HGF

OTC2025论坛深度聚焦类器官与疾病建模、新药发现/研发、3D细胞培养、类器官培养及质控。展位咨询请联系：王晨 180 1628 8769。在《Nature》期刊上发表的这篇文章中，日本的科研团队探讨了通过激活Wnt和STAT3信号通路来实现人类成年肝细胞类器官的长期自我更新。这项研究解决了肝细胞在体外培养中扩增能力与功能保持之间的权衡问题。研究发现，YAP的激活促进了肝细胞的增殖，但会导致其向胆管导管谱系的分化。相反，OSM诱导的STAT3激活不仅促进了肝细胞的增殖，还抑制了导管化生，维持了肝细胞的特性。移植到小鼠体内的肝细胞类器官能够重新构建受体小鼠肝脏的代谢分区结构，并在去除培养基中的特定因子后形成具有胆管网络的绳索状结构，表现出与体内肝细胞相当的主要肝脏代谢功能。该研究为开发针对人类肝脏疾病的治疗策略提供了新的途径。01研究背景首先，肝脏是人体内一个关键的代谢器官，负责多种重要的生物化学过程，如葡萄糖生成、糖原合成、尿素循环、脂质生成、胆汁酸合成、蛋白质生产和药物代谢。这些功能的严重损害会导致肝功能衰竭，通常需要进行肝移植。近年来，随着抗病毒治疗的进步，肝功能衰竭的病因从病毒性肝炎转向与现代生活方式相关的代谢性肝病，特别是代谢功能障碍相关的脂肪性肝病。这种疾病如果不加以治疗，会进展为脂肪性肝炎、肝硬化和肝功能衰竭。然而，由于缺乏能够真实再现肝脏代谢功能的人类肝细胞模型，预防代谢性肝病的成功率有限。其次，体外分离的肝细胞在增殖能力上迅速下降，与其在体内的强大再生能力形成对比。现有的培养方法只能暂时维持初级人类肝细胞的功能性，但会影响其扩增能力。虽然一些研究尝试通过不同的策略来克服这一限制，如使用小分子抑制剂促进肝细胞的扩增，但这些方法往往导致胆管化生，即功能性细胞被重新编程为增殖能力较强的细胞。这种现象被称为“paligenosis”，使得在再生医学、药物发现和毒理学领域中使用人类肝细胞面临重大挑战。因此，开发一种能够长期扩增且保持功能性的人类肝细胞培养系统至关重要。02研究发现人类成年肝细胞类器官的长期扩增和功能保持：研究团队通过激活Wnt和STAT3信号通路，实现了人类成年肝细胞类器官的长期自我更新。YAP信号的激活促进了肝细胞的增殖，但会导致其向胆管细胞谱系分化。相反，Oncostatin M通过激活STAT3信号，促进了肝细胞的增殖，同时抑制了胆管化生，保持了肝细胞的特性。研究表明，这种类器官在移植到小鼠体内后，能够重建受体小鼠肝脏的代谢分区结构，并在去除特定培养因子后，形成具有胆小管网络的肝索样结构，表现出与体内肝细胞相当的主要肝脏代谢功能。类器官在基因编辑和疾病建模中的应用潜力：研究表明，这些肝细胞类器官可以进行基因编辑，从而为代谢性肝病的功能建模提供了可能性。新开发的培养系统为人类肝病的治疗策略开发提供了一个有前景的途径。通过优化的培养条件，研究团队成功地在体外模拟了肝细胞的代谢功能，这标志着功能性类器官医学的新时代。03临床意义肝移植的替代方案：HHOs可能成为肝移植的替代方案，特别是在供体短缺或无法进行肝移植的情况下。  药物筛选和毒性测试：HHOs展示的药物代谢能力与体内肝细胞相似，使其成为药物筛选和毒性测试的理想模型。这可以加速新药的开发和安全性评估。  代谢性肝病的研究和治疗开发：HHOs提供了一个真实反映人类肝脏代谢功能的平台，有助于深入研究代谢性肝病的病理机制，并开发针对这些疾病的治疗策略。  再生医学的应用：由于HHOs能够进行基因编辑，它们可用于研究遗传性肝病并探索基因治疗的可行性。  总之，该研究不仅为肝细胞的体外长时间培养提供了新的策略，还为肝脏相关疾病的基础研究和临床应用开辟了新的方向。04实验策略1. 信号通路激活与抑制：  通过激活Wnt和STAT3信号通路，实现人类成年肝细胞类器官的长期自我更新。 YAP激活促进肝细胞增殖，但同时导致其向胆管导向分化。 通过抑制TGFβ信号和使用Oncostatin M激活STAT3，促进肝细胞增殖并抑制导管化生，从而保持肝细胞特性。2. 类器官培养体系的优化：  在培养基中添加EGF、HGF、FGF-10、Wnt/R-spondin、TGFβ抑制剂（A83-01和Noggin）、IL-6和PKA激活剂（Forskolin），支持小囊状类器官的形成。 通过去除某些培养因子（如Noggin和forskolin），并补充激素（如生长激素、催乳素和皮质醇），促进肝细胞类器官的线索状结构形成及胆小管网络的建立。3. 体内移植实验：  将类器官移植到经过药物处理以去除肝细胞的小鼠体内，评估其在小鼠肝脏中的再生能力和代谢分区结构的重建。4. 基因编辑与功能建模：  类器官易于进行基因编辑，从而用于代谢性肝病的功能建模。05数据解读图1：人类成人肝细胞类器官在特定因子下的扩增Figure 1 展示了人类成人肝细胞类器官（HHOs）在特定培养条件下的扩增情况，包括使用不同因子如IL-6和OSM对类器官的影响。  A. 为了观察PHH来源的类器官在扩增培养基（加IL-6）中的表达情况，作者进行了免疫荧光染色。结果显示，HHOs表达白蛋白，而ICOs则显示CK19和EpCAM的表达。此结果在三个供体中获得一致性。  B. 为了研究HHOs在扩增培养基中添加OSM或IL-6后的扩增情况，作者通过传代比率和基于ATP的细胞计数估算了细胞数量。每个点代表一次传代事件，三个类器官系在初始3个月内大约每2周传代一次，传代比率为3-12倍，‘x’表示传代失败。供体分别为39岁、53岁和61岁。  C. 为了观察OSM对单个PHH来源类器官生长的影响，作者拍摄了时间推移图像。相同的类器官在相同放大倍率下显示。此结果在两个供体中获得一致性。  D. 为了研究OSM对HHOs基底极性的影响，作者进行了代表性明场和整体免疫染色，标记了CDH1（蓝色）、ZO-1（红色）、整合素β4（绿色）和细胞核（白色）。此结果在四个供体中获得一致性。  E. 为了分析胆管细胞相关转录因子、YAP靶基因和TGFβ信号相关基因的转录组，作者对PHHs、ICOs和HHOs在有无OSM和LATSi（TRULI，5 μM）条件下进行了分析。供体分别为11个月和16个月。  F. 为了观察HHOs在±OSM和±LATSi（5 μM）培养14天后的情况，作者进行了Alb和CK19的免疫染色（左）。细胞核用Hoechst 33342标记。结果显示，CK19+类器官仅在无OSM和有LATSi的条件下观察到（右）。  结论：人类成人肝细胞类器官在特定因子如IL-6和OSM的影响下能够有效扩增，并且不同因子组合对类器官的极性和表型有显著影响。图2：小鼠肝脏用人类肝类器官（HHO）再生Figure 2 展示了通过异种移植方法，将人类肝类器官（HHO）移植到小鼠肝脏中，观察其在小鼠肝脏中的再生情况。  a. 为了研究HHO在小鼠肝脏中的再生能力，作者设计了异种移植实验流程。TK-NOG小鼠在接受ValGCV处理以消融肝细胞后，被移植了HHO或人类原代肝细胞（PHH）。每周采集血液样本，并在8周后收集肝脏样本。  b. 通过苏木精-伊红染色（H&E）和STEM121染色，展示了HHO移植物的代表性图像。结果显示，移植的小鼠和人类肝细胞之间有明显的界限。类似结果在21个PHH移植物（来自五个供体）和104个HHO移植物（来自八个供体）中获得。  c–h. 研究了PHH或HHO（来自两个供体）在小鼠肝脏中的再生情况。通过测量血清中人类白蛋白（hALB）的浓度随时间的变化来评估再生效果。不同的HHO传代次数用不同颜色表示；‘x’表示小鼠死亡。STEM121染色显示了PY53和PY30 HHO移植物。再生效率通过人类肝细胞面积相对于总肝脏面积的比例计算。每个点代表一只小鼠。统计分析显示，与对照组PHH相比，HHO组的再生效率显著提高。  i. 对HHO移植物进行了hALB（红色）、闭合蛋白（绿色）和人类MRP2（蓝色）的染色。结果显示，来自PHH（一个供体）和eHHO（三个供体）的数据具有相似的结果。  j. 在HHO移植物中对分区标记物进行染色，HAL（红色；顶部）位于门静脉附近，CYP2E1（红色；底部）位于中央静脉附近。细胞核用Hoechst 33342（白色）染色；移植细胞为STEM121+（绿色）。门静脉和中央静脉的腔用虚线标出（*表示门静脉）。来自PHH（两个供体）和eHHO（HAL为六个供体，CYP2E1为八个供体）的代表性数据显示了相似的结果。  k,l. 分别显示了在STEM121+区域内HAL+（k）或CYP2E1+（l）面积的比例。每个点代表一只小鼠的一个切片；每种条件下来自两到三只小鼠的平均比例。使用Welch双侧t检验进行统计分析。  结论：HHO能够在小鼠肝脏中有效再生，并表现出与人类肝细胞相似的功能特性。图3：建立具有代谢功能的dHHOs（分化后的人体肝细胞类器官）Figure 3 展示了文章中的一项关键实验，即分化后的人体肝细胞类器官（dHHO）建立及其代谢功能的评估。  形态变化： dHHOs从上皮样结构转变为肝细胞样结构，显示出成熟的形态特征。 胆汁酸代谢： 实验证明dHHOs可以合成胆汁酸，并在胆汁小管中运输荧光标记的胆汁酸衍生物，表明其具有生理功能。 胆汁酸的合成和分泌： LC–MS/MS分析显示，与体外培养的人体肝细胞相比，dHHOs产生更高浓度的胆汁酸。 甘油三酯生产： dHHOs能够合成甘油三酯，并在存在微粒体甘油三酯传输蛋白抑制剂时被阻断，验证了其代谢活性。 结论： 这些成功的分化实验及其结果表明，通过优化培养条件，dHHOs不仅展示了典型的胆汁酸代谢功能，还具备了潜在的药物发现和毒理学研究的应用能力。这为将来利用类器官模型进行更深层次的人类肝脏代谢研究奠定了基础。图4：建立门静脉肝细胞类器官Figure 4 展示了对分化后的人体肝细胞类器官（dHHOs）的功能评估，特别是在再现肝脏门静脉区域特定功能方面的能力。  葡萄糖合成与糖异生： dHHOs在饥饿后展示了较高的葡萄糖生成能力，并成功追踪到13C标记的葡萄糖合成路径，证实了其有效的糖异生能力。 尿素合成： 使用15N标记氯化铵进行追踪，发现dHHOs能够转变氨为尿素，验证了其尿素循环的完整性。 线粒体功能活性： dHHOs显示出高于eHHOs的最大呼吸能力，提示其具有更活跃的氧化磷酸化水平。 白蛋白和凝血因子生产： dHHOs能够合成接近人体生理水平的白蛋白，并在维生素K存在下增加凝血因子的活性。 结论： 通过一系列功能性实验，Figure 4展示了dHHOs在多种重要肝脏代谢功能方面的恢复能力，特别是与门静脉区域相关的功能。这包括葡萄糖生成、尿素合成及相应代谢途径的活跃性，表明dHHOs可以作为体外研究人类肝脏功能和代谢疾病的有效模型。图5：生成基因敲除的肝细胞类器官Figure 5 展示了通过基因编辑技术生成基因敲除的人体肝细胞类器官（HHOs）的过程和结果。  基因敲除成功： 成功通过sgRNA实现了对G6PC和OTC基因的敲除，Sanger测序和免疫检测确认了对应蛋白的缺失。 形态和功能保持： 尽管基因敲除，G6PC和OTC缺失的HHOs仍然保持了正常的类器官形态，并能够合成一定水平的白蛋白。 功能影响： G6PC敲除使得糖异生功能降低，而OTC敲除导致瓜氨酸生成的缺失，验证了各基因在其代谢途径中的关键角色。 培养条件优化： 通过使用LATSi和人血小板裂解物，促进了基因编辑HHOs的扩增，而没有引起生长停滞或管道分化。 结论： Figure 5描述了一种有效的流程来对成人肝细胞类器官进行基因敲除，从而提供一种稳定的模型来研究肝脏代谢疾病。这一进展为通过基因编辑技术探索肝脏功能、发现疾病机理和开发治疗策略提供了可能性。06主要结论这项研究展示了一种新的培养系统，该系统能够在体外长期扩增人类成体肝细胞类器官（HHOs），并保持其代谢功能。通过激活Wnt和STAT3信号通路，研究人员成功实现了HHOs的自我更新，并避免了导管化生的发生。HHOs能够重新构建受体小鼠肝脏的代谢分区结构，并在体外展示出与体内肝细胞相当的主要肝脏代谢功能。这种文化系统为肝脏疾病的治疗策略开发提供了新的途径。07讨论总结研究强调了HHOs技术在解决人类成体肝细胞体外扩增与功能性之间权衡的潜力。通过基因组学分析，关键的培养因子如EHF、Wnt/R-spondin、Noggin、TGFβ抑制剂、OSM和福司可林被确定为促进肝细胞扩增的必要因素。特别地，OSM-STAT3激活不仅促进了肝细胞的增殖，还保留了肝脏谱系的完整性，防止了导管化生和上皮-间质转化。  研究指出，HHOs技术代表了一种新的类器官培养系统，兼具肝细胞的扩增性和功能性。其优点包括提供了一个稳定、可重复且成本效益高的平台，用于探索人类肝脏代谢，超越了传统的人类肝细胞模型的局限性。此外，HHOs在再生医学中的潜在应用为解决肝衰竭问题打开了新的视野。END免责声明：本文仅作知识交流与分享及科普目的，不涉及商业宣传，不作为相关医疗指导或用药建议。文章如有侵权请联系删除。OTC2025论坛深度聚焦类器官与疾病建模、新药发现/研发、3D细胞培养、类器官培养及质控。展位咨询请联系：王晨 180 1628 8769。戳“阅读原文”立即领取OTC2025免费参会名额!

-01-引言金属蛋白酶（MP）是一个在其活性中心具有金属离子的大型蛋白酶家族。根据结构域的不同，金属蛋白酶可分为多种亚型，主要包括基质金属蛋白酶（MMPs）、解整合素金属蛋白酶（ADAMs）以及具有血栓反应蛋白基序的ADAMs（ADAMTS）。它们具有蛋白质水解、细胞粘附和细胞外基质重塑等多种功能。金属蛋白酶在多种类型的癌症中表达，并通过调节信号转导和肿瘤微环境参与涉及肿瘤发生、发展、侵袭和转移的许多病理过程。因此，更好地了解MP在癌症免疫调节中的表达模式和功能将有助于开发更有效的癌症诊断和免疫治疗方法。-02-一、MP的结构和表达基质金属蛋白酶（MMP）在脊椎动物中，MMP家族由28个成员组成，至少23个在人体组织中表达，其中14个在脉管系统中表达。基质金属蛋白酶通常根据其底物和其结构域的组织结构分为胶原酶（MMP1、MMP8、MMP13）、明胶酶（MMP2、MMP9）、溶血素（MMP3、MMP10、MMP11）、基质溶素（MMP7、MMP26）、膜型MMPs（MT MMPs）或其他MMPs。MMP家族有一个共同的核心结构。典型的MMPs由大约80个氨基酸的前肽、170个氨基酸的金属蛋白酶催化结构域、可变长度的连接肽或铰链区和约200个氨基酸的血红素蛋白结构域组成。不同类型的MMP具有不同于典型MMP的特定结构特征。例如，MT MMPs缺乏前结构域，而MMP7、MMP26和MMP23缺乏Hpx结构域和连接肽。此外，MMP2和MMP9包含纤连蛋白的三个重复。MMPs中的这些不同结构域、模块和基序参与与其他分子的相互作用，从而影响或决定MMP活性、底物特异性、细胞和组织定位。MMPs已在多种人类癌症中检测到，MMPs的高表达通常与大多数癌症的生存率降低有关，包括结直肠癌、肺癌、乳腺癌、卵巢癌和胃癌。其中MMP2和MMP9，能够降解基底膜中的IV型胶原，是研究最广泛的金属蛋白酶，与各种癌症患者的疾病进展和生存率降低相关。解整合素金属蛋白酶（ADAM）ADAMs是锚定在细胞表面膜上的I型跨膜蛋白，迄今已发现30多种。与MMPs类似，ADAMs包括前结构域和锌结合金属蛋白酶结构域。ADAM还包括一个在细胞表面蛋白中独特的去整合素结构域。ADAM的金属蛋白酶结构域高度保守，大多数ADAM都有一个富含半胱氨酸的结构域和跨膜区域相邻的EGF样结构域，然后是一个长度和序列在不同ADAM家族成员之间变化很大的胞内区。由于这些结构域的存在，ADAM可以结合底物并影响细胞粘附和迁移的变化，以及细胞表面分子的蛋白水解释放。它们的主要底物是完整的跨膜蛋白，如生长因子、粘附分子和细胞因子的前体形式。癌细胞通常表达高水平的ADAM，ADAM17是所有ADAM蛋白中研究最广泛的。一项评估ADAM17作为卵巢癌潜在血液生物标志物的研究表明，与对照组相比，培养的卵巢癌细胞系的培养基上清液以及卵巢癌患者的血清和腹水中的ADAM17水平明显更高。具有血栓反应蛋白基序的ADAM（ADAMTS）ADAM不同，ADAMTS是一种分泌型金属蛋白酶，其特征在于辅助结构域包含血栓反应蛋白1型重复序列（TSR）和间隔区，并且缺少跨膜区、胞内域和（EGF）样结构域，人ADAMTS家族包括19种蛋白。ADAMTS蛋白酶参与前胶原和von Willebrand因子的成熟，以及与形态发生、血管生成和癌症相关的ECM蛋白水解。研究表明，不同的ADAMTS具有不同的生物学功能，并且个体ADAMTS可以在不同的癌症中或根据临床环境发挥不同的作用。与MMPs和ADAMs相比，ADAMTS在TME中的参与研究较少，因此迫切需要系统地研究其在癌症中的功能。-03- 二、涉及癌细胞免疫相关MP的信号通路信号转导途径由多个分子组成，它们相互识别和相互作用，并传递信号以调节许多重要的生物学过程，如肿瘤细胞增殖、转移和免疫调节。三种信号通路尤其与免疫调节中的MP密切相关。肿瘤坏死因子信号肿瘤坏死因子-α（TNF-α）是一种重要的促炎细胞因子，参与免疫系统的维持和稳态，以及炎症和宿主防御。可溶性TNF-α通过蛋白水解酶ADAM17，也称为TNF-a转换酶（TACE），从跨膜TNF-α（tmTNF-α）裂解，该酶可通过激活TNF-α来协调免疫和炎症反应。鉴于ADAM17对TNF信号通路的受体和配体的作用，ADAM17被认为以多种方式影响TNF-α信号传导。例如，可溶性TNF-α产生的减少将导致tmTNF-α的积累，其将与TNFR2结合并导致不同的生物学结果。转化生长因子–β转化生长因子-β（TGF-β）作为肿瘤行为的关键调节因子，在肿瘤侵袭和转移、免疫调节和治疗抵抗中发挥重要作用。TGF-β也是TME免疫抑制的核心，根据具体情况对免疫系统具有多效性功能。MMP9和MMP2是已知的两种金属蛋白酶，可切割未激活的TGF-β前体并产生不同的TGF-β蛋白水解切割产物，从而导致TGF-β活化。此外，与CD44结合的MMP9降解纤连蛋白导致活性TGF-β的释放。癌细胞中MMP9的水平不仅可能影响TGF-β的蛋白水解，还可能影响TGFβ和TGF信号通路下游物质的表达。对乳腺癌中MMP9与TGF信号通路之间关系的研究表明，乳腺癌细胞中MMP9的过表达不仅显著上调了SMAD2、SMAD3和SMAD4的表达，还增强了SMAD2的磷酸化。Notch信号通路Notch信号涉及肿瘤生物学的多个方面，其在免疫应答的发展和调节中的作用比较复杂，包括塑造免疫系统和TME的组成部分，例如抗原呈递细胞、T细胞亚群和癌细胞之间的复杂串扰。特别是，Notch在不同免疫细胞的发育和维持中发挥着关键作用。配体与Notch受体结合后，下游信号由包括ADAM家族成员在内的一些蛋白酶介导。首先，受体/配体相互作用暴露了蛋白水解切割位点S2，其被ADAM金属蛋白酶切割。γ-分泌酶介导的S3处的后续裂解发生在跨膜区，导致Notch胞内结构域（NICD）的释放，该结构域转移到细胞核中，并将MAML与RBPJ结合，触发靶基因如Myc、P21和HES1的转录。已知ADAM10和ADAM17参与裂解S2，而ADAM17导致配体非依赖性Notch激活，ADAM10导致配体依赖性激活。-04-三、MP对肿瘤微环境的调节TME是指肿瘤细胞周围的微环境，包括血管、免疫细胞、成纤维细胞、骨髓源性抑制细胞、各种信号分子和ECM。TME在调节癌症的免疫反应中起着关键作用。MP对ECM的影响ECM是TME基质的非细胞成分，ECM的重塑在癌症的发展和体内稳态以及免疫细胞募集和组织转移中起着重要作用。癌症进展过程中ECM的广泛重塑导致其密度和组成发生变化，具体而言，蛋白酶诱导的ECM成分的分解对于肿瘤细胞跨越组织屏障至关重要。MMPs和ADAMs是参与ECM降解的主要酶，参与ECM降解的MMPs可大致分为膜锚定MMPs和可溶性MMPs。ECM降解主要通过MT1 MMP激活的可溶性MMP（如MMP2、MMP9和MMP13）实现。ECM有三个主要成分：纤维、蛋白聚糖和多糖。MMPs通过与这些基质结合以促进各种ECM蛋白的周转，在组织重塑中发挥重要作用。MMPs降解ECM的具体机制尚不清楚，需要进一步研究。MP与免疫细胞之间的关系MP在促进免疫细胞活性和调节免疫细胞迁移方面发挥重要作用。MP和免疫细胞之间的关系如下图所示。ADAM10和ADAM17在静止的CD4+Th细胞表面表达，对调节CD4+Th的发育和功能很重要。ADAM10/17在T细胞共刺激受体以及共抑制受体的脱落中发挥关键作用。例如，CD154（CD40L）是一种II型膜共刺激受体，在T细胞和APC之间的相互作用后，CD154表达在几个小时内迅速上调，随后在ADAM10和ADAM17裂解后从T细胞表面释放。此外，ADAM10和ADAM17还作用于共刺激受体CD137，以及抑制性受体LAG-3、TIM-3，sLAG-3和sTIM-3的可溶性形式都是在ADAM10和ADAM17蛋白水解裂解后形成的。B细胞是体液免疫的关键细胞成分，位于脾脏中边缘区B细胞（MZB）表达高水平的CD80/86共刺激分子，导致T细胞活化。Notch2信号传导是MZB细胞发育所必需的，在MZB的发育过程中，Notch2异二聚体与基质细胞和APC上的DLL1等配体结合，这启动了一种未知的金属蛋白酶水解受体，导致Notch胞内结构域的释放，该结构域转移到细胞核并触发下游靶基因的表达。这种未知的金属蛋白酶可能是ADAM10。NK细胞表达IgG Fc受体FcγRIII（CD16），CD16分子可被ADAM17从活化的NK细胞表面裂解，ADAM17的抑制会削弱CD16和CD62L的胞外脱落，从而显著增加细胞内TNF-α和IFN-γ的水平。此外，MMPs和ADAMS可以从肿瘤细胞表面切割活化受体NKG2D的配体。这些裂解蛋白的可溶性形式与NKG2D结合，并诱导该受体的内吞和降解，导致肿瘤逃避监控。总的来说，ADAM17裂解的多种底物与NK细胞的不同作用有关。肿瘤相关巨噬细胞（TAM）有助于癌症的发生和恶性进展，高水平的TAM与预后不良和总体生存率降低有关。在多种癌症中，发现TAM通过分泌MMPs促进肿瘤血管生成和侵袭，并调节免疫反应。MMP的调节与TAM分泌的趋化因子密切相关。与MPs相关的免疫调节细胞因子多种来源于肿瘤细胞的细胞因子，包括TGF-β、EGF、HGF和TNF-α，介导许多MP的表达。其中最重要的是MMP9，其在血清和与肿瘤相关的组织中升高，并参与ECM的降解，以促进癌症中免疫细胞的迁移。此外，这些细胞因子必须被MP切割以参与肿瘤免疫过程。例如，被ADAM17切割的TmTNF-α产生活性sTNF-α。IL-12在T细胞发育和扩增中也起着关键作用，未激活的IL-12前体需要在被MMP14切割之后在TME中转变为活性状态。金属蛋白酶和血管生成迄今为止，已经报道了几种类型的肿瘤血管生成，包括萌芽血管生成和血管生成拟态（VM）。萌芽血管生成是通过血管基底膜中各种水解酶（如MP和组织纤溶酶）的上调实现的，这导致基底膜和ECM的降解和重塑。例如，在胰腺神经内分泌肿瘤中，MMP9分泌增加会从基质中释放出隔离的VEGF，从而将血管静止转变为活跃的血管生成。在肺癌细胞中，MMP2活性的抑制减少了其与整合素AVB3的相互作用，并抑制了下游PI3K/AKT信号介导的VEGF的表达，导致血管生成减少。VM是侵袭性肿瘤形成新血管的新模型，为肿瘤生长提供血液供应。研究表明，实体瘤的初始缺氧环境与VM密不可分，缺氧与MMPs的表达和活性密切相关。低氧诱导因子-1α（HIF-1α）已被证明直接调节MMP14、MMP9和MMP2的表达。-05-四、靶向MP的免疫治疗鉴于MP在癌症免疫调节中的作用，人们开始探索靶向MP的免疫治疗，临床试验中出现了多种广谱MP抑制剂。然而，由于药物的非特异性靶向和MP在免疫调节中的复杂作用，MP抑制剂迄今未能改善癌症患者的生存和预后。最近，有报道称MP抑制剂可用于联合治疗，以提高免疫治疗的疗效。SB-3CT作为一种MMP2/9抑制剂，被认为可以提高抗PD-1和抗CTLA-4治疗黑色素瘤和肺癌小鼠模型的疗效。SB-3CT治疗不仅通过减少多种致癌途径导致PD-L1表达减少，而且与抗PD-1治疗相结合，显著改善了免疫细胞浸润和T细胞的细胞毒性。此外，SB-3CT与抗CTLA-4的组合增强了PD-L1表达的下调，并增加了肿瘤中活化的肿瘤浸润CD8+T细胞的丰度。Andecaliximab（GS-5745）是一种选择性抑制MMP9的单克隆抗体，GS-5745通过与MMP9前体结合并阻止MMP9活化来抑制MMP9，而与活性MMP9的结合则抑制其活性。Fab 3369作用于MMP14，阻断细胞表面表达的内源性MMP14，并抑制三阴性乳腺癌（TNBC）中ECM的降解。此外，有多种抗体可有效抑制ADAM17，包括A12、A9和MED13622。还有一些小分子抑制剂在临床开发中，在临床试验中显示出积极的效果。-06-结语MP在TME中的免疫调节中发挥重要作用，包括ECM重塑、信号通路转导、细胞因子脱落和释放以及促进血管生成。与MP相关的新兴技术和药物在癌症诊断和治疗中得到了越来越多的探索。因此，更好地了解MP在癌症免疫调节中的表达模式和功能将有助于开发更有效的癌症诊断和免疫治疗方法。基于MP的探索和新技术具有巨大潜力，它们可能会为未来的癌症诊断和治疗提供有效的策略。参考资料：1.Immunomodulatory role of metalloproteases in cancers: Current progress and future trends. Front Immunol.2022; 13: 1064033.公众号内回复“ADC”或扫描下方图片中的二维码免费下载《抗体偶联药物：从基础到临床》的PDF格式电子书！公众号已建立“小药说药专业交流群”微信行业交流群以及读者交流群，扫描下方小编二维码加入，入行业群请主动告知姓名、工作单位和职务。

-01-引言新血管的形成，是一个由各种促血管生成和抗血管生成分子调节的复杂而动态的过程，在肿瘤生长、侵袭和转移中起着至关重要的作用。随着分子生物学和细胞生物学的发展，参与肿瘤血管生成的各种生物分子，如生长因子、趋化因子和粘附因子已逐渐被阐明。基于这些分子的靶向治疗研究推动抗肿瘤血管生成治疗成为一种非常有前景的策略。最广泛使用的抗血管生成剂包括靶向血管内皮生长因子（VEGF）的单克隆抗体和酪氨酸激酶抑制剂（TKIs）。然而，由于不良反应、获得性耐药、肿瘤复发以及缺乏有效的生物标志物等缺陷，这种治疗模式的临床益处仍然有限，这促使人们进一步研究肿瘤血管生成的机制，开发多种新型药物和联合治疗，以提高疗效。-02-一、肿瘤血管生成的病理生理学血液循环是细胞代谢的基础，在正常组织中，紧密的周细胞覆盖和血管内皮细胞连接确保了正常的血液循环，形成了成熟的血管结构。然而，在肿瘤组织中，来自肿瘤组织的更多机械应力导致肿瘤血管的厚度不均和结构变形，它们以不规则的回旋方式表现出密集的出芽，这往往会阻碍血液流动。机械应力还会破坏淋巴管道，阻止多余间质液的淋巴引流。此外，脆弱且高渗透性的肿瘤血管，其内皮细胞和周细胞排列不规则，导致血液渗漏和灌注不连贯。这种空间异常结构表现为低血流量，减少了氧气和营养的供应，在肿瘤微环境中引起随后的酸性环境、缺氧以及高间质高压。所有这些因素都会导致肿瘤血管的混乱功能和异常结构，进一步加重酸性和缺氧的肿瘤微环境，从而促进肿瘤血管生成、侵袭和转移。肿瘤血管生成有多种模式。其中，血管出芽生成是生理和病理血管生成中最典型的过程，即在现有血管中形成新的血管分支，并通过尖端细胞的迁移和干细胞的增殖最终渗透到肿瘤组织中；套叠式血管生成涉及双腔的形成，双腔分裂成两条血管，渗透到肿瘤组织中；血管发生是指骨髓来源或血管壁固有的内皮祖细胞，这些细胞分化为内皮细胞形成新血管。除了上述三种模型外，肿瘤还可以通过血管选择、血管模拟、癌症干细胞分化模式来实现血管生成。血管选择指肿瘤细胞在预先存在的血管周围迁移或渗透到周围组织空间，最终包裹血管并引导它们进入肿瘤组织，为肿瘤细胞提供营养；血管模拟是肿瘤细胞延伸形成模拟血管腔，然后插入预先存在的血管，输送营养到肿瘤组织中的过程；最后，癌症肝细胞可以通过上皮-内皮转化转分化为内皮样细胞。-03- 二、肿瘤血管生成的关键分子和信号通路促进或抑制血管生成的各种生物分子构成了复杂而动态的血管生成系统，包括生长因子（如血管内皮生长因子、成纤维细胞生长因子、转化生长因子、肝细胞生长因子）、粘附因子（整合素、钙粘蛋白）、蛋白酶（如基质金属蛋白酶）、细胞外基质蛋白（纤连蛋白、胶原），转录因子（缺氧诱导因子、核因子）、血管生成素、血管抑素、内皮抑素和白细胞介素等。所有这些都通过跨膜受体激活基因表达并诱导内皮细胞增殖、存活和血管生成。VEGF/VEGFRVEGF-A是血管生成最重要的调节因子，在肿瘤生长、增殖、侵袭、转移、血管生成和耐药性中发挥着不可替代的作用。生理和病理血管生成中最关键的信号通路是VEGF-A/VEGFR-2，它刺激内皮细胞（EC）的有丝分裂、趋化和形态发生，并诱导实体瘤的增殖、迁移、侵袭和血管生成。PDGF/PDGFRs血小板衍生生长因子（PDGF）作为成纤维细胞、平滑肌细胞和神经胶质细胞等间充质细胞的主要有丝分裂原，PDGF通过旁分泌或自分泌参与细胞生长和分化、伤口愈合、血管生成、募集和周细胞和平滑肌细胞的分化。PDGF-BB是PDGF家族中研究最多的因子之一，过度表达的PDGF信号不仅增强组织纤维化，而且在肿瘤进展和抗VEGF治疗中激发血管生成和耐药性。EGF/EGFRs表皮生长因子（EGF）通过EGFR广泛参与细胞生长、增殖、分化、迁移、粘附、凋亡和肿瘤血管生成。作为启动分子，EGF通过激活下游信号通路（MAPK、PI3K/AKT/PKB、STAT和PLCγ/PKC）参与内皮细胞增殖和分化。此外，它促进有丝分裂，并通过Ang-2配体上调各种血管生成因子的合成、表达和分泌，如VEGF，间接促进肿瘤血管生成。FGF/FGFR作为促进伤口愈合的关键因素，成纤维细胞生长因子（FGF）家族是内皮细胞的有效有丝分裂原和驱动因子之一，也是最早发现的与血管生成相关的生长因子。主要由血管内皮细胞、干细胞和受损心肌细胞分泌。FGF家族中最具影响力的促血管生成因子是FGF-2（bFGF），它通过旁分泌调节心脏非肌细胞的功能分化，并刺激血管生成相关过程，如内皮细胞的迁移和侵袭以及纤溶酶原激活剂的产生。bFGF在乳腺癌（BC）、肺癌、膀胱癌和白血病中通常过度表达，与癌症转移和患者预后不良有关。HGF/c-MetHGF/c-Met是伤口愈合、组织再生和胚胎发生的关键信号通路。异常的HGF/c-Met信号，如c-Met基因的扩增或突变、转录失调以及HGF的异常分泌，促进癌组织的扩散、侵袭和血管生成。IGF/IGFR胰岛素样生长因子（IGF）是一种调节人类生长、发育和能量代谢的生长因子。高表达的IGF1和IGF2诱导VEGF合成并上调HIF-1α和VEGF的表达以促进血管生成。研究表明，IGF过表达会促进糖尿病视网膜病变（DR）、动脉粥样硬化和癌症的进展。TGF-βTGF-β是一种多效性的细胞因子，与身体稳态、组织修复、炎症和免疫反应有关，还参与细胞生长、分化、增殖、自噬、凋亡和肿瘤血管生成。在肿瘤中，TGF-β诱导内皮细胞迁移，促使血管出芽；其次，其通过EMT促进肿瘤的浸润和侵袭；此外，TGF-β诱导结缔组织生长因子（CTGF）、VEGF和bFGF的表达，它们对肿瘤血管生成至关重要。HIF-1缺氧诱导因子-1（HIF-1）调节细胞对缺氧的适应、能量代谢、红细胞生成和组织灌注平衡，并参与细胞存活、增殖，迁移、粘附、细胞凋亡、红细胞生成和葡萄糖代谢。在肿瘤进展中，HIF-1α可以上调所有VEGF亚型、PlGF、FGF、PDGF和Ang-1的相关基因的表达，以促进肿瘤血管生成或诱导耐药性。整合素整合素是细胞外基质中的主要粘附因子，通过调节细胞之间以及这些细胞与周围基质的信号转导，参与人体中的各种细胞过程。αvβ6是整合素中第一个发现具有血管生成作用的粘附因子，广泛表达于重塑和病理组织中活化的血管内皮细胞上。αvβ3是bFGF和TNF-α信号通路启动的血管生成中不可或缺的因子，而αvβ5是TGF-α和VEGF介导的血管生成所必需的。蛋白水解酶基质金属蛋白酶（MMPs）是一类由结缔组织和基质细胞分泌的锌和钙依赖性内肽酶家族。在各种血管生成中，MMPs是破坏ECM和重塑基底膜的主要介质。参与肿瘤血管生成的主要亚型是MMP-2、MMP-9和MMP-14。MMP-9是细胞外基质降解的中心蛋白酶，其增加VEGF的生物利用度并募集周细胞以维持肿瘤微环境中的稳态，触发内皮细胞的形态发生和出芽以刺激肿瘤血管生成。NF-κB核因子κB（NF-κB）是人体中的一种重要转录因子，参与细胞存活、氧化损伤、炎症、免疫反应和血管生成。作为一种间接介质，NF-κB通过调节血管生成因子的表达水平来调节各种癌症（如CRC、BC和黑色素瘤）的进展。血管生成素血管生成素维持静止的内皮细胞稳态和血管形态，并参与新血管的形成、胚胎发育和肿瘤血管生成。血管生成素由四个配体组成，Ang-1、Ang-2、Ang-3和Ang-4。Ang-1和Ang-2是参与血管稳态的主要因素。在肿瘤中，Ang-1和Ang-2的过表达促进血管生成和肿瘤生长。Notch通路Notch受体是一种特殊的非RTK蛋白，参与许多细胞过程，如形态发生、增殖、迁移、分化、凋亡、粘附、EMT和血管生成。在Notch家族中，Dll-4和Jag-1是肿瘤血管生成中最具代表性的配体。Ephrin/EphREphrin/EphR是一个独特的激酶家族，通过典型的双向信号转导调节相邻细胞之间的相互作用。在人体中，Ephrin/EphR信号通路在细胞形态发生、动静脉形成、神经系统发育、组织形成、组织稳态和各种血管生成过程中发挥着至关重要的作用。其中，最关键的通路是EphrinB2/EphB4，它能有效地促进发芽，肿瘤血管生成中的血管成熟和血运重建。-04-三、抗肿瘤血管生成药物的研究进展抗血管生成治疗是通过抗血管生成药物抑制肿瘤生长和转移，限制肿瘤组织的血液供应来实现的。尽管分子和机制研究表明，许多调节因子参与了肿瘤血管生成，但血管生成抑制剂的研究仍然集中在VEGF/VEGFR信号通路上。其中，单克隆抗体和小分子酪氨酸激酶抑制剂是抗血管生成治疗的主流药物。单克隆抗体最具代表性的抗肿瘤血管生成抗体是贝伐单抗（Avastin）。贝伐单抗是第一种获批的血管生成抑制剂，通过中和所有VEGF亚型来抑制肿瘤血管生成，从而阻断VEGF通路的转导。在CRC患者的III期临床试验中， PFS从中位数6.2个月增加到10.6个月，OS从34.8%增加到44.8%，中位反应持续时间增加了3.3个月。因此，贝伐单抗于2004年被FDA批准用于CRC患者。除了第一个适应症外，贝伐单抗已被批准用于多种其他癌症的单药治疗、手术辅助治疗或与化疗联合治疗，并且测试抗血管生成治疗的更多潜力。Ramucirumab（Cyramza）是一种靶向VEGFR-2的抗体，在三期REGARD临床试验中，Ramucirumab显著改善了不可切除胃和胃食管交界腺癌患者的中位OS（5.2个月vs 3.8个月）和PFS（2.1个月vs 1.3个月）。2014年，FDA批准ramucirmab用于先前治疗的晚期胃或胃食管交界处（GEJ）腺癌。Olaratumab（Lartruvo）是一种靶向PDGFRα的单克隆抗体，是FDA批准的治疗软组织肉瘤的一线药物。寡核苷酸衍生物Pegaptanib（Macugen）是一种VEGF-A靶向RNA适配体，于2004年12月被批准用于血管源性年龄相关性黄斑变性，通过玻璃体内注射，在AMD患者中具有良好的耐受性和治疗效果。重组融合蛋白Aflibercept（Eylea）是一种靶向VEGF的重组诱饵蛋白，它细胞外VEGFR结构域和人IgG1的Fc段融合而成。Aflibercept通过特异性阻断VEGF-A从而抑制内皮细胞的分裂和增殖，降低血管通透性，并用于AMD、DR和DME等非肿瘤性血管生成疾病。此外，它也被FDA批准用于治疗对含奥沙利铂耐药性或进展的转移性CRC患者。mTOR抑制剂Everolimus（RAD001）是mTOR的口服抑制剂，通过间接阻断mTOR抑制肿瘤细胞的增殖并诱导细胞凋亡和自噬。mTOR是一种丝氨酸/苏氨酸（Ser/Thr）激酶，通过与PI3K/AKT信号通路协同作用，在肿瘤细胞增殖和血管生成中发挥关键作用。在一项针对RCC患者的II期临床试验中，Everolimus取得了很好的结果，中位PFS为11.2个月，中位OS为22.1个Temsirolimus是另一种mTOR抑制剂，已被FDA批准用于晚期RCC。它还被欧盟批准用于复发或难治性套细胞淋巴瘤/非霍奇金淋巴瘤。小分子TKIssorafenib是一种多重靶向的血管生成抑制剂，通过阻断Raf和激酶受体（包括VEGFR、PDGFR、c-Kit和RET）的自磷酸化，抑制肿瘤的增殖、侵袭、转移和血管生成。2005年12月，FDA批准sorafenib用于晚期RCC患者。sorafenib作为首个抗血管生成小分子酪氨酸激酶抑制剂，显著促进了随后抗血管生成大分子药物的开发和临床研究。此外，其它的小分子血管生成抑制剂还包括Sunitinib、Pazopanib、Vandetanib、Regorafenib、Cabozantinib、Lenvatinib和Axitinib等。-05-四、抗血管生成治疗的局限性和挑战血管生成抑制剂用于癌症治疗，通过影响肿瘤中新血管的形成，为广泛的实体瘤治疗开辟了新的领域。然而，由于肿瘤血管生成机制复杂，研究有限，抗血管生成治疗仍存在一些不足，包括肿瘤复发、耐药性、缺乏生物标志物、短效疗效和一些严重不良事件。安全性和有效性最初认为，与其他化疗药物相比，抗血管生成疗法可能没有毒性。然而，事实证明这是一个误判。在许多不同的临床治疗中出现了常见的严重不良事件，如高血压、蛋白尿、淋巴细胞减少症、血小板减少症、白细胞减少症、中性粒细胞减少症和一些由不同药物引起的身体异常，这可能会影响患者的耐受性，甚至导致治疗终止。此外，血管生成抑制剂通过阻断血液供应在短期内控制肿瘤的生长和扩散，但长期结果可能是缺氧诱导的肿瘤局部侵袭和远处转移的风险增加，以及停止治疗后血运重建和肿瘤复发的可能性。耐药性耐药性是一个主要的挑战，它一直限制着靶向抗血管生成治疗的临床结果。可能的耐药机制包括：（a）肿瘤组织中代偿性促血管生成信号通路的上调；（b）肿瘤募集骨髓来源的内皮祖细胞、周细胞祖细胞、肿瘤相关巨噬细胞和未成熟单核细胞，其可以维持血管的形成；（c） 血管周细胞的募集，其可以覆盖未成熟的肿瘤血管，以防止抗血管生成药物的破坏；（d）非常规血管生成过程。此外，耐药性还涉及肿瘤组织和TME的高度异质性、内皮异质性、肿瘤细胞自噬、癌症干细胞分化、基质细胞浸润、肿瘤类型、肿瘤或靶点的基因突变以及患者的用药史等因素，都会影响患者对抗肿瘤治疗的反应和耐受性。缺乏有效的生物标志物生物标志物的应用是一种强大的辅助手段，对疾病识别、早期诊断和预防以及药物治疗监测至关重要。然而，尽管做出了相当大的努力，但很少有对血管生成有反应的生物标志物被批准用于临床应用。事实上，由于肿瘤血管生成的复杂性、肿瘤的异质性和可变性、反应或毒性的不可预测性以及临床前和临床试验的局限性等众多因素，生物标志物的开发将是一个巨大的挑战。-06-结语血管生成是肿瘤增殖、侵袭和转移的关键条件之一，以血管优化为标准的抗血管生成治疗已逐渐成为一种流行的抗肿瘤策略。但一些不可忽视的问题仍有待解决，如治疗效果不足、耐药性等。这些限制激励着研究人员开发新的血管生成抑制剂，探索更多靶点的药物以及可靠的生物标志物。相信随着对肿瘤血管生成、肿瘤微环境和耐药性的深入了解，这些问题可能在不久的将来得到解决。作为一种新兴的策略，抗血管生成治疗将为癌症患者和抗肿瘤治疗带来更多的临床益处。参考资料：1.Angiogenic signaling pathways and anti-angiogenic therapy for cancer. Signal Transduct Target Ther.2023 May 11;8(1):198公众号内回复“ADC”或扫描下方图片中的二维码免费下载《抗体偶联药物：从基础到临床》的PDF格式电子书！公众号已建立“小药说药专业交流群”微信行业交流群以及读者交流群，扫描下方小编二维码加入，入行业群请主动告知姓名、工作单位和职务。