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VEGF及其靶向药物的研究进展

来源:用户上传      作者:石焕英 陈海飞 李群益 施孝金

  摘 要 肿瘤的生长转移和新血管的生成密切相关,许多调节血管生成的细胞因子参与血管的生成,而在肿瘤血管生成中起关键作用的是血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)及其信号通路。阻断该通路的任何环节都会有效抑制肿瘤血管的生成,进而抑制肿瘤的生长和转移。基于VEGF的调控特点,很多以VEGF及其受体VEGFR为靶点的抗肿瘤血管生成药物已经问世。本文主要概述抗VEGF的靶向药物治疗及特点。
  关键词 VEGF 肿瘤 血管生成 抗肿瘤药物 靶向治疗
  中图分类号:R979.19 文献标志码:A 文章编号:1006-1533(2020)15-0004-04
  Advances in VEGF and its targeted drugs*
  SHI Huanying1**, CHEN Haifei1, LI Qunyi1,2, SHI Xiaojin1,2***(1. Department of Pharmacy, North Hospital of Huashan Hospital, Fudan University, Shanghai 201907, China; 2. Department of Pharmacy, Huashan Hospital, Fudan University, Shanghai 200040, China)
  ABSTRACT Tumor growth and metastasis depend on angiogenesis that is taken part in by lots of cytokines, and vascular endothelial growth factor (VEGF) and its signaling pathway play a key role in tumor-associated angiogenesis. Blocking any step in this pathway can effectively inhibit the tumor-associated angiogenesis and thereby inhibit the growth and metastasis of tumor. Many anti-tumor angiogenesis drugs targeting VEGF and its receptor VEGFR have been marketed based on the characteristics of VEGF regulation. The anti-VEGF targeted drug therapy and its characteristics are mainly summarized in this article.
  KEY WORDS VEGF; tumor; angiogenesis; anti-tumor drugs; targeted therapy
  肿瘤微环境在肿瘤的起源、生长和转移中起关键作用[1]。1971年Folkman发现血管生成在肿瘤生长过程中具有关键作用,提出肿瘤的生长、转移依赖血管以及抑制肿瘤血管生成作为肿瘤治疗的理念[2]。血管生成的过程比较复杂,是指从已有的毛细血管或毛细血管后静脉发展而形成新的血管,是肿瘤生长和转移的基础[3]。血管生成包括以下过程:血管通透性增加,基底膜被蛋白水解酶降解,内皮细胞通过增殖和迁移形成新生血管芽,最终导致新生血管的成熟[4]。新血管的生成不会出现在肿瘤生长的初期,而当肿瘤的体积大于1~2 mm3后,肿瘤维持生存转移及吸收营养物质则取决于新生血管[2]。因此,血管生成的研究已成热点。血管形成主要由血管生成因子和血管生成抑制物调控,过程比较复杂[5],二者在正常生理情况下处于平衡状态,而在一些病理状况下,过表达的血管生成因子会打破这种平衡状态,从而生成异常血管。血管形成由多种血管生成的细胞因子参与调控,其中最关键的促血管生成因子是血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)。为有效抑制肿瘤血管生成,促进肿瘤血管退化脱落,可阻断VEGF途径中任何环节,最终达到抗肿瘤作用。因此,VEGF及其受体VEGFR为靶点的大分子抗肿瘤药物为近几年研究的热点。
  1 VEGF/VEGFR的结构与生物学功能
  VEGF是一种强烈的促血管生成因子,由VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E和胎盘生长因子(placental growth factor, PIGF)构成。一般将VEGF-A代表VEGF。VEGF-A是一种糖蛋白,其分子量为34-64KD,在内皮细胞、巨噬细胞、淋巴细胞等众多细胞中表达。VEGF-A是肿瘤血管发生过程中最关键的血管生成促进因子,其可使静止的内皮细胞活化,促进细胞增殖和迁移,并使血管通透性增加。PIGF会和VEGF-A一起完成以上功能。但目前尚不清楚VEGF-B的功能,小鼠会由于缺少VEGF-B导致心脏传导异常,但不影响生存。神经纤毛蛋白(neuropilins, NRP)是VEGF的復合受体。人类肿瘤细胞可产生VEGF-B,进一步激活VEHGR1与NRP-1[6]。淋巴管的生成受VEGF-C和VEGF-D调节。VEGF-E可促进血管内皮细胞萌发、分裂、趋化性及血管生成,在脊椎动物中表达,在哺乳动物里不存在,只与VEGFR2结合[6-7]。
  分泌VEGF的肿瘤组织同时也会表达VEGFR。以VEGFR为靶点的抗肿瘤药物较细胞毒性药物的特异性与针对性更强,是因为主要由增殖的内皮细胞表达VEGFR。VEGFR分为VEGFR1、VEGFR2、VEGFR3、NRP-1和NRP-2等5个亚型,只有前3个亚型是酪氨酸蛋白激酶。VEGFR1比VEGFR-2与VEGF的结合能力更强,是VEGF的高亲和力受体,可与VEGF-A、VEGF-B、PIGF结合,通过抑制VEGFR-2的结合进而抑制内皮细胞的增殖。VEFGR1不能被VEGF刺激而发生酪氨酸磷酸化,但在血细胞生成过程中至关重要,能使单核细胞与骨髓衍生细胞聚集而生成肿瘤脉管系统[8]。表达在血管与淋巴管内皮细胞里的VEGFR2,通过结合VEGF-A、VEGF-C、VEGF-D来调节血管内皮细胞的通透性,促使细胞进行有丝分裂及趋化作用,进而生成新生血管。VEGFR2和VEGF结合,发生磷酸化,影响下游基因表达,最终诱导内源性肿瘤血管生成与血管通透性增加。淋巴内皮细胞的增殖、迁移与VEGFR3相关,VEGFR3与VEGF-C、VEGF-D结合,调控肿瘤的淋巴转移,但其在正常生理状态下只表达在淋巴管内皮细胞上[9]。NRP是轴突生长锥指导分子信号素的受体。NRP1与NRP2是VEGFR的复合受体,表达于轴索末端、内皮细胞和部分肿瘤细胞里,可增加VEGFRs的蛋白磷酸化程度来增强VEGF通路的信号[10]。   2 VEGF/VEGFR靶向抗肿瘤血管生成药物的研究进展
  血管生成与肿瘤的生长和成功转移密切相关,此过程复杂且连续,每一步骤都很独立。传统药物较难作用于肿瘤细胞,主要是由于肿瘤血管结构不规则,组织淋巴回流受阻,且肿瘤细胞易发生突变具有耐药性;目前肿瘤血管内皮细胞被认为是理想的治疗靶点,在于其遗传上的统一性和稳定性的特点,且会直接接触血液中药物,不易对药物产生耐药性[11]。VEGF介导的血管生成被发现广泛存在于乳腺癌、结肠癌、胃癌、肝癌、膀胱癌和前列腺癌等恶性肿瘤中[12]。以VEGF介导的血管生成为靶点,已成为目前治疗肿瘤的重要策略之一[13-14]。
  2.1 Bevacizumab(贝伐单抗)
  2004年,第一个抗肿瘤血管生成药物问世,Bevacizumab(商品名:Avastin)经FDA批准在美国上市,目前可用于非小细胞肺癌、转移性结直肠癌、转移性肾癌等多种实体瘤,且可联合化疗药物使用,是治疗转移性结直肠癌的一线药物。可与人VEGF-A的所有亚型结合的Bevacizumab是一种鼠VEGF单克隆抗体,特点是93%人源化,其通过阻断VEGF/VEGFR信号途径,抑制肿瘤血管生成,从而抑制肿瘤生长[8,15]。Bevacizumab通过将畸形的肿瘤血管正常化,使化疗药物作用于肿瘤组织。
  Bevacizumab在肿瘤临床治疗上也存在很大的局限性。临床试验发现在卵巢癌、恶性胶质瘤、转移性乳腺癌和转移性黑色素瘤等众多实体瘤中,Bevacizumab只改善某些实体瘤患者的无进展生存期(progression free survival, PFS),不能改善总生存期(overall survival, OS),且偶尔会发生致命的副作用,因此不能用于治疗这些癌症[16-20]。另外,某些meta分析结果证实,与单独化疗相比,Bevacizumab导致的致死性不良事件概率更大,且会增加眼疾患者的风险[21-22]。
  2.2 VEGF-Trap
  商品名为Zahrap的VEGF-Trap,也称为Aflibercept,是一种重组融合蛋白,由Genentech公司基于“trap”平台研发而成,2012年8月被批准上市,VEGF-Trap可结合所有类型的VEGF,免疫原性较低,其抑制肿瘤生长和转移的机制为:阻断血管内皮信号通路的信号转导,使肿瘤血管基因表达量减少,肿瘤血管密度下降[23-25]。VEGF-Trap单独或联合化疗用于转移性结直肠癌、转移性胰腺癌、转移性非小细胞肺癌时疗效较好[26]。在治疗转移性结直肠癌时发现,与单独使用FOLFIRI相比,VEGF-Trap联合FOLFIRI方案治疗可使患者的PFS和OS明显延长,因此,已经接受过奥沙利铂方案化疗的转移性结肠癌患者,可再次接受VEGF-Trap联合FOLFIRI方案的治疗,此项方案已被美国FDA批准[27]。另外,VEGF-Trap与多西他赛联合使用治疗非小细胞肺癌时,不能明显改变OS,但与未联合使用VEGF-Trap相比,可明显改善PFS和应答率(response rate, RR)[28]。
  与Bevacizumab相比,VEGF-Trap与VEGF-A亲和力更高,能结合PlGF与VEGF-B,而Bevacizumab不能结合二者,VEGF-Trap可强力抑制VEGFR1与VEGFR2的活化以及VEGF-A介导的钙动员与内皮细胞迁移[29]。目前有两种VEGF-Trap,一是Aflibercept(阿柏西普),由Regeneron与拜耳联合开发;二是conbercept(康柏西普),由国内康弘药业开发。由于阿柏西普可以高效地抑制肿瘤且有很好的患者耐受性,被普遍用于治疗各种实体瘤[30]。与一般抗VEGF治疗一样,阿柏西普治疗也具有副作用,比如腹泻、高血压、蛋白尿、中性粒细胞减少等发生的频率增加[31]。另外,阿柏西普的临床使用会提高出血、感染、胃肠毒性等致死性不良事件发生的频率。而康柏西普与阿柏西普一样,与VEGF-A所有亚型以及PlGF与VEGF-B亲和力较高,具有明显的抗血管生成活性[32]。另外,人脐静脉内皮细胞的迁移以及其血管空腔的形成可被康柏西普抑制,康柏西普能诱导人脐静脉内皮细胞的细胞凋亡以及抑制视网膜血管新生[33]。
  2.3 抗VEGFR抗体
  与VEGF相比,VEGFR具有数量少及易饱和的特点,要想有效抑制VEGF信号转导途径,可通过抑制VEGFR实现[34],因此以VEGFR为靶点的药物会更有效。完全人源化的VEGFR2抗体Ramucirumab与VEGFR2的胞外域特异性结合,使VEGFR2相关的信号通路被阻断,于2014年经美国FDA批准上市,晚期胃癌或食管胃交界腺癌可用Ramucirumab治疗。乳腺癌、非小细胞肺癌及二线治疗转移性结肠癌可用Ramucirumab聯合化疗治疗,但仍处于Ⅲ期临床试验阶段。重组人VEGFRl单克隆抗体IMC-18F1能使VEGF-A、VEGF-B、PIGF与VEGFR-1的结合被阻断,进而抑制其生物学活性。另外,IMC-18F1具有抗血管增生、抗增殖活性以及增强细胞毒化疗药的抗肿瘤活性的功能[35]。
  2.4 酪氨酸激酶抑制剂
  对于VEGF信号转导途径,VEGF与VEGF-R的结合可激活VEGFR的胞内酪氨酸蛋白激酶域,启动VEGF信号的传导,使细胞增殖与分化得以调控,因此,酪氨酸激酶抑制剂(tyrosine kinase inhibitor, TKI)是通过阻断VEGF信号通路,进而抑制血管生成。最初被FDA批准用于治疗肾细胞癌的3种TKI是sorafenib(索拉非尼)、sunitinib(舒尼替尼)和pazopanib(帕唑帕尼)。近年被FDA批准用于治疗转移性肾细胞癌的两种TKI是Tivozanib与Axitinib,与之前的肾细胞癌药物sorafenib相比,Tivozanib与Axitinib在PFS与肿瘤反应率方面更具优势,其副作用可控,但不会显著改善患者的OS。由于Tivozanib会影响患者的OS,其用于治疗肾细胞癌的批准已被FDA撤销[36-37]。目前,cediranib、motesanib、vandetanib与nintedanib等TKI具有更高特异性,可显著改善肿瘤的RR与患者的PFS,但不能改善OS[38]。另外,有研究发现[39],VEGF TKI存在贫血、出血、腹泻、高血压和粒细胞减少等多种副作用。   2.5 以VEGF-C/D為靶点的抗肿瘤药物
  在肿瘤的淋巴生成和转移中,VEGF-C和VEGF-D具有关键作用,被视为肿瘤药物的靶点。目前发现在众多小鼠荷瘤实验中,鼠抗人VEGF-D单克隆抗体可抑制原发性肿瘤的生长和局部肿瘤转移。另外,VEGF-C抗体和可溶性VEGFR3受体也可抑制淋巴管生成以及淋巴结转移。人单克隆抗体片段具有高亲和力,由噬菌体展示技术产生,与VEGF-C结合后可有效抑制VEGF-C与VEGFR2、VEGFR3的结合[9]。
  3 展望
  近年来,肿瘤的发病率和死亡率逐年攀升,癌症已成为重要的公共健康问题。VEGF靶向药物特异性高、不良反应小,对多种恶性肿瘤具有显著疗效,近十几年间成为抗肿瘤新药的主流。已经开发的和正在开发的抗VEGF药物为肿瘤的治疗带来了曙光。肿瘤血管生成的过程特别复杂,要求很多的细胞因子参与其中,要有效地抑制肿瘤血管生成,可通过干扰或阻断任一途径实现。由于VEGF能够促进血管生成,在恶性肿瘤的转移过程中起关键作用,因此,将研发更多以VEGF为靶点的抗血管生成的靶向药物,通过与传统化疗联合,有望为进展期、复发难治以及转移的恶性肿瘤提供新的治疗方案。在临床方面,解决肿瘤抗性与毒性作用会涉及转化医学的多个方面,既要进行肿瘤致病机制的临床前研究,也要研发高亲和力与高安全性的药物,以及不同的用药方案,如多种单抗、单抗与化药、单抗与中药联用等。
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