腫瘤的血管生成有多種方式，包括出芽式血管生成、套入式血管生成、募集內(nèi)皮祖細胞的血管生成、血管生成擬態(tài)、馬賽克血管和血管共選擇等。募集內(nèi)皮祖細胞的血管生成即血管從頭生成（vasculogenesis）不但參與了腫瘤的血管生成，還與血管芽生同為腫瘤血管生成的主要方式。新生血管的啟動首先要求血管生成開關(guān)的開啟，隨后是基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）的表達以降解基底膜，內(nèi)皮細胞在自分泌和旁分泌機制下產(chǎn)生的趨化因子和促血管因子的作用下移行至相應(yīng)部位后大量增殖，繼而在腫瘤基質(zhì)細胞的支持下發(fā)展成為血管。在這一過程中，腫瘤細胞和腫瘤基質(zhì)細胞之間相互作用，共同形成適合血管生成的腫瘤微環(huán)境。
1 腫瘤血管生成的參與因素和基本過程
腫瘤細胞、腫瘤基質(zhì)細胞（包括內(nèi)皮細胞、成纖維細胞、平滑肌細胞、周細胞、炎性細胞等）、細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）及它們分泌或釋放的各種細胞因子共同構(gòu)成了腫瘤血管生成的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。腫瘤細胞是腫瘤血管生成的啟動子，它分泌的 MMP 等水解酶能降解細胞外基質(zhì)，促使儲存于細胞外基質(zhì)中的促血管因子釋放，還能募集宿主細胞如髓源抑制性細胞、間充質(zhì)干細胞等至腫瘤部位，通過這些細胞分泌的各種促血管因子來幫助血管生成，也可直接表達多種促血管因子從而促進血管生成。細胞外基質(zhì)是細胞黏附乃至血管生成的支持物，還是各種血管調(diào)控因子的貯存場所，細胞外基質(zhì)本身還能轉(zhuǎn)化為血管生成的調(diào)控因子，如已進入臨床的人血管內(nèi)皮抑素就是 ECM 成分膠原ⅩⅧ的水解片段。上述組織或細胞成分在它們分泌的各種細胞因子參與下相互作用，共同構(gòu)成了腫瘤血管生成的微環(huán)境。
腫瘤血管生成首先是由于遺傳不穩(wěn)累積導(dǎo)致血管生成表型的獲得，血管促進因子對血管抑制因子取得優(yōu)勢后，血管生成開關(guān)打開，在血管促進因子的刺激下，血管內(nèi)皮基底膜降解，內(nèi)皮細胞遷移至腫瘤部位并大量增殖形成微管樣結(jié)構(gòu)，繼而在平滑肌細胞、周細胞等的支持下形成血管。周細胞和內(nèi)皮細胞直接聯(lián)系組成毛細血管和不成熟血管的管壁，血管壁的正常組成受到干擾導(dǎo)致通透性增加和血管膨脹的增多，進而導(dǎo)致組織水腫甚至胚胎期的死亡，這種不成熟的血管有利于腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。
2 血管生成開關(guān)的開啟
腫瘤的生長情況根據(jù)血管生成開關(guān)是否開啟可分為血管前期和血管期，血管前期腫瘤細胞通過既有血管的彌散作用從組織間液獲得營養(yǎng)，雖然它的增殖率未必低于血管期，但由于增殖率和凋亡率基本相同，腫瘤維持在穩(wěn)定的體積，這些腫瘤在宿主生前不被發(fā)現(xiàn)。血管期腫瘤細胞從新生的血管網(wǎng)獲得營養(yǎng)而迅速增大。
血管開關(guān)的平衡假說認為，開關(guān)的開啟依賴于促血管因子的合成和釋放，提高促血管基因的表達或者提高誘導(dǎo)蛋白的活性和生物利用度則開關(guān)開啟，反之則關(guān)閉。目前發(fā)現(xiàn)的血管生成開關(guān)開啟的調(diào)控子有血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、堿性成纖維細胞生長因子、白細胞介素 8、轉(zhuǎn)化生長因子β（TGF-β）、多效生長因子、整合素、MMP 等。這些因子能被腫瘤細胞釋放，能被細胞外基質(zhì)動員，或被腫瘤募集的宿主細胞如巨噬細胞釋放；而內(nèi)源性抑制因子如血小板反應(yīng)蛋白、干擾素β的表達可能被下調(diào)。細胞向惡性轉(zhuǎn)變依賴原癌基因 Ras 的表達，Ras 表達誘導(dǎo)了細胞的惡性轉(zhuǎn)變以及 VEGF 表達的升高，而原癌基因的高表達又進一步通過 Myc 的激活抑制了血小板反應(yīng)蛋白的表達并啟動了隨后的腫瘤血管生成。調(diào)控細胞增殖和存活的基因發(fā)生不穩(wěn)或突變以及這種遺傳不穩(wěn)定性的累積程度決定著細胞的惡性程度，并使得促血管因子取得優(yōu)勢，獲得血管生成表型。這種血管生成表型不但體現(xiàn)在腫瘤細胞上，也體現(xiàn)在腫瘤周圍的基質(zhì)細胞上。有研究發(fā)現(xiàn)，將人臍靜脈內(nèi)皮細胞與神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞共培養(yǎng)后，內(nèi)皮細胞出現(xiàn) VEGF-1 受體和成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)CF）受體等腫瘤細胞特有的基因。各種環(huán)境應(yīng)激與遺傳不穩(wěn)定性（包括原癌基因的激活或抑癌基因的失活兩方面）互為因果，成為幫助血管促進因子戰(zhàn)勝血管抑制因子的重要助力。
MMP 對血管新生的重要性除了降解細胞外基質(zhì)外，還有同樣重要的促進結(jié)合的生長因子的釋放的作用。Lee 等也發(fā)現(xiàn)了類似的證據(jù)，VEGF165 通過肝磷酯結(jié)合區(qū)與硫酸類肝素蛋白多糖結(jié)合，而 MMP3 和 MMP9 可以使這種結(jié)合破裂而釋放活性的 VEGF。MMP 的這種作用很可能與其降解的細胞外基質(zhì)是生長因子的蓄池有關(guān)，基質(zhì)降解所釋放的大量生長因子開啟血管生成開關(guān)。
此外，最近的研究發(fā)現(xiàn)微小 RNA（microRNA，miR）在血管生成開關(guān)的調(diào)控上也發(fā)揮作用，如 miR-132 可抑制內(nèi)皮 p120RasGAP（GTPase-activatingprotein of Ras）表達導(dǎo)致 Ras 激活，從而使內(nèi)皮細胞獲得血管生成表型，啟動血管生成。
3 調(diào)控腫瘤血管生成的分子機制
3.1 VEGF 家族
VEGF 家族是目前已知最重要的腫瘤血管促進因子之一，包括 VEGF-A、B、C、D、E 和胎盤生長因子（（placenta growth factor，PIGF）。VECF-B 主要與維持血管存活有關(guān)，VEGF-C、D 主要與腫瘤淋巴管生成有關(guān)。VEGF-A 促血管生成的機制包括：①誘導(dǎo)內(nèi)皮細胞表達整合素 1、αv、β3、β5 及其配體，介導(dǎo)內(nèi)皮細胞遷移和浸潤；②誘導(dǎo)內(nèi)皮細胞分泌多種組織蛋白酶，降解細胞外基質(zhì)，促進內(nèi)皮細胞的增殖、遷移、運動和血管腔樣結(jié)構(gòu)的形成；③動員內(nèi)皮祖細胞從骨髓進入外周血，分化為血管內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞、周細胞等參與腫瘤血管的構(gòu)成；④VEGF-A 還是血管滲漏的誘導(dǎo)因子，亦稱血管通透性因子。
所有的內(nèi)皮細胞對血管生成促進因子的反應(yīng)并不相同，在特定機制調(diào)控下，某些細胞被選擇出來引導(dǎo)血管生成，這些細胞被稱為“接頭細胞（tipcells）”。它們會根據(jù) VEGF 濃度梯度來確定其遷移及微管形成的方向，因此血管生成的方向是由生長因子在組織中的立體分布調(diào)控的。在此調(diào)控機制中，VEGF 作用下的接頭細胞并不大量增殖，而是微管枝干中的內(nèi)皮細胞大量增殖。VEGF（主要是 VEGF-A）對接頭細胞和微管枝干中的內(nèi)皮細胞作用不同，分別調(diào)控接頭細胞的遷移和內(nèi)皮細胞的增殖。
PIGF 可直接促進內(nèi)皮細胞的增殖和遷移，也可以募集腫瘤局部的巨噬細胞或動員骨髓來源的祖細胞來幫助血管生成，甚至能像 VEGF—樣影響血管的通透性。因此，PIGF 的代償性表達被認為是抗 VEGF 治療效果不佳的原因之一。
3.2 細胞外基質(zhì)相關(guān)蛋白酶
在細胞外基質(zhì)降解酶中，MMP 的作用最為重要，在內(nèi)皮細胞移行至血管發(fā)生部位的過程中、引導(dǎo)微管形成方向的接頭細胞在沿 VEGF 濃度逆向運動時都需要其作用。MMP 還與內(nèi)皮細胞遷移有關(guān)，在兩方面的共同作用下，MMP 幫助內(nèi)皮細胞侵入間質(zhì)細胞從而促進血管新生。但有證據(jù)表明，MMP 對血管新生具有負調(diào)節(jié)作用，這種作用的雙重性可能因其降解的細胞外基質(zhì)中既包含血管促進因子，也包含血管抑制因子，這也許是 MMP 抑制劑臨床效果不佳的原因。
MMP 活性受組織金屬蛋白酶抑制因子（tissueinhibitor of metalloproteinase，TIMP）的調(diào)控，TIMP 既能直接抑制內(nèi)皮細胞的運動和遷移，也能通過間接的抑制基質(zhì)降解而發(fā)揮作用，甚至當(dāng) TIMP2 與層黏連蛋白受體α3β1 結(jié)合后，還可抑制酪氨酸激酶生長因子受體如 FGF 受體、VEGF 受體的活性。
可以調(diào)控腫瘤血管新生的蛋白酶還包括纖溶酶原激活物抑制子 -1（PAI-1）和尿激酶型纖溶酶激活因子（uPA）等。在 PAI-1 缺乏小鼠中，腫瘤細胞局部的侵襲和相關(guān)的血管生成受到抑制，體外給予 PAI-1 后這種血管抑制町被解除，這也支持了上面所述的細胞外基質(zhì)中血管抑制因子超過血管促進因子的觀點。
3.3 黏附因子
目前發(fā)現(xiàn)的黏附因子主要有 5 大類：整合素、鈣黏素、選擇素、免疫球蛋白超家族及透明質(zhì)酸黏素。其中，對血管新生最為重要的是整合素家族，因為內(nèi)皮細胞和細胞外基質(zhì)蛋白的相巨作用很大程度上通過表面表達的整合素來介導(dǎo)的。腫瘤壞死因子和干擾素 -γ的抗黑色素瘤血管生成作用是通過減少內(nèi)皮細胞上整合素αVβ3 的激活而降低了內(nèi)皮細胞的黏附和存活。整合素與細胞外基質(zhì)蛋白的銜接調(diào)控是雙向的：依賴踝蛋白的從內(nèi)到外的調(diào)控增加整合素與配基的親和性，或者通過黏著斑貼附及相關(guān)配體和激酶的從外到內(nèi)的調(diào)控主要影響細胞骨架重塑和基因表達。此外，整合素還在膠質(zhì)與內(nèi)皮細胞的相互作用中發(fā)揮重要作用，內(nèi)皮細胞在膠原上的侵襲主要由整合素α2β1 介導(dǎo)，而其在纖維蛋白上的侵襲主要由繁合素αVβ3 和α5β1 介導(dǎo)。在內(nèi)皮細胞間相互黏附組成微管的過程中，屬于跨膜糖蛋白的鈣黏素作用十分重要。針對血管內(nèi)皮型鈣黏素的單克隆抗體可抑制內(nèi)皮細胞在膠原和纖維蛋白上的微管形成，甚至在微管形成后添加這種抗體可以干擾微管網(wǎng)絡(luò)化這一過程，而針對 N- 鈣黏素、整合素αvβ3 和血小板 - 內(nèi)皮細胞黏附分子 1 的單克隆抗體未顯示此種作用。
血管內(nèi)皮型鈣黏素（VE-cadherin）的一個溶解性 N 末端片段（ECl-3）也可抑制 VEGF 誘導(dǎo)的內(nèi)皮細胞增殖和微管形成，且對正常組織不構(gòu)成損害，值得我們更多地關(guān)注。
3.4 其他因子
除了上述 3 大類外，目前已發(fā)現(xiàn)的可影響血管生成的因子至少還有數(shù)十種，如血管生成素（angioge-mn，Ang）、FGF、血小板衍生生長因子、白細胞介素 8、白細胞介素 12、β干擾素、TCF、肝細胞生長因子、腫瘤壞死因子、血管抑素、內(nèi)皮抑素、血小板因子 4、血小板反應(yīng)蛋白等。隨著研究的逐步推進，多種細胞因子如牙本質(zhì)基質(zhì)蛋白、G 蛋白偶聯(lián)受體、人β防衛(wèi)素、胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白 7、色素內(nèi)皮衍生因子、雌激素等均被發(fā)現(xiàn)具有血管調(diào)控作用。近年病毒在腫瘤血管調(diào)控中的作用也引起廣泛關(guān)注，病毒可通過直接產(chǎn)生病毒趨化因子、生長因子和受體，也可間接通過調(diào)控細胞蛋白活性或者通過誘導(dǎo)局部或全身的炎性反應(yīng)來創(chuàng)造有利于血管生成的微環(huán)境來調(diào)控血管生成。各種調(diào)控因素之間亦存在著相互作用，如 Ang2 做為 Angl 的競爭性抑制子，其作用具有雙向性，取決于 VEGF 是否存在，VEGF 不存在時 Ang2 促進血管退化，VEGF 存在時 Ang2 促進血管新生。
4 調(diào)控腫瘤血管生成的細胞機制
腫瘤血管生成也離不開間質(zhì)的參與，細胞問質(zhì)不單單為腫瘤血管提供支持，更主動參與了腫瘤血管生成的調(diào)控。在這些細胞和成分中，以腫瘤相關(guān)巨噬細胞（tumor-associated macrophage，TAM）和成纖維細胞（tumor-associated fibroblast，TAF）的作用最為重要。
4.1 TAM
TAM 在被腫瘤分泌的 VEGF、CC 類趨化因子配體、細胞集落刺激因子、PIGF 等招募后，就成為腫瘤微環(huán)境中的關(guān)鍵細胞，它不但沒有發(fā)揮原有的抗原呈遞和細胞免疫功能，反而在被缺氧或其他應(yīng)激分子激活后，成為腫瘤微環(huán)境中的促血管因子和蛋白酶的主要來源，一項采用 cDNA 微陣列技術(shù)的研究發(fā)現(xiàn)，缺氧情況下 TAM 可上調(diào) 30 多種編碼的促血管生成基因的表達。TAM 可以釋放多種 MMP 和 uPA 來降解 ECM 幫助內(nèi)皮細胞遷移，釋放 VECF、堿性成纖維細胞生長因子、TGF-β，血小板激活因子和前列腺素等促血管因子和生長因子促進內(nèi)皮細胞增殖并增加血管通透性，還可通過分泌多種趨化因子來募集更多的宿主細胞進一步地促進血管生成。TAM 還可通過誘導(dǎo)型一氧化氮合酶產(chǎn)生一氧化氮，直接擴張血管增加腫瘤血供。TAM 對腫瘤血管新生乃至轉(zhuǎn)移的促進作用可以部分解釋 TAM 數(shù)量增加與多種腫瘤高血管密度的相關(guān)性，包括神經(jīng)膠質(zhì)瘤、食管癌、膀胱癌、前列腺癌、惡性黑色素瘤、乳腺癌等。
4.2 TAF
成纖維細胞是 VEGF、細胞外基質(zhì)、基底膜、各種細胞因子和蛋白酶的主要來源，處于基質(zhì)母細胞的地位。成纖維細胞合成的細胞外基質(zhì)對內(nèi)皮細胞微管狀結(jié)構(gòu)的形成是必要的，將內(nèi)皮細胞和成纖維細胞共培養(yǎng)后內(nèi)皮細胞形成微管結(jié)構(gòu)的數(shù)量明顯增多，而在去除了成纖維細胞后此現(xiàn)象隨之消失。成纖維細胞被去除后即使加上成纖維細胞條件培養(yǎng)基，微管樣結(jié)構(gòu)也明顯減少，說明成纖維細胞必須與內(nèi)皮細胞緊密接觸才能發(fā)揮其促血管形成作用。成纖維細胞通過分泌和組織豐富的細胞外基質(zhì)，創(chuàng)造一個有助于捕獲其自身分泌的生長因子并促進立體的細胞組織微環(huán)境來誘導(dǎo)內(nèi)皮細胞形成微管。另一項研究發(fā)現(xiàn)，對內(nèi)皮細胞微管形成影響更大的是內(nèi)皮細胞與成纖維細胞的距離而不是其與培養(yǎng)基之間的距離，說明成纖維細胞分泌的生長因子彌散性較差，可能是因為大小或基質(zhì)間相互作用的緣故。
成纖維細胞還與基質(zhì)細胞衍生因子 -1 的表達對內(nèi)皮祖細胞的募集作用有關(guān)。這種細胞表達的肝細胞生長因子、白細胞介素 8 和 TGF-β可能具有同樣作用。成纖維細胞還能通過表達多配體（蛋白）聚糖來調(diào)控內(nèi)皮細胞的激活和增殖，多配體（蛋白）聚糖 -1 在超過 70% 的乳腺癌成纖維細胞上都有表達，可提高腫瘤動物模型上的微管密度和血管面積，其機制尚未明了。TAF 對腫瘤血管生成的促進作用在體內(nèi)實驗中亦得到證實，將正常成纖維細胞和 TAF 一同接種至 Ras 轉(zhuǎn)染的人乳腺癌細胞 MCF-7 裸鼠，結(jié)果前者的腫瘤明顯小于后者，這種差異主要是由于后者升高的基質(zhì)細胞衍生因子 -1 分泌促進了腫瘤血管生成及腫瘤細胞增殖，而并非因為成纖維細胞自身的增殖。
4.3 其他細胞
除了 TAM 和 TAF 外，腫瘤微環(huán)境中還存在著諸如腫瘤相關(guān)調(diào)節(jié)性 T 細胞、髓源抑制性細胞、腫瘤相關(guān)中性粒細胞、調(diào)節(jié)性樹突狀細胞等，這些細胞一旦被腫瘤細胞募集并馴化，便喪失了原有的生理功能而成為腫瘤細胞的支持因素，分泌各種細胞因子、生長因子、趨化因子來幫助腫瘤血管的生成。腫瘤細胞很可能與腫瘤局部和機體遠端的各種細胞和組織成分之間發(fā)生相互作用，誘導(dǎo)它們的基因表型發(fā)生改變，從而招募機體的正常細胞為其血管生成乃至腫瘤進展服務(wù)。
5 抗血管新生治療的思考
從基礎(chǔ)研究上來說，某些研究的結(jié)果讓人困惑，比如有些研究表明，增加周細胞覆蓋可以穩(wěn)定血管，使化療藥物更有效的到達腫瘤部位殺傷腫瘤。而另一些研究表明，減少周細胞覆蓋可使腫瘤血管生成受到抑制，減少腫瘤的血管供應(yīng)，使腫瘤縮小。換個角度思考，增加周細胞覆蓋穩(wěn)定血管，使血液供應(yīng)充足，腫瘤是否會增大；而減少周細胞覆蓋可使腫瘤血管滲漏性增加，是否增加了腫瘤轉(zhuǎn)移的機會。動物實驗發(fā)現(xiàn)，靶向 VEGF 藥物抑制原發(fā)腫痛的生長，卻縮短了總生存期，因為抗血管治療提高了腫瘤細胞的侵襲力，促進了轉(zhuǎn)移?？赡芤驗榭寡苤委熞种?r 原發(fā)腫瘤的生長，但血管抑制造成的缺血缺氧卻導(dǎo)致了腫瘸細胞的惡性篩選和上皮細胞間質(zhì)化，使腫瘤細胞惡性程度增強且運動性增加，而且缺血缺氧又會重啟血管生成。更何況腫瘤除了經(jīng)典的血管芽生和血管生成外，還可以通過血管生成擬態(tài)、馬賽克血管和血管共選擇等方式獲得血液和氧氣，所有這些都使腫瘤細胞的局部侵襲力增強，遠處轉(zhuǎn)移增多而縮短了總體生存。
從臨床上看，抗血管新生的靶向藥物如貝伐單抗等效果差強人意，也存在耐藥問題，可能因為腫瘤血管新生有太多的途徑，對任何一個或一些調(diào)控通路的抑制都可能由其他通路代償。而且抑制某個因子到底是利大于弊，還是弊大于利，在何種情況下利大于弊現(xiàn)在還不得而知。面對這種矛盾性，應(yīng)該葦新思考抗血管新生治療方向的合理性，并進而轉(zhuǎn)變思路，將抗血管生成治療根據(jù)血管生成開關(guān)是否開啟分為兩步，在無血管期關(guān)閉血管生成開關(guān)，進入血管期則應(yīng)把抗血管生成轉(zhuǎn)變?yōu)檠苷；委?。關(guān)閉血管生成開關(guān)的優(yōu)勢在于從源頭上抑制血管生成，把腫瘤體積限制在 2mm3 以下且固定在局部，這有待于腫瘤早期診斷技術(shù)的突破，還需要對血管生成開關(guān)的調(diào)控機制進行深入研究，尋找干預(yù)手段。第 2 步的優(yōu)勢在于不但可使化療藥物有效殺傷腫瘤細胞，繼而通過免疫治療等 0 級動力學(xué)療法清除剩余的腫瘤細胞，還可以降低腫瘤血管滲漏性，減少復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移率。可使腫瘤細胞獲得充足供氧而減少缺氧導(dǎo)致的基因失穩(wěn)和隨后的腫瘤細胞惡性篩選，已有相關(guān)報道初步驗證了此種策略的合理性。內(nèi)皮細胞脯氨酸羥化酶 2 表達缺陷可使血管內(nèi)皮正常化而恢復(fù)腫瘤血液灌注，使腫瘤細胞惡性程度降低，侵襲和轉(zhuǎn)移行為減少，對化療更加敏感。當(dāng)然，這種血管正?；委熯€存在著時間窗的問題，所以在聯(lián)用細胞毒藥物時對時間節(jié)點的把握十分重要，否則就變成了促腫瘤治療。另外需要注意的是應(yīng)配合藥物的靶向給藥，給與腫瘤部位較高的藥物濃度以求盡可能多的殺傷腫瘤細胞。
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