肿瘤血管的结构异常
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肿瘤血管结构异常的功能后果
血管结构异常
血管分布不均匀，部 分区域血流停滞，加 重缺氧 EC-EC、PVC-EC以及 PVC-PVC连接松弛， 增加血管渗漏
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• 实质细胞(上皮)与间质细胞(间充质、血管、免疫、ECM)之 间的相互作用是发育的正常调控方式 • 细胞间相互作用主要由旁分泌和细胞直接相互作用完成 • 作用分子及其信号途径极端复杂，并存在广泛串话
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1. 血管细胞
2. 免疫细胞
3. 间充质细 胞和细胞外基 质
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第二节、肿瘤的新生血管形成
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Bad gene
Bad cell
Bad organ
持续增殖信号 逃避增殖抑制 免疫逃避 复制永生化 促肿瘤炎症 侵袭和转移 诱导血管形成 基因组不稳定和突变 对抗细胞死亡 能量代谢失控 4
肿瘤中除了肿瘤细胞以外的组织细胞和细胞外基质
组成：间质细胞
血管细胞：内皮细胞；周细胞 免疫细胞：天然免疫细胞；适应性免疫细胞 纤维母细胞：间充质细胞；肌纤维母细胞 细胞外基质
•在胞浆结合于talin 和a-actinin ，进而结合于 actin 微丝，使得细胞 可以通过收缩 actin 微丝而沿着固相的 ECM 迁移 •Outside-in：ECM 调控细胞增殖、分化、生存、凋亡 •Inside-out：胞内变化改变Integrin 构象和配体亲和力
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• 缝隙连接：gap junction ，以6个Connexin分子为一组，形 成中空的跨膜通道；一个细胞的通道复合物再与另一个细 胞的通道复合物相接，形成细胞之间胞浆的沟通，细胞之 间有15~40nm空隙。传递离子和MW小于1500的分子
输尿管芽上皮 （中胚层） 颌上皮 （外胚层）
• 一个细胞产生的因子经近距离扩散作用于相邻细胞，称为 旁分泌相互作用，这些因子称为旁分泌因子或生长分化因 子（growth and differentiation factors ，GDFs）。
• 作用距离近：不通过血液循环发挥作用 • 不同器官的诱导使用的是一组少数几种因子 • 不同物种之间高度保守
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• 细胞外基质：ECM。由细胞分泌到周围微环境的大分子组成 ，形成细胞之间的无细胞物质 • 组分：胶原、蛋白聚糖和不同的糖蛋白（如Fibronectin ， Laminin） • 功能：
• 上皮细胞附着表面：上皮细胞形成细胞层和管腔 • 迁移：迁移表面、提供迁移方向
ECM是重要的信号分子
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•整合素：ECM的细胞膜受体。通过RGD（精-谷-门冬）位点结合 Fibronectin、胶原、Vitronectin ，Laminin 等 ECM； •功能：细胞与ECM的粘附和迁移；信号转导
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器官 间充质 皮肤结构（毛发、 汗腺、乳腺）
上皮
表皮（外胚层）
皮下组织 （中胚层）
肢体
肠道器官（肝、胰、 唾液腺）
表皮（外胚层）
上皮（内胚层）
间充质 （中胚层） 间充质 （中胚层） 间充质 （中胚层）
间充质 （中胚层） 间充质 （神经嵴）16
咽和呼吸道相关器官 （肺、胸腺、甲状腺）
肾 牙
上皮（内胚层）
• 在Sprouting 中的作用：
– 促进血管扩张： eNOS – 促进通透性增加： eNOS ； Src – 促进内皮细胞增殖： Erk ； CaM – 促进内皮细胞迁移： p38 ； FAK
– 促进内皮细胞生存： Akt
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Notch信号决定Tip-Stalk分化
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招募周细胞的重要信号通路
• 上皮细胞：互相之间紧密接触形成片层或管道 • 间充质细胞：互相不接触并且单独行动
• 上皮-上皮：上皮细胞之间的诱导作用 • 间质-上皮：上皮细胞与邻近间充质细胞间的相互作用。 最常见的诱导作用
（1 ）细胞分裂次数和方向 （2 ）细胞形状 （3 ）细胞迁移 （4 ）细胞生长 （5 ）细胞死亡
（6 ）细胞膜和分泌产物
EC 出芽
VEGF-VEGFR Dll4-Notch
血管芽 定向生长
VEGF-VEGFR2 Sema-Plexin Netrin-UNC58 SLIT-ROBO4
血管芽融 合成管腔
Integrins CDC42 RAC1
周细胞, 基底 膜, 灌流, 修 剪 EGR7
ECM
新生 血管
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血管形成调控信号
参与肿瘤的起始、进展、侵袭转移
微环境细胞如何成为肿瘤帮凶？ 是否能够纠正其“错误”？
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肿瘤微环境的形成是胚胎发育的再现
Rudolf LK Virchow (1821－1902) : 德国医学家、人类学 家、公共卫生学家、病 理学家、古生物学家和 政治家。 首次描述肿瘤组织与 胚胎组织的相似性。该 发现预言了肿瘤干细胞 的存在。
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肿瘤血管的结构特点
• 血管形态异常：血管扩张、迂曲、囊状结构形成、产生无规则 连接的分支；血管密度分布不均匀；管径调节机制丧失导致异 常分流；血管反应性增加、生长增加。 • 内皮细胞：EC形态不规则，组织混乱；EC间连接减弱、细胞重 叠，VE-Cadherin表达下降，呈现长胞浆突起的分支表型，有 时胞浆突起可突入管腔或血管周；囊泡细胞器增加，参与血管 通透性的增加；血管间隙增加。 • 周细胞：肿瘤血管的PVC减少或消失；PVC形态异常，有时出现 胞浆突起；不规则分布于EC周围；PVC与EC连接松弛；表达未 成熟和低收缩Markers。 • 基底膜：基底膜与EC结合疏松、厚度异常、间断形成孔洞和突 起、含有其他细胞外基质成分。有些位置无基底膜。 • 基因表达谱：基因表达谱混乱；正常EC、尤其是组织特异性EC 的特异基因表达丧失。 50
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ECM在血管的其他作用
• 调控内皮细胞信号和形态形成
– 内皮细胞通过粘附于 ECM 调控其迁移、增殖和生存 – ECM 项内皮细胞提供导向信号调控血管形成 – ECM 调控内皮细胞形态形成
• 影响内皮细胞管腔形成和向血管稳态转换
– ECM 通过integrin 调控内皮细胞管腔形成和形态
– 调控新生血管从管腔形成转向管腔稳定
血管发生的调控
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血管发生中动脉-静脉的分化
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成年动物中的血管发生：EPC
• • • • 早期EPC? 晚期EPC ? 成熟EPC ? 髓系来源 EPC ? • MSC来源EPC ? • 组织干细胞 来源EPC ?
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（２）血管形成：angiogenesis
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血管形成的基本步骤
缺氧 损伤
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低氧是生理性血管形成的始动因素
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低氧应答：O2感受与Hif-a的调控
O2敏感的NADPH 氧化酶(NOX) 内皮细胞一氧化氮合酶(eNOS) 血红素加氧酶 线粒体呼吸链(H2O2) „„ 3a 1a 2a
VEGF-VEGFR； Notch；
CXCR4；
„„
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VEGF信号在血管形成中的作用
• 指导性（instructive）诱导和许可性（permissive ）诱导：
– 指导性诱导：来自诱导细胞的诱导信号能够启动应答细胞的新基因表 达。没有诱导细胞，应答细胞就不能项特定方向分化。其特点：
• 1 ）诱导组织 A 存在时，应答组织 B 发育成组织 C ； • 2 ）诱导组织 A 不存在时，应答组织 B 不能发育成组织 C ； • 3 ）诱导组织 A 不存在、但存在另一诱导组织时，应答组织 B 不能发育成组织 C 。
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肿瘤新生血管
1971年Folkman首次报道，实体肿瘤的 体积超过2-3 mm3时，单纯的氧气扩散 就已经无法支撑瘤体的生长，必须有新 生血管形成才能支持其继续生长
Small tumor: •Nonvascular •“Dormant”
Larger tumor: •Vascular •Metastatic potential
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• • • • •
• • • • • •
1) 纤维母细胞生长因子 2) Hedgehog家族 3) Wnt家族 4) TGF-b家族 5) 其他：表皮生长因子、肝细胞生长因子、神 经营养因子、干细胞因子、造血相关因子、 „ „ 1）RTK通路 2）Smad通路 3）JAK-STAT通路 4）Wnt通路 5）Hedgehog通路 6）细胞死亡通路
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肿瘤微环境控制angiogenic switch
• 免疫细胞：通过敲除CSF-1或脂质体铬清除巨噬细 胞，可阻断肿瘤血管形成 • 肿瘤相关纤维母细胞：CAF可以产生所有的促血管 生成因子 • 前体细胞：从骨髓募集而来的EPC为angiogenic switch所必需 • 已经知道的关键分子：
– – – – VEGF、MMP-9：内皮细胞的增殖和分化 PDGF：周细胞的招募和增殖 SDF-1：EPC的招募 其他分子
一、血管发育和功能 二、肿瘤血管的特征和作用 三、血管靶向治疗
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血管是分布最广的器官
• 血管内皮细胞 • 周细胞、壁细胞、平滑肌
细胞 • 基底膜
• 运输功能：氧气、营养物
质、代谢产物 • 调节功能：组织发育、组 织应答
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血管-造血系统的来源
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（1）血管发生：vasculogenesis
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恶性肿瘤：分子遗传学疾病
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恶性肿瘤的恶性：临床解读
细胞基因突变 肿瘤恶性生长 恶性临床表现
局部症状：组织破坏、压迫、阻塞、疼痛 全身症状： 贫血、感染 体质性症状：发热/体重下降/夜汗 恶病质(cachexia）

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恶性的科学解读：肿瘤十大特征
D Hanahan & RA Weinberg. Cell 144:646~674, 2011