肿瘤防治研究  2014, Vol.41 Issue (01): 79-82.   PDF    
唑来膦酸抗肿瘤血管生成作用研究进展
乔京京,张 阳    
116023 辽宁大连,大连医科大学附属第二医院肿瘤内科
摘要:唑来膦酸是第三代双膦酸盐药物,主要用于治疗恶性高钙血症及骨转移癌。目前的研究发现,除抑制骨吸收外唑来膦酸还具有直接和间接的抗肿瘤活性。其中抑制肿瘤血管形成是其间接抗肿瘤作用机制之一。其抗肿瘤血管生成作用可能机制如下:(1)抑制肿瘤细胞及肿瘤间质细胞分泌VEGF,调节VEGF-VEGFR自分泌环抑制血管生成;(2)抑制血管内皮细胞迁移、黏附作用;(3)诱导循环内皮细胞祖细胞凋亡,抑制肿瘤细胞及肿瘤浸润巨噬细胞分泌MMPs;(4)抑制肿瘤细胞血管生成拟态。但唑来膦酸抗肿瘤活性的用药剂量不同于目前治疗骨转移的剂量,其抗肿瘤血管生成拟态的作用机制尚未明确,需要进一步研究。
关键词: 唑来膦酸     血管生成     血管生成拟态    
Progress of Zoledronic Acid on Antiangiogenesis Effects
QIAO Jingjing, ZHANG Yang    
Department of Medical Oncology, The Second Hospital of Dalian Medical University
Abstract:Zoledronic acid belongs to the third generation of diphosphonate and mainly be applied for treatment of malignant hypercalcinemia and bone metastasis. Except inhibiting bone resorption, it also has direct and indirect antitumor activities. Antiangiogenesis effect is one kind of its indirect antitumor activities, by inhibiting the secretion of VEGF from tumor cells and mesenchyma cells to regulate VEGF-VEGFR endocrine cycle, depressing migration and adhesion of endothelial cells, inducing apoptosis of endothelial progenitor cells, inhibiting the secretion of MMPs from tumor cells and tumor-associated macrophages(TAM) and inhibiting vasculogenic mimicry of tumor cells. However, the dose of Zoledronic acid used for antineoplastic activity is different from that for bone metastasis. How it can inhibit vasculogenic mimicry is still needed further research.
Key words: Zoledronic acid     Angiogenesis     Vasculogenic mimicry    

0 引言

唑来膦酸(zoledronic acid,ZOL)是第三代 双膦酸盐药物。 临床上主要用于抑制骨吸收性疾 病,如骨质疏松、骨纤维化,近年成为治疗恶性 高钙血症及骨转移的主要药物之一。其中唑来膦 酸的体外活性最强,对肾功能影响最小,用药方 便,目前在多发性骨髓瘤和实体瘤的骨转移治疗 中应用最广。

目前已知唑来膦酸主要是对破骨细胞的成熟 和分化有直接的抑制作用,并能抑制破骨细胞直 接聚集到骨表面。从而抑制骨破坏,促进骨盐沉 积,改善骨质结构,增加骨密度。近年来多项研 究证实唑来膦酸对乳腺癌、前列腺癌、多发性骨 髓瘤、骨肉瘤及其他实体瘤如卵巢癌、肝癌、鼻 咽癌等细胞系均有体内外剂量相关的抗肿瘤活 性。唑来膦酸的直接抗肿瘤作用表现在抑制肿瘤 细胞增殖、促进肿瘤细胞凋亡; 间接的抗肿瘤作用 表现在抑制肿瘤血管生成、抑制细胞的黏附和侵 袭。此外,唑来膦酸通过调节肿瘤浸润的淋巴细 胞来调节抗肿瘤免疫,抑制肿瘤生长。

近年来关于唑来膦酸抗肿瘤方面研究成为热 点,本文就其在抗肿瘤血管生成方面的研究进展 综述如下。 1 唑来膦酸对血管生成因子的作用

血管内皮生长因子(VEGF)及其受体VEGFR 是重要的血管生成正性调节因子。该家族成员可 以选择性地增强血管和(或)淋巴管内皮细胞的 有丝分裂,刺激内皮细胞增殖并促进血管生成, 提高微小血管通透性。VEGF在正常细胞表达量低 而在肿瘤细胞或处于缺氧状态下的正常细胞中表 达升高,促进肿瘤血管生成。

既往的研究[1, 2, 3, 4, 5, 6]发现唑来膦酸可抑制肿瘤细胞及周围的肿瘤浸润淋巴细胞、血管内皮细胞分泌 VEGF,从而减少VEGF主导的血管生成信号的传 递,同时通过调节VEGF-VEGFR2的自分泌环[2]起 到抑制肿瘤血管生成作用。

在不同的肿瘤细胞系[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]实验中通过RT-PCR 检测均能发现剂量依赖性VEGF mRNA的表达下 降,但不同肿瘤细胞、不同药物剂量,下降程度 不同。Di Salvatore等[3]发现在(50~100)μM的高 剂量下唑来膦酸可明显减少人肺癌A549细胞VEGF 的分泌,而低剂量(10 μM)下未检测到这一现 象。Stathopoulos等[7]在研究唑来膦酸对恶性胸腔 积液的作用时发现,胸膜肿瘤血管渗透性在唑来 膦酸治疗组明显低于对照组,治疗组肿瘤微血管 密度也明显降低。通过体内试验他们认为其机制 为唑来膦酸抑制了肿瘤细胞、胸膜间皮细胞、肿 瘤相关巨噬细胞分泌VEGF、MMP-2、MMP-9、 IL-6等促血管生成因子及炎性因子分泌,抑制血 管生成。Soltau等[10]在小鼠肾癌实验中得出类似的 结论,用免疫组织化学方法检测CD31来测定微血 管密度,不同剂量强度的唑来膦酸治疗后,肿瘤 血管密度均有降低,在高剂量组更明显,甚至抑 制作用强于阳性对照—VEGFR抑制剂(PTK787/ ZK222584)。在血浆VEGF检测方面,高剂量唑来 膦酸组的血浆VEGF水平较其他组上升最低,因此 唑来膦酸有明显的抑制肿瘤VEGF分泌的作用。除 了VEGF,在唑来膦酸处理后肿瘤细胞CXCL-1 、 CXCL-2、EPHB4、ID-1、FGF2 、FGFR3 、TP 、 LAMA5、PDGFA等促血管生成分子的mRNA表达均 下降[1, 3, 4]

在多项临床研究[11, 12, 13, 14, 15]中也已证实唑来膦酸可以 通过长期持续抑制VEGF相关肿瘤血管生成起到间 接抗肿瘤作用。但也有应用唑来膦酸后血浆VEGF 水平未下降的报道[16],因唑来膦酸在临床前体内 外所用剂量与临床常用的治疗骨转移的剂量不一 致,临床应用其抗肿瘤的剂量和给药方法尚无统 一标准,所以其在人体中抗血管生成作用还需进 一步研究。 2 唑来膦酸对血管内皮细胞的作用

体内已存在的血管内皮细胞活化、迁移到肿 瘤周边及内部形成新的肿瘤血管是公认的肿瘤血 管生成方式之一。唑来膦酸可以抑制内皮细胞黏 附、迁移及生存,从而影响肿瘤血管的生成[17, 18, 19, 20, 21, 22]

有研究[17, 18]通过鸡尿囊膜与羽毛形成关系的研 究证实唑来膦酸可以抑制血管内皮细胞由有血管 组织向无血管组织迁移。唑来膦酸还能抑制培养 中的口腔上皮增殖,在体内试验中可抑制口腔上 皮向拔牙后组织缺损处迁移延迟伤口愈合[19]。同 样,唑来膦酸可抑制培养状态的人微血管上皮细 胞增殖,使其发生S期停滞,抑制人微血管上皮细 胞的管道形成[21]

唑来膦酸抑制内皮细胞增殖、迁移、侵袭能 力的分子机制为:抑制RAS异戊烯化,导致下游 一系列激酶失活[3, 17]。RAS异戊烯化后和RHoA移 动到细胞膜上,同时ERK1/2磷酸化和TNF介导的 JNK磷酸化激活,影响细胞生长、迁移及生存。 ERK是MAPK家族的一员,它的信号传递途径是 涉及调节细胞生长、发育及分裂的信号网络的核 心,其基本的信号传递步骤遵循MAPKs的三级 酶促级联反应。在ERKs的传递途径中Ras作为上 游激活蛋白,Raf作为MAPKKK(MAPK激酶的 激酶),MAPK/ERK激酶(MEK)作为MAPKK (MAPK激酶),ERK即MAPK,即Ras-Raf- MEK-ERK途径。JNK信号转导通路是MAPK路的 一重要分支。唑来膦酸作用后,通过这一信号转 导通路使内皮细胞的黏附、生存、迁移及肌动蛋 白压力纤维形成能力下降,血管生成减少。类异 戊二烯物质可恢复唑来膦酸的这种抑制作用[18]

另有研究[17]发现唑来膦酸能够抑制人脐静脉 内皮细胞(HUVEC)由整合素αvβ3介导的黏附 作用,而对整合素α5β1无影响。同时阻止该细胞 迁移及破坏已建立的局部黏附及肌动蛋白压力纤 维,而对细胞表面整合素表达水平及活性没有影 响。唑来膦酸处理后,HUVEC的生存下降,伴 有明显的TNF介导的细胞死亡。这一作用是唑来 膦酸通过与TNF(肿瘤坏死因子 tumor necrosis facor)联合抑制持续的局部黏着斑激酶 (focal adhesion kinase,FAK)磷酸化导致PKB/AKT活化 受抑制,进一步影响内皮细胞的增殖、迁移、黏 附。因此FAK-PKB/Akt是唑来膦酸的药物靶点。 3 唑来膦酸对肿瘤间质成分的作用

循环内皮祖细胞(endothelial progenitor cells, EPC)是从人外周血中分离到的一类可以分化为 成熟内皮细胞的特殊血细胞。Asahara等[23]运用小 鼠模型证明了骨髓来源的循环EPC参与了出生后 血管形成。随后的研究[24]发现许多肿瘤患者体内 的EPC会从骨髓中动员出来,并归巢整合到肿瘤 组织血管处,促进其血管形成。因为唑来膦酸的 亲骨性质,其对骨髓来源的干、祖细胞作用也成为目前的研究热点。Yamada等[22]研究发现用唑来 膦酸与人外周血单核细胞共培养,并用CD114及 VEGFR2作为检测标志,唑来膦酸对EPC有剂量依 赖性抑制分化作用,高剂量(10 μM)唑来膦酸 可诱导EPC凋亡。由于这一作用可被香叶基香叶 醇(geranylgeranyol,GGOH)转移酶逆转,所以唑来 膦酸的这一抑制作用是通过抑制小G蛋白异戊烯 化方式实现的。这些小G蛋白包括RAS、RhoA 和 Rap1A。它们和细胞的生长、分化、迁移等信号转 导密切相关。

肿 瘤 组 织 中 浸 润 的 肿 瘤 相 关 巨 噬 细 胞 (TAM)被认为是Ⅱ型巨噬细胞,通过产生 IL-10、TGF-β和前列腺素E2,干扰正常的抗肿 瘤免疫机制,促进肿瘤生长及侵袭。同时可释放 VEGF、b FGF等促血管生成因子,促进肿瘤血 管和淋巴管生成。VEGF和TAM呈正反馈关系。 TAM也可通过分泌MMPs促进肿瘤血管生成。我 国学者[25, 26, 27] 在小鼠肝癌模型研究中发现唑来膦酸 可抑制TAM释放炎性因子及MMPs参与抑制肿瘤 进展、血管形成及转移。Moschetta等[28]研究也 证实唑来膦酸处理后,骨髓来源的巨噬细胞分泌 VEGF、PDGF、bFGF、PDGF等血管生成因子的 能力下降。而且其FVⅢ-RA、VEGFR2、Tie2/Tek 和 VE-cadherin等血管源性标志表达下降,体外管 道形成能力(血管形成拟态)及连接能力下降。 其分子机制仍认为与唑来膦酸抑制小G蛋白酶的异 戊烯化失活有关。

此外,多项研究[29, 30, 31]证实唑来膦酸可降低肿瘤 组织及活体血浆MMPs, 特别是MMP-2、MMP-9 的表达,抑制肿瘤细胞及相关细胞黏附、侵袭。 4 唑来膦酸对肿瘤细胞的直接作用

血管生成拟态(Vasculogenic mimicry,VM) 是指高度侵袭性肿瘤细胞通过自身变形和基质重 塑产生血管样通道而达到自身血液供应的方式。 常见于黑色素瘤、卵巢癌、乳腺癌、前列腺癌、 骨肉瘤等高侵袭性肿瘤,是一种不依赖于内皮细 胞的肿瘤血管生成模式,其分子机制有待进一 步研究。目前认为与上皮细胞激酶 (epithelial cell kinase,EphA2)有关,EphA2磷酸化后管道无法形 成。血管内皮细胞钙黏附素(vascular endotheial cadherin,VE- cadherin)下调将延缓血管样通道形 成。Fu等[30]发现唑来膦酸在5 μM剂量下可抑制人 骨肉瘤细胞体外血管生成拟态的发生。通过电子 显微镜观察形成管道壁的肿瘤细胞表面微绒毛减 少。同时发现唑来膦酸阻止RhoA由细胞质向细胞 膜移动,破坏F-actin细胞骨架,抑制LM8骨肉瘤细 胞血管生成拟态。Li等[29]提到,唑来膦酸对人鼻咽 癌细胞有剂量依赖性抑制血管生成拟态的作用, 并认为唑来膦酸对肿瘤细胞MMPs及VEGF有抑制 作用,影响细胞骨架蛋白形成,从而抑制肿瘤侵 袭、转移及血管生成拟态。但唑来膦酸对其他VM 相关因子的影响尚缺乏报道,需要进一步研究。

总之,唑来膦酸能够通过抑制促血管生成因 子主要是VEGF家族及炎性因子抑制肿瘤血管生 成。其分子基质与唑来膦酸的抑制蛋白异戊烯化 失活有关。还可抑制通过基质金属蛋白酶类、整 合素抑制内皮细胞、肿瘤细胞黏附、迁移抗肿瘤 血管形成。对于目前研究热点VM也有抑制作用。 这种抑制作用是普遍存在的,没有肿瘤特异性。 但由于唑来膦酸目前主要用于治疗骨溶解性疾 病,实验室研究用药剂量及给药方式与临床实际 用法不尽相同,如何使其成为抗肿瘤血管形成药 物仍需进一步研究与实践。 5 总结与展望

唑来膦酸本身有直接的抗肿瘤作用,可以诱 导肿瘤细胞凋亡,并在大多数实体瘤中得到证 实。因此不同于现有的只针对血管内皮的药物, 对于VM这种直接由肿瘤细胞形成血管的方式的抑 制作用值得进一步研究。而且目前唑来膦酸用药 广泛、不良反应小,价格较现有抗肿瘤血管药物 明显低,临床应用前景值得期待。

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