Посещений:
ЗАВИСИМЫЕ ОТ НАРУШЕНИЙ АНГИОГЕНЕЗА БОЛЕЗНИ



Анти-ангиогенная терапия

Therapeutic targeting of angiogenesis molecular pathways in angiogenesis-dependent diseases
Asghar Fallah, Ali Sadeghinia, Houman Kahrobafg et al.
Biomedicine & Pharmacotherapy Volume 110, February 2019, Pages 775-785




Рисунки к статье



1. Angiogenesis


Ангиогенез это процесс распространения новых кровеносных сосудов, который играет центральную роль в репродукции, развитии органов, заживлении ран и репарации тканей у человека. Ангиогенез также является критическим феноменом в прогрессировании различных болезней человека [[1-3]]. При нормальных физиологических условиях ангиогенез тонко регулируется сложной сетью факторов роста ангиогенеза и цитокинами, провоцирующими остаточные эндотелиальные клетки (EC), расположенные на внутренней поверхности сосудов, являющиеся основным местом ангиогенеза [[4-6]]. Ангиогенные факторы роста и цитокины, включая vascular endothelial growth factor (VEGF), fibroblast growth factors (FGFs), placental growth factor (PGF), platelet-derived growth factor (PDGF), tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), transforming growth factor-beta (TGF-β), angiopoietins (Angs), epidermal growth factor (EGF), granulocyte-macrophage colony-stimulating factor/granulocyte colony-stimulating factor (GM-CSF)/ G-CSF), hepatocyte growth factor/scatter factor (HGF/SF), interleukin 8 (IL-8), and erythropoietin (EPO) [[6-9]] (Fig. 1). Ангиогнные факторы роста и цитокины продуцируются разными типами клеток, включая эндотелиальные клетки, фибробласты, гладкомышечные клетки, тромбоциты, воспалительные клетки и раковые клетки [10]. В условиях гипоксии hypoxia-inducible factor (HIF) действует как ангиогенный фактор и кооперируется с TNF-α, чтобы инициировать ангиогенез (Fig. 1).



Fig. 1. Ligands/Receptors involving in angiogenesis. VEGF-VEGFR system receptors include seven immunoglobulin-autologous domains, one single transmembrane and an intracellular portion having a tyrosine-kinase domain, meanwhile VEGFA/VEGFR2 is an important signal for angiogenesis. VEGF-VEGFR system inhibitors including therapeutics antibody and a small molecule. HIF activates a signaling pathway that up-regulates VEGF expression and hypoxia suppress HIF degradation pathway. TGF-? has been recognized as a pivotal regulator during both developmental and pathophysiological angiogenesis. The angiogenic activity of TGF-? is highly context-dependent and coordinated by many regulatory factors3. TGF-? binds to type II receptor (T?RII), which recruits type I receptors, termed ALKs, to activate downstream signaling. In vascular endothelial cells, the angiogenic activity of TGF-βelicits pro-angiogenic responses. PDGF dimers bind to extracellular regions of PDGFR, triggering the dimerization of PDGFR. The phosphorylated PDGFRs then can initiate various downstream signaling events by recruiting SH2 domain-containing molecules such as ERK kinase, PI3K, FAK, and mTOR. VEGF-VEGFR, Vascular Endothelial GrowthFactor-VEGF Receptor; HGF, hepatocyte growth factor; HIF-1?, hypoxia-inducible factor 1?; TGF-β, Transforming growth factor-β; ALKs, activin receptor-like kinase; mTOR, mammalian target of rapamycin; PDGF, platelet-derived growth factor; PDGFR, PDGF Receptor.

Ангиогенез запускается с помощью стимулирующих ангиогенных факторов посредством различных механизмов [10]. VEGF индуцирует митогенез и миграцию в ECs и способствует разрастанию ECs и формированию трубок [10]. Семейство Ang ангиоенных факторов роста включает Ang-1, Ang-2, мышиный Ang-3 и человеческий Ang-4, соединяющиеся с эндотелиальной рецепторной тирозин киназой Tie-2, чтобы способствовать ангиогенезу [11]. Angs регулируют также гомеостаз ECs путем регуляции жизнеспособности клеток, созревания и стабильности сосудов [11]. В то время как VEGF действуют на ранней стадии ангиогенеза, чтобы способствовать образованию примитивных трубчатых структур, система Ang/Tie-2 функционирует на более поздней стадии ангиогенеза и усиливает рекрутирование пристеночных клеток (mв основном перицитов) и обеспечивает взаимодействия ECs и перицитов. Ang/Tie-2 система также способствует стабилизации новых сосудов благодаря формированию плотных соединений между эндотелиальными клетками (Fig. 2) [12]. Перициты являются разветвленными клетками удлиненными вокруг ECs и вносят вклад в созревание сосудов посредством высвобождения ангиогенных факторов роста, которые проникают в базальную мембрану, чтобы кон6тактировать с ECs [5]. За исключением мельчайших капилляров, ангиогенез сопровождается привлечением гладкомышечных клеток или перицитов в сосуды для последующей продукции внеклеточного матрикса [13]. TGF-β и PDGF являются иными ангиогенными факторами, которые важны для стабилизации новых сосудов. PDGF необходим для привлечения гладкомышечных клеток и перицитов. TGF-β отвечает за продукцию внеклеточного матрикса и соотв. взаимодействий между ECs и пристеночными клетками [5].



Fig. 2. Angiogenesis- tumor microenvironment is characterized by recruitment of cellsalso plays a critical role in resistance to anti-angiogenic therapy, release of soluble factors and hypoxia so that induces angiogenesis. PDGF/PDGFR is necessary for the recruitment of pericytes, the pericytes cells product Ang1for stability of EC and Ang2 is an antagonist. Platelets are recruited to sites of hypoxia, where they become activated and release their stores of stimulatory factors into the tumor microenvironment. EPCs and myeloid cells from the bone marrow move to the tumor microenvironment, where they release even more soluble factors locally. This environment also makes the tumor cells more invasive, allowing them to intravasate into the vasculature or lymphatics for metastasis to distant tissues. Effective strategies for cancer therapy must consider targets on multiple cell types and address issues of poor drug delivery in the leaky and poorly perfused tumor microenvironment. PDGF, platelet-derived growth factor; PDGFR, PDGF Receptor; Ang1/2, Angiopoietin 1/2; EC, Endothelial cells; EPC, Endothelial progenitor cells.

GM-CSF является ещё одним фактором, играющим важаную роль в заживлении ран, способствуя ангиогенезу [14]. GM-CSF усиливает экспрессию VEGF, снижает соотношение экспрессии Ang-1/Ang-2, и супрессирует фосфорилирование Tie-2 на ранних стадиях заживления ран, приводя к отсоединению перицитов от ЕCs, которое необходимо для пролиферации и миграции ECs (Fig. 2) [14,15]. На поздних стадиях заживления ран GM-CSF удерживает высокий уровень экспрессии VEGF, усиливая в то же время соотношении экспрессии Ang-1/Ang-2 и фосфорилирование Tie-2, приводя к более высокому покрытию перицитами и большей интеграции базальной мембраны, которая всё ещё необходима для барьерной функции в кровеносных сосудах [14].
FGF1 и FGF2 способствуют пролиферации физической организации ЕCs трубчато-подобные структуры. Кроме того, FGF1 и FGF2 индуцируют рост, дифференцировку и жизнеспособность ассоциированных с кровеносными сосудами клеток [16]. FGF1 играет важную роль в индукции ангиогенеза в сердце. FGF7, KGF2 и FGF10 являются факторами роста кератиноцитов (KGFs) которые участвуют в процессе заживления ран [17]. EPO также считается ангиогенным фактором, т.к. индуцирует пролиферацию ECs у нормальных животных и в разных опухолевых тканях. Экспрессия EPO рецепторов на ECs подтверждает мнение, что EPO важен для ангиогенеза. EPO активирует экспрессию VEGF, ключевого регулятора ангиогенеза [18].
Ассоциированные с ангиогенезом факторы образуют сложную сигнальную сеть на субклеточном уровне посредством соединения со своими специфическми рецепторами. Эта сеть запускается с помощью RTK и затем стимулирует нижестоящие пути, подобные Ras/Raf/MAPK, PI3K/Akt/mTOR и PKC [19,20]. Детали внутриклеточных сигнальных путей, механизмы их активации и разные сигнальные молекулы, участвующие в сигнальной трансдукции представлены на Fig. 1.
Васкулогенез и ангиогенез два главных процесса формирования кровеносных сосудов. При васкулогенезе, который является онтогенетическим процессом, мультипотентные мезодермальные клетки дифференцируются в ангиобласты и формируют ECs. Недавние исследования подтвердили, что артериальные и венозные ECs происходят из разных пулов ангиобластов, которые возникают из мезенхимы (Fig. 2) [5]. С др. стороны. ангиогенез новых сосудов базируется на предсуществующих кровеносных сосудах. Ангиогенез тонко регулирует с помощью молекулярных путей распространение эндотелия и развитие не разрастающихся микрососудов [21].
Разрастание эндотелия является основой последовательного много-ступечатого механизма ангиогенеза. При разрастании эндотелия рост сосудов инициируется за счет активации ангиогенных сигнальных путей, включая Notch, Wnt, VEGF/VEGFRs, что приводит к морфологическому ремоделированию ECs, т.к. присутствуют стволовые (stalk) клетки в предсуществующих кровеносных сосудах (Figs. 1,2) [21,22]. Затем активированные ECs начинают секретировать протеазы, подобные активатору plasminogen и матричные металлопротеинзы (MMP) , чтобы мобилизовать и рекрутировать ECs для осуществления ангиогенеза [22]. Вытягивание разрастаний происходит под контролем адегзивных молекул, наз. интегринами. Т.к. ECs пролиферируют в направлении окружающего матрикса и создают условия для микрососудов, то солидные ответвления осуществляют соединения с соседними сосудами [23]. Секреция факторов роста, таких как VEGF и bFGF, ускоряет ангиогенез разрастания (Fig. 2). Имеются и др. важные факторы, включая PDGF, TGF-β, и Ang-1, которые также играют роль в ангиогенезе разрастаний [23].
Не сопровождаемый разрастанием ангиогенез определяется как intussusceptive ангиогенез, при котором предсуществующие сосуды расщепляются на новые сосуды путем образования transvacuolar ткани, проникающей внутрь просвета сосудов [21]. Intussusceptive ангиогенез возникает в зоне контакта между двумя противоположными капиллярными стенками, где соединения эндотелиальных клеток реорганизуются в протекающий бислой, делающий возможным проникновение факторов роста и клеток в просвет [24]. Протекающая контактная зона затем заполняется перицитами и миофибробластами, чтобы сформировать коллагеновые волокна для развития сосудистого просвета. Intussusception реорганизует существующие клетки и увеличивает количество капилляров, независимо от количества ECs. Во время эмбрионального развития intussusceptive ангиогенез делает пригодной микрососудистую сеть для экспансии новых сосудов [21,24]. Кроме того, критическая роль ангиогенеза отмечается в репродукции, развитии и репарации ткани.

2. Angiogenesis-dependent diseases


Зависимые от ангиогенеза болезни были впервые описаны в 1971 Judah Folkman, который сообщил, что блокирование формирования кровеносных сосудов в опухолевых клетках приводит к супрессии роста и метастазирования раковых клеток. Параллельно первое лечение зависимой от ангиогенеза гемангиомы легких путем воздействия Interferon α-2a, предоставило доказательство важности подавления ангиогенеза и его потенциальное терапевтическое значение для лечения новообразований [25]. Interferon-α стал первым анти-ангиогенным агентом [1].
Патологический ангиогенез описан при ряде neovasculature болезней, которые названы зависимые от ангиогенеза болезни (Table. 1). Многие из таких болезней являются раковыми, neovascular age-related macular degeneration (NVAMD) и diabetic retinopathy (DR). При раке быстрая пролиферация канцерогенных клеток вызывает настоятельную потребность в крови и кровоснабжении в микроокружении опухоли. Раковый ангиогенез играет ключевую роль в обеспечении питательными веществами быстро растущие клетки и важен для целенаправленной терапии рака [3,26,27].

Table 1. Angiogenesis-Dependent Diseases. 

Specific organ        Diseases in mice or humans
Multi-organs abnormality        Cancer - infectious diseases - autoimmune disorders
Blood vessels abnormality        Vascular malformations - DiGeorge syndrome - HHT-
cavernous hemangioma -
atherosclerosis- transplant arteriopathy
Adipose tissue abnormality        Obesity - Weight loss by angiogenesis inhibitors
Skin abnormality        Psoriasis, warts, allergic dermatitis, scar keloids,
 pyogenic granulomas, blistering disease, Kaposi sarcoma in AIDS patients
Eye abnormality        Persistent hyperplastic vitreous syndrome -
diabetic retinopathy- retinopathy of prematurity - choroidal neovascularization
Lung abnormality        Primary pulmonary hypertension- asthma - nasal polyps
Intestines abnormality        Inflammatory bowel and periodontal disease, ascites, peritoneal adhesions
Reproductive system abnormality        Endometriosis- uterine bleeding - ovarian cysts -
ovarian hyperstimulation
Bone and joints abnormality        Arthritis - synovitis -
osteomyelitis - osteophyte formation


Связанная с возрастом макулярная дегенерация (AMD) считается зависимой от возраста дегенеративной болезнью. Исходя из тяжести, AMD подразделяется на ранней, промежуточной и поздний субтип [28]. При поздней или продвинутой AMD различают два субтипа, включая влажную (choroidal neovascularization; angiogenesis-dependent) и сухую (geographic atrophy; angiogenesis-independent) [29]. Влажная продвинутая AMD является нейродегенеративной болезнью с потерей зрения [28,29]. Продвинутая-AMD затрагивает почти 10 миллионов человек во всем мире, а количество затронутых индивидов с ранними стадиями более 150 миллионов. Факторами риска AMD являются ожирение, пищевой жир, потребление алкоголя, старение и генетическая предрасположенность [30,31].
DR описывается как повреждения кровеносных сосудов сетчатки в результате диабета, которая приводит к слепоте. Базируясь на прогрессировании болезни, DR классифицируется в виде двух подтипов; non-proliferative diabetic retinopathy (NPDR) и proliferative diabetic retinopathy (PDR) [32]. NPDR известна как ранняя стадия болезни с умеренными или с отсутствием симптомов, связанных со слабостью кровеносных сосудов в сетчатке, таких как микроаневризмы, микрокровоизлияния и повышенная проницаемость сосудов сетчатки. При PDR, продвинутой форме болезни наблюдается патологический ангиогенез в дополнение к некоторым клиническим симптомам NPDR. Патологический ангиогенез при PDR характеризуется областью ломких кровеносных сосудов, которые приводят к дефектам циркуляции и лишению глазных клеток кислорода и питательных веществ [32]. При PDR, обнаруживаются следы крови в стекловидном теле, мешающие прохождению света в сетчатку в результате возникают пятна или облачки, известные как основной побочный эффект diabetes mellitus на потерю зрения во всем мире [[33], [34], [35]]. Tien Y. Wong описал, что треть диабетиков имеет DR и DR рассматривается как болезнь микрососудов [36].

3. Cancer and angiogenesis


Недавние успехи в молекулярной диагностической технике сделали возможной детекцию и оценку раковых биомаркеров в крови и моче на очень ранних стадиях рака [1,38]. Идентификация различий между процессами ангиогенеза при раке и в норме привели к идентификации специфических молекул, которые присутствуют и активны только при раковом ангиогенезе и могут быть использованы при таргетной терапии рака [3]. Senger с кол. впервые установили фактор проницаемости сосудов, секретируемый линии раковх клеток морской свинки. В 1989, Napoleone, Ferrara с колл. сообщили об изоляции VEGF путем анализа последовательности белков и подтвердили, что VEGF является той самой молекулой фактора проницаемости. Далее было установлено, что VEGF играет решающую роль в физиологическом и патологическом ангиогенезе [39,40].
HIF является ангиогенным фактором, инициирующим ангиогенез в ответ на гипоксические шоки (Fig. 1). HIF активирует сигнальные пути, которые регулируют экспрессию VEGF. Факторы роста, продуцируемые с помощью передачи сигналов HIF-1, активируют сигнальные пути MAPK и AKT, приводя к повышению уровня белка HIF-1, действующего как фактор, способствующий ангиогенезу при раке (Fig. 1). HIF-1 способствует высвобождению кислорода в гипоксической зоне опухоли путем усиления экспрессии VEGF и EPO. Экспрессия белка HIF-1 негативно регулируется с помощью Von Hippel-Lindau (pVHL) белка. pVHL является убиквитиновой преотеазой, которая быстро деградирует HIF-1α после состояния гипоксии. В условиях гипоксии уровень белка HIF-1α стабилизируется и HIF-1α транслоцируется в ядро, где он соединяется с HIF-1β, приводя к образованию транскрипционного комплекса, который в свою очередь индуцирует транскрипцию чувствительных к гипоксии генов (Fig. 1) [41].
Plasminogen activators, proteinases, MMPs и семейство heparanase также являются факторами, модулирующими ангиогенез путем деградации матрикса и активации или секреции факторов роста (bFGF, VEGF и insulin-like growth factor 1), чтобы предоставить соотв. условия для миграции ECs и опухолевых клеток. MMPs мобилизируют стромальные, способствующие ангиогенезу белки, вызывают расщепление endostatin of collagen18 в стенках сосудов и участвуют в выщеплении angiostatin из циркулирующего plasminogen, чтобы обеспечить ангиогенез [42,43]. FGF и PDGF представлены в относительно небольших количествах как опухолевых, так и нормальных клеток (Fig. 2). Мезенхимные или воспалительные клетки рекрутируются с помощью FGF. В отличие от нормальных кровеносных сосудов, кровеносные сосуды опухолей расширены и имеют неправильную форму. Аномалии сосудистой сети значительно изменяют аномалии опухолей и достоверно повреждаются с помощью анти-ангиогенных агентов.
Нарушения регуляции ангиогенеза при раке приводят аномалиям сосудистой сети, которые не только снижают эффективность противо-раковой терапии, но и могут способствовать прогрессии опухолей [44]. В опухолевых микроусловиях нарушения факторов, способствующих ангиогенезу, (e.g., VEGF, bFGF и Ang-2) и факторов, нарушающих ангиогенез, [e.g., thrombospondin-1 (TSP-1) Ang-1], вызывают чрезмерную проницаемость и незрелость кровеносных сосудов [44]. Эти аномалии генерируют опухолевые микроусловия, характеризующиеся гипоксией, недостаточностью питания, низким pH и высоким интерстициальным давлением [45]. Аномалии сосудистой сети и возникающие в результате опухолевые микроусловия снижают цитотоксичность систематически применяемых противораковых лекарств за счет ограничения доступности лекарств в раковым клеткам. Более того, показано, что аномалии опухолевых сосудов вносят существенный вклад в метастазирование рака, ускользание от иммунологического контроля и возникновение резистентности к лекарствам раковых клеток. Предыдущие исследования показали, что комбинация anti-VEGF терапии с химиотерапевтическими агентами улучшают жизнеспособность раковых пациентов по сравнению с лечением только химиотерапией [46]. Напротив, anti-VEGF монотерапия не дает обнадеживающих результатов [46]. Эти находки объясняются с помощью гипотезы "vascular normalization", которая предполагает, что скорее, чем разрушение сосудов, анти-ангиогенная терапия устраняет аномалии в структуре и функции сосудов в опухолях в направлении более нормального состояния [47]. Базируясь на этой гипотезе, anti-VEGF лекарства , по-видимому, улучшают эффективность химиотерапии за счет улучшения доступности к опухоли противораковых лекарств при нормализации кровеносных сосудов в опухоли. Было подтверждено, что anti-VEGF терапия может способствовать временной нормализации сосудов путем индукции баланса межу факторами, способствующими и препятствующими ангиогенезу [44].
Недавние исследования показали, что перициты вносят вклад в прогрессирование опухолей и процесс метастазирования [48]. Первоначально считали, что перициты участвуют в развитии опухолей посредством ангиогенеза [49]. Сегодня доказательства указывают, что присутствующие перициты функционируют в микроусловиях опухоли как главные регуляторы ангиогенеза и метастазирования опухолей. Опухолевые перициты обнаруживают более беспорядочное расположение, аномальную форму клеток, измененную морфологию и рыхлое прикрепление сосудов [50]. PDGF-B представляет главный химический притягатель для периваскулярных клеток (гладкомышечных клеток и перицитов) при раковом ангиогенезе. Перициты поставляются в опухоли, высвобождают разные ангиогенные факторы, включая VEGF, Ang-2 и MMP (Fig. 2) [50]. Показано, что во время прогрессирования опухоли гипоксия может постоянно стимулировать секрецию VEGF с помощью перицитов посредством передачи сигналов HIF. В условиях гипоксии перициты секретируют Ang-2 и MMP , которые вызывают дестабилизацию сосудов и увеличивают проницаемость эндотелиального барьера в опухолях [51].

4. Anti-angiogenic therapy


Причиной анти-ангиогенной терапии при раке является блокирование доступа кислорода и питательных веществ в раковые клетки. Агенты анти-ангиогенеза распределяются по 7 основным группам: a) Моноклональные антитела (mAbs), b) MicroRNAs (miRNAs) / Small interfering RNAs (siRNA), c) Aptamers, d) Генотерапия, e) Малые молекулы, f) Angiostatin и endostatin, и g) клеточная терапия с помощью Chimeric antigen receptor T cells (CAR-T) (Table. 2) [52]. Низкомолекулярные ингибиторы ангиогенеза и mAbs являются двумя важными группами анти-ангиогенных лекарств, которые разрешены US food and drug administration (FDA) для лечения рака и некоторых др. зависимых от ангиогенеза болезней (Tablet. 2) [4,38,53]. Дальнейшими кандидатами для такой терации являются генотерапия, RNA interference (RNAi) терапия и CAR-T клеточная терапия, а также новые терапевтические подходы [53,54].

Table 2. Anti-angiogenic strategies and Clinical and preclinical application.

Anti-angiogenic strategies Clinical and preclinical application Monoclonal Antibody Bevacizumab [40], Cetuximab [64], Ranibizumab [20], Aflibercept [72], 
MicroRNAs (miRNAs) / Small interfering RNAs (siRNA)
miR126 [75], miR143and miR145 [74],
VEGF siRNA-PEG/PEI PEC micelles [78]

Aptamers        Pegaptanib sodium [80]

Gene Therapy        VEGF scFv Adenovirus, VEGFR2 AAVand VEGF AAV [84],
 AAVrh.10 bevacizumab
Small molecular        Sorafenib, sunitinib, Everolimusand Temsirolimus [113],
 Regorafenib [91]

Angiostatin and Endostatin        Recombinant Human Endostatin Adenovirus
 (RetinoStat) [99], Lentiviral Vector Gene Transfer
 of Endostatin/Angiostatin [120]

Chimeric Antigen Receptor T cells (CAR-T) Cell therapy
CAR-modified T lymphocytes with human VEGFR-1 specificity (V-1 CAR) [122]


C 1971 внимание привлечено к персонализованной медицине [55]. В том случае наилучшее лечение базируется на характеристиках болезни, специфической сложности и изменчивости опухолей. Генетические полиморфизмы связана с присутствием специфических мутаций, индивидуальных раковых клеток, специфичностью их метаболизма и гемодинамики, которые непосредственно могут влиять на сосудистый гомеостаз. Напр., пациенты с метастатическим коло-ректальным раком с мутациями в KRAS, NRAS, BRAF и PIK3CA обнаруживают бедную реакцию на cetuximab, anti-EGFR ингибитор, независимо от величины экспрессии EGFR. Cetuximab может быть только использован для лечения рака толстой кишки с дикого типа KRAS. Полное секвенирование генома раковых пациентов используется для персонализованной медицины. Cancer Genome Atlas, благодаря глубокому секвенированию всего генома, показал, что сотни кодирующих генов могут быть мутированы ври каждом типе или подтипе рака [[56-58]]. Болезни которые лечились более эффективно при использовании персональной медицины, включали рак, DR и NVAMD [59,60].
Молекулярные механизмы ангиогенеза при разных биологических процессах необходимо знать для целенаправленной раковой терапии [40]. Анти-ангиогенная терапия первоначально целенаправленно воздействовала на ECs микрососудов в опухолевом ложе, которое активировалось с помощью опухолевых клеток. Фактически супрессия опухолевых микроусловий ECs путем супрессии чувствительности к ангиогенным белкам, таким как endostatin и angiostatins, секретируемых раковыми клетками, может подавлять пролиферацию ECs. Анти-ангиогенная терапия, нацеленная на EGFR рецепторы (используя Tarceva) или VEGF с помощью или anti-VEGF mAbs (i.e bevacizumab) или VEGF siRNA, как было установлено, вызывают противо-раковые эффекты путем индукции гибели раковых клеток) (Fig. 3) [1,38,42,61,62]. Анти-ангиогенная терапия обычно используется в комбинации с химиотерапией, чтобы повысить жизнеспособность [63].



Fig. 3. Anti-angiogenic therapy mechanism and main clinical and preclinical factors (red lines) (For interpretation of the references to colour in this figure legend, the reader is referred to the web version of this article.).

4.1. Monoclonal antibodies (mAbs)


Анти-ангиогенные mAbs соединяются тремя разными способами с мишенями, включая VEGF protein, VEGF decoy receptors и сигнальные молекулы пути трансдукции сигналов VEGF. Napoleone Ferrara с колл. в Genentech laboratory использовали теорию Folkman для разработки bevacizumab. Bevacizumab - это mAb, которые подавляют опухолевый ангиогенез путем блокирования VEGF-A165 изоформы. которая соединяется с VEGFR2 (Fig. 1) [40]. Предыдущие исследования показали, что комбинированная терапия с анти-ангиогенными mAbs и химиотерапией или радиотерапией давала лучшие терапевтические эффекты по сравнению с монолечением [64,65]. Напр., bevacizumab, терапия первой линии метастатического коло-ректального рака, как было установлено, улучшает исход лечения с помощью 5-flrouracil leucovorin и progression-free survival (PFS) у пациентов с метастатическим колоректальным раком по сравнению с группой, получавшей только 5-fluorouracil leucovorin [66]. Bevacizumab Был также использован в комбинации с paclitaxel в качестве лечения первой линии у взрослых пациентов с метастатическим коло-ректальным раком [19,20,40]. Cetuximab др широко распространенный ингибитор ангиогенеза, который непосредственно блокирует EGFR-зависимый митогенный путь и подавляет RAS-ERK путь. Подавление пути RAS-ERK ингибирует продукцию pr vb -ангиогенного фактора, который использует TGFα/EGFR путь, чтобы заметно усилить продукцию VEGF и опухолевый ангиогенез [1,39,67,68].
Ramucirumab это рекомбинантные человеческие IgG1 mAb, которые соединяются с VEGFR-2 и блокируют стимулируемую с помощью VEGF-A пролиферацию и миграцию ECs, приводя к супрессии опухолевого ангиогенеза и прогрессирования (Fig. 1) [69]. Ranibizumab (Lucentis) это фрагмент mAb (Fab), который соединяется со всеми изоформами VEGF-A с высоким сродством и предотвращает соединение VEGF-A в VEGFR-1-2 (Fig. 1). Ranibizumab это улучшенный для лечения "wet" тип AMD [70,71]. Aflibercept (Eylea) и Ziv-aflibercept (Zaltrap) первоначально были названы как VEGF Trap-eye. Aflibercept и Ziv-aflibercept являются синтетически полностью гуманизированными слитыми белками, содержащими второй связывающий домен для VEGFR-1 и третий связывающий домен для VEGFR-2, соединенными с Fc порцией IgG1 человека. Aflibercept и Ziv-aflibercept действуют как растворимые заманивающие VEGF рецепторы, нейтрализующие VEGF белок и предупреждающие его биологическую функцию (Fig. 1) [72]. Aflibercept используется для лечения AMD с образованием новых сосудов, нарушениями зрения, обусловленными диабетическим макулярным отеком (DME), и нарушениями зрения, обусловленными вторичным макулярным отеком, обусловленным retinal vein occlusion [(RVO), branch and central RVO]. Ziv-aflibercept используется для лечения метастатического коло-ректального рака [72,73].

4.2. MicroRNAs/small interfering RNAs


МикроРНК оказывают существенные эффекты как модуляторы ангиогенеза in vitro [74]. Shusheng Wang с колл. проверяли эффекты miR-126 (miR-126-3p и -5p) на мышиных моделях AMD с образованием новых сосудов и установили, что miR-126 является критической для развития сосудов сетчатки. MiR-126, как было установлено, обладают двойной функцией в патологическом ангиогенезе. Установлено, что избыточная экспрессия miR-126-5p в ECs способствует ангиогенезу, тогда как замалчивание miR-126-3p подавляет ангиогенез [75]. Д. исследование пигментного эпителия сетчатки показало, что miR-126-3p подавляет ангиогенез за счет нового механизма, который непосредственно воздействует на 3'-нетранслируемый регион VEGF-A. Эта находка указывает, что клеточно-специфическая функция miR-126 в ангиогенезе зависит от болезненных условий [75,76]. Кластер MiR143/145, как было установлено, действует как опухолевый супрессор при раке толстой кишки и поджелудочной железы. Преклинические исследования показали, что эффекты подавления роста miR143/145 это результат её связывания с мРНК KRAS, ERK5, VEGF и EGFR, что приводит к редукции уровня экспрессии этих онкогенных белков [74,77].
Малые интерферирующие РНК являются эффективным инструментом замалчивания генной экспрессии. Исследователи использовали poly(ethylene glycol)/polyethylenimine polyelectrolyte complex (PEG/PEI PEC) мицеллы, нагруженные VEGF siRNA , чтобы целенаправлено воздействовать на VEGF мРНК для её деградации. VEGF siRNA-PEG/PEI PEC мицеллы, как полагают, обладают высокой стабильностью по сравнению с голой VEGF siRNA против деградации ферментами. VEGF siRNA-PEG/PEI PEC мицеллы, как было установлено, эффективно замалчивают экспрессию гена VEGF в клетках карциномы простаты (PC-3) до 96.5% при оптимизированных условиях. Эти исследования подтвердили, что VEGF siRNA-PEG/PEI PEC мицеллы обладают более высоким потенциалом в отношении базирующегося на RNAi анти-ангиогенного лечения при злокачественных опухолях человека(Fig. 3) [76,78].

4.3. Aptamers


Аптомеры являются олигонуклеотидными лигандами, которые соединяются со специфическими мишенями с высоком сродством [79]. В 1994, впервые были выделены аптомеры против VEGF и были описаны как биогактивные молекулы in vitro[80]. Pegaptanib sodium (Macugen) является РНК аптомером, нацеленным против VEGF изоформы (VEGF-165), которая играет ключевую роль в патологическом ангиогенезе при neovascular AMD. Pegaptanib, олигонуклеотид с высоким сродством соединяющийся с VEGF-165, является первым терапевтическим аптомером, разрешенным в 2004 для лечения AMD. Разработка Pegaptanib была осуществлена с помощью SELEX методологии. F-замешенные нуклеотиды и NH2-замещенные нуклеотиды были использованы для снижения чувствительности этих аптамеров к атакам нуклеаз [80,81].

4.4. Gene therapy


Генотерапия вносит генетический материал (ДНК или РНК) в клетки мишени, чтобы преобразовать их поведение. Преимущества генотерапии в противоположность лечению белками связана с меньшей иммуногенностью и более эффективным проникновнием в солидные опухоли [64,82]. Первое сообщение о анти-ангиогенной генотерапии опубликовано в 1994, когда доминантный негативный мутантный VEGF рецептор был использован для супрессии ангиогенеза в глиобластоме [83]. Анти-ангиогенная генотерапия имеет целью остановить формирование новых сосудов и инактивировать уже существующие [84]. Главной проблемой в области генотерапии является поддержка эффекта генотерапии в клетках мишенях в течение периода времени, достаточно продолжительного, для эффективного лечения желательного нарушения. Исследования, предусматривающие устойчивый анти-ангиогенный эффект, использовали ecombinant adeno-associated virus-2(rAAV) вектор для кодирования человеческого растворимого FMS-like tyrosine kinase receptor 1 (sFlt-1) для долговременной экспрессии без ассоциированной с вектором иммунитета и токсичности [85]. Anti-VEGF терапия с использованием rAAV, кодирующим систему sFlt-1 показала достоверную ингибирующую рост активность на пролиферацию human umbilical vein endothelial cell (HUVEC) in vitro и усиление жизнеспособности модельных ксенотрансплантатов, не связанных с болезнью. Эти исследования показали, что rAAV-обеспечиваемая sFlt-1 генотерапия может быть многообещающим подходом по подавлению ангиогенеза в опухолях, особенно в качестве дополнительной терапии [85].

4.5. Inhibition of angiogenesis by small-molecules


Низкомолекулярные ингибиторы агиогенеза работают путем целенаправленного воздействия на разные молекулы, участвующие в процессе ангиогенез. Afinitor (everolimus) и torisel (temsirolimus) две малые молекулы, которые действуют как ингибиторы mTOR внутриклеточного метаболического пути. Afinitor (everolimus) и torisel оказались эффективными в подавлении ангиогенеза при многих раковых опухолях. Sorafenib (Nexavar) и sunitinib, целенаправленно воздействующие на VEGF и PDGF receptor tyrosine kinases (т.e VEGFR1-3, PDGFRβ и RET), были разрешены FDA для лечения желудочно-кишечных стромальных опухолей (GIST), панкреатического нейроэндокринного рака и метастатического почечно-клеточного рака (Fig. 1) [86,87]. Sorafenib, был также одобрен для гепатоклеточного рака [88]. Withaferin A является ещё одним соединением, обнаруживающим анти-ангиогенную и противо-опухолевую активность. В то время как анти-ангиогенные эффекты withaferin A связаны с подавлением chymotrypsin, индукция апоптоза с помощью этого соединения обусловлена подавлением protein kinase C. Некоторые исследования сообщают, что активация caspase-3 с помощью withaferin, может быть др. возможным механизмом, с помощью которого withaferin A индуцирует апоптоз [89]. TNP-470, синтетический аналог антибиотика fumagillin, является ещё одним соединением, которое, как полагают, обладает противораковой активностью благодаря супрессии ракового ангиогенеза. TNP-470, как было установлено, соединяется и необратимо инактивирует methionine aminopeptidase-2 (MetAP2), приводя к аресту клеточного цикла ECs в поздней фазе G1 и ингибированию опухолевого ангиогенеза. Др. возможным механизмом для TNP-470 является индукция пути p53, это приводит к активации циклин-зависимого киназного ингибитора p21 [90]. Regorafenib является киназным ингибитором, который повышает общую жизнеспособность пациентов с метастатическим коло-ректальным раком. Regorafenib, в качестве мультикиназного ингибитора мешает разным киназам, участвующим в регуляции оаухолевого ангиогенезе (VEGFR1, VEGFR2 [KDR], VEGFR3 [FLT4], TIE2 [TEK]), и в онкогенезе (KIT, RET, RAF1, BRAF и BRAFV600E) [91].

4.6. Angiostatin and endostatin


Первичные опухоли обладают потенциалом стимулировать ангиогенез в в их собственном сосудистом ложе и они могут также предупреждать ангиогенез во вторичных метастатических повреждениях [39,92]. Angiostatin и endostatin являются факторами циркулирующими в крови, способствующие первичным опухолям. Angiostatin и endostatin являются анти-ангиогенным агентами и они ответственны за предупреждение опухолевого роста на большие расстояния. Endostatin является продуктом расщепления collagen XVIII, а angiostatin является продуктом расщепления plasminogen [42]. В предыдущих работах было показано, что angiostatin и endostatin могут лдействовать как супрессоры опухолевого роста и метастазирования in vivo [93]. Endostatin блокирует связывание VEGF с ECs , ингибируя тем самым их рост и миграцию, приводя к супрессии образования сосудистых трубок. Прямые инъекции мРНК endostatin эмбрионам Xenopus подавляют передачу сигналов WTn с B-catenin [94]. Многие др. исследования с использованием переноса генов endostatin/angiostatin также предоставили доказательства пригодности данной терапии для подавления ангиогенеза. В одном исследовании Wang Min с колл. инъекции formulated генов, кодирующих секретируемую форму endostatin в скелетные мышцы привели в долговременной экспрессии и высвобождению endostatin в кровоток [62,[95], [96], [97]]. Отслеживание уровня endostatin в крови показало достоверное подавление ангиогенеза в удаленных местах роговицы мышей. В этом исследовании внутримышечное введение formulated гене endostatin выявило анти-ангиогенную активность как в первичных опухолях, так и при метастатическом росте у модельных мышей [93,98]. Клинические испытания с использованием лентивирусного Equine Infectious Anemia Virus (EIAV) вектора, экспрессирующего endostatin и angiostatin (RetinoStat®) для долговременной анти-ангиогенной активности у пациента с Macular Degeneration [99].

4.7. Chimeric antigen receptor T cells (CAR-T) cell therapy


CAR-T клеточная терапия является методом лечения рака с использованием преобразованных T клеток с комплексом рецепторов на их поверхности, для распознавания антигенов, ассоциированных с раком. Распознавание ассоциированных с раком антигенов с помощью CAR-T клеток приводит к деструкции раковых клеток. CAR-T клеточная терапия рассматривается как подход к персонализованной медицине [100,101]. Ученые из National Institutes of Health (NIH) предполагают воздействовать на рак анти-ангиогенными CAR-T улетками. Они разработали CARs, обладающие высоким сродством к VEGFR2, которые экспрессируется как раковыми клетками, так и ECs. Поэтому anti-VEGFR2 CAR-T клетки служат двойному предназначению таргетной терапии, которая нацелена на раковые клетки, а также на ECs [102]. В этом исследовании использован антиген связывающий домен KDR-1121 и DC101 антител, обладающий высоким сродством к части человеческого и мышиного VEGFR2 соотв. Чтобы приготовить anti-VEGFR2 CAR-T клетки в NIH разработана конструкция антител, соединенных с трансмембранным и внутриклеточным сигнальными доменами T cell receptor (TCR). В самом деле, приготовленные CARs ассоциировали часть высокго сродства антигена против VEGFR2 с активностью, убивающей клетки мишени, T клеток, экспрессирующих активированные TCR, чтобы обеспечить наиболее эффективную противо-раковую терапию. Вливание этих VEGFR2-специфических CAR-T клеток раковым пациентам рассматривается как новый и мощный иммуно-терапевтический подход по блокированию опухолевого ангиогенеза при раке путем убийства опухолевых клеток за счет избыточной экспрессии VEGFR2 [[103], [104], [105]].

5. Clinical and preclinical evidence for the success of anti-angiogenic therapy in cancer and other diseases


5.1. Cancer


Метастазы объясняют более 90% связанной с раком смертности. Метастазирование много-ступечатый процесс, который связан с отсоединением раковых клеток от ниши первичной опухоли и проникновением в др. места тела. В месье метастазирования раковые клетки начинают колонизацию и обычно используют предсуществующие кровеносные сосуды для формирования новой опухоли. [106,107]. Опухолевые микроусловия это сложная система с разнообразными молекулами, присутствующими в новых концентрациях, отличных от физиологических норм, такие как внеклеточный матрикс, макрофаги, фибробласты, стволовые клетки и ECs. Опухолевое микроокружение играет критическую роль в опухолевом росте и метастазировании [108,109]. Принимая во внимание значение ангиогенеза в прогрессировании опухолей и метастазировании, анти-ангиогенная терапия, как полагают, является многообещающей стратегией лечения рака. Главной целью терапии при этом является подавление метастазирования и предупреждение повторного появления метастазов у пациентов с запущенной стадией рака. Успешность анти-ангиогенной терапии зависит от типа рака и стадии к моменту установления диагноза. Некоторые исследования показывают, что наилучшей терапевтическая эффективность анти-ангиогеной терапии при раке является её комбинирование с др. иммуно-терапевтическими стратегиями [109,110]. У пациентов с Non-Small-Cell Lung раком, применение bevacizumab в комбинации с erlotinib, как было установлено, дают лучшую клиническую реакцию по сравнению с клиническими исходами монотерапии каждого из лекарств в отдельности [111]. Базируясь на результатах клинических испытаний erlotinib/bevacizumab были использованы в качестве лечения первой линии у раковых пациентов с EGFR-мутантными NSCLC [112].
Anti-VEGF/VEGFR антитела, такие как bevacizumab, Ziv-aflibercept и ramucirumab, являются наиболее широко распространенными анти-ангиогенными лекарствами в клинической практике [73,113]. Поскольку конечная цель терапии, базирующейся на антителах, сходна, хотя и имеются некоторые отличия в фармакодинамике и биологических эффектах терапевтических антител в микроокружении опухоли [114]. Anti- VEGF/VEGFR антитела были использованы для лечения коло-ректального рака. В США коло-ректальный рак отвечал за 9% смертности от рака в 2012. Bevacizumab применяется в комбинации с 5-Fluorouracil (5FU) в качестве лечения первой линии при метастатическом коло-ректальном раке [19,20,110]. Ziv-aflibercept является VEGF trap слитым белком, который соединяется с VEGF-A, -B и PlGF, приводя к супрессии ангиогенеза. Ziv-aflibercept, как было установлено, достоверно улучшает общую жизнеспособность у пациентов с метастатическим коло-ректальным раком, когда он используется совместно с Camptosar режимом по сравнению с тем, когда принимаются только oxaliplatin или Camptosar [115,116]. Ramucirumab были разрешены FDA к применению при метастатическом коло-ректальном раке в качестве лекарства второй линии, которое используется в комбинации с 5FU, leucovorin и irinotecan (FOLFIRI) [117]. Helena Verdaguer and et al. have показали, что комбинация ramucirumab с FOLFIRI режимом повышает общую жизнеспособность при метастатическом коло-ректальном раке [117]. Ramucirumab в комбинации с docetaxel, был разрешен FDA для лечения пациентов с NSCLC [118]. Фаза III клинического испытания оценивала терапевтическую эффективность ramucirumab и docetaxel комбинированной терапии и показала улучшение progression-free жизнеспособности и общей жизнеспособности пациентов с NSCLC [118]. Ramucirumab были разрешены FDA для лечения пациентов с NSCLC, однако, отмечается сильная токсичность у некоторых пациентов [118].
Др. анти-ангиогенная стратегия, которая дает оптимистические результаты при клинических испытаниях - это генотерапия рака головы и шеи [119]. Фаза II клинического испытания генотерапии endostatin с использованием E10 A (a recombinant human endostatin adenovirus), продемонстрировала безопасность и эффективность для пациентов с продвинутой head and neck squamous cell карциномой или носоглоточной карциномой [120]. Высокая цена генотерапии является препятствием к широкомасштабному применению в клинической практике [119]. CAR-T клетки, предназначенные для целенаправленного воздействия на опухолевые антигены и VEGFR2 также были проверены на преклинических моделях [104]. Результаты этих преклинических исследований показали, что CAR T-клеточная терапия, нацеленная на VEGFR2 эффективно подавляет метастазирование при метастатической меланоме и почечных раках у модельных животных [104,121]. CAR-T лимфоциты, модифицированные для человеческого VEGFR-1 (V-1 CAR) обнаруживали улучшенный цитотоксический эффект на клетки мишени зависимым от VEGFR-1 способом [122].

5.2. Neovascular age-related macular degeneration


Анти-ангиогенная терапия, нацеленная на VEGFA, оказалась успешной в улучшении центрального зрения и уменьшении eye-catching потери зрения почти на 30% и 94% пациентов (по сравнению с 62% у плацебо пациентов ), соотв. [30,31]. Изучение endostatin генотерапии при AMD у модельных кроликов выявило положительный эфыфект на зрение др. генотерапии. Было показано, что в то время как генотерапия endostatin с использованием лентивирусных векторов улучшала зрение у пациентов с AMD, некоторые инъекции др. систем доставки генов необходимы для достижения желаемого терапевтического эффекта, возможно из-за замалчивания со временем молчания генов [99,123].
Современные anti-VEGF терапии, такие как ranibizumab и aflibercept, используются в качестве стандартного лечения AMD с образованием новых сосудов. Aflibercept и ranibizumab, как было установлено, обнаруживаю хороший клинический исход при лечении neovascular ('wet') AMD, визуальных нарушений, обусловленных DME, и макулярного отека, обусловленного retinal vein occlusion (RVO) [124]. Некоторые клинические испытания, как было установлено, связанные с комбинационной терапией с anti-PDGF-B и anti-VEGFA mAbs приводили к достоверному снижению хороидальной неоваскуляризации у пациентов с neovascular AMD [113]. Др. исследование показало, что совместное применение anti-PDGF-B аптамера pegpleranib с ranibizumab у пациентов с AMD улучшало остроту зрения по сравнению с лечением лишь ranibizumab [113].

5.3. Diabetic retinopathy


PDR, продвинутая форма DR, лечится с использованием лазерной фотокоагуляции, anti-VEGF mAbs, intravitreal (IVT) steroid и vitrectomy [125]. Доставка внутрь глаз anti-VEGF лекарств сегодня широко используется для лечения прогрессирующей DR [125]. Некоторые исследования сообщают о потере зрения после anti-VEGF терапии у пациентов с диабетическим макулярным отёком. Тем не менее, FDA одобрила два anti-VEGF mAbs, включая aflibercept и ranibizumab для лечения пациентов с DR [126,127]. Angiopoietin повышается у пациентов с PDR по сравнению с или контролем или с пациентами с NPDR [33]. Комбинация AKB-9778 (низкомолекулярный ингибитор сосудистой эндотелиальной протеин тирозин фосфатазы, который является негативным регулятором Tie2) с ranibizumab добавляет важное преимущество по сравнению с монотерапией ranibizumab, вызывая достоверно более значительное снижение диабетического макулярного отёка у пациентов, получающих комбинированную терапию по сравнению с получением только ranibizumab [128]. Важным преимуществом AKB-9778 является легкое использование. AKB-9778 вводится подкожно [129].

5.4. Anti-angiogenesis therapy in personalized medicine


Персонализованная медицина новая область, нацеленная на более точное и эффективную диагностику и лечение болезней человека. Персонализованная медицина нуждается аккуратной молекулярной информации, связанной с патологией на уровне ДНК, РНК и белка [130,131]. Био-профили, подобные протеомике, геномике и метаболомике, сопровождаемые и др. биоинформационной техникой, могут стать многообещающими инструментом в будущем [60]. Precision Medicine, стартовавшая в Human Genome Project, который вносит геномные нуклеотидные последовательности человека, сопровождаются проектом Hap Map, Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE), и Thousand Genome Project. Целью этих проектов является предоставление баз био-профилей разных геномов человека, чтобы картировать возможные отличия [60,131]. Персонализованная медицина может указать на правильное лекарство для исправления пациента в корректное время, что может существенно повысить качество лечения и снизить затраты здравоохранения. [130]
Растет количество исследований, показывающих, что нарушения регуляции ангиогенеза (формирование или излишних или неадекватных кровеносных сосудов) играет центральную роль в патогенезе некоторых болезней человека, включая рак, ряд глазных болезней, некоторых болезней кожи , а также нарушения заживления ран [61]. Подходы персонализованной медицины, такие как фармакогеномика, базирующаяся на данных био-профилей может эффективно идентифицировать и эффективно по цене лечить болезни, связанные с ангиогенезом [132].
Современными проблемами при анти-ангиогенной терапии являются гетерогенная природа зависимых от ангиогенеза болезней, преимущественно рака [133,134]. Поэтому природные физиологические процессы, которые необходимо удерживать сбалансированными, чтобы гарантировать поддержание гомеостаза внутри организма. Необходимо идентифицировать биомаркеры, специфические для патологического ангиогенеза и разработать лиганды для целенаправленного воздействия, вызывающих незначительные или не вызывающих повреждений здоровых органов. Зависимые от ангиогенеза болезни, такие как neovascular AMD и DME, нуждаются в терапевтических способах с длительно длящимися анти-ангиогенными эффектами (таком как генотерапия) с приемлемыми затратами и пригодными для хронической терапии этих болезней. Идентификация прогностических биомаркеров рассматривается как многообещающий подход для разработки эффективной анти-ангиогенной таргетной терапии. Тем не менее успешное целенаправленное воздействие на ангиогенез с использованием идентифицированных биомаркеров требует глубокой информации о молекулярных механизмах, с помощью которой эти биомаркеры обеспечивают ангиогенез. Более того, характеристика механизмов резистентности к анти-ангиогенным агентам, базирующаяся на данных био-профилей, сможет выявить дополнительные лежащие в основе болезни механизмы.
Хотя анти-ангиогенная терапия оказывает существенное влияние на улучшение качества жизни раковых пациентов, планируется воздействие, базирующееся на персональной молекулярной информации, делающей возможной молекулярный таргетинг, включение биомаркеров и отбор соотв. комбинаций с др. терапиями, всё это сможет существенно улучшить эффективность анти-ангиогенной терапии. [113].

6. Conclusion


The identification of VEGF-VEGFR system as the main angiogenic modulator, has revolutionized our vision to the field of anti-angiogenic therapy and normal physiology of angiogenesis. The achievements gained by targeting VEGFA with bevacizumab, ranibizumab, and aflibercept in the treatment of cancer and retinopathy, have paved the path for the development of new targeted therapies for angiogenesis-dependent diseases [113,135]. Despite all the progresses made in the development of anti-angiogenic agents, the off-target effects of this agents in the suppression of angiogenesis in healthy tissues remains a major challenge for clinical use of these drugs.
An important strategy for overcoming the off-target effects of anti-angiogenic agents is targeted delivery of this agents to the diseased tissue. These days with the advances in molecular angiogenesis, novel molecular targets which are overexpressed in diseased tissue (such as integrins and microRNAs) have been identified. Conjugation of anti-VEGF agents with targeting moieties specific for molecular targets overexpressed in diseased tissues, is being evaluated in preclinical studies as a strategy to improve the therapeutic efficacy of anti-angiogenesis therapy and reduce their off-target side effects.
Another strategy for enhancing the clinical benefits of anti-angiogenic drugs is to optimize the schedule and dosage of combinational therapies included with anti-angiogenic therapy [136]. There is evidence showing that anti-VEGF therapy enhances the anticancer effects of chemotherapy. While the exact mechanism for the synergistic effects of anti-VEGF therapy and chemotherapy is not well known, the vascular remodeling, lower interstitial pressure, and increased blood flowresulted from anti-VEGF therapy are suggested to be the reason behind this potentiating effect [46,136].
Another obstacle to anti-angiogenic therapy is the development of drug resistancein the patients treated with these drugs. Some of the suggested mechanisms for resistance to VEGF-targeted therapies include microenvironment adaptation, tumor heterogeneity and microvascular heterogeneity [137]. Preclinical data showed that some adaptive mechanisms through genetic aberrations (i.e. loss of p53 function), by adapting their metabolism, or by autophagy, all of which reduce dying of certain cancer cells under stress conditions [137]. The identification of specific factors involved in resistance of cancer cells to anti-angiogenic therapy can lead to better planning for treatment of cancer with a combination therapy included with an anti-angiogenic agent and another drug to suppress the key molecules responsible for resistance to anti-angiogenic therapy.