肿瘤一直是困扰人类的重大疾病之一，肿瘤生长在由肿瘤上皮细胞、血管、淋巴管、细胞因子、趋化因子以及浸润性免疫细胞组成的网络中，这一复杂的多细胞环境被定义为肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）。如果把肿瘤比作种子，那么TME则是肿瘤赖以生存的土壤。

在大多实体瘤患者中，肿瘤微环境血管异常能帮助肿瘤来逃避免疫系统的攻击。这些异常源于血管生成因子的升高，如VGEF。使用针对这些分子的药物可以提高免疫治疗的响应能力，使异常的肿瘤血管系统正常化，增加免疫效应细胞的浸润，从而改善TME。本文将针对VEGF在TME中的作用以及靶向VEGF重塑TME的新策略进行简要阐述。

1. 肿瘤微环境

肿瘤微环境TME 通常包括免疫细胞，基质细胞（包括癌症相关成纤维细胞、周细胞和间充质基质细胞），细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM），细胞分泌分子（如生长因子、细胞因子、趋化因子和细胞外囊泡）以及淋巴管和血管网络。这些组分相互之间以及与异质性的癌细胞之间进行着相互联系和交流。

TME在动态调节癌症进展和影响肿瘤治疗结果中的重要性得到了广泛的认可，如诱导增殖、抑制细胞凋亡、诱导血管生成、避免缺氧、抑制免疫系统以及远处转移等。因此，靶向肿瘤微环境可以预防转移、克服获得性耐药和提高治疗效果，具有广阔前景。

图1. 肿瘤微环境的组成成分^[1]

2. 肿瘤微环境中的血管系统

相对于正常细胞而言，癌细胞处于不断的分裂增殖，不断增殖的癌细胞需要更多的营养物质和氧气，转移入侵也需要养分，那怎么办呢？修路——血管生成。

肿瘤血管是TME 的重要组成部分，与健康组织相比，肿瘤组织内的血管往往是形态扭曲的和功能失调的，并表现出异质的血管通透性，过度的血管增生以及血管壁层次的缺失。这是由于内皮细胞（Endothelial Cells，EC）的高增殖率、细胞紧密连接减少、周细胞覆盖异常和ECM 沉积增加等形态和功能变化导致的。

图2. 未成熟肿瘤血管的特征及后果^[2]

这种异常的血管系统会导致氧气输送效率低下，从而导致肿瘤组织内的缺氧环境和酸中毒，促进了肿瘤的生长、转移和治疗抵抗。同时，肿瘤血管的渗漏性使血液成分向周围间质间隙外渗，导致TME 中自发出血和间质流体压力升高。

上述这些因素共同阻碍了抗肿瘤药物向肿瘤内的传递，从而限制了它们的抗癌活性。此外，功能失调的血管可以选择性地阻断特定免疫细胞类型（包括细胞毒性T 细胞）在肿瘤组织内的浸润。

综上所述，肿瘤血管的异常在很大程度上促进了肿瘤的恶性表型、免疫系统的逃避以及治疗抵抗。

3. VEGF在肿瘤微环境中的作用

血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor, VEGF)是一种血管内皮细胞关键生存因子和有丝分裂原。VEGF家族由五种分泌蛋白组成：VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D和胎盘生长因子（placental growth factor, PlGF）。由于VEGF-A在调节血管生成和疾病中的主导作用，我们常说的VEGF通常是指VEGF-A。

VEGF家族成员通过与膜结合的酪氨酸激酶受体来实现细胞内的信号转导：VEGF-A与VEGFR1和VEGFR2结合；VEGF-B和PlGF与VEGFR1结合；VEGF-C和VEGF-D与VEGFR3结合(与淋巴管生成有关)，但在蛋白水解性切割后可与VEGFR2结合。

图3. VEGF家族成员及其受体^[3]

在癌症中，VEGF可由肿瘤细胞和基质细胞（包括巨噬细胞、内皮细胞和成纤维细胞）分泌，在肿瘤微环境中具有多种功能，包括与表达在不同细胞类型上的VEGF受体相互作用的能力。VEGF可刺激内皮细胞的增殖和存活，导致新血管的形成。VEGF还可以增加血管通透性，导致临时纤维蛋白基质的沉积，从而触发促结缔组织间质的形成。相比之下，肿瘤细胞分泌的VEGF具有自分泌功能，促进去分化和上皮-间充质转化表型，从而增强肿瘤的侵袭和生存，并可促进癌症干细胞的功能。

VEGF的作用并不局限于血管生成和血管通透性。内皮细胞和肿瘤细胞对自分泌和旁分泌血管VEGF信号有反应，而存在于TME中的其他类型的细胞，如免疫细胞，也可以表达VEGF受体。事实上，VEGF不仅调节内皮细胞上黏附分子的表达，从而调节白细胞的募集，而且还作为免疫细胞亚群的趋化因子，引导它们的募集到TME，并调节它们在TME中的活动。总的来说，无论是在系统性的还是在局部的TME中，VEGF信号都与促进TME中的免疫抑制有关。

由此可见，VEGF通过促进肿瘤组织血管的生成，在肿瘤发生、发展过程中具有重要作用。

图4. VEGF在肿瘤中的作用^[4]

4. 靶向VEGF重塑肿瘤微环境

生理状态下，正常组织中促血管生成因子与抑制血管生成的因子维持一个相对的平衡。然而，在癌变过程中，这种平衡通常倾向于血管生成，血管变得长期不成熟和异常。“血管正常化”假说认为，通过纠正这种不平衡有可能使肿瘤血管“正常化”，进而使TME正常化，最终控制肿瘤进展，提高对其他治疗的反应。

抗血管生成药物主要以VEGF和VEGFR为作用靶点，通过抑制其表达，阻断信号转导通路或耗竭肿瘤细胞产生的VEGF，进而抑制新生血管的生成，阻断肿瘤血供，起到抑制肿瘤生长、发展和转移的作用。

图5. 基于抗VEGF的癌症治疗方法^[5]

4.1

单独抗VEGF治疗

代表性药物贝伐单抗(Bevacizumab)，作为一种人源化抗 VEGFA 的单克隆抗体，是第一个获批的应用于多种肿瘤的抗血管生成药物，包括非鳞状非小细胞肺癌(NSCLC)、肾细胞癌(RCC)、多形性胶质母细胞瘤、卵巢癌和宫颈癌。目前，已经有200多万患者接受了贝伐单抗的治疗，这种药物是肿瘤学中使用最广泛的治疗之一。

贝伐单抗的批准为其他血管内皮生长因子途径抑制剂的开发铺平了道路，这些药物包括小分子血管内皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂(TKIs)、针对VEGFR2(主要信号转导的血管内皮生长因子受体)的抗体和嵌合的可溶性血管内皮生长因子受体。

南模生物斑马鱼平台与瑞金医院呼吸科高蓓莉课题组合作，首次利用斑马鱼血管模型全面快速评估了贝伐单抗-Bevacizumab的抗血管功效:贝伐单抗能够有效抑制斑马鱼肠下血管 (SIV) 和视网膜血管的生长，为临床试验提供了新的可靠依据。

4.2

抗VEGF药物与其他疗法联合治疗

许多传统抗癌疗法的疗效取决于肿瘤的微环境。药物诱导或遗传模型的肿瘤血管正常化通过纠正异常血管引起的恶性微环境，提高了这些疗法的疗效。在目前的试验中，抗血管生成药物（如贝伐单抗）通常与化疗在同一天使用。与临床前数据一致，在化疗之前某个时间安排抗VEGF 治疗以提前开始血管正常化，或许能得到更好的疗效。此外，抗血管生成药物的最佳剂量必须进一步研究，以在治疗无效和过度的血管消退之间找到平衡，保证充分的药物输送。

迄今为止，抗血管生成药物和放疗联合治疗协同效益的临床证据还很缺乏。关于小鼠的研究支持这一概念，这两种疗法不仅显示出协同作用，也显示出时间依赖性。Batchelor对西地尼布治疗胶质母细胞瘤的研究表明，人类患者的正常化窗口在治疗开始后24小时就打开了，并持续至少28天。虽然该研究没有提供在此期间改善肿瘤氧合的直接证据，但为检测联合抗血管生成治疗和放疗在脑肿瘤治疗中的作用提供了理论依据。

5. 抗VEGF/VEGFR药物的研发进展

目前，VEGF靶向药的开发多集中于肿瘤和眼科疾病两大领域。

图6. 全球VEGF靶向药的主要研发领域

肿瘤作为VEGF靶向药的第二大适应症，已上市的药物只有基因泰克的贝伐单抗，已被批准用于多种实体瘤的治疗。国内紧追其后的有康方生物、复宏汉霖、先声药业和科望等众多企业。除单抗外，VEGF多靶点药物强势入局，包括与PD-1、DLL4、ANGPT2和TGF-β等靶点组合。更多信息详见下表：

6. VEGF靶点相关的小鼠模型

鉴于VEGF靶点在肿瘤治疗中的重要作用，南模生物自主研发了一系列VEGF靶点相关的基因修饰小鼠模型，以解决该部分临床前研究需求。此外，南模生物斑马鱼平台可提供相关药效学评价服务。

基因修饰小鼠模型的具体信息见下表：

*注：Flt1即mVEGFR1；

Kdr即mVEGFR2；

Flt4即mVEGFR3；hKDR即hVEGFR2。

部分验证数据如下：

hKDR (NM-HU-00098)

图7. RT-PCR检测KDR的表达。

图8. 人源化KDR纯合子

(hKDR-HO)小鼠中鼠源KDR蛋白和人源KDR蛋白的表达。

图9. KDR人源化小鼠 B16F1 荷瘤模型体内抗肿瘤药效验证。

图10. KDR人源化小鼠 MC38 荷瘤模型体内抗肿瘤药效剂量验证。

南模生物深耕基因编辑领域，提供全方位模式生物服务，包括基因修饰成品模型供应、个性化模型定制、饲养繁育、表型分析、药效评价等，满足不同实验室需求。

References：

[1]Bejarano L, Jordāo MJC, Joyce JA. Therapeutic Targeting of the Tumor Microenvironment. Cancer Discov. 2021;11(4):933-959. doi:10.1158/2159-8290.CD-20-1808

[2]Viallard C, Larrivée B. Tumor angiogenesis and vascular normalization: alternative therapeutic targets. Angiogenesis. 2017;20(4):409-426. doi:10.1007/s10456-017-9562-9

[3]Apte RS, Chen DS, Ferrara N. VEGF in Signaling and Disease: Beyond Discovery and Development. Cell. 2019;176(6):1248-1264. doi:10.1016/j.cell.2019.01.021

[4]Goel HL, Mercurio AM. VEGF targets the tumour cell. Nat Rev Cancer. 2013;13(12):871-882. doi:10.1038/nrc3627

[5]Apte RS, Chen DS, Ferrara N. VEGF in Signaling and Disease: Beyond Discovery and Development. Cell. 2019;176(6):1248-1264. doi:10.1016/j.cell.2019.01.021

[6]Ferrara N, Gerber HP, LeCouter J. The biology of VEGF and its receptors. Nat Med. 2003;9(6):669-676. doi:10.1038/nm0603-669

[7]Ferrara N, Adamis AP. Ten years of anti-vascular endothelial growth factor therapy. Nat Rev Drug Discov. 2016;15(6):385-403. doi:10.1038/nrd.2015.17

[8]Jain RK. Normalization of tumor vasculature: an emerging concept in antiangiogenic therapy. Science. 2005;307(5706):58-62. doi:10.1126/science.1104819

[9]Zhang J, Gao B, Zhang W, Qian Z, Xiang Y. Monitoring antiangiogenesis of bevacizumab in zebrafish. Drug Des Devel Ther. 2018;12:2423-2430. Published 2018 Aug 6. doi:10.2147/DDDT.S166330