《British Journal of Pharmacology》:The nitty-gritty of vascular permeability in cancer: targeting blood endothelium to control metastases
血液血管通透性(blood vascular permeability)是癌症的标志性特征,也是转移播散的主动驱动因素。转移是导致绝大多数癌症患者死亡的原因,然而既往研究大多聚焦于肿瘤内在特征与血管生成,内皮屏障调控在肿瘤细胞入血(intravasation)与出血管(extravasation)过程中的具体作用仍未得到充分重视。本叙述性综述首先总结了血管通透性的结构与分子基础,详细阐述了跨内皮通透性(transendothelial permeability),尤其是由内皮紧密连接(tight junctions)、内皮黏附连接(adherens junctions)及内皮糖萼(endothelial glycocalyx)调控的细胞旁渗漏机制。随后,综述剖析了肿瘤微环境信号——包括缺氧、生长因子、炎性细胞因子、机械应力及内皮异质性——如何共同诱导形成慢性高通透、结构紊乱的脉管系统,进而促进转移灶形成。研究特别强调了由血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)驱动的SRC原癌基因非受体酪氨酸激酶(SRC proto-oncogene, non-receptor tyrosine kinase, Src)/血管内皮(VE)-钙黏蛋白(vascular endothelial cadherin, VE-cadherin)信号轴的关键作用。最后,本文讨论了旨在恢复通透性精准调控的药理学策略,这类策略并非清除肿瘤血管(即抗血管生成治疗),而是通过选择性“复紧”内皮屏障、增强被癌症转移破坏的内皮韧性(endothelium resilience),从而限制转移。综上,本综述提出靶向血管通透性是一条前景广阔且尚未被充分挖掘的限制转移的途径,既可单独应用,也可与细胞毒性疗法及免疫疗法联合使用。最后,我们呼吁在计算科学家、生物学家与临床肿瘤学家的密切协作下,开发更具预测性、机制可靠且临床相关的体外、体内及计算模型,专门用于研究通透性驱动的转移,最终实现临床转化获益。
1 引言
每年约有1000万人死于癌症,使其成为全球第二大死因,其中90%的癌症相关死亡由转移导致。转移性肿瘤细胞具备完成从原发灶脱落、侵袭邻近组织、进入血液或淋巴循环、在循环中存活并最终定植远端器官形成继发肿瘤的全流程能力,且可维持原发肿瘤的分子特征,部分基因表达也可能发生适应性改变。尽管学界已对调控肿瘤细胞初始脱落、转移灶形成的分子机制及实体瘤生长中的血管生成启动过程开展了广泛研究,但关于转移过程中血液血管通透性调控机制的认知仍相对有限。血液内皮构成半透性屏障,调控免疫细胞、大分子及血浆溶质在血液与组织间的交换。在转移进程中,这一内皮屏障会从选择性通透界面转化为允许转移播散的通透性门户。因此,深入理解调控肿瘤细胞入血及远端定植的血管通透性机制,将为肿瘤药理学及新型抗转移策略的开发提供重要支撑。本文将系统综述肿瘤血管作为转移效率独立决定因素的作用,描述生长因子、趋化因子及机械信号如何协调内皮从稳态韧性向可塑性乃至内皮-间质转化的转变,最终因连接结构完整性受损导致与转移相关的血管通透性升高,同时评述靶向血管通透性的药理学路径及具有抗转移潜力的新兴研究方向。
2 血管通透性
2.1 跨内皮转运
生理状态下血管通透性受到精密调控。根据器官需求与血管类型差异,通透性可在需要时升高,允许细胞与大分子通过跨细胞途径(直接穿过内皮细胞)或细胞旁途径(经相邻内皮细胞间隙)穿越血管壁。跨细胞通透性主要依赖囊泡运输,由窖蛋白-1(caveolin-1)相关囊泡介导,负责将蛋白质等大分子选择性转运至内皮细胞基底侧释放,这一过程在连续毛细血管中尤为显著,可确保受控的分子转运。相比之下,转移性肿瘤细胞更倾向于选择细胞旁途径穿越内皮。后续章节将重点阐述肿瘤细胞如何调控不同类型内皮连接的结构与形态,破坏血管完整性、升高通透性以促进转移。
2.2 内皮细胞间连接
2.2.1 紧密连接
紧密连接位于连接复合体最顶端,由 Claudin 家族蛋白、连接黏附分子(junction-associated molecules, JAM)、闭锁蛋白(occludin)、内皮选择性黏附分子(endothelial cell-selective adhesion molecule, ESAM)及多种黏附蛋白组成,并与膜脂及胞质支架蛋白相互作用。这些蛋白与上皮紧密连接具有高度同源性,共同组装为包含扣带蛋白(cingulin)、副扣带蛋白(paracingulin)及闭锁小带蛋白(zona occludens, ZO)家族成员的支架复合物,调控基因表达、连接与细胞骨架锚定、细胞极性维持及信号通路传递,精确调控内皮细胞间隙以维持血管完整性。紧密连接的组成与密度差异是血管树各节段通透性不同的重要原因,例如血脑屏障的极低通透性即源于脑微血管中闭锁蛋白与 Claudin-5 的持续高表达。肿瘤细胞可通过重分布闭锁小带蛋白1(zona-occludens 1, ZO-1)及 Claudin 家族成员,实现入血与出血管。特定 Claudin(如 Claudin-3、5、6、10、12)在内皮或血管周细胞的表达失调会以细胞与组织特异性方式改变屏障特性,进而影响转移播散,其器官特异性表达模式还参与了转移的器官趋向性。例如在转移性乳腺腺癌模型中,Claudin-5 表达改变可促进肺转移,而肾脏因表达 Claudin-2 与 Claudin-10 得以避免转移定植。
2.2.2 黏附连接
黏附连接通常位于紧密连接基底侧,由血管内皮钙黏蛋白(VE-cadherin)介导的相邻内皮细胞间钙依赖性同嗜性相互作用构成,是维持内皮屏障的核心结构。VE-钙黏蛋白与连环蛋白(catenins)及跨膜蛋白形成复合物,锚定于肌动蛋白细胞骨架。与紧密连接相比,黏附连接具有更高的动态性,可在严密调控下发生解组装与重组装,允许肿瘤细胞在入血与出血管过程中挤压通过。连接开放需要 VE-钙黏蛋白磷酸化、同嗜性相互作用丧失及随后的内化,同时伴随皮质细胞骨架重塑。由于内皮细胞间连接牢固锚定于肌动蛋白细胞骨架,其组织结构与肌球蛋白收缩活性密切相关。肌动球蛋白收缩会牵拉 VE-钙黏蛋白胞外域,导致复合物解离与相邻内皮细胞回缩,形成细胞间隙并显著升高通透性。肌动蛋白收缩由肌球蛋白轻链2(myosin light chain 2, MLC2)的磷酸化状态调控,受多种小GTP酶调节。静息状态下,细胞周期蛋白42同源物(cell division control protein 42 homologue, CDC42)与 Rac1 的高活性驱动肌动蛋白形成有序的周向束,维持屏障稳定。皮层肌动蛋白(cortactin)可直接结合丝状肌动蛋白(filamentous actin, F-actin),帮助连接蛋白正确定位于膜上,并通过环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)信号调控 Ras 近端1(Ras-proximate-1, Rap1)与 Rac1 活性,支持内皮屏障恢复。RhoA/ Rho 相关激酶(Rho-associated kinase, ROCK)通路抑制肌球蛋白轻链磷酸酶(myosin light chain phosphatase, MLCP),同时胞质钙释放激活钙调蛋白(calmodulin),进而刺激肌球蛋白轻链激酶(myosin light chain kinase, MLCK)活性。VE-钙黏蛋白还可直接与血管内皮生长因子受体2(vascular endothelial growth factor receptor 2, VEGFR-2)等受体相互作用,精细调控其信号活性。
血管内皮蛋白酪氨酸磷酸酶(vascular endothelial protein tyrosine phosphatase, VE-PTP)是黏附连接的功能组分,正常情况下维持 VE-钙黏蛋白处于去磷酸化状态。多种因素可触发 VE-PTP 与 VE-钙黏蛋白解离,而黏附连接的解组装是肿瘤细胞成功穿越内皮的必要条件。黏附连接组分的活性与内吞过程受酪氨酸磷酸化与去磷酸化的严密调控,VE-钙黏蛋白可被多种激酶磷酸化特定位点,例如 Src 激酶靶向酪氨酸658与685。多数情况下 VE-钙黏蛋白磷酸化会削弱黏附连接,仅 Y731 位点例外。磷酸化通常触发网格蛋白介导的内吞与降解,降低膜表面 VE-钙黏蛋白水平,例如周期蛋白依赖性激酶抑制蛋白1(p21)介导的 S665 磷酸化可招募 β-抑制蛋白(β-arrestin)启动内吞。其他黏附连接蛋白如 β-连环蛋白(β-catenin)也可被磷酸化并从复合物解离。此外,基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)如 ADAM12 可切割 VE-钙黏蛋白胞外域,血清中可溶性 VE-钙黏蛋白水平与激素难治性转移性乳腺癌的无进展生存期及总生存期缩短显著相关,且在转移性肾细胞癌患者中明显升高。VE-钙黏蛋白的泛素化也被证实可直接升高体内血管通透性。
2.3 糖萼
内皮糖萼是位于内皮细胞腔面的富含碳水化合物的多层结构,主要由糖蛋白与糖胺聚糖(包括硫酸乙酰肝素、硫酸软骨素及透明质酸)组成。完整的糖萼可通过物理屏蔽内皮黏附分子、降低血管通透性,维持抗转移血管屏障功能,作为物理与生化屏障减少循环肿瘤细胞(circulating tumour cells, CTCs)与内皮表面的接触,限制肿瘤细胞黏附。选择性去除透明质酸或硫酸乙酰肝素等特定糖萼组分,可通过增强肿瘤细胞与内皮的黏附与相互作用,促进肿瘤细胞出血管。肿瘤分泌酶或炎性细胞因子触发的糖萼降解或重塑会削弱这一屏障,暴露细胞间黏附分子1(intercellular adhesion molecule 1, ICAM-1)、血管细胞黏附分子1(vascular cell adhesion molecule 1, VCAM-1)及选凝素等黏附分子,从而促进肿瘤细胞滞留与跨内皮迁移。
3 肿瘤微环境中诱导血管通透性的信号通路
3.1 血管高通透是肿瘤微环境与预转移灶的标志
肿瘤微环境中的缺氧、促血管生成信号、炎性细胞因子及异常机械力共同作用,形成混乱、异质性强且灌注不均的肿瘤血管系统。内皮异质性深刻影响肿瘤进展与跨内皮迁移的位点,单细胞测序已揭示人脑胶质母细胞瘤中存在5种具有不同活化状态与血脑屏障损伤程度的血管内皮表型,对应肿瘤内部及周边的特定解剖位置。肿瘤生长产生的机械压迫可破坏血流,甚至导致脆弱血管塌陷,肿瘤细胞还可通过血管拟态形成自身毛细管样结构,进一步加剧血管结构紊乱。肿瘤血管的整体高通透导致血浆蛋白与组织液积聚,升高组织间隙液压。这种理化特性改变的肿瘤微环境同时破坏抗肿瘤免疫,缺氧与酸中毒会损害免疫细胞功能。基底膜缺失、周细胞招募不足及肿瘤新生血管成熟度低下共同导致内皮细胞间连接完整性减弱,进而调控肿瘤细胞的入血与出血管过程。
3.2 血管内皮生长因子(VEGF)/VEGFR-2
VEGF 诱导的血管通透性升高与肿瘤微血管广泛重塑密切相关,形成渗漏性强、灌注不足的血管,促进肿瘤细胞入血。VEGF 主要由肿瘤细胞与周围基质细胞分泌,结合高表达于内皮细胞的 VEGFR-1 与 VEGFR-2 酪氨酸激酶受体,触发受体二聚化与自磷酸化。VEGFR-2 可形成同源二聚体或与 VEGFR-1、VEGFR-3 形成异源二聚体,其信号强度受硫酸乙酰肝素蛋白聚糖、神经纤毛蛋白等多种共受体及与整合素、VE-钙黏蛋白的蛋白相互作用精细调控。VEGF 激活下游通路直接促进肿瘤细胞入血与出血管这两个血行转移的关键步骤。
VEGF 信号通过激活 CDC42、Rac 与 RhoA/ROCK 等小GTP酶触发肌动球蛋白收缩。VEGFR-2 的 Y1173 位点磷酸化激活磷脂酶Cγ1(phospholipase Cγ1, PLCγ1)通路,生成三磷酸肌醇(inositol 1,4,5-trisphosphate, IP3)与二酰甘油(diacylglycerol, DAG),进而介导钙依赖性肌动球蛋白收缩。VEGFR-2 激活还可上调核因子活化T细胞核因子(nuclear factor of activated T cells, NFAT)与叉头框蛋白O1(forkhead box protein O1, FOXO1)等转录因子,影响内皮细胞存活与稳态。VEGF 诱导的血管通透性反应关键依赖于 Src 激酶家族,VEGFR-2 的 Y949 位点自磷酸化激活 Src,后者磷酸化 VE-钙黏蛋白 Y658/731 位点,促进其与 β-连环蛋白解离及后续内化,破坏内皮黏附连接稳定性。VEGF 还可通过 Vav 鸟嘌呤核苷酸交换因子2(Vav guanine nucleotide exchange factor 2, Vav2)/Rac1 通路诱导 VE-钙黏蛋白磷酸化与内化,削弱黏附连接并形成细胞旁间隙。此外,VEGF 激活磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase, PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B, Akt)/雷帕霉素靶蛋白(mechanistic target of rapamycin, mTOR)信号通路,诱导 VE-钙黏蛋白 Y685、Y731 与 S665 位点磷酸化并促进其内化。这些机制共同介导内皮屏障的短暂开放,允许肿瘤细胞进入循环并定植远端器官。Src 缺陷小鼠中 VEGF 诱导的通透性显著降低,肺转移减少,但原发肿瘤生长未受影响,明确了 VEGF 介导的通透性在促进转移而非单纯肿瘤扩增中的特异性作用。VEGF 信号还可调控紧密连接蛋白(包括 Claudin、闭锁蛋白与 JAMs),进一步破坏内皮屏障完整性,并促进内皮细胞内囊泡-空泡细胞器的形成,为跨细胞通透性提供补充途径,增强肿瘤细胞播散。除直接作用于血管外,VEGF 还深刻影响肿瘤微环境,随着肿瘤进展与缺氧加重,VEGF 表达升高,不仅促进血管生成,还招募并极化肿瘤相关巨噬细胞(tumour-associated macrophages, TAM),促使其从促炎免疫刺激表型(M1样)向免疫抑制促肿瘤表型(M2样)转化,通过分泌前列腺素E2(prostaglandin E2, PGE2)与白细胞介素10(interleukin-10, IL-10)等抑制因子阻碍肿瘤免疫识别与清除,同时分泌基质金属蛋白酶9(matrix metalloproteinase 9, MMP9)降解细胞外基质,促进肿瘤侵袭。肿瘤相关巨噬细胞还是 VEGF 的重要来源,可进一步招募促转移免疫细胞、放大血管生成与通透性,为肿瘤生长与转移播散创造有利微环境。
3.3 血管生成素/TIE2
酪氨酸激酶受体 TIE2 主要表达于内皮细胞,少量表达于血管周细胞、免疫细胞,是血管生成素家族配体的主要信号受体。生理状态下,血管周细胞与血管平滑肌细胞分泌血管生成素1(angiopoietin-1, ANG-1),激活 TIE2 以维持血管静息状态。持续的 ANG-1-TIE2 激活可抑制炎症基因表达、增强皮质肌动蛋白、收紧内皮连接、激活 Rac1 与 p190RhoGAP,同时抑制 RhoA,并通过 PI3K-Akt 信号使转录因子 FOXO1 失活,抑制血管生成素2(angiopoietin-2, ANG-2)基因 ANGPT2 的表达,稳定内皮屏障。肿瘤中关键的分子开关是从 ANG-1 驱动的 TIE2 信号向 ANG-2 结合的转变,ANG-2 虽可与 TIE2 高亲和力结合,但其磷酸化 TIE2 的效率远低于 ANG-1。ANG-1/ANG-2 的平衡是调控内皮稳定性的核心:当 ANG-2 信号占主导时,会诱导 VE-钙黏蛋白 Y685 位点磷酸化,促使 VE-钙黏蛋白与连环蛋白解离并内化,升高通透性。内皮细胞中的 Weibel-Palade 小体储存 ANG-2,可在剪切应力变化、缺氧或炎性细胞因子刺激下快速释放。ANG-2 释放还会形成正反馈环路,通过激活 FOXO1 进一步诱导 ANGPT2 表达,放大血管失稳效应。多种肿瘤中内皮 ANG-2 显著上调,与血管渗漏增加和不良预后相关。持续 ANGPT2 表达还可重编程内皮细胞向炎性、促转移表型转化,促进细胞外基质重塑与周细胞丢失。高 ANG-2 水平的肿瘤血管伴随 VE-钙黏蛋白稳定性下降与周细胞脱落,使血管更易受 VEGF 等介质诱导发生通透性升高与渗漏加剧。此外,ANG-2 还可调节内皮表面受体复合物(如整合素 αVβ3 与 VEGFR2)的信号组成,放大 VEGF 驱动的应答。血管生成素2已成为多种肿瘤侵袭与转移扩散的关键调控因子,抑癌微小RNA miR-145 可通过转录后下调 ANGPT2 发挥胰腺癌抗肿瘤活性,提示 miRNA 介导的基因调控与血管生成信号通路存在机制关联。除已知的血管生成功能外,ANG-2 还通过参与预转移灶脉管系统的结构与功能重塑,促进肺转移定植。多种肿瘤模型中抑制 ANG-2 信号可一致减轻转移进展,凸显了其作为治疗靶点的潜力。
3.4 剪切应力
内皮屏障功能是生化信号级联与机械力复杂互作的结果。生理层流产生的低剪切应力有助于维持内皮屏障紧密关闭。肿瘤血管网络结构紊乱导致血流异常,屏障功能受损。扰动流产生的机械力可激活多个信号通路,最终通过机械敏感性鸟嘌呤核苷酸交换因子激活 RhoA,再经由 ROCK 磷酸化肌球蛋白轻链,产生肌动球蛋白收缩力。收缩力通过 β-连环蛋白与纽蛋白(vinculin)传递至黏附连接,产生向心张力破坏 VE-钙黏蛋白复合物。剪切应力还可极高水平激活 Src,最终触发与 VEGFR-2 激活相似的下游通路。内皮细胞通过机械传感器感知血流动力学剪切应力,其中机械门控阳离子通道 Piezo1 以三聚体形式构成非选择性钙离子通透通道,将胞外机械力转导至细胞内。肿瘤剪切应力下 Piezo1 通道开放,驱动钙内流削弱 VE-钙黏蛋白连接,促进血管通透性升高。循环肿瘤细胞滞留与 Piezo1 机械门控钙通道介导的内皮钙信号改变可引起细胞骨架重塑。血小板内皮细胞黏附分子1(platelet endothelial cell adhesion molecule 1, PECAM1)可与 Piezo1 相互作用并将其引导至细胞间连接,同样作为机械传感器调控黏附连接对剪切应力的应答。Piezo1 还可通过 Yes 相关蛋白1(Yes-associated protein 1, YAP1)及其旁系同源物 TAZ(transcriptional co-activator with PDZ-binding motif)调控通透性。YAP/TAZ 信号可被内皮细胞受到的机械牵张激活,肿瘤血管的混沌血流产生振荡剪切应力,过度激活 Piezo1 并失调 YAP/TAZ 信号,导致黏附连接重塑、内皮炎症、单核细胞黏附与屏障破坏。模拟扰动血流与毛细血管渐进性狭窄的体外模型显示,狭窄通道内的压缩可导致细胞与核形变、染色质状态快速改变及 Piezo1 介导的钙处理增强,与跨内皮侵袭易感性升高相关。因此,靶向肿瘤内皮 Piezo1 可能是控制癌症转移的新兴研究方向。此外,扰动血流还可导致糖萼降解,削弱其对循环肿瘤细胞出血管的保护作用。
3.5 Notch
肿瘤内皮常表达 Jagged2(Jag)与 delta 样经典 Notch 配体4(delta like canonical Notch ligand 4, DLL4)。配体结合后 Notch 受体经连续蛋白水解切割释放 Notch 胞内结构域(Notch intracellular domain, NICD),转位至细胞核与 DNA 结合蛋白 Rbp-jκ 形成转录激活复合物。持续血管内 Notch 信号可通过诱导衰老、促炎内皮表型促进转移,破坏内皮屏障完整性,塑造促转移肿瘤微环境。与对照组相比,表达 Notch1 胞内结构域的人脐静脉内皮细胞中细胞间连接处 VE-钙黏蛋白显著减少,丝状肌动蛋白应力纤维增加,提示内皮细胞接触减弱,与肿瘤相关内皮的特征一致。Notch1 组成性激活可上调 VCAM-1,诱导内皮衰老并增强肿瘤细胞穿越薄弱连接的迁移能力。与之相对,可溶性 DLL4 可通过 cAMP 激活 Notch 信号,促进形成增厚的 VE-钙黏蛋白连接,降低内皮单层 FITC-白蛋白通量,减少大鼠微血管液压传导性,该效应可被蛋白激酶A(protein kinase A, PKA)或 γ-分泌酶抑制剂逆转。高表达 Notch 配体的肿瘤内皮还可驱动反向 Notch 激活,引发中性粒细胞浸润、VCAM-1 介导的肿瘤细胞归巢,形成促进出血管的预转移灶。内皮 Notch 靶基因如 endomucin 缺失会加重通透性,通过转化生长因子β(transforming growth factor-β, TGF-β)/MMP9 招募促转移中性粒细胞,使血行转移独立于原发肿瘤生长。值得注意的是,治疗性 Notch 抑制虽可减少部分肿瘤情境下的新生血管形成,但也可能加重渗漏,体现了其在屏障调控中的情境依赖性双重角色。
3.6 细胞因子
细胞因子是决定转移成功与否的关键因素,主要通过破坏细胞旁通透性发挥作用。白细胞介素6(interleukin-6, IL-6)通过靶向多种基质细胞激活预转移灶。肿瘤来源的细胞外囊泡与颗粒可与高表达整合素 α5 的间质巨噬细胞相互作用,激活 Janus 激酶(Janus kinase, JAK)/信号转导与转录激活因子(signal transducer and activator of transcription, STAT)信号通路,促进巨噬细胞分泌 IL-6。IL-6 随后作用于邻近内皮细胞,升高血管通透性。肺癌患者瘤旁肺组织的间质巨噬细胞中 IL-6 水平显著高于远端肺组织,支持该通路在人类中的活性。白细胞介素22(interleukin-22, IL-22)也是通过组织驻留免疫细胞影响内皮通透性的重要因子,17型不变自然杀伤T细胞(iNKT17细胞)产生的 IL-22 可直接靶向内皮细胞,诱导血管通透性升高与肿瘤细胞跨内皮迁移。IL-22 可触发内皮细胞表面氨肽酶N(aminopeptidase N, CD13)的表达,其诱导内皮通透性的具体机制尚待完全阐明。白细胞介素8(interleukin-8, IL-8/CXCL8)可激活微血管内皮细胞的 CXCR1 与 CXCR2 受体,通过 CXCR2 介导的 Rac 激活引起细胞回缩,升高血管通透性,促进肿瘤细胞穿越内皮。促炎细胞因子还可显著促进内皮-间质转化,既上调间质分化相关基因,又抑制内皮身份基因表达。
4 肿瘤血管通透性正常化的药理学与治疗策略
抗血管生成治疗的初衷是通过切断肿瘤血供“饿死”肿瘤,但后续研究发现该策略可能悖论性地增加转移,且常难以带来持久的临床获益,尤其在血管过度修剪、缺氧加剧的情况下。为应对这些局限,由 Rakesh K. Jain 提出的血管正常化概念逐渐成为更具层次感的策略,其核心是修复而非摧毁肿瘤脉管系统。例如,拮抗过度的 VEGF 信号可短暂恢复更平衡的血管结构,而非驱动广泛的血管消退。在这一“正常化窗口”期内,内皮连接收紧、血管渗漏减少、缺氧与组织间隙液压降低,反映屏障完整性改善与灌注提升。由此带来的血流均一化可促进细胞毒性药物均匀分布,同时减少肿瘤细胞入血与转移细胞出血管。这也部分解释了抗血管生成药物与化疗、内分泌治疗或节拍化疗联合可产生优于单药疗效的现象——正常化的血管是更高效的药物递送通道。然而,单细胞转录组学揭示肿瘤内皮存在高度的个体内与个体间异质性,不同转录状态对内皮正常化的反应性存在差异,导致正常化窗口的出现时间、幅度与持续时间因肿瘤类型、血管表型及给药方案而异。除经典的 VEGF/ANG-1/ANG-2/TIE2 调控外,本节将介绍可用于稳定内皮连接、正常化异常血管并限制入血与转移定植的新兴靶点与通路。本文聚焦于血管通透性与内皮屏障调控的机制与临床前证据,而非系统性评估临床安全性数据,旨在强调肿瘤内皮通透性调控的潜在方向,同时承认任何转化应用都需与临床肿瘤学家共同整合已有的毒性与耐受性认知。
4.1 靶向调控血管通透性的经典信号通路
VEGF/VEGFR 通路是血管正常化最常用的靶点。贝伐珠单抗(bevacizumab)是人源化抗 VEGF-A IgG1 抗体,可在校准剂量下减少血管直径异质性、增强内皮屏障,短暂实现肿瘤血管“正常化”。为最大化协同效应并避免缺氧驱动的耐药,需精准把握给药时机,使化疗在正常的窗口期内实施。VEGFR-2 拮抗剂如 RLYE 四肽(临床前阶段)可通过选择性阻断 VEGFR-2 信号、稳定内皮黏附连接,减少病理性血管渗漏,抑制肿瘤细胞入血与转移播散。这一靶向正常化策略可恢复血管完整性,改善灌注并增强联合化疗药物的递送效率。骨肉瘤研究中,动态对比增强磁共振成像显示贝伐珠单抗单药或联合细胞毒性化疗可在首次给药后24–72小时内快速降低血浆容积分数与容积转移常数,与血管渗漏短暂减少的表现一致。结直肠癌中也报道了类似的血管效应,但化疗的最佳序贯方案仍需优化。
血管生成素/TIE2 系统也成为恢复血管稳定性的重要靶点。多种 ANG-1/ANG-2/TIE2 靶向药物已在实体瘤与血液系统恶性肿瘤中开展评估,包括 Trebananib(III期,未获批)、Rebastinib(I/II期)与 MEDI3617(I/II期)。TIE2 激动剂如蛋白C纳米颗粒(临床前阶段)可稳定内皮细胞连接、增强周细胞覆盖、促进血管静息并调控血管通透性。合成 ANG-1 模拟物 Vasculotide(临床前阶段)可通过减少肿瘤细胞出血管与转移定植,延长有效药物递送窗口。与此同时,ANG-2 抑制剂(I/II期)可抑制免疫抑制微环境,促进细胞毒性 CD8+T 细胞在肿瘤内浸润与活化,与抗 PD-1 等免疫检查点抑制剂联合可将非炎症性“冷肿瘤”转化为免疫原性更强的肿瘤。间接抑制 ANG-2 同样是颇具前景的策略:敲除癌相关成纤维细胞中的基质 Biglycan 可抑制 TNF-α/ANG-2 轴,减少荷瘤小鼠肺转移,降低细胞外基质纤维化并增强免疫浸润,从而促进血管正常化、提升化疗效果。此外,干扰素γ(interferon-γ, IFN-γ)信号可通过 JAK/STAT 通路抑制 ANG-2/TIE2 轴活性,在肺腺癌小鼠模型中实现血管正常化并促进免疫效应功能。
4.2 其他药理学靶点
肿瘤内皮经历深刻的代谢重编程,同时驱动血管生成与过度通透性,因此靶向这一异常代谢成为血管正常化的有力手段。糖酵解激活因子 6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酶3(6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-biphosphatase 3, PFKFB3)的基因或药物抑制(临床前阶段)可降低内皮糖酵解通量,在多种小鼠肿瘤模型中形成更成熟、渗漏更少的脉管系统。阻断 PFKFB3 可收紧内皮连接、促进周细胞静息、减少转移播散并提升化疗疗效,其机制可能与糖酵解减弱促进微血管成熟、加深药物渗透有关。
其他靶点也陆续被发现:基质金属蛋白酶14(matrix metalloproteinase 14, MMP14)缺失(临床前阶段)可增加 VE-钙黏蛋白表达与周细胞覆盖,恢复基底膜完整性,减少血管渗漏与黑色素瘤转移,修复内皮屏障完整性。内皮过表达鞘氨醇1-磷酸受体1(sphingosine-1 phosphate receptor 1, S1P1受体,基因 S1PR1)(临床前阶段)可增强连接复合物稳定性、减少血管迂曲、改善屏障功能,共同抑制肿瘤生长与转移,同时增强化疗与免疫检查点阻断的应答。类似地,叉头框蛋白F1(forkhead box protein F1, FOXF1)过表达(临床前阶段)可激活 Wnt/β-连环蛋白信号,促进周细胞招募并强化 VE-钙黏蛋白连接,稳定血管结构、降低血管通透性与局部缺氧,最终减少转移播散。
稳定内皮也可通过作用于血管微环境的非内皮组分实现。仑伐替尼(lenvatinib,已获批)是多激酶抑制剂,靶向 VEGFR1/2/3、成纤维细胞生长因子受体1–4、RET 与 KIT,同时可抑制甲状腺癌细胞周细胞上的血小板衍生生长因子受体β(platelet-derived growth factor receptor β, PDGFRβ),限制 BRAF 野生型/V600E 甲状腺癌中过度无序的周细胞覆盖,已在体外模型中证实可提升 BRAF 抑制剂为基础的疗法效率。免疫细胞提供了另一层调控:效应 CD4+T 细胞可通过诱导周细胞覆盖、稳定血管、降低通透性调控血管成熟,在乳腺肿瘤小鼠模型中,其存在与肺血管功能改善、转移负荷降低相关。更广泛地说,内皮免疫屏障会阻碍抗肿瘤免疫,而针对血管稳定的治疗可至少部分恢复这一免疫功能。
4.3 联合治疗的兴起
鉴于内皮通透性调控的多因素特性,联合策略尤其具有吸引力。VEGF-A 与血管生成素的双重阻断药物如双抗血管生成蛋白(double anti-angiogenic protein, DAAP,临床前阶段)或 Vanucizumab(II期,阴性结果)可同时抑制 VEGF-A 与 ANG-2,减少不成熟血管萌芽、促进血管成熟,提升化疗与免疫治疗效果、降低血管渗漏与缺氧,进而减少转移风险。联合治疗还可通过直接内皮效应与巨噬细胞重编程降低组织间隙压力。将血管代谢调节剂(如 PFKFB3 抑制剂)与抗 VEGF 治疗联合,可增强血管正常化的程度与质量,进一步减少乳酸生成、渗漏与胶质母细胞瘤模型的转移潜能。
尽管血管正常化前景广阔,但部分研究也指出其具有情境依赖性,并非普适策略。例如比较索拉非尼(已获批)与抗 PD-1 抗体(已获批)在源自高侵袭性与低恶性程度细胞系的乳腺癌移植瘤中的效应,发现低恶性程度肿瘤中两种治疗均降低肿瘤血流灌注与内皮通透性,而在高侵袭性肿瘤中则产生相反效应——增加灌注与通透性。这些发现提示血管正常化受复杂的肿瘤内在特征与微环境因素塑造,限制了其在常规临床实践中的可靠应用。尽管如此,将血管正常化策略(如稳定血管、抑制肿瘤细胞出血管与转移)作为新辅助或辅助治疗,用于预防或治疗早期微转移病灶的联合方案仍在积极研究中,有望取得突破。
联合治疗也可借助靶向纳米医学的发展实现。聚合物与叶酸修饰的金纳米颗粒(AuNPP-FA,临床前阶段)即使不负载细胞毒性药物,也可保护肿瘤内皮,阻断肿瘤释放因子诱导的内皮 Smad2/3 磷酸化,维持高水平的 VE-钙黏蛋白表达并增加周细胞丰度。此外,血管保护性分子可与其它抗癌药物偶联。前药 Nic-A(临床前阶段)设计为在抑制碳酸酐酶IX的同时递送 STAT3 抑制剂 Niclosamide,可同步重塑缺氧、CAIX 富集的血管并抑制促转移信号,减少肿瘤增殖、干性特征与转移播散。纳米技术还可封装难溶性治疗分子(如 Niclosamide),改善溶解度与生物利用度,实现肿瘤血管的位点特异性递送。
这些药理学策略均指向一个共同目标:构建结构更有序、通透性更低的肿瘤脉管系统,既限制肿瘤细胞逃逸,又提升系统治疗的疗效。然而需注意,以完全清除血管为目标的抗血管生成治疗也可能创造缺氧微环境、促进耐药、增加肿瘤复发,并严重损害化疗药物递送与免疫细胞肿瘤内浸润。例如 VEGF 本身具有免疫抑制作用,可干扰树突状细胞成熟、诱导 T 细胞耗竭,而结构紊乱的血管会阻碍 CD8+T 细胞转运。这说明同一类抗血管生成药物若使用得当可恢复免疫浸润,但若剂量过高或疗程过长,也可能通过生成的缺氧/酸性肿瘤微环境杀伤 T 细胞。在临床前胶质母细胞瘤模型中,适当剂量的 VEGF 阻断可改善树突状细胞成熟、减少 T 细胞耗竭标志物,体现了效应的剂量依赖性。而贝伐珠单抗若在短期内过度使用,虽可短暂正常化血管,却会导致 T 细胞浸润低下、肿瘤微环境免疫抑制功能失调,表现为肿瘤血管过度修剪、灌注减少、缺氧微环境恶化