時 欣, 陳 玨
(1. 揚州大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬泰州市第二人民醫(yī)院 腫瘤科, 江蘇 泰州, 225500;2. 揚州大學(xué)附屬醫(yī)院, 江蘇 揚州, 225000)
血管擬態(tài)(VM)是發(fā)生于實體腫瘤內(nèi)的無內(nèi)皮細(xì)胞參與的血管結(jié)構(gòu),由腫瘤細(xì)胞獨立形成,為腫瘤細(xì)胞提供氧氣和營養(yǎng)[1]。盡管眾多學(xué)者在多數(shù)實體瘤樣本中檢測出VM,并證明其與腫瘤的不良預(yù)后相關(guān),且近年來大量的基礎(chǔ)研究也證實了VM的形成及其相應(yīng)機制,但學(xué)術(shù)界仍存在眾多爭議。本研究針對VM相關(guān)的爭議性話題進行回顧性綜述。
VM用于描述腫瘤細(xì)胞“模擬”內(nèi)皮細(xì)胞,形成管狀結(jié)構(gòu)并承載體液傳導(dǎo)功能的過程。作為一種病理性腫瘤血管, VM具有供氧、營養(yǎng)轉(zhuǎn)運和轉(zhuǎn)運細(xì)胞代謝廢物的功能[2]。在腫瘤早期尚無內(nèi)皮依賴性血管長入的階段,上述功能是侵襲性腫瘤早期生長進展的關(guān)鍵保障。目前對VM血管的結(jié)構(gòu)定義為: 腫瘤細(xì)胞與周圍富含糖蛋白的基質(zhì)膜共同形成的管狀結(jié)構(gòu),內(nèi)部可見循環(huán)細(xì)胞[3]。內(nèi)皮依賴性血管和VM可以根據(jù)結(jié)構(gòu)和成分的差異進行CD34/31-PAS的染色以識別和區(qū)分,這一方法已成為VM檢測的標(biāo)準(zhǔn)方式。
自從1999年VM概念首次提出后,多數(shù)學(xué)者已接受VM這一觀點,而部分學(xué)者則對此持質(zhì)疑態(tài)度,認(rèn)為VM只是發(fā)生在腫瘤內(nèi)部的一種空腔結(jié)構(gòu),為誤判的血管結(jié)構(gòu)。一般認(rèn)為, VM的存在是通過腫瘤內(nèi)過碘酸雪夫染色(PAS)陽性且內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)記陰性的血管樣結(jié)構(gòu)而推斷的。因此, VM被認(rèn)為是一種獨立于血管生成之外的腫瘤灌注途徑。然而,有學(xué)者[4]質(zhì)疑這僅僅是腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定和微出血引起的血液積聚的“偽影”結(jié)果,認(rèn)為VM僅僅是組織獲取養(yǎng)分過程中產(chǎn)生的“血池”。但是“血池”與VM確實存在差異。如果VM是光鏡下觀察到的血池,那么紅細(xì)胞就不會被封閉在PAS及管道結(jié)構(gòu)中。部分研究[5]基于腫瘤橫切面上的管腔空間假設(shè)VM的存在,但是不存在PAS及邊界。同樣,弱PAS染色可以排除基質(zhì)膜的存在,從而判斷為血池[6]。研究[7]報道在多數(shù)實體瘤樣本中存在含有紅細(xì)胞的PAS(+)/CD31(-)結(jié)構(gòu)。這些研究證明了VM[PAS(+)/CD31(-)]和血管[PAS(+)/CD31(+)]在同一區(qū)域內(nèi)的存在。SCULLY S等[8]及其同事對膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的研究顯示, CD31、CD34和/或血管內(nèi)皮(VE)-鈣黏蛋白陽性(內(nèi)皮依賴性血管)和陰性(VM)管腔結(jié)構(gòu)的存在; 這項研究還表明,內(nèi)皮依賴性血管呈現(xiàn)α-平滑肌肌動蛋白陽性,而VM結(jié)構(gòu)中則表現(xiàn)為陰性。這些文獻證明實體腫瘤中存在VM。
目前為絕大部分學(xué)者所接受的VM檢測為內(nèi)皮細(xì)胞表面標(biāo)記物CD31或者CD34的免疫組化染色聯(lián)合基質(zhì)膜的PAS化學(xué)染色,在此基礎(chǔ)上確認(rèn)觀察到含有紅細(xì)胞的PAS(+)/CD31(-)的空腔結(jié)構(gòu)為VM。然而,部分學(xué)者對此尚有爭議。腫瘤細(xì)胞具有分泌大量黏蛋白的能力,由此造成PAS染色陽性,但這并不意味著它們正在形成管狀結(jié)構(gòu)。MANIOTIS A J等[9]通過電鏡掃描證實VM內(nèi)部存在血液成分。因此,在缺乏可靠的VM生物標(biāo)志物的情況下, PAS(+)和經(jīng)典EC標(biāo)志物(如鈣黏蛋白、CD34或CD31)的結(jié)合,加上明確定義的管腔中的紅細(xì)胞,應(yīng)該是目前VM檢測的最佳標(biāo)準(zhǔn)。
大量研究[10]表明VM與腫瘤患者生存率的降低有關(guān),VM在腫瘤組中的檢出往往提示較短的總生存期(OS)或無進展生存期(PFS)。一項Meta分析研究[11]比較了20種不同病理類型腫瘤中VM(+)和VM(-)的OS水平,除滑膜肉瘤外,其余19種腫瘤證實VM(+)與OS降低有關(guān),其中卵巢癌和結(jié)直腸癌中VM陽性對生存期的影響最明顯。在眼眶橫紋肌肉瘤和腎上腺皮質(zhì)樣癌中同樣觀察到類似的差異[12-13]。有PAS(+)結(jié)構(gòu)的胃癌患者易出現(xiàn)較高的組織學(xué)分級、轉(zhuǎn)移、遠(yuǎn)處復(fù)發(fā)和OS下降[14]。同樣, VM(+)前列腺癌患者與Gleason評分、術(shù)前前列腺特異性抗原(PSA)水平、病理分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移相關(guān)。迄今為止,關(guān)于VM與其臨床價值的研究主要集中在中國人群,部分分散性研究則涉及歐洲、日本、北美和泰國人群。腫瘤發(fā)病率及腫瘤類型在特定人群中具有明顯的差異,因此在擴大人種情況下VM對腫瘤預(yù)后的影響需要進一步研究。總之,目前多數(shù)研究認(rèn)為VM常見于高度侵襲性腫瘤,并與不良預(yù)后相關(guān)。因此,針對這一特異性細(xì)胞亞群的深入研究可能有助于改善患者的生存獲益。
并非所有惡性實體腫瘤都能檢測出VM。研究[15]顯示,由于腫瘤病理類型的差異以及研究標(biāo)準(zhǔn)的差異, VM在不同病理類型惡性腫瘤中的陽性檢測率在5.0%~65.0%; VM的平均陽性率約為29.0%, 其中膠質(zhì)母細(xì)胞瘤在所有腫瘤類型中的檢出率最高(65.9%), 同時膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者的VM類型也具有顯著的異質(zhì)性。有研究報道膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者樣本中VM(+)檢出率為65.9%, 然而兩個類似的研究報告膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中VM陽性率為26.0%[16]和16.0%[17]。顯然,患者和/或腫瘤特征(如腫瘤分期或組織學(xué)分級)可能是導(dǎo)致VM陽性率的影響因素。
在所有體內(nèi)腫瘤模型中,小鼠異種移植是VM研究的標(biāo)準(zhǔn)。在一項基礎(chǔ)研究[18]中,將人乳腺癌細(xì)胞移植于小鼠皮下,通過蘇木精-伊紅(HE)染色,可能會導(dǎo)致將VM誤解為腫瘤內(nèi)出血引起的血池。同樣,在前列腺小鼠皮下移植瘤中,利用HE染色聯(lián)合PSA染色將內(nèi)皮依賴性血管誤判為VM[19]。有研究[3, 20]首次使用PAS(+)/CD34(-)組合在B16黑色素瘤小鼠皮下移植模型中,該研究證實了PAS/CD34雙染色結(jié)合管腔中紅細(xì)胞的存在這一經(jīng)典方法在VM判斷中的價值,為后續(xù)VM的研究提供了標(biāo)準(zhǔn)參考。在此研究之后,多個研究[18, 21]報道PAS(+)/CD31(-)或PAS(+)/CD34(-)(VM)結(jié)構(gòu),這些研究提供了PAS(+)/CD31(-)染色結(jié)構(gòu)的確鑿證據(jù),這些結(jié)構(gòu)的管腔中也含有紅細(xì)胞。然而,在某些情況下,低質(zhì)量或低分辨率圖像未能證明紅細(xì)胞的狀態(tài)或存在。
目前尚無體內(nèi)鑒定VM的方法。PAS(+)染色不能保證VM的存在,因此迫切需要區(qū)分VM和血池的新的生物標(biāo)志物。作為潛在的生物標(biāo)記物, BAJCSY P等[22]使用3D Z-stack重建來識別轉(zhuǎn)移性眼色素層黑色素瘤樣本中的層黏連蛋白和CD34的腫瘤內(nèi)結(jié)構(gòu)。最近的一項研究使用泛層黏連蛋白抗體和EC結(jié)合凝集素來鑒定人膠質(zhì)母細(xì)胞移植瘤中的VM結(jié)構(gòu)[23], 該研究證明了凝集素陽性管狀結(jié)構(gòu)的存在。上述結(jié)果表明,這些管狀結(jié)構(gòu)的黏蛋白含量和組成可能有很大差異。因此,未來的研究將致力于識別CD31(-)血管內(nèi)的特異性黏蛋白,可能是特異性凝集素或其他細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)成分,從而改進目前的VM識別方法。
許多研究提示MMPs在VM中的作用。SOOD A K等[24]首次證明VM(+)與卵巢癌樣本中金屬蛋白酶MMP-1、MMP-2、MMP-9、MMP-14的表達存在相關(guān)性。這些研究也報道了VM(+)與層黏連蛋白-5T-2的關(guān)系。MMPs和層黏連蛋-5T-2是黑色素瘤形成VM必需的蛋白結(jié)構(gòu)[25]。在前列腺癌中,VM(+)與層黏連蛋白和整合素α6β1相關(guān)[26], 在間皮肉瘤和肺泡橫紋肌肉瘤中與Ⅳ型膠原纖維相關(guān)[11]。2008年DEMOU Z N[27]報道VM(+)與整合素α3亞單位的存在有關(guān)。由于體外VM僅發(fā)生在ECM替代物上,因此可以合理地假設(shè)該過程需要通過MMPs進行ECM重塑。
HESS A R等[28]研究首次涉及PI3K-AKT通路與VM的關(guān)系。隨后,該研究團隊提出黏著斑激酶(FAK)參與VM形成的分子機制。FAK是PI3K通路的上游成分和整合素信號通路的重要成分[29-30]。兩項相關(guān)研究[31-32]表明, VM結(jié)構(gòu)分別與黑色素瘤和膽囊癌中的AKT[31]或MMPs、PI3K、FAK[32]相關(guān)。目前。學(xué)術(shù)界已普遍認(rèn)為, PI3K通路是VM形成的確切分子信號,這也為將來干預(yù)治療的可能性提供了機會。
由于VM是腫瘤細(xì)胞模擬血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生具有循環(huán)功能的血管樣結(jié)構(gòu),因此多數(shù)學(xué)者猜測它們具有共同的信號通路。然而, VM與血管生成的關(guān)系是一個有爭議的話題。研究[8, 18]報道血管生成信號通路在VM中起作用, VM(+)與腫瘤標(biāo)本中血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)或血小板衍生生長因子受體β(PDGFRβ)的表達相關(guān)。另一個與VM相關(guān)的因子是缺氧誘導(dǎo)因子1α, 其廣泛參與促血管生成途徑的相關(guān)分子信號的刺激與活化[33-34]。然而,與此形成鮮明對比的是,一些報告[23, 35-36]表明抗血管生成治療如抗血管內(nèi)皮生長因子或其受體的治療對VM形成沒有影響,甚至?xí)龠MVM的形成,這表明血管生成與VM形成過程中活化信號的不一致性。事實上,在抑制血管生成信號過程中可能會誘導(dǎo)促VM信號,這些信號能夠促進腫瘤細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)變及惡化[32, 37-38]。顯然,目前對VM及血管生成中的共同信號通路尚缺乏精確的研究依據(jù)。
抗體抑制實驗[39]表明,組織因子途徑抑制物-2(TFPI-2)在體外是VM所必需的,阻斷TFPI-2可以抑制MMP2的激活。但這是否表明凝血級聯(lián)參與VM, 或這些蛋白質(zhì)的非穩(wěn)態(tài)作用可能參與了VM的信號活化,具體的分子機制尚需要進一步研究。鑒于VM是一種具有循環(huán)功能的管狀結(jié)構(gòu),VE鈣黏蛋白(VE-CAD)與VM的相關(guān)性也在多數(shù)研究中有所報道[40]。VE鈣黏蛋白是血管內(nèi)皮細(xì)胞[41]中穩(wěn)定表達的跨膜蛋白。HENDRIX M J C等[42]研究證實了VE-CAD在黑色素瘤細(xì)胞VM形成中的作用。有研究[43-44]報道,在黑色素瘤中VE-CAD促進血管內(nèi)皮生長因子受體-1(VEGFR-1)信號傳導(dǎo),進而促進PI3K/PKC通路的信號活化,對VM的信號啟動至關(guān)重要。Wnt信號通路和上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)通常與腫瘤、血管生成和發(fā)育有關(guān),也與VM的形成有關(guān)[45-46]。Wnt3a和β-連環(huán)蛋白被證明能增加結(jié)腸癌中VM的形成[47]。腫瘤細(xì)胞的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化是腫瘤細(xì)胞惡性表型轉(zhuǎn)變的一種方式,研究[48-49]證明EMT參與VM形成,在EMT過程中, Slug、Snail和Twist被證實與VM形成相關(guān)。
抗血管生成目前被廣泛應(yīng)用于實體瘤的治療,并給患者帶來了實質(zhì)性獲益。然而,抗血管生成往往不單獨使用,在抑制腫瘤生長方面尚缺乏有力證據(jù),這可能與腫瘤細(xì)胞通過替代/代償途徑、血管協(xié)同或VM形成[37]來補償血管生成抑制有關(guān)。作者推測VM在腫瘤的發(fā)生和抗血管生成治療的逃逸中起著關(guān)鍵作用。研究VM發(fā)生的確切分子機制,有助于開發(fā)生物標(biāo)記物、藥物發(fā)現(xiàn)和對抗血管生成難治性患者進行更有效的治療。