靶点解析丨历久弥新的VEGF靶点的肿瘤药物研发
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血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF),是细胞内刺激血管生成的信号蛋白,也是胚胎发育、骨骼生长和生殖功能中血管生成的重要调节因子,与肿瘤、眼内新生血管疾病和其他疾病相关的病理性血管生成有关。作为一项横跨癌症、眼科、心血管疾病多种疾病的泛用性靶点,已有大量VEGF靶向药物获批上市,同时VEGF靶点相关的抗血管生成机制也维持着肿瘤治疗的研发热度,根据PharmaProjects数据库显示,2021年全球创新蛋白靶点的前15名,VEGF位居前五。

图1 数据来源:PharmaProjects《Pharma R&D Annual Review 2022》

 

VEGF家族与血管生成相关

VEGF是一类促进血管内皮细胞通透性的肽类的统称,VEGF家族蛋白包括VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E、VEGF-F和胎盘生长因子( PIGF)等,近年来该家族又增添了新成员,内分泌腺源性血管内皮生长因子EG-VEGF。VEGF家族蛋白基因结构复杂,其中研究最多的为VEGF-A蛋白(常称为VEGF)。

酪氨酸激酶受体(VEGFRs)分为VEGFR-1、VEGFR-2和VEGFR-3。它们以二聚体的形式发挥功能。当VEGF与酪氨酸激酶受体结合后,胞内激酶区构象改变,产生激酶活性催化底物蛋白磷酸化,最终通过信号传导分子的级联反应产生一系列生物效应。VEGFR-1和VEGFR-2主要分布在肿瘤血管内皮表面,调节肿瘤血管的生成;VEGFR-3主要分布在淋巴内皮表面,调节肿瘤淋巴管的生成。这些受体的表达水平和激活的平衡共同控制着血管的稳态、生长、退化、生存及重塑[1]

图2 VEGF家族:受体、功能和靶点[1]

 

VEGF促进血管生成而促进肿瘤生长

早在1971年,肿瘤研究先驱Judah Folkman博士就提出了“Folkman理论”:没有新血管生成的情况下,实体肿瘤单纯依靠弥散获取氧气及营养物质,生长范围只能维持在1~2mm3[2]。可进一步理解为,肿瘤组织生长范围超过2~3mm3时,必须依靠新生血管生成来提供足够的氧气和营养物质维持肿瘤组织的快速生长。1994年Kondo等人首次报道了癌症病人血清VEGF水平高于正常对照,此后关于VEGF含量与肿瘤的发生、发展、以及治疗过程的含量变化的大量实验室临床研究数据不断涌现[3]

肿瘤血管新生对肿瘤摄取营养物质和氧气,发生浸润转移等至关重要。肿瘤细胞分泌的VEGFs通过与位于细胞膜上的三种VEGFR结合进而引起下游信号通路活化,在血管生成中发挥重要作用。VEGFs不仅在白血病和淋巴瘤中发挥重要作用,在多种实体恶性肿瘤中也有高表达。使用VEGF抗体药物,针对VEGFs的抗血管生成,使其与治疗、化疗放疗等手段相结合有望治疗多种实体瘤,但靶向VEGFs治疗因疗效和耐药性不足而受到限制,而药物联用是目前较多采用的治疗方法。

图3 血管生成促进肿瘤生长和转移[4]

 

小鼠模型抗VEGF药物Avastin(贝伐珠单抗)的药效验证

Avastin(Bevacizumab:贝伐珠单抗)是罗氏(Roche)研发的一款人源化单克隆抗体IgG1,是一种血管内皮生长因子(VEGF)抑制剂。Avastin最早于2004年2月获得美国FDA批准,联合以氟尿嘧啶为基础的化疗方案用于初治转移性结直肠癌的治疗。Avastin可靶向的与肿瘤血管内皮生长因子结合,抑制肿瘤血管生成,从而将肿瘤的供养切断,达到阻止肿瘤生长的目的。

图4 贝伐珠单抗的作用机制[5]

 

国家遗传工程小鼠资源库共建单位集萃药康采用NCG-CAG-tdTomato(一种全身表达红色荧光的重度免疫缺陷小鼠模型,品系编号:T003575)免疫缺陷工具鼠验证了Avastin对肿瘤的药效作用。

将人结肠癌细胞Colo205皮下接种到NCG-CAG-tdTomato小鼠上,当肿瘤体积达到80-120mm3时进行分组给药(对照组和Avastin用药组)。从荧光切片图可以看到,Avastin用药组小鼠肿瘤切片的荧光强度有所降低。推测是Avastin抑制了VEGF的生物学功能,降低肿瘤血管的生成量,进而“饿死”了肿瘤细胞。药效实验结果表明,Avastin的使用明显抑制了Colo205肿瘤细胞的生长(TGI = 72.49%)。同时可以看出,用NCG-CAG-tdTomato小鼠构建的肿瘤模型在VEGF相关靶点的药效验证上可以起到一定的支持作用。

图5 NCG-CAG-tdTomato小鼠各组织切片荧光表达情况展示图

图6 基于NCG-CAG-tdTomato小鼠进行的Avastin体内药效验证实验

 

BALB/cJGPT-hVEGFA人源化小鼠即将上线

另外,基于BALB/cJGpt背景制作携带人源VEGF基因且缺失小鼠内源VEGF 基因的人源化小鼠模型BALB/cJGPT-hVEGFA(品系编号:T017803),也进行了表达验证。

图7 BALB/cJGPT-hVEGFA小鼠VEGFA的表达检测

 

 

 

 

 

 

[1] Yang Y, Cao Y. The impact of VEGF on cancer metastasis and systemic disease[C]//Seminars in Cancer Biology. Academic Press, 2022.

[2] J. Folkman, “Tumor angiogenesis: therapeutic implications,” New England Journal of Medicine, vol. 285, no. 21, pp. 1182–1186, 1971.

[3] https://mp.weixin.qq.com/s/jFphkwdprNtPJnbWOIzy6w.

[4] Guido G, et al. Targeting angiogenesis and tumor microenvironment in metastatic colorectal cancer: role of aflibercept. 2014;2014:526178.

[5] https://www.avastin.com/hcp/mcrc/proposed-moa.html