无管腔的新生血管在肿瘤生长起始阶段的作用和机制研究

It has been widely accepted that tumor initiates avascularly as multicellular aggregates and later induce angiogenesis when the size exceeds a few millimeters and becomes hypoxia and nutrient deprivation.In this conceptual framework, angiogenic sprouts are believed to infiltrate into microtumors as lumenized vessels to facilitate the delivery of oxygen and nutrients.However, the directly conclusive in vivo evidence about the deatails underlying this process has been lacking.In pilot studies,we found endothelial cells have infiltrated into microtumors and gradually construct an unlumenized endothelial framework before the development of circulation in tumors,and then vascular channel forms via a complex cellular process.Moreover,we found endothelial cells directly promote tumor cells proliferation independently of circulation by secreting soluble "angiocrine" factors.In the present project, we will use tumor models established in mouse and double-transgenic zebrafish to investigate the exact events included in the process of endothelial hollowing in tumor in vivo, and molecular mechanisms underlying ECs regulating the initial growth of tumors in an unique microenvironment that blood circulation has not been established in microtumor or micrometastase.Comparing to the "main-stream" opinion of angiogenesis in tumor, we model simultaneously includes the blood-perfused and non-perfused angiogenic sprouts, also distinguishes the difference between functions of angiogenic sprouts and blood perfusion.Overall, our results will deepen our understanding to the process and novel function of angiogenesis in tumor, and provide clues to develop novel strategies to prevent tumor recurrence and metastasis.

经典的肿瘤血管生成理论认为：肿瘤以无血管状态长至1-2mm时诱导新生血管获得必需的氧和营养以维持其继续生长。然而我们在前期研究中发现，在这个关键节点之前肿瘤内已形成由血管内皮细胞组成的、无管腔的"血管内皮细胞条索"，通过分泌细胞因子直接促进肿瘤在无血流灌注状态下的生长，然后才形成有管腔有血流灌注的血管。基于此重要发现，本项目中我们将利用小鼠和转基因斑马鱼肿瘤模型，通过体内外实验研究肿瘤生长起始阶段新生血管系统从无到有建立的详细过程，以及无管腔血管在无血流灌注的肿瘤中的作用及分子机制，并探讨血管内皮细胞与肿瘤干细胞的关系。相对于传统的血管生成理论，本项目区别考虑了肿瘤内的血管生成和血流灌注，也辨析了血管与血管内皮细胞的功能差别，认为肿瘤血管生成和血流灌注的建立并不是同步的。因此，本课题研究结果将加深我们对肿瘤血管生成过程和功能的认识，具有原始创新性和重要的学术意义。

我们对调控肿瘤血管生成的分子及通路已有大量的研究，然而其详细过程仍不是非常清楚。本项目中，我们对血管生成的细胞学过程及机制、以及血管管径变大的分子机制进行了深入研究，获得较好的研究结果：1. 我们发现肿瘤血管的形成是一个“双相”过程，即血管生成和血流灌注的建立过程不是同步的：肿瘤微克隆内先形成由血管内皮细胞组成的无管腔无血流灌注的“血管内皮条索”，然后才形成有管腔有血流灌注的血管网。并且进一步发现，在未建立血流灌注的肿瘤中，血管内皮细胞本身通过分泌可溶性因子促进肿瘤细胞增殖。在黑色素瘤中，血管内皮细胞通过分泌 IL-8、SDF-1和 FGF2促进肿瘤细胞的增殖。2. 肿瘤诱导血管的方式主要有：血管新生（angiogenesis）、包裹宿主血管（vascular co-option）和血管拟态（vascular mimic）等。血管发生（vasculargenesis）也参与了肿瘤血管的生成，然而其中的分子机制并不清楚。我们的研究表明转录因子 ETV2可以通过作用于肿瘤干细胞使其转分化成血管内皮细胞，从而在肿瘤血管发生过程中发挥重要作用。因此，本研究具有很好的创新性和意义。相关研究结果已投稿elife，正在外审中。3. 血管的形成是一个复杂的多步骤的过程，血管管腔的形成过程虽然仍不清楚，但已提出了多个形成模型。然而，对于血管管腔形成后其管径增大的过程和机制还几乎是空白。我们的研究发现体内天然存在的多肽 IMD在血管管腔变大过程发挥着重要作用，并且是不依赖VEGF-VEGFR2通路，而是通过CRLR/β-arrestin1-ERK1/2通路。因此，本研究发现有很好的创新性和科学意义，相关研究结果投稿Cell Research。这些研究结果完成了3篇研究论文，在 scientific reports 上发表一篇，另两篇分别在elife和cell research审稿。通过本项目的实施，培养了多名研究生，建立的稳定的基于斑马鱼模型的肿瘤血管研究体系，并利用该模型筛选出一系列具有抗肿瘤活性的先导化合物。