肿瘤血管生成的分子机制常用研究方法课件.ppt
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1、肿瘤血管生成的分子机制肿瘤血管生成的分子机制及常用研究方法及常用研究方法2021/2/61 肿瘤血管生成的分子机制及常用研究方法肿瘤血管生成的分子机制及常用研究方法主要内容主要内容:第一节第一节 肿瘤血管生成的基本过程肿瘤血管生成的基本过程第二节第二节 肿瘤微血管形态和生物学特性肿瘤微血管形态和生物学特性第三节第三节 肿瘤血管生成的调控机制肿瘤血管生成的调控机制第四节第四节 抗血管生成疗法在肿瘤治疗中的应用抗血管生成疗法在肿瘤治疗中的应用第五节第五节 肿瘤血管生成常用研究方法肿瘤血管生成常用研究方法 2021/2/62 人体肿瘤大部分为实体瘤。实体瘤瘤组织由瘤人体肿瘤大部分为实体瘤。实体瘤瘤组
2、织由瘤细胞和间质构成细胞和间质构成,后者主要包括血管、淋巴管、结缔后者主要包括血管、淋巴管、结缔组织、炎细胞及细胞外基质等成分。其中血管和结组织、炎细胞及细胞外基质等成分。其中血管和结缔组织起营养、支持瘤细胞的作用。缔组织起营养、支持瘤细胞的作用。肿瘤内的新生血管和淋巴管分别通过血管生肿瘤内的新生血管和淋巴管分别通过血管生成成(angiogenesis)和淋巴管生成和淋巴管生成(1ymphangiogenesis)实现的,并在肿瘤的生长和扩散实现的,并在肿瘤的生长和扩散(侵袭和转移侵袭和转移)中起中起重要作用。重要作用。2021/2/63 已有研究证明已有研究证明,肿瘤血管生成活跃程度对肿瘤血
3、管生成活跃程度对组织病理分级、放射治疗以及在预后判断上组织病理分级、放射治疗以及在预后判断上都有重要的评估价值。都有重要的评估价值。2021/2/642021/2/652021/2/662021/2/672021/2/68 第一节第一节 肿瘤血管生成的基本过程肿瘤血管生成的基本过程一、血管生成现象一、血管生成现象 19451945年年AlgireAlgire提出了提出了“肿瘤血管生成肿瘤血管生成(tumor angiogenesis)”或或“血管新生化血管新生化(neovasclarzation)”概概念。对血管生成重要性的认识念。对血管生成重要性的认识,特别是提出特别是提出“肿瘤肿瘤生长依赖
4、于血管生成生长依赖于血管生成”观点,始于观点,始于19711971年年Folkman对肿瘤血管生成的研究报道。对肿瘤血管生成的研究报道。2021/2/692021/2/610 血管生成血管生成是指活体组织在已存在的微血管是指活体组织在已存在的微血管床上芽生出新的以毛细血管为主的血管系统的床上芽生出新的以毛细血管为主的血管系统的过程。有别于胚胎时期由早期内皮细胞分化形过程。有别于胚胎时期由早期内皮细胞分化形成新血管的过程即血管形成成新血管的过程即血管形成(vasculogenesis)。2021/2/611二肿瘤血管生成的基本过程二肿瘤血管生成的基本过程(一一)血管生成的基本步骤血管生成的基本步
5、骤:血管生成因子的产生过多使之与抑制因子失衡血管生成因子的产生过多使之与抑制因子失衡,导导致内皮细胞激活,产生血管生成表型致内皮细胞激活,产生血管生成表型;2021/2/612血管部位细胞外基质改变、基底膜降解血管部位细胞外基质改变、基底膜降解,内皮细胞芽生、增殖和迁移内皮细胞芽生、增殖和迁移;新生内皮细胞索形成管新生内皮细胞索形成管状毛细血管襻及管腔状毛细血管襻及管腔;新生血管管腔的贯通。新生血管管腔的贯通。2021/2/613(二二)肿瘤血管生成的过程肿瘤血管生成的过程1 1肿瘤生长的阶段性肿瘤生长的阶段性 无血管期无血管期(avascular phase)(avascular phase
6、)或称血管前期或称血管前期(prevascular phase)(prevascular phase)肿瘤直径不超过肿瘤直径不超过1 12mm 2mm 血管期血管期(vascular phase)(vascular phase)肿瘤迅速生长并发生转移肿瘤迅速生长并发生转移 2021/2/6142021/2/6152.2.肿瘤血管的起源肿瘤血管的起源 肿瘤中的血管可能有肿瘤中的血管可能有3 3种来源种来源:血管生成血管生成:以两种方式发生以两种方式发生,一是肿瘤细胞团先处于一是肿瘤细胞团先处于无血管期生长无血管期生长,后因缺氧而产生大量血管生成因子,后因缺氧而产生大量血管生成因子,从而诱导血管生
7、成从而诱导血管生成;另一种是瘤细胞先依赖宿主组织另一种是瘤细胞先依赖宿主组织已存在的血管生长,继而出现瘤内血管消退,然后再已存在的血管生长,继而出现瘤内血管消退,然后再因缺氧诱导血管生成因子作用而发生血管生成。因缺氧诱导血管生成因子作用而发生血管生成。血管套叠性生长血管套叠性生长2021/2/616内皮祖细胞内皮祖细胞(endot helial progenitor cell,EPC)EPC 为为血管内皮细胞的前体细胞血管内皮细胞的前体细胞,参与胚胎的血管生成参与胚胎的血管生成,也称也称为成血管细胞。为成血管细胞。EPC 主要来源于骨髓主要来源于骨髓,表达表达CD133、CD34和和VEGFR
8、2。3 3肿瘤血管生成的过程肿瘤血管生成的过程 瘤细胞和巨噬细胞瘤细胞和巨噬细胞血管生成因子血管生成因子(VEGF)(VEGF)等等小血小血管或毛细血管伸展管或毛细血管伸展内皮细胞迁移形成毛细血管芽内皮细胞迁移形成毛细血管芽新生毛细血管形成并连通。新生毛细血管形成并连通。2021/2/6172021/2/6182021/2/6192021/2/620 第二节第二节 肿瘤微血管形态和生物学特性肿瘤微血管形态和生物学特性 肿瘤微血管不仅在形态上不同于正常血管肿瘤微血管不仅在形态上不同于正常血管,而且而且在生物学功能上也有其特殊性。在生物学功能上也有其特殊性。一肿瘤微血管形态表现一肿瘤微血管形态表现
9、 肿瘤组织内新生的微血管一般遍布整个肿瘤组织,肿瘤组织内新生的微血管一般遍布整个肿瘤组织,但分布上并不均一。血管生成最活跃、微血管密度最但分布上并不均一。血管生成最活跃、微血管密度最高的区域被称为所谓高的区域被称为所谓“血管热点区血管热点区”(hot spots)(hot spots),这也是进行肿瘤微血管密度测定的选择区域。很多肿这也是进行肿瘤微血管密度测定的选择区域。很多肿瘤的微血管新生主要分布在肿瘤生长活跃的边缘。瘤的微血管新生主要分布在肿瘤生长活跃的边缘。2021/2/621 肿瘤的新生血管肿瘤的新生血管分布上常常无规律分布上常常无规律,分支紊乱,分支紊乱,管腔不规则,表现为狭窄、扩张
10、或扭曲。新生血管呈管腔不规则,表现为狭窄、扩张或扭曲。新生血管呈血窦状、条索状,管壁薄,甚至仅有一层内皮细胞血窦状、条索状,管壁薄,甚至仅有一层内皮细胞;或管壁很厚,但或管壁很厚,但结构上仍然不完善结构上仍然不完善。内皮细胞比较幼。内皮细胞比较幼稚,细胞间常有裂隙,且稚,细胞间常有裂隙,且缺乏基底膜缺乏基底膜,有时血管外的,有时血管外的肿瘤细胞可直接与血管管腔相连。肿瘤细胞可直接与血管管腔相连。肿瘤血管的结构缺陷是这些血管具有高通透性的肿瘤血管的结构缺陷是这些血管具有高通透性的结构基础,也是肿瘤转移途径之一。不同类型肿瘤间结构基础,也是肿瘤转移途径之一。不同类型肿瘤间质血管没有本质区别,但在形
11、态和数量上却有不同。质血管没有本质区别,但在形态和数量上却有不同。2021/2/622 生长活跃的恶性肿瘤常富于血管。如内分泌肿生长活跃的恶性肿瘤常富于血管。如内分泌肿瘤、肾癌、骨肉瘤、绒毛膜癌、破骨细胞瘤、胶质瘤、肾癌、骨肉瘤、绒毛膜癌、破骨细胞瘤、胶质母细胞瘤和肝细胞癌等。母细胞瘤和肝细胞癌等。不同肿瘤血管的形态又有一定的差异不同肿瘤血管的形态又有一定的差异,如胶质如胶质母细胞瘤中新生血管不仅丰富,而且内皮细胞呈不母细胞瘤中新生血管不仅丰富,而且内皮细胞呈不同程度的增生、肥大同程度的增生、肥大;绒毛膜癌、肝细胞癌等血管绒毛膜癌、肝细胞癌等血管呈壁薄、明显扩张的血窦。呈壁薄、明显扩张的血窦。
12、2021/2/623v总之总之,肿瘤微血管形态特点是肿瘤微血管形态特点是:遍布整个肿瘤组织,但遍布整个肿瘤组织,但分布不均一,无规律,分支紊乱分布不均一,无规律,分支紊乱;管腔不规则,结构管腔不规则,结构上不完善;内皮细胞比较幼稚,细胞间常有裂隙,且上不完善;内皮细胞比较幼稚,细胞间常有裂隙,且缺乏基底膜,有时血管外的肿瘤细胞可直接与血管管缺乏基底膜,有时血管外的肿瘤细胞可直接与血管管腔相连。腔相连。2021/2/624 肿瘤血管的结构缺陷是其具有高通透性的结构肿瘤血管的结构缺陷是其具有高通透性的结构基础基础,也是肿瘤转移途径之一。也是肿瘤转移途径之一。二、肿瘤微血管的生物学特性二、肿瘤微血管
13、的生物学特性 低反应性低反应性 高通透性高通透性 低供氧能力低供氧能力 2021/2/625 第三节第三节 肿瘤血管生成的调控机制肿瘤血管生成的调控机制一、血管生成因子一、血管生成因子(一一)VEGF及其受体家族及其受体家族(二二)细胞外基质与基质金属蛋白酶细胞外基质与基质金属蛋白酶(三三)Ets家族成员家族成员(四四)纤维母细胞生长因子纤维母细胞生长因子(FGF)家族及其受体家族及其受体(五五)血小板源内皮细胞生长因子血小板源内皮细胞生长因子(PD-ECGF)(六)其它血管生成因子(六)其它血管生成因子2021/2/626v二二.血管生成抑制因子血管生成抑制因子v(一)大分子蛋白前体酶解片段
14、(一)大分子蛋白前体酶解片段v (二二)细胞因子细胞因子v(三)丝氨酸蛋白酶抑制剂(三)丝氨酸蛋白酶抑制剂v(四)组织金属蛋白酶抑制剂(四)组织金属蛋白酶抑制剂v(五)抑癌基因(五)抑癌基因2021/2/6272021/2/628 肿瘤血管生成受多种血管生成因子肿瘤血管生成受多种血管生成因子(angiogenic factors)和血管生成抑制物和血管生成抑制物(angiogenesis inhibitors)的调控。肿瘤细胞、内皮细胞和巨噬细胞受缺氧刺的调控。肿瘤细胞、内皮细胞和巨噬细胞受缺氧刺激等使局部微环境发生变化的因素作用而合成和释激等使局部微环境发生变化的因素作用而合成和释放大量血管
15、生成因子从不同环节促进血管生成。组放大量血管生成因子从不同环节促进血管生成。组织中同时也存在内源性血管生成抑制因子织中同时也存在内源性血管生成抑制因子,对血管对血管生成起抑制作生成起抑制作用。用。2021/2/629一、血管生成因子一、血管生成因子 血管生成的始动需要血管生成因子。一系列血管血管生成的始动需要血管生成因子。一系列血管生成因子、细胞因子、细胞外基质和黏附分子及其抑生成因子、细胞因子、细胞外基质和黏附分子及其抑制物制物,以及代谢性和机械性因子均参与了血管生成过程。以及代谢性和机械性因子均参与了血管生成过程。(一一)血管内皮生长因子(血管内皮生长因子(VEGFVEGF)及其受体家族)
16、及其受体家族 1 1血管内皮生长因子家族血管内皮生长因子家族 血管内皮生长因子血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)又称血管通透)又称血管通透性因子性因子(vascular permeability factor,VPF),为分子量,为分子量34-34-45kD45kD的同源二聚体糖蛋白。的同源二聚体糖蛋白。2021/2/630 VEGF VEGF基因通过转录水平的剪切基因通过转录水平的剪切,可产生可产生5 5种变异体,种变异体,即即VEGF206VEGF206、VEGFl89VEGFl89、VEGFl65VEGFl65、VEGFl4
17、5VEGFl45和和VEGFl21VEGFl21,分别由分别由206206、189189、165165、145145和和121121个氨基酸组成。其中个氨基酸组成。其中以以VEGF165VEGF165最具特征性,其次是最具特征性,其次是VEGF121VEGF121二者均为可溶性二者均为可溶性分泌蛋白,扩散力强,易于到达靶细胞。分泌蛋白,扩散力强,易于到达靶细胞。2021/2/631近年又发现其他一些与近年又发现其他一些与VEGFVEGF功能相似、结构上有一定功能相似、结构上有一定同源性的多肽因子同源性的多肽因子,包括胎盘生长因子包括胎盘生长因子(placentor growth factor,
18、PIGF),VEGF-B(VEGF(VEGF相关因子,相关因子,VEGF-related factor,VRF),VEGF-C(VEGF(VEGF相关蛋相关蛋白,白,VEGF-related protein,VRP),以及,以及VEGF-DFIGF和和VEGF-E等成员,它们共同构成等成员,它们共同构成VEGFVEGF家族。家族。VEGF主要由血管周围的细胞产生,并通过旁分泌机主要由血管周围的细胞产生,并通过旁分泌机制作用于内皮细胞,在促进血管形成、抑制内皮细胞制作用于内皮细胞,在促进血管形成、抑制内皮细胞的凋亡及提高血管通透性等方面发挥重要作用。的凋亡及提高血管通透性等方面发挥重要作用。20
19、21/2/6322 2VEGFVEGF受体类型受体类型:VEGF:VEGF只有与其特异性受体结合后才只有与其特异性受体结合后才能发挥生物学功能。目前能发挥生物学功能。目前,已鉴定并克隆出已鉴定并克隆出3 3种受体,种受体,即即VEGFVEGF受体受体l(VEGFR-1,又称,又称flt-1)、VEGF受体受体2 2(VEGFR-2,又称,又称flk-1或或KDR)及及VEGF受体受体3(VEGFR-3又称又称flt-4),),均属酪氨酸激酶受体,称为均属酪氨酸激酶受体,称为FltFlt家族。家族。前两种受体一般只表达于血管内皮细胞表面,前两种受体一般只表达于血管内皮细胞表面,但偶尔在其它类型细
20、胞,如肿瘤细胞中也有表达但偶尔在其它类型细胞,如肿瘤细胞中也有表达;2021/2/633Flt-4Flt-4在胎儿早期静脉的内皮细胞上呈一过性表达在胎儿早期静脉的内皮细胞上呈一过性表达,胎儿后期和出生后的内皮细胞则不再表达胎儿后期和出生后的内皮细胞则不再表达;在成人在成人Flt-4Flt-4只在淋巴管的内皮细胞上表达。由于只在淋巴管的内皮细胞上表达。由于FltFlt家族家族基因的表达部位不同基因的表达部位不同,其配体的结合部位也不同。其配体的结合部位也不同。早期血管的形成需要早期血管的形成需要VEGFVEGF的调节,它们与内皮的调节,它们与内皮细胞上相应的酪氨酸激酶受体结合,引起内皮细胞细胞上
21、相应的酪氨酸激酶受体结合,引起内皮细胞分裂和分化,并形成管腔样结构。分裂和分化,并形成管腔样结构。2021/2/634 在胚胎发育过程中在胚胎发育过程中,VEGF(,VEGF(主要是主要是VEGF-A)VEGF-A)通过通过其受体其受体VEGFR-1(Flt-1)VEGFR-1(Flt-1)和和VEGFR-2(Flk-1VEGFR-2(Flk-1KDR)KDR)促进促进内皮分化、增殖、迁移和原始血管形成。内皮分化、增殖、迁移和原始血管形成。由新形成的内皮组装成管腔样结构需要由新形成的内皮组装成管腔样结构需要VEGFR-1VEGFR-1的表达和激活,而的表达和激活,而VEGFR-3VEGFR-3
22、的表达与内皮细胞形成静的表达与内皮细胞形成静脉或淋巴管有关。脉或淋巴管有关。2021/2/635 VEGF VEGF不仅是内皮细胞特异的强效有丝分裂原不仅是内皮细胞特异的强效有丝分裂原,而且能促进内皮细胞产生并调节纤溶酶原激活物而且能促进内皮细胞产生并调节纤溶酶原激活物及其抑制因子及其抑制因子;增加血管通透性等特性,在血管生增加血管通透性等特性,在血管生成中发挥重要作用。成中发挥重要作用。VEGFVEGF在几乎所有的人体肿瘤和肿瘤细胞株中皆在几乎所有的人体肿瘤和肿瘤细胞株中皆有过表达。有过表达。VEGFVEGF及其受体在肿瘤中的表达常与肿及其受体在肿瘤中的表达常与肿瘤分化程度密切相关。大多数实
23、体瘤瘤分化程度密切相关。大多数实体瘤VEGFVEGF基因均基因均有过表达,有过表达,VEGF165 VEGF165、VEGF121VEGF121两种两种VEGFVEGF最常见。最常见。2021/2/636 在在VEGFVEGF家族中家族中,VEGF-C,VEGF-C和和VEG-DVEG-D既可诱导血管生既可诱导血管生成,又可诱导淋巴管生成。已有研究报道,人体多成,又可诱导淋巴管生成。已有研究报道,人体多种肿瘤细胞高表达种肿瘤细胞高表达VEGF-CVEGF-C。体内转基因实验也证实,。体内转基因实验也证实,肿瘤细胞肿瘤细胞VEGF-CVEGF-C的高表达能选择性地诱导肿瘤组织的高表达能选择性地诱
24、导肿瘤组织淋巴管生成。淋巴管生成。肿瘤组织中的肿瘤组织中的VEGF-CVEGF-C和和VEGF-DVEGF-D还来源于浸润的巨还来源于浸润的巨噬细胞。噬细胞。2021/2/637 缺氧是许多细胞系产生缺氧是许多细胞系产生VEGF的一个强烈的诱导因的一个强烈的诱导因子。子。离体条件下离体条件下,葡萄糖缺乏亦是葡萄糖缺乏亦是VEGF表达的诱因。表达的诱因。VEGF在肿瘤坏死灶周边常呈强表达。在肿瘤坏死灶周边常呈强表达。肿瘤中诱生型一氧化氮合酶肿瘤中诱生型一氧化氮合酶(iNOS)(iNOS)表达水平常表达水平常与与VEGFVEGF呈正相关,呈正相关,NONO与与VEGFVEGF之间具有相互调节作用。
25、之间具有相互调节作用。多种癌基因的激活通过上调多种癌基因的激活通过上调VEGFVEGF表达而诱导血管表达而诱导血管生成,失活的抑癌基因生成,失活的抑癌基因(如突变型如突变型p53p53基因基因)也参与了也参与了VEGFVEGF介导的血管生成过程。介导的血管生成过程。2021/2/6382021/2/6392021/2/6402021/2/6412021/2/642(二二)细胞外基质与基质金属蛋白酶细胞外基质与基质金属蛋白酶1.1.细胞外基质细胞外基质:人体各种组织均由细胞外基质人体各种组织均由细胞外基质(extra cellular matrix,ECM)构成支架,根据其构成支架,根据其分布部
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