头014010) 肿瘤是一种细胞异常分化、增殖的疾病,其侵袭性 的生长方式及转移要依赖于新生血管网的产生。事实 上,早在1971年,Folkman就已经提出了肿瘤的生长 依赖于新生血管的概念。后经试验证实,当肿瘤的体 积小于2~3mm 时,肿瘤生长所需的营养物质均来源 于其邻近的血供系统。而当瘤体大于2~3 mm 时,其 邻近的血供系统就无法满足肿瘤生长所需的营养,此 时,肿瘤细胞诱导其特异性血管网的形成机制便开始 发挥作用。VEGF是目前发现肿瘤诱导产生血管网的 最重要的细胞因子。最近发现,HIF一1在基因水平上 直接VEGF的表达,是恶性肿瘤诱导血管形成的 重要因子 。所以,研究HIF一1、VEGF与肿瘤 的关系,对于进一步阐明肿瘤的生物学行为以及治疗 将会有积极意义。 1 IⅢ 一1概述 1.1 HIF一1的结构特点HIF一1是最早被发现能 与EPO基因增强子DNA特异结合的蛋白质。生化研 究表明,它是由 、p两个亚基构成的异二聚体,两个 亚基均有螺旋一环一螺旋的区域和PAS的区域。其 中,HIF一1 是唯一的氧调节亚单位,它决定HIF一1 的活性,氧对HIF一】活性调节主要通过HIF一】 亚 基。但只有 亚基和13亚基聚合,HIF一1才有DNA 结合活性 。 1.2 HIF一1的靶基因HIF一1是机体细胞在缺氧 环境下能够产生特异性应答的一个中介物质。在缺氧 情况下,HIF一1可使其靶基因表达增强,从而发挥代 偿作用。而这些能被HIF一1作用的靶基因上的特异 区域被称为HRE(缺氧反应元件)。HRE有共同的特 点,即启动子和增强子只含有HIF一1的结合位点。 常含有HRE的因子有:(1)促红细胞生成素编码基因 EPO,当机体缺氧时,会通过HIF一1的作用产生大量 EPO,从而发挥一定的生物学效应;(2)血管内皮生成 因子编码基因VEGF,是血管生成的主要调节者,能促 进内皮细胞生长,并具有血管通透性作用 J。另外, 根据有关资料记载含有HRE的靶基因还有:ET—I (内皮素一1),IGF~lI(胰岛素样生长因子)等等 J。 1.3 HIF一1与缺氧有氧代谢是机体内大多数细胞 的重要代谢途径,充足的氧供量是机体各细胞器官组 织发挥其正常功能的必要条件。但当机体缺氧时,对 于机体整体而言,循环血液中红细胞数量增加是代偿 缺氧的最明显变化;而对于某一局部而言,缺氧会导致 其周围的大量血管形成,从而能够运输更多的血液。 这两种情况下,EPO与VEGF的表达量增加发挥了重 要的作用。但是,EPO与VEGF的大量表达要依赖于 HIF一1的直接。 HIF一1主要来源于能分泌EPO的肝细胞和肾脏 细胞,但许多其他细胞也可以表达HIF一1。HIF~1 在正常氧供时分泌极微,但当机体或局部出现缺氧时, HIF一1则会大量分泌。据有关资料报道:HIF一1的 表达有赖于氧分压的变化。在氧分压为0.5%~2% 时,HIF一1蛋白质水平明显升高,并且在0.5%时, HIF一1表达量达到了顶峰 。最近在对动物(小鼠) 的低氧实验亦表明:动物体内HIF一1的表达量在一 定程度上与氧浓度降低量以及降低的时间均呈现正相 关系 。 关于缺氧时HIF一1大量生成的机制,目前认为: 缺氧时HIF一1主要在蛋白质的水平上升高而在转录 水平上无明显的变化 J。HIF一1的mRNA生成速度 和蛋白质的合成速度在正常氧分压和缺氧条件下是保 持不变的。而HIF一1表达量增加的主要的原因是: 在正常的氧分压下,HIF一1的蛋白质可以很快被蛋白 酶降解破坏进而不起作用;而在缺氧条件下,HIF一1 蛋白质不易被破坏,从而导致其浓度相对增高。 2 VEGF概述 2.1 VEGF的结构特点1983年,Senfer等在肿瘤细 胞培养上清液中发现了一种可使血管通透性增加的因 子,取名为血管通透因子VPF。1989年,Go Spodarwia 等在垂体滤泡细胞培养上清液中分离出一种与VPF 同样的因子,并且能促进血管内皮细胞有丝,故取 名为VEGF。在人类,VEGF基因由8个外显子和7个 内含子组成,全长14kb,定位于染色体6q12上。到目 维普资讯 http://www.cqvip.com 第6期 王殿栋,等.HIF一1和VEGF在肿瘤血管形成中的研究进展 657 前为止,已发现五种VEGF氨基酸残基,即VEGF121、 VEGF145、VEGF165、VEGF189、VEGF206,均由mRNA 的不同剪接方式形成。 VEGF促进血管内皮细胞增殖,促进血管通透性 增加,维持血管完整性等生物学效应均是通过与其受 体结合来完成。VEGFR有VEGFR一1(FLT)、VEGFR 一2(KDR),其中FLT广泛存在于血管内皮细胞。 VEGF与VEGFR结合后可通过激活酪氨酸蛋白激酶 的活性来完成其生物学效应。 2.2 VEGF的及其意义 在生理情况下,健康人 的组织细胞中均可监测出VEGF以及VEGF mRNA的 表达。但除胚胎发育、外伤愈合、月经期间之外,其表 达甚微,并且仅能维持正常血管密度和整体渗透功 能 J。现有大量实验研究证明:在许多肿瘤组织中 VEGF呈高表达,并且其水平的高低与肿瘤的某些生 物学行为有密切关系¨ 。 在肿瘤中的VEGF高表达受到了多方面因素的调 控:(1)缺氧是其表达量增加的最重要机制 ,在缺氧 时,HIF一1能够启动VEGF的转录,并且缺氧时VEGF 的稳定性可以增加。(2)一些原癌基因RAS、SRC、 HER2等的激活或一些抑癌基因如P53、P16、VHL等 的失控,均可上调VEGF的表达水平 。 3 HIF一1、VEGF与肿瘤血管形成 VEGF广泛的表达于成纤维细胞、平滑肌细胞、内 皮细胞及肿瘤细胞等多种细胞。但VEGF的受体则仅 存在于血管内皮细胞上,因此可以说VEGF是一种特 异性作用于血管内皮细胞的因子。已有大量研究证实 了VEGF是刺激恶性肿瘤血管形成的重要生长因 子H 。也有资料报道VEGF与一些恶性肿瘤的血行 转移有密切关系 。临床病理分析,淋巴管转移是大 多数实体性肿瘤播散的早期事件。淋巴转移与淋巴管 网的形成也有关系,有研究表明,VEGF可诱导肿瘤淋 巴管形成,是淋巴道转移的一重要原因 J。甚至已 有诸多研究报道:VEGF可作为一些恶性肿瘤如胃癌、 卵巢癌、结肠癌、前列腺癌等的淋巴转移标志物,可用 于辅助诊断 卜墙J。总而言之,VEGF可谓是恶性肿瘤 血管形成的重要因子,甚至也是肿瘤发生血管转移、淋 巴道转移的重要转移因子。 现已清楚,肿瘤组织缺氧状态是VEGF增多以致 血管形成的最初启动因素。然而,从缺氧到VEGF表 达量增多的过程中HIF一1起到了桥梁作用。随着肿 瘤不断增生、体积增大,仅靠周围的血供已不能满足其 所需,此时,肿瘤便进人了缺氧状态,从而使HIF一1 在缺氧状态保持不被蛋白酶所降解,以致大量HIF一1 积聚。增多的HIF一1就会与其下游携带有HRE特异 区域的靶基因结合使其表达增强,其中VEGF就是其 靶基因中最重要的一种因子。另一方面,有资料报道, HIF一1还可增加缺氧情况下的VEGF的稳定性 。 Zhong等 。 的进一步实验显示,采用HIF一 高表达 的载体转染结肠癌细胞后,细胞中的VEGF mRNA表 达增加。 4 以H腰一1、VEGF为靶向的肿瘤治疗现状以及存 在的问题和展望 恶性肿瘤的生长转移均依赖于肿瘤血管的形成。 以肿瘤血管为靶点,抑制其生成或破坏其存在,从而阻 断了肿瘤的生长或转移的营养通道已成为了探索肿瘤 治疗的又一亮点。现针对VEGF、HIF一1两种因子的 治疗手段成为了抗肿瘤的一大热点。(1)针对VEGF 治疗的报道有:Hotz等 通过合成VEGF的反义核 酸,注人了患有胰腺癌的裸鼠体内后肿瘤明显缩小。 Yoshimura等 构建并表达了可溶性的血管生长因子 受体(VEGFR)的腺病毒载体,将其注人了患肾癌的荷 瘤小鼠肌肉里可显著抑制肾癌的肺转移。另外,最近 大量应用VEGF的抑制剂以及相关抗体的治疗方案亦 有很大突破 。(2)针对HIF一1治疗:鉴于HIF一1 在肿瘤发生、发展以及转移中的重要作用,以HIF一1 为靶点治疗肿瘤的方法具有十分诱人的前景。尽管目 前关于HIF一1与肿瘤关系的研究还处于基础实验阶 段,但也有不少资料报道了针对HIF一1为靶向的各 种抗肿瘤的方法,并且结果令人满意。国内董典宁 等_2 采用反义HIF一1基因实验性治疗人肝癌裸鼠移 植瘤,可明显抑制肿瘤扩大;Takahashi等 纠对已转染 黑色素瘤的小鼠体内注人pshHIF一1(short hairpin RNA—expressing plasmid DNA),可有效地控制肿瘤的 发生;Chen等 建立了人肺癌细胞A549裸鼠的模 型,发现组蛋白去乙酰抑制剂曲古霉素A(TSA)可明 显下调HIF一1和VEGF的表达,达到抑制肿瘤血管生 成的目的;之后,Yang等 同样报道了TSA可对人类 的骨肉瘤的治疗起到很大作用。 随着对肿瘤血管形成机制的不断研究,抑制肿瘤 血管形成将成为肿瘤治疗的又一大新的亮点,也给肿 瘤治疗的突破带来了新的希望。但是目前抗肿瘤血管 治疗也存在有很大的缺陷:(1)肿瘤在小于2~3ram 时,其对血管的新生依赖不强,因此,用抗血管方法来 治疗肿瘤的效果就会受限。(2)肿瘤血管的新生可能 受到多方面的,而我们现在针对单一的因子来治 疗可能不会特别理想。(3)尽管各种蛋白质分子的免 疫治疗在动物实验已有明显效果,但在人体中是否会 维普资讯 http://www.cqvip.com

658 包头医学院学报 第23卷 出现变态反应是一个不可忽视的问题。(4)抗血管治 [15]Nikiteas NI,Tzanakis N.vascular endothelila rowtgh factor 疗药物仅能抑制血管的新成,而对癌细胞无直接杀伤 作用,这与传统的化疗手段不同,故在临床上的广泛应 用可能会受限。但我们相信随着抑制肿瘤血管的基础 研究、临床实验技术和其他相关技术的不断发展,抑制 肿瘤血管药物的开发和临床应用会达到更成熟的阶 段。 nd eandoglin(CD一105)in gastirc cancer[J].Garstric Cancer,2007,10(1):12—17. [16]Kato Y,Asano K,Mogi T,et 1.Claincical signiifcance ofcir- culating vascular endothelil growtah factor in dogs with nil/n- mary glnd atmorus[J].Vet Med Sci,2007,69(1):77—80. [17]Yuanming L,Feng G,Lei T,et a1.Quantitative analysis of lymphan ̄ogenic markers in human gastroenteric tumor[J]. 参考文献 谷依学,李汉贤,王汉群.缺氧诱导因子一1及血管内皮 生长因子的表达与胃癌生物学行为的关系[J].南华大 学学报(医学版),2005,33(1):13—15. [2] Mabje ̄sh NJ,Amir S.Hypoxia—inducible factor(HIF)in human tumorigenesis[J].Histla Histopathal,2007,22(5): 559—572. [3] Huang LE,Gu J,Schau M.Regulation of hypoxia inducible factor——1 alpha is mediated by an O2——depenent degradation domain via the ubiquitin proteasome pathway[J].Proc Natl Acad Sci USA,1998,95(14):7987—7992. [4] Wang GL,Semenza GL.Characterization of hypoxia induc— ible factor——1 and regulation of DNA dinding activity by hy・- poxia[J].Biol Chem,1993,268(29):21513—21518. [5] 高勇,王杰军.肿瘤血管生长和缺氧诱导因子[J].国外医 学.肿瘤学分册,2001,28(1):4—6. [6] 袁玉锋,刘志苏,何跃明,等.Ang2,HIF一1及VEGF对 肝癌血管形成的影响[J].中国普通外科杂志,2006,15 (7):525—528. [7] 高勇,王杰军.肿瘤血管生长和缺氧诱导因子[J].国外医 学.肿瘤学分册,2001,28(1):4—6. [8] 王晖,王晶钉,黄翼然.缺氧诱导因子与肾胀肿瘤[J].国 外医学.泌尿系统分册,2005,25(4):481—484. [9] 崔大明,牛晓明.血管内皮生长因子与抗肿瘤研究进展 [J].复旦学报(医学版),2006,33(4):566—568. [10] Kato Y,Asa/lo K,Mo T,et at.Clinical signiifcance of circu— laxing vascular endotheKal growth factor in dogs with nlain- mmg gland tumors[J3.Vet Med Sci,2007,69(1):77—8o. Ziemer【S.Koch CJ.HypoxiaandVEGFm—RNA expression in human tumors[J].Neoplasia,2001,3(6):500—508. [12] Harada H,Nakagawa K,1wata S,et a1.Restoration of wild ——type p16 down——regulates vascular endothelial growth factor expression and inhibits angiogenesis in human glio- mas[J].Cancer Ren,1999,59(15):3783—3789. [13] 周哲,谷小虎.原发胃癌中VEGF检测与临床病理因素 的相关性研究[J].实用肿瘤学杂志,2006,20(2):103 —105. [14] 王深明,朱彩霞.乳腺癌血行转移与血管生成相关因子 相关性研究[J].中华实验外科杂志,2005,22(5):524 —526. Arch Med Res,2007,38(1):106—112. [18] Kopfstein L,Veikkola T.Distinct roles ofvascular endothe. 1ial growth factor D in lymphangiogenesis and metastasis [J].Am J Pathol,2007,170(4):1348—1361. [19] 谷依学,李汉贤.缺氧诱导因子一1及血管内皮生长因 子的表达与胃癌生物学行为的关系[J].南华大学学报 (医学版),2005,33(1):13—15. [20] Zhong H,De Marezo Am,Laughner E,et a1.overoxpres— sion of hypoxia inducible factor一1 alpha in common hu- man cancels and their metsatsaes[J].Cancer Res,1999, 59(22):5830—5835. [21]Hotz HG,Hines OJ,Masood R,et at.VEGF antisense therapy inhibits tumor growth and improve survival in ex- peirmentla pancreatic cancer[J].Surgery,2005,137(2): 192—199. [22] Yoshimura I,Mizuguchi Y.suppression of lung metastsais of renal cell carcinoma by the intramuscular gene transfer of a soluble from of vascular endothe ̄al growth factor receptor [J].Urol,2004,171(6):2467—2470. [23]Tabemero J.The role of VEGF nad EGFR inhibiiton:im. plications for combining Anti——VEGF and Anti——EGFR rageats[J].Mol Cancer Res,2007,5(3):203—220. [24] 董典宁,孙平,智绪亭,等.反义HIF一1基因治疗人肝癌 裸鼠移植瘤的实验研究[J].中国普通外科杂志,2006, 15(6):520—524. [25]Takahashi Y,Nishikawa M,Takakara Y.Suppression of tumor growth by intratumorla injection of short hairpin RNA——expressing plasmid DNA targeting beta——catenin or hypoxia—inducible factor 1 alpha[J].J Control Release, 2006,116(1):90—95. [26]Chen J,Shao S,Nakadal K.Dominant—negative hypoxia inducible factor——1 alpha reduces tumorigenicity of pancre・- atic cancer cells through the suppression of lgucoise metab— olism[J].Am J Pathol,2003,162(4):1283—1291. [27]Yang QC,Zeng BF,Shi ZM,et a1.Inhibition of hypoxia— induced an6ogenesis by tirchostatin A via suppression of HIF—la activity in human osteosareoma[J].Exp Clin Cancer Res,2006,25(4):1283—1291. (收稿日期:2007-06-09) 

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