Mecanismos moleculares y avances en la investigación de la angiogénesis.
La angiogénesis por brote (SA) significa que los vasos sanguíneos tumorales se originan a partir de células endoteliales existentes y forman nuevos capilares tumorales a través de la gemación. SA es la angiogénesis tumoral más temprana reconocida y sus pasos principales incluyen la proliferación y migración de células endoteliales vasculares y la formación de estructuras vasculares tubulares. SA está regulado por una variedad de factores, entre los cuales la vía del factor de crecimiento endotelial vascular/receptor del factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF/VEGFR) es una vía de señalización importante que guía los vasos sanguíneos del huésped hacia los tumores, y las células periféricas también pueden participar en este proceso. [1]. El factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF)-A induce la dilatación de los capilares existentes y aumenta la permeabilidad vascular, provocando la extravasación de proteínas plasmáticas y formando una matriz temporal, que es beneficiosa para la migración de las células endoteliales y la posterior formación de la luz. VEGF-A también puede inducir la proliferación de células endoteliales, aumentar la producción de metaloproteinasas y activadores del plasminógeno y degradar la matriz extracelular que dificulta la migración de las células endoteliales [2]. La angiopoyetina-2 producida y liberada por las células endoteliales puede antagonizar la actividad de la Ang-1 al actuar sobre el receptor TIE-2 en la superficie de las células endoteliales, inhibiendo la interacción entre las células periféricas y las células endoteliales, retrasando así la maduración del nuevo capilar. red. . Diferentes citocinas implicadas en la regulación de SA pueden interactuar entre sí. Por ejemplo, el factor de crecimiento de fibroblastos básico (FGF) puede unirse directamente y activar el receptor 1 del factor de crecimiento de fibroblastos básico presente en la superficie de las células endoteliales, induciendo la formación de proteasas y la migración y proliferación de células endoteliales [3]. Sigue siendo controvertido si este efecto está mediado por VEGF-A autocrino inducido por FGF-2 en células endoteliales.
2. Angiogénesis anidada
La angiogénesis intususceptiva (IA) es la inserción de estructuras columnares intersticiales en la luz de los vasos sanguíneos existentes, provocando que la luz de los vasos sanguíneos originales se divida. formando nuevos vasos sanguíneos. Esta angiogénesis se descubrió por primera vez en el desarrollo pulmonar y ahora se ha demostrado que está presente en casi todos los órganos, así como en la reparación de tejidos y la angiogénesis tumoral [1]. En este proceso, primero, dos membranas celulares endoteliales opuestas entran en contacto, formando una unión endotelial en el borde de su contacto; luego las membranas celulares en la superficie de contacto se vuelven más delgadas y luego la presión generada por el citoplasma las abre y las divide; en dos vasos sanguíneos, finalmente, las células mesenquimales compuestas de fibroblastos y pericitos forman estructuras de tejido columnares o en forma de varilla que llenan el espacio entre dos nuevos vasos sanguíneos. La IA forma vasos sanguíneos más rápido que la SA. No requiere la proliferación de células endoteliales y solo necesita crecer y adelgazarse. Por lo tanto, la mayoría de los tumores forman rápidamente vasos sanguíneos de esta manera [4].
El mecanismo molecular de la IA no está claro, pero los aumentos en la fuerza de corte y la velocidad del flujo sanguíneo pueden desempeñar un papel importante en este proceso. Las células endoteliales pueden detectar el estrés cortante y sufrir una conversión de señales dentro de las células, lo que da como resultado una mayor expresión del factor de crecimiento transformante β1, la óxido nítrico sintasa endotelial y las moléculas de adhesión [5]. La mayoría de las citocinas implicadas en las interacciones endotelial-endotelial o endotelial-pericito están relacionadas con la IA: en la membrana alantoidea del embrión de pollo, el factor de crecimiento derivado de plaquetas B potencia la IA, mientras que los anticuerpos anti-receptor del factor de crecimiento derivado de plaquetas inhiben la IA y el reclutamiento de pericitos. Los poros característicos de IA también se pueden observar en el plexo capilar de ratones transgénicos que sobreexpresan VEGF-A y Ang-1. La eritropoyetina también puede inducir la proliferación y migración de células endoteliales, principalmente a través de IA, para formar vasos sanguíneos en la membrana alantoidea de embriones de pollo [6].
30% de reclutamiento de células vasculares
Los angioblastos son los mismos precursores de las células hematopoyéticas y de las células endoteliales durante el desarrollo embrionario. Las células madre vasculares VEGF-R-2+ producirán células vasculares después de adquirir CD34, CD133 y VE-cadherina, y pueden diferenciarse en células endoteliales. En adultos, las células angiogénicas se derivan de células progenitoras adultas multipotentes (MAPC) de VEGFR-1+/VEGFR-2+/AC 133+/OCT-4+/telomerasa+ [7]. Bajo la estimulación de VEGF-A, las MAPC se diferencian en células endoteliales in vitro. Las MAPC también pueden generar células madre mesenquimales para que puedan diferenciarse en células parietales, adipocitos, mioblastos y osteocondrocitos según sea necesario en el futuro.
El reclutamiento de células angiogénicas es un factor angiogénico secretado por el tejido tumoral, que moviliza las células precursoras endoteliales circulantes (CEP) en la médula ósea y las guía hasta el sitio del tumor para participar directamente en la formación de sangre tumoral. vasos. La movilización y el reclutamiento de CEP se logran principalmente a través de los sistemas de señalización de estimulación dinámica VEGF-A y Ang-1.
La diferencia entre ambos es que la estimulación de Ang-1 es más débil y su efecto es duradero. El reclutamiento de CEP se basa en el ligando Kit soluble (sKitL) liberado tras la activación de la metaloproteinasa de matriz (MMP)-9. sKitL puede promover la proliferación de CEP y movilizarlo hacia el sistema de circulación periférica [8]. La importancia de la movilización del CEP durante la angiogénesis tumoral se ha confirmado en ratones con mutaciones en el gen Id [9]. Durante el desarrollo de ratones ID 1+/-ID3-/-, la proliferación y movilización de CEP inducida por VEGF-A se interrumpen, lo que se manifiesta por defectos vasculares e inhibición del crecimiento tumoral. descubrieron que el reclutamiento de CEP puede alcanzar el 90% después del trasplante subcutáneo en el linfoma, pero solo el 5% en el neuroblastoma, lo que ilustra cómo el reclutamiento de CEP se relaciona con el tipo de tumor [10].
4 Selección de vasos sanguíneos
Los tumores con rico tejido vascular, como el cerebro y los pulmones, pueden formar vasos sanguíneos mediante la cooperación vascular (VC) [11]. Los tumores cerebrales tienen vasos sanguíneos extremadamente ricos en sus primeras etapas y su fenotipo es similar al de los vasos sanguíneos cerebrales normales. Los vasos sanguíneos están rodeados de células tumorales y no se puede ver SA, lo que puede explicar por qué es difícil para la resonancia magnética detectar el glioma en etapa temprana [12]. Ang-2 y su receptor TIE-2 son sintetizados por las células endoteliales circundantes. La combinación de los dos conduce a un acoplamiento débil entre las células parietales y las células endoteliales, una actividad reducida de Ang-1 y un aumento de la apoptosis de las células endoteliales. El aumento de la actividad de Ang-2 reducirá en gran medida la cantidad de vasos sanguíneos tumorales y aumentará el diámetro de los vasos sanguíneos. La falta de vasos sanguíneos conduce a la hipoxia tumoral, que regula aún más la expresión de VEGF-A en las células tumorales. La angiogénesis se concentra principalmente en la periferia del tumor [13], y sólo las células del centro del tumor forman una pseudovalla alrededor de los pocos vasos sanguíneos supervivientes.
La CV está relacionada con la localización del tumor. Las células de cáncer de mama de rata forman vasos sanguíneos sólo a través de VC cuando se inyectan en el tejido cerebral. Las células del cáncer de pulmón de Lewis y del melanoma metastatizan en los pulmones o el cerebro respectivamente, por lo que parte de la formación de los vasos sanguíneos del tumor la completa la VC [14]. Aunque algunos melanomas tienen CV, no hay evidencia de crecimiento de vasos sanguíneos. Las células tumorales obtienen oxígeno y nutrientes de los vasos sanguíneos, y las células tumorales en proliferación forman una estructura de manguito en pseudoempalizada. Es difícil para las moléculas antiangiogénicas clásicas matar las células tumorales que constituyen la estructura del manguito de pseudoempalizada [15], y sólo las moléculas antiangiogénicas fuertes pueden matar los manguitos de células tumorales [16].
5. Vasos sanguíneos en mosaico
Las células tumorales pueden incrustarse en la pared de los vasos sanguíneos del tumor, permitiendo que las células asesinas naturales activadas penetren en el tejido tumoral. Recientemente, Chang et al [17] describieron este fenómeno en detalle y lo llamaron vasos sanguíneos en mosaico (). Se encontró que aproximadamente el 65,438 ± 05% de los vasos sanguíneos tumorales en el cáncer de colon están construidos por células tumorales en forma de mosaico, y dichos vasos sanguíneos representan aproximadamente el 4% de la superficie total de los vasos sanguíneos tumorales. Los experimentos de perfusión de hemaglutinina fluorescente demostraron que los vasos en mosaico eran vasculatura funcional. Las células tumorales en los vasos sanguíneos incrustados pueden infiltrarse en la luz de los vasos sanguíneos y permanecer brevemente en las paredes de los capilares. Los factores de crecimiento vascular como FGF-2 o MMP-2 pueden promover la degradación de la membrana basal vascular y la infiltración de células tumorales, aumentando así el número de vasos sanguíneos en mosaico [17-18].
6 Mimetismo de angiogénesis
El concepto de mimetismo de vasculogénesis (VM) fue propuesto por Maniotis et al [19] en 1999. El melanoma uveal invasivo tiene angiogénesis sólo en los bordes del tumor, pero no tiene vasos sanguíneos revestidos de células endoteliales dentro del tumor. Curiosamente, el tumor no estaba necrótico. La tinción PAS reveló la formación de canales de red interconectados. Estos canales PAS positivos están estrechamente asociados con los vasos sanguíneos normales circundantes y algunos de ellos son positivos para marcadores de células endoteliales como vWF, CD34 y VEGFR-2. Bajo microscopía electrónica de transmisión, se puede ver que los canales vasculares consisten en una fina capa de matriz que recubre los vasos sanguíneos pero carecen de células endoteliales. En el estroma se pueden observar células tumorales con fuerte invasividad y pérdida de capacidad de diferenciación, y glóbulos rojos en la luz. La VM no se limita al melanoma. El cáncer de mama inflamatorio, el cáncer de pulmón, el cáncer de próstata y el cáncer de ovario también pueden formar vasos sanguíneos tumorales a través de la VM [1]. Sólo las células tumorales invasivas expresan receptores de células endoteliales o factores angiogénicos, y si la expresión específica de marcadores de células endoteliales es positiva depende del tipo de tumor. Los estudios han demostrado que las células de melanoma uveal o cutáneo altamente invasivas pueden formar canales vasculares en forma de anillo o de rejilla en Matrigel o matrices de colágeno. El análisis de microarrays mostró que estas células expresan muchos genes relacionados con las células embrionarias, algunos de los cuales son marcadores de células endoteliales y otros son proteínas de la matriz extracelular [20].
P13K activa la metaloproteinasa-1 de la matriz de membrana a través de un mecanismo desconocido y juega un papel importante en la aparición de VM. La metaloproteinasa-1 de la matriz de membrana puede activar la proteólisis de MMP-2, y los fragmentos formados por la hidrólisis de la cadena LN-5γ 2 contribuyen a la migración de células tumorales durante la VM [21-22]. La activación de P13K está relacionada con la actividad de los receptores de tirosina quinasa, y las moléculas antisentido de los receptores de tirosina quinasa pueden bloquear completamente la aparición de VM antagonistas [23].
7 Conclusión
La formación de vasos sanguíneos tumorales es diversa y tiene mecanismos moleculares complejos. Es un proceso de varios pasos que involucra múltiples factores [1]. La comprensión anterior de la angiogénesis tumoral explica, por un lado, por qué los inhibidores de la angiogénesis actuales no pueden bloquear completamente la angiogénesis tumoral. Por otro lado, también muestra que todavía queda un largo camino por recorrer para comprender completamente el mecanismo de la angiogénesis tumoral. De acuerdo con las diferentes formas de angiogénesis tumoral, el diseño de fármacos dirigidos a diferentes objetivos es la dirección de la futura investigación sobre angiogénesis antitumoral.
La angiogénesis es el crecimiento de nuevos capilares que se originan a partir de capilares existentes y vénulas poscapilares.
Angiogénesis: activación de precursores de células endoteliales. La angiogénesis es la producción de vasos sanguíneos primarios durante la etapa embrionaria y se desarrolla completamente desde el nacimiento hasta la edad adulta.
La angiogénesis juega un papel importante en el desarrollo vascular normal y en condiciones patológicas como obesidad, asma, diabetes, cirrosis, esclerosis múltiple, endometriosis, SIDA, infecciones bacterianas y enfermedades autoinmunes. La angiogénesis se puede dividir en angiogénesis fisiológica normal y angiogénesis patológica.
1) La formación de vasos sanguíneos fisiológicos. La formación de vasos sanguíneos fisiológicos normales comienza en el período embrionario y se forma desde el nacimiento hasta la edad adulta. Normas de distribución normal de los vasos sanguíneos, formando arterias, arteriolas, capilares, vénulas poscapilares, vénulas y grandes venas en orden jerárquico. En comparación con la vascularización tumoral, la vascularización normal es muy regular, no ramificada y casi todos tubos paralelos.
2) Angiogénesis patológica Los trastornos de la angiogénesis patológica se producen principalmente en tumores, infarto de miocardio, cicatrización de heridas e inflamación crónica. La angiogénesis patológica tiene una distribución irregular y ramas irregulares, formando cortocircuitos arteriales y venosos, lo que hace imposible formar un modelo graduado claro. Al mismo tiempo, su estructura y función mutan y el plasma y las proteínas plasmáticas se vuelven muy permeables.
Los hemangiomas en los recién nacidos pueden cubrir aproximadamente el 80% de la superficie corporal del bebé. Suelen ser lesiones benignas que retrocederán espontáneamente en dos o tres años. Puede tratarse con reguladores negativos de la angiogénesis.
La angiogénesis tumoral es un proceso extremadamente complejo, que generalmente incluye la degradación de la matriz endotelial vascular, la migración de las células endoteliales, la proliferación de las células endoteliales, la formación de anillos vasculares y la ramificación de los conductos de las células endoteliales para formar un nuevo basamento. membranas, etc. paso. Por un lado, la angiogénesis tumoral se debe a la liberación de factores angiogénicos (bFGF, VEGF, PDGF, MMP) por parte de las células tumorales para activar las células endoteliales vasculares y promover la proliferación y migración de las células endoteliales. debido a la secreción paracrina de algunos factores de crecimiento vascular por parte de las células endoteliales que estimulan el crecimiento celular de los tumores. La interacción entre las células tumorales y las células endoteliales recorre todo el proceso de angiogénesis tumoral. Los nuevos vasos sanguíneos proporcionan nutrientes al tumor primario que continúa infiltrándose y creciendo. Por el contrario, las células tumorales secretan diversas sustancias durante el proceso de crecimiento para acelerar la formación de nuevos capilares tumorales.
Ensayo de migración de células endoteliales
Interrumpa la monocapa raspando la monocapa de células endoteliales confluentes en una dirección a través de la superficie de la placa de Petri con una hoja de afeitar. Después de 16 horas, se observó migración de células endoteliales desde la incisión (indicada por la flecha roja). a es medio DMEM sin suero, B es medio DMEM sin suero más suramina (un inhibidor de FGF-2).
Tanto el VEGF como el FGF básico pueden promover la síntesis de enzimas proteolíticas, metaloproteinasas de matriz y otras enzimas que pueden degradar la matriz circundante en las células endoteliales vasculares. VEGF y FGF básico también pueden promover la migración, división y proliferación de células endoteliales vasculares.
La angiogénesis tumoral promueve la invasión y metástasis tumoral.
Pasos de la metástasis
El cáncer primario tiene invasión local limitada en el organismo oficial; metástasis intervencionista de ganglios linfáticos locales sin ganglios linfáticos positivos a órganos distantes
Anti -Terapia relacionada con la generación vascular
1 Inhibición de la angiogénesis El objetivo de la terapia antiangiogénesis es prevenir la formación de nuevos vasos sanguíneos, inhibiendo así un mayor crecimiento tumoral. Los inhibidores de la angiogénesis tienen una baja toxicidad y no son propensos a la resistencia a los medicamentos; sin embargo, solo se dirigen a las células endoteliales, lo cual es su inconveniente;
Este tratamiento no hace que el tumor desaparezca por completo.
2 Tipos de fármacos y estrategias de tratamiento Hasta el momento se han descubierto más de 300 inhibidores de la angiogénesis y 20 factores de crecimiento vascular, de los cuales al menos 32 inhibidores existen en el cuerpo humano.
Tabla 1 32 inhibidores del crecimiento vascular encontrados en el cuerpo humano
Inhibidor de la metaloproteinasa de angiostatina (fragmento de plasminógeno) (TIMP)
Antiangiogénico antiplasmina III ( AAAT III) factor derivado del epitelio pigmentario (PEDF)
Inhibidor de la angiostatina ribonucleasa placentaria
Inhibidor derivado del cartílago (CDI) fibrinólisis Inhibidor del activador del zimógeno
Fragmento del complemento CD59 factor plaquetario-4 (PF4)
Endostatina (fragmento XV ⅲ) prolactina fragmento 16KD
Fragmento de proteína relacionada con fibrina-proteína relacionada con politetraciclina
gro- Derivado del ácido β retinoico (retinoide)
Monóxido de tetrahidrocarburo de heparanasa
Fragmento de polisacárido de heparina rtisol-s
Trombospondina I de gonadotropina coriónica humana (HCG)
Factor de conversión de interferón α/β/γ β
Proteína inducida por interferón (IP-10) oncostatina
Interleucina-12 (IL-12) y angiostatina (angiostatina)
Fragmento de plasminógeno (kringle 5) fragmento de calreticulina (angiostatina)
Angiostatina 2-metoxiestradiol
Según el mecanismo y papel de los inhibidores de la angiogénesis, las dianas se pueden clasificar de la siguiente manera: Grupo 1: Fármacos dirigidos a las enzimas que degradan la matriz Grupo 2: Fármacos dirigidos a los factores angiogénicos Grupo 3: Fármacos dirigidos a los vasos sanguíneos tumorales Grupo 4: Fármaco multiclase Grupo 5: Fármacos citotóxicos tradicionales Grupo 1: Fármacos dirigidos a la enzima degradante de la matriz MMP (metaloproteína de la matriz) Se puede inhibir de diversas formas. Todos estos fármacos que se dirigen a la actividad de las MMP tienen un grupo que se une a un metal, puede ser un segundo grupo: los fármacos que se dirigen a los factores angiogénicos pueden no ser suficientes para prevenir la formación cardiovascular al inhibir solo un angiogénico. factor. Pero existe un compuesto de molécula pequeña SU6668, que es un inhibidor de la tirosina quinasa. Inhibe eficazmente una variedad de diferentes tipos de receptores, pero los ensayos clínicos de fase I han demostrado que el fármaco es demasiado tóxico para que los pacientes lo toleren.
Grupo 3: Los fármacos dirigidos a los vasos sanguíneos tumorales se dirigen a las células endoteliales. Inhibe la migración y proliferación de células endoteliales e induce directamente la apoptosis de las células endoteliales. La mayoría de estos fármacos son endógenos, entre los cuales la angiostatina y la endostatina son actualmente los fármacos más prometedores. En la actualidad, la terapia antiangiogénica con endostatina ha logrado resultados sorprendentes.
La endostatina (Endostatin), también conocida como endostatina, es actualmente el inhibidor de la angiogénesis tumoral más potente y experimental y ha atraído mucha atención en los últimos años. Se han realizado ensayos clínicos de fase I y II en los Estados Unidos y pueden convertirse en una nueva generación de medicamentos antitumorales. La estructura cristalina con un peso molecular de 20 KDa muestra que hay una región básica en la superficie de la estructura de la endostatina compuesta por 11 residuos de arginina, que es el sitio de unión de la heparina. Por lo tanto, la endostatina, que tiene una alta afinidad por la heparina, también puede inhibir la angiogénesis al competir con factores angiogénicos en esta región por la unión a la heparina.
Funciones biológicas de la endostatina: (1) Inhibir la proliferación de VEC inducida por el factor de crecimiento de fibroblastos básico. Inhibe la migración de VEC. Induce la apoptosis de VEC. No tiene ningún efecto inhibidor sobre las células no endoteliales, como las células del músculo liso, los fibroblastos 3T3 y las células de cáncer de pulmón de Lewis. (2) Inhibir la angiogénesis tumoral (3) Inhibir el crecimiento y la metástasis del tumor.
Los posibles mecanismos son los siguientes. 1. Al regular negativamente la actividad transcripcional de la β-catenina, inhibiendo la expresión de ciclina D1, lo que lleva a la detención de la fase G1 de las células endoteliales 2. Formando un complejo estable con la proteína precursora de la metaloproteinasa de matriz MMP-2 (Pro-MMP-2); Previene la activación de Pro-MMP-2, inhibe la actividad catalítica de MMP-2 y MMP-1, inhibiendo así la migración de células endoteliales. 3. Se une a la tropomiosina para destruir la integridad de la estructura del microfilamento, provocando la pérdida de la función de movimiento celular e induciendo la apoptosis celular.
4. Inhibir la migración de células endoteliales al inhibir la expresión de c-myc. 5. El sitio de unión de la heparina se une a la región SH2 del receptor de la proteína adaptadora (Shb) en la superficie de las células endoteliales, activando el sistema de transducción de señales de tirosina quinasa, provocando la detención de la fase G1 de las células endoteliales, induciendo así la apoptosis de las células endoteliales. 6. La integrina α5β1 juega un papel importante en la regulación de la angiogénesis inducida por bFGF. La endostatina puede unirse directamente a la integrina α5β1, afectando la adhesión de las células endoteliales a la matriz extracelular e inhibiendo la migración y el crecimiento de las células endoteliales. 7. Inhibe la fosforilación del receptor KDR/Flk-1 de VEGF, inhibiendo así la unión de VEGF a las células endoteliales, inhibiendo así la actividad de la quinasa ERK regulada por señales extracelulares inducida por VEGF.
Grupo 4: Múltiples tipos de drogas. Los fármacos politipo incluyen principalmente fármacos con mecanismos de acción desconocidos o fármacos con múltiples mecanismos. Los fármacos que sólo se dirigen a la angiogénesis tumoral no pueden eliminar completamente los tumores. Por lo tanto, es necesario utilizar fármacos antiangiogénicos junto con otros tratamientos para lograr una recuperación completa. Los medicamentos antiangiogénicos se pueden tomar al mismo tiempo que los medicamentos de quimioterapia, pero es necesario tomarlos con regularidad para que tengan el efecto correspondiente. Algunos inhibidores de la angiogénesis se pueden extraer de productos naturales, como té verde, productos de soja, levadura, champiñones, col china, corteza, tejido de tiburón, veneno de serpiente, licor, etc.