Kluczowa rola VEGF

(vascular endothelial growth

factor)

w procesie angiogenezy

Plan prezentacji

Angiogeneza: definicja i rola

VEGF: znaczenie w procesie angiogenezy

• rola fizjologiczna
• struktura i funkcje

Patologiczna angiogeneza

Rola VEGF w patologicznej angiogenezy

Leczenie skierowane przeciwko VEGF w

terapii nowotworów

Plan prezentacji

Angiogeneza: definicja i rola

VEGF: znaczenie w procesie angiogenezy

• rola fizjologiczna
• struktura i funkcje

Patologiczna angiogeneza

Rola VEGF w patologicznej angiogenezy

Leczenie skierowane przeciwko VEGF w

terapii nowotworów

Trochę historii….

1971 Folkman- hipoteza angiogenezy

1983 Dvorak- teoria czynnika stymulującego

przepuszczalność naczyń wydzielanego przez

nowotwór

1987 Ferrara - opis VEGF
1997 bewacizumab - pierwsze badania kliniczne
2003 bewacizumab - wyniki badania III fazy w mCRC

2004 rejestracja bewacizumabu w leczeniu

uogólnionego raka jelita grubego w USA

pozytywna opinia CHMP dotycząca rejestracji bewacizumabu w EU

(rejestracja styczeń 2005?)

Angiogeneza jest to proces

formowania się nowych naczyń

krwionośnych

Zaadaptowane z: Carmeliet P. Nat Med

2003;9:653–60

SMC = komórki mięśni gładkich

waskulogeneza

hemangioblast

Komórki

progenitoro

we

śródbłonka

tętnica

VEGF

dojrzała sieć

naczyniowa

SMC

SMC

progenitor

angiogeneza

VEGF

żyła

Angiogenesis is tightly regulated by

balanced expression of many factors

Ferrara N. Kidney Int

1999;56:794–814

Promoters

VEGF
aFGF
bFGF
TGF-, 
EGF
TNF-
Angiogenin
IL-8
Ang-1, 2

Inhibitors

Thrombospondin (TSP)
Angiostatin
Endostatin
Vasostatin
Prolactin
Growth hormone
Canstatin
Tumstatin
Interferon-(IFN-)

Regulators of angiogenesis

aFGF = acidic fibroblast growth factor; bFGF = basic fibroblast growth
factor; TGF = transforming growth factor; EGF = epidermal growth
factor;
TNF = tumour necrosis factor; IL = interleukin; Ang = angiopoietin

Angiogenesis is important in

development but has limited roles in

adults

Development

• Embryonic and early postnatal development
• Endochondral bone formation

Adults

• Wound healing
• Female reproduction (corpus luteum development)

Ferrara N. Curr Opin Biotechnol 2000;11:617–24

Ferrara N. Curr Opin Biotechnol

2000;11:617–24

Carmeliet P. Nature Med 2003;9:653–63

Gojenie ran

Reprodukcja

VEGF - niewielka rola u zdrowych

dorosłych

Plan prezentacji

Angiogeneza: definicja i rola

VEGF: znaczenie w procesie angiogenezy

• rola fizjologiczna

• struktura i funkcje

Patologiczna angiogeneza

Rola VEGF w patologicznej angiogenezy

Leczenie skierowane przeciwko VEGF w

terapii nowotworów

Central role of VEGF in physiological

angiogenesis during development

VEGF is essential for embryonic
and early postnatal development

• inactivation of both VEGF receptor

alleles is needed for embryonic
lethality

1

• inactivation of a single VEGF allele

results in embryonic lethality,
indicating that VEGF is the most
critical factor in the VEGF/VEGF
receptor system

1,2

• cardiac development is abnormal

in the absence of VEGF

3

1

Ferrara N, et al. Nature 1996;380:439–42

2

Carmeliet P, et al. Nature 1996;380:435–9

3

Williams SP, et al. J Magn Reson Imaging 2001;14:374–82

1

Carmeliet P i wsp. Nature 1996;380:435–9

2

Ferrara N i wsp. Nature 1996;380:439–42

Inaktywacja

pojedynczego allela

VEGF powoduje

letalność zarodków

myszy

VEGF - kluczowy mediator

angiogenezy

Myszy ze zmutowanym genem

VEGF mają chorobę

niedokrwienną serca

Normal

Mutant

prawidłowa

zmutowan
a

Myszy ze zmutowanym genem

VEGF mają zaburzenia w

rozwoju szkieletu

Carmeliet P, et al. Nature Med 1999

Carmeliet P i wsp. J Clin Invest 2003

VEGF w rozwoju pozapłodowym

Central role of VEGF in physiological

angiogenesis during development

(cont’d)

VEGF is needed for endochondral bone formation

• bone formation begins when mesenchymal cells condense and

become chondrocytes

1

• chondrocytes attract blood vessels by producing VEGF

1

• VEGF inhibition suppresses blood vessel invasion and impairs

trabecular bone formation

2

1

Kronenberg HM. Nature 2003;423:332–6

2

Gerber HP, et al. Nat Med 1999;5:623–8

Central role of VEGF in physiological

angiogenesis during development

(cont’d)

VEGF is involved in follicular growth and development

1

• growth and development of the corpus luteum are dependent upon proliferation of new

vessels

• VEGF mRNA is associated with the proliferation of blood vessels in the ovary and uterus

Oestradiol activates angiogenesis via VEGF in the corpus luteum during mid-
pregnancy in rats

2

• VEGF was localised in luteal cells; pattern of staining was similar in the corpus luteum on

days 9, 12, and 15 of pregnancy

1

Goede V, et al. Lab Invest 1998;78:1835–94

2

Kashida S, et al. Biol Reprod 2001;64:317–23

Immunohistochemical (IHC) staining for VEGF in the

corpus luteum on day 15 of pregnancy (A) (B =

negative control)

2

Role of VEGF in physiological

angiogenesis in adults

1

Li J, et al. Microsc Res Tech 2003;60:107–14

2

Lingen MW. Arch Pathol Lab Med 2001;125:67–71

In adults, the normal role of VEGF is limited to wound healing and
follicular development

1

Angiogenesis is arguably the most critical component of
successful inflammatory process or wound healing

2

A

B

C

Plan prezentacji

Angiogeneza: definicja i rola

VEGF: znaczenie w procesie angiogenezy

• rola fizjologiczna

• struktura i funkcje

Patologiczna angiogeneza

Rola VEGF w patologicznej angiogenezy

Leczenie skierowane przeciwko VEGF w

terapii nowotworów

VEGF

• vascular endothelial growth factor

czyli naczyniowo-śródbłonkowy czynnik
wzrostu

• kluczowy mediator w procesie angiogenezy

VEGF: charakterystyka

Kluczowy mediator angiogenezy
Stymuluje wzrost komórek

śródbłonka

Określany również jako VEGF-A
Homodimeryczna glikoproteina
Waga cząsteczkowa: 45,000 Da
Cztery izoformy

• VEGF

121

• VEGF

165

*

• VEGF

189

• VEGF

206

Ferrara N, Davis-Smyth T. Endocr Rev

1997;18:4–25

* dominująca izoforma

• VEGF określany również jako VEGF-A należy
do rodziny płytkowych czynników wzrostu, do
której zaliczane są również:

• PLGF (placental growth factor – łożyskowy
czynnik wzrostu)

• VEGF-B
• VEGF-C
• VEGF-D
• VEGF-E

Stymulują
limfoangiogenezę

Rodzaje VEGF

VEGF family members

1

Ferrara N, et al. Endocr Rev 1997;18:4–25

2

Griffioen AW, et al. Pharmacol Rev 2000;52:237–68

Istnieją dwa rodzaje receptorów dla VEGF
(specyficzne kinazy tyrozynowe), znajdujących
się głównie na komórkach śródbłonka:
• VEGFR1 –

wiąże VEGF-A, PLGF, VEGF-B

• VEGFR2 –

wiąże VEGF-A, VEGF-C, VEGF-D, VEGF-E

,

które po połączeniu się z ligandem ulegają,
zależnej od ATP fosforylacji, wywołując
różnicowanie, proliferację i migrację komórek.

Receptory dla VEGF

The VEGF family and its receptors

Adapted from Ferrara N. Nat Med 2003;9:669–76

Migration, permeability, DNA synthesis, survival

Lymphangiogenesi

s

– P

– P

P–

P–

– P

– P

P–

P–

– P

– P

P–

P–

VEGF-A
VEGF-B

PlGF

VEGF
receptor-1

VEGF-A

VEGF
receptor-2

VEGF-C
VEGF-D

VEGF
receptor-3

Angiogenesis

Location of VEGF receptors

Receptor

Cell types

VEGF receptor-1

Activated vascular endothelial cells
Dendritic cells
Haematopoietic stem cells (HSCs)
Select tumour cells

VEGF receptor-2

Vascular endothelial cells
Circulating endothelial precursors (CEPs)
Dendritic cells
Select tumour cells

VEGF receptor-3

Lymphatic endothelial cells

Ferrara N, et al. Endocr Rev 1997;18:4–25

VEGF signal transduction and its

effects

Shibuya M. Cell Struct Funct 2001;26:25–35

VEGF binding to VEGF receptor-2 activates a signalling cascade resulting in cellular

effects

Cation

channel

 Permeability

– P

– P

P–

P–

– P

– P

P–

P–

– P

– P

P–

P–

VEGF

VEGF
receptor-1

VEGF

VEGF
receptor-2

VEGF-C

VEGF-D

VEGF
receptor-3

DAG

DAG

PLC

PLC

Protein kinase C

Raf-1

MAPK

Proliferation, migration

 Permeability

SAPK/

JNK

Apoptosis

Survival

Calcium

release

Ca

2+

Proliferation

Migration

IP

3

PLC

P13K

Protein kinase B

Biologiczna rola VEGF

Angiogeneza

• Migracja, proliferacja i przeżywalność

komórek

śródbłonka
• Przepuszczalność naczyń
• Modulacja odpowiedzi immunologicznej

Limfangiogeneza

Biological role of VEGF: proliferation

and migration of endothelial cells

Promotes angiogenesis in vivo by inducing endothelial cells to
invade collagen gels and proliferate to form capillary-like
structures

1

New blood-vessel formation

2

• endothelial cells (red)

migrate into the
perivascular space towards
angiogenic stimuli

• they proliferate, follow each

other, and adhere to create
a lumen

• blood vessel sprouts fuse

to build new circulatory
systems

1

Pepper MS, et al. Biochem Biophys Res Commun 1992;189:824–31

2

Bergers G, et al. Nat Rev Cancer 2003;3:401–10

Biological role of VEGF:

endothelial cell survival

1

Gerber HP, et al. J Biol Chem 1998;273:13313–6;

2

Lotem J, et al. Apoptosis 1999;4:187–96

3

Tran J, et al. Biochem Biophys Res Commun 1999;264:781–8

4

Benjamin LE, et al. J Clin Invest 1999;103:159–65

Vascular endothelial cells in immature blood vessels need
survival signals from growth factors

1

Absence of these signals leads to apoptosis

2

In human umbilical vein endothelial (HUVE) cells, VEGF
promotes cell survival by inducing expression of the anti-
apoptotic proteins Bcl-2, 3 A1, 3 XIAP4 and survivin

3

VEGF deprivation led to regression of immature vessels in
a xenograft model through apoptosis of endothelial cells

4

Immature blood vessels were selectively destroyed,
suggesting that only immature tumour vessels depend on
soluble VEGF for survival

4

Biological role of VEGF:

vascular permeability

1

Senger DR, et al. Science 1983;219:983–5;

2

Connolly DT, et al. J Biol Chem

1989;264:20017–24;

3

Pepper MS, et al. Biochem Biophys Res Commun 1992;189:824–31;

4

Pepper MS, et al. Biochem Biophys Res Commun 1991;181:902–6;

5

Unemori EN, et al. J

Cell Physiol 1992;153:557–62

Also known as vascular permeability factor (VPF)
owing to ability to induce vascular leakage in
guinea pig skin

1,2

• induction of plasma protein leakage results in formation of

an extravascular fibrin gel, which forms a substrate for
endothelial cell growth

3

In cultured bovine microvascular endothelial cells,
induces extracellular proteolysis by inducing
expression of serine proteases

4

Induces metalloproteases in HUVE cells,

5

which

degrade interstitial collagen

Ferrara N, Davis-Smyth T. Endocr Rev 1997;18:4–25

Jain RK. Semin Oncol 2002;29:3–9

Włóknik w przestrzeni

międzykomórkowej stymuluje

migrację komórek śródbłonka

Ciśnienie płynu

śródtkankowego

upośledza

dostarczanie O

2

i

leków

VEGF

VEGF stymuluje przepuszczalność

naczyń

Biological role of VEGF:

modulation of immune response

In animal models, VEGF has been shown to affect several
types of immune system cell

In experiments with long-term continuous infusion of
VEGF in mice

• dendritic cell development was considerably inhibited; production

of
B cells and immature myeloid cells increased

1

— mature dendritic cells are required for cellular immune responses

• HSCs were rapidly mobilised into the circulation

2

— facilitates recruitment at sites of wound healing

• VEGF stimulated monocyte chemotaxis

3

When mice had VEGF function blocked, HSC survival was
reduced

4

1

Gabrilovich D, et al. Blood 1998;92:4150–66;

2

Hattori K, et al. J Exp Med 2001;193:1005–14

3

Clauss M, et al. J Exp Med 1990;172:1535–45;

4

Gerber HP, et al. Nature 2002;417:954–8

Biological role of VEGF:

regulation of lymphangiogenesis

1

Alitalo K, et al. Cancer Cell 2002;1:219–27;

2

Nagy JA, et al. J Exp Med 2002;196:1497–506;

3

Nathanson SD. Cancer 2003;98:413–23;

4

Skobe M, et al. Nat Med 2001;7:192–8;

5

Karkkainen MJ, et al. Oncogene 2000;19:5598–605

Lymphatic vessels drain fluid, protein and cells and transport
them back to the venous circulation

1

Growth of new lymphatic vessels often accompanies
angiogenesis

2

Lymphangiogenesis

• a route for tumour metastasis

3,4

• stimulated by the binding of VEGF-C and VEGF-D to

VEGF receptor-3

5

• promoted by VEGF interaction with VEGF receptor-2

2

VEGF overexpression leads to functionally abnormal
lymphatic vessels in experimental models

2

Plan prezentacji

Angiogeneza: definicja i rola

VEGF: znaczenie w procesie angiogenezy

• rola fizjologiczna
• struktura i funkcje

Patologiczna angiogeneza

Rola VEGF w patologicznej angiogenezy

Leczenie skierowane przeciwko VEGF w

terapii nowotworów

Baldness

Strok
e

Heart
ischemia

Fractur
e

Limb
ischemia

Blindnes
s

Canc
er

Arthritis

Uteru
s

Obesity

Jain R, Carmeliet P. Sci Am 2001
Carmeliet P. Nature Med 2003;9:653–63

Proces
angiogenezy jest
związany z
powstawaniem
ponad 70 różnych
chorób

Angiogenesis is abnormal

in many diseases

Adapted from Carmeliet P. Nat Med 2003;9:653–60

Diseases caused or characterised by abnormal angiogenesis

Tumour angiogenesis has

been studied extensively

1

Folkman J. N Engl J Med 1971;285:1182–6

Folkman published the angiogenic hypothesis in 1971:

‘In the absence of vascularisation, solid tumours
remain dormant and 2–3mm

3

in size, with size being

limited by the ability of oxygen and nutrients to diffuse
into the tumour’

1

Extensive research has shown that tumour growth is
angiogenesis-dependent

Angiogenesis is implicated in

• tumour progression
• tumour invasion
• metastasis

Angiogenesis is involved throughout

tumour formation, growth and

metastasis

Adapted from Poon RT-P, et al. J Clin Oncol 2001;19:1207–25

Stages at which angiogenesis plays a role in tumour progression

Premalignant

stage

Malignant

tumour

Tumour

growth

Vascular

invasion

Dormant

micrometastasis

Overt

metastasis

(Avascular

tumour)

(Angiogenic

switch)

(Vascularised

tumour)

(Tumour cell

intravasation)

(Seeding in

distant organs)

(Secondary

angiogenesis)

Proces angiogenezy jest istotny dla

powstawania, wzrostu guza i jego zdolności

do przerzutowania

Etapy, w których bierze udział proces angiogenezy

Stadium

przedkliniczne

Unaczynianie

guza

Wzrost

guza

Nacieczenie

naczyń

Mikroprzerzuty

odległe

Przerzuty

unaczynione

Adaptowane z Poon RT i wsp. J Clin Oncol

2001;19:1207–25

VEGF wpływa na tzw. przełom

naczyniowy w rozwoju guza

Adaptowane z: Bergers G i wsp. Nature 2002;3:401–

10

Niewielkie guzy (1–

2mm)

• nieunaczynione

• uśpione

Większe guzy

• unaczynione

• ze zdolnością do

przerzutowania

Przełom naczyniowy
(angiogenic switch)

Wynik nadekspresji
czynników
proangiogennych np.

VEGF

Plan prezentacji

Angiogeneza: definicja i rola

VEGF: znaczenie w procesie angiogenezy

• rola fizjologiczna
• struktura i funkcje

Patologiczna angiogeneza

Rola VEGF w patologicznej angiogenezy

Leczenie skierowane przeciwko VEGF w

terapii nowotworów

Komórki guza
nowotworowego

Włośniczka

Guzy nowotworowe potrzebują

ukrwienia dla swojego wzrostu

VEGF

Angiogeneza

VEGF – pobudza wzrost naczyń

krwionośnych

Komórka

nowotworowa

Waskularyzacja

Angiogeneza i kształtowanie się sieci

naczyń umożliwia wzrost guza i

występowanie przerzutów

VEGF: summary of critical roles in

tumour angiogenesis and growth

VEGF is overexpressed by many tumours

1

VEGF stimulates tumour angiogenesis

2

• angiogenesis is essential for tumour growth
• inhibition of VEGF in tumours changes vessel morphology

Tumour blood vessels created by VEGF are
abnormal

2

• leaky and twisted
• improperly matured

VEGF is a survival factor for immature tumour blood
vessels

2

VEGF may inhibit the antitumour immune response

3

1

Ferrara N, et al. Endocr Rev 1997;18:4–25

2

Bergers G, et al. Nat Rev Cancer 2003;3:401–10

3

Gabrilovich DI, et al. Clin Cancer Res 1999;5:2963–70

Most human tumour

types express VEGF

ICC = immunocytochemistry; ISH = in-situ hybridisation
ELISA = enzyme-linked immunosorbent assay; RI = radioimmunoassay
Haem. = haematological; NSCLC = non-small cell lung cancer; AML = acute myeloid
leukaemia;
SCLC = small cell lung cancer; CRC = colorectal cancer; CML = chronic myeloid
leukaemia

Study

Cancer

n

Tumours (%)

Test

Gasparini, 1997

Breast

260

95

ELISA

Toi, 1995

152

55

ICC

Imoto, 1998

Lung

NSCLC

91

53

IHC

O’Byrne, 2000

NSCLC

223

47

IHC

Volm, 1997

SCLC

109

59

IHC

Maeda, 2000

GI

CRC

100

37

IHC

Amaya, 1997

CRC

136

43

IHC

Ishigami, 1998

CRC

60

100

ISH

Ogata, 2003

Oesophagus

92

24

IHC

Shih, 2000

Oesophagus

117

31

IHC

Paley, 1997

Ovarian

68

43

ISH

Yamamoto, 1997

70

97

ELISA

J acobsen, 2004

Renal

229

100

IHC

Aguayo, 2002

Haem.

AML

58

100

ELISA

Verstovsek, 2002

Haem.

CML

184

100

RI

1

Jacobsen J i wsp. BJU Int 2004;93:297–302;

2

Maeda K i wsp. Int J Mol Med 2000;5:373–8

3

O’Byrne KJ i wsp.

Br J Cancer 2000;82:1427–32;

4

Gasparini G i wsp. J Natl Cancer Inst 1997;89:139–47;

5

Shih CH i

wsp. Clin Cancer Res 2000;6:1161–8;

6

Verstovsek S i wsp. Blood 2002;99:2265–7;

7

Yamamoto S i

wsp. Br J Cancer 1997;76:1221–7

Nadekspresja VEGF koreluje

z niekorzystnym rokowaniem

chorych

Nowotwór

n

Guzy

(%)

Wartość prognostyczna

Rak piersi

1

260

95

Czas wolny od nawrotu, czas

przeżycia całkowitego

Niedrobnokomórko

wy rak płuca

2

223

47

Wielkość guza, stopień

unaczynienia

Rak jelita grubego

3

100

37

Rokowanie

Rak przełyku

4

117

31

Czas przeżycia całkowitego

Rak jajnika

5

70

97

Czas przeżycia całkowitego

Rak nerki

6

229

100

Stopień zaawansowania i

wielkość guza, czas przeżycia

Przewlekła

białaczka szpikowa

7

184

100

Czas przeżycia

Prognostic value of VEGF overexpression

in selected human tumours

Study

Cancer

n

Tumours (%)

Prognostic value

Gasparini, 1997

Breast

260

95

Relapse-free survival, overall survival

Toi, 1995

152

55

Increased vascular density and relapse-

free survival

Imoto, 1998

Lung

NSCLC

91

53

Overall survival

O’Byrne, 2000

NSCLC

223

47

Tumour size, vascular density

Volm, 1997

SCLC

109

59

Overall survival

Maeda, 2000

GI

CRC

100

37

Overall prognosis

Amaya, 1997

CRC

136

43

Vascular density

Ishigami, 1998

CRC

60

100

Clinical stage, metastasis

Ogata, 2003

Oesophagus

92

24

Overall survival

Shih, 2000

Oesophagus

117

31

Overall survival

Paley, 1997

Ovarian

68

43

Disease-free survival

Yamamoto, 1997

70

97

Overall survival

J acobsen, 2004

Renal

229

100

Tumour size and stage, survival

Aguayo, 2002

Haem. AML

58

100

Survival

Verstovsek, 2002

Haem. CML

184

100

Survival

Correlation of VEGF expression

with metastatic disease

Takahashi Y, et al. Cancer Res 1995;55:3964–8

Pa

ti

e

n

ts

w

it

h

m

e

ta

st

a

se

s

(%

)

5

34

93

Intensity of VEGF staining

100

80

60

40

20

0

0–1+

2+

3+

1/19

10/29

13/14

n=62

VEGF

Cytokiny

Onkogene

za

Komórkowe

czynniki wzrostu

Niedotlenienie

Wiele różnych zewnętrznych

czynników stymuluje produkcję VEGF

Tumour characteristics and

environment promote VEGF

expression

EGF

IGF-1

PDGF

IL-8

bFGF

Hypoxia 

COX-2 

NO 

Oncogenes 

VEGF release

Binding and activation
of VEGF receptor

H

2

O

2

Proliferation

Survival

Migration

ANGIOGENESIS

Permeability

Increased expression

(MMP, tPA, uPA, uPAr,

eNOS, etc.)

– P

– P

P–
P–

IGF = insulin-like growth factor; PDGF = platelet-derived growth factor

ANGIOGENEZA

Wiązanie się i
aktywacja receptora
dla VEGF

Komórka
śródbłonka

Proliferacja

Sygnał
przekazywany
wewnątrz komórki

Aktywatory
syntezy VEGF

Uwolnienie VEGF

EGF

IGF-1

PDGF

H

2

O

2

IL-6

bFGF

Hipoksja 

COX-2 

NO 

Onkogeny 

VEGF – kluczowy mediator

angiogenezy

VEGF expression is

induced by tumour hypoxia

VEGF mRNA is rapidly induced in the
presence of hypoxia in various cell
types

1–4

VEGF mRNA is highly expressed in
tumour cells near areas of necrosis

4

Hypoxia is a major inducer of VEGF
gene expression

5

1

Minchenko A, et al. Lab Invest 1994;71:374–9

2

Shima DT, et al. Mol Med 1995;1:182–93

3

Brogi E, et al. Circulation 1994;90:649–52

4

Shweiki D, et al. Nature 1992;359:843–5

5

Ferrara N, Davis-Smyth T. Endocr Rev 1997;18:4–25

Commonly expressed oncogenes

influence VEGF expression

Adapted from Kerbel R, et al. Nat Rev Cancer 2002;2:727–39

Thurston G, et al. Science 1999;286:2511–4

Vasculature from

wild-type mice

Vasculature from mice

overexpressing VEGF

VEGF overexpression causes the

formation of abnormal blood vessels

Tumour blood vessels

are permeable and leaky

Increased permeability induced by VEGF
overexpression

• allows plasma proteins to escape to form a matrix on which

activated endothelial cells migrate during angiogenesis

1

• increases interstitial pressure, which hinders the diffusion

of larger molecules (e.g. chemotherapy or antitumour
antibodies) into the tumour

2

1

Pettersson A, et al. Lab Invest 2000;80:99–115

2

Netti PA, et al. Proc Natl Acad Sci U S A 1999;96:3137–42

Tumour blood vessels

are permeable and leaky (cont’d)

1

Shweiki D, et al. Proc Natl Acad Sci U S A 1995;92:768–72

2

Lee CG, et al. Cancer Res 2000;60:5565–70

3

Niizeki H, et al. Br J Cancer 2002;86:1914–9

Increased vascular permeability induced by VEGF
worsens local hypoxia,

1

which may enhance tumour

resistance to radiation

• in studies of xenografts in athymic nude mice, increased

interstitial pressure hindered oxygen delivery making areas
of hypoxia resistant to radiation

2

Hypoxia also

• stimulates further growth and ensures tumour cells get

nutrients for continued growth

2

• may promote the metastatic potential of cancer cells by

enhancing expression of metastasis-associated genes

3

1

Jain RK. Semin Oncol 2002;29 (Supl.16):3–9;

2

Carmeliet P. Nat Med

2003;9:653–60

Czynniki dojrzewania

Brak czynników
wzrostu

Zwarta
budowa

przepuszczaln
e

integryny

Mniej

komórek

podporowych

Czynniki wzrostu
(VEGF)

Komórki

podporowe

Prawidłowe

naczynie

Naczynie guza

Naczynia guza nowotworowego są

nieprawidłowe

naczynia
prawidłow
e

naczynia guza

Carmeliet P, Jain RK. Nature 2000;407:249–57

Unaczynienie guza jest

nieprawidłowe

VEGF is a survival factor for

immature tumour blood vessels

VEGF is a survival factor for tumour cells

1,2

In a study using murine and human metastatic
mammary carcinoma cell lines, VEGF inhibited
apoptosis by
upregulating production of the anti-apoptosis
protein Bcl-2

2

Anti-VEGF antibodies directly induced tumour cell
apoptosis

2

1

Bachelder RE, et al. Cancer Res 2001;61:5736–40

2

Pidgeon GP, et al. Br J Cancer 2001;85:273–8

VEGF may inhibit the

antitumour immune response

In animal models, VEGF infusion resulted in increased
immature myeloid cells and reduced functional
dendritic cells

1

Type 1 dendritic cells help eradicate tumours through
immune stimulation and depression of tumour
angiogenesis

2

VEGF not only stimulates angiogenesis, but may also
promote cancer by inhibiting functional maturation of
dendritic cells and enhancing adhesion of natural
killer cells to tumour microvessels

3,4

1

Gabrilovich D, et al. Blood 1998;92:4150–66

2

Banchereau J, et al. Nature 1998;392:245–52

3

Melder RJ, et al. Nat Med 1996;2:992–7

4

Ohm DP, et al. Oncology (Huntingt) 2002;16(1

Suppl.1):11–8

Plan prezentacji

Angiogeneza: definicja i rola

VEGF: znaczenie w procesie angiogenezy

• rola fizjologiczna
• struktura i funkcje

Patologiczna angiogeneza

Rola VEGF w patologicznej angiogenezy

Leczenie skierowane przeciwko VEGF w

terapii nowotworów

Rationale for targeting VEGF as

a key anti-angiogenic approach

VEGF production is initiated by features characteristic
of tumours

• oncogene expression
• tumour hypoxia and necrosis

VEGF has a central role in tumour angiogenesis, influenced by
and influencing other pro-angiogenic factors
VEGF is overexpressed in a wide variety of tumours and may
be associated with reduced survival
Tumour-associated VEGF acts on host endothelial cells, which
are unlikely to mutate to a resistant phenotype, unlike tumour
cells
VEGF has a limited role in adults, so its inhibition should
result in minimal side effects

VEGF jako cel dla terapii

przeciwnowotworowej

Produkcja VEGF jest stymulowana m.in. przez:

• onkogeny
• hipoksję guza

VEGF odgrywa kluczową rolę w angiogenezie

nowotworowej

Nadekspresja VEGF koreluje ze skróconym czasem

przeżycia chorych

VEGF wpływa na komórki śródbłonka, które w

przeciwieństwie do innych komórek nowotworu nie
rozwijają oporności na leczenie

Jain RK. Nat Med 2001;7:987–9

Willett CG, et al. Nat Med 2004;10:145–7

Potential effects of inhibiting VEGF

Prevention of the growth of new tumour blood vessels

• suppression of primary and metastatic tumour growth

Regression of tumour vasculature and ‘normalisation’
of vascular permeability and intratumoral pressure

• improved access for other anticancer agents

Vascular regression

• possible tumour dormancy

Regresja

naczyń

Zmniejszanie się

masy guza

Zablokowanie VEGF może powodować

regresję unaczynienia guza i prowadzić do

jego zmniejszenia

Effects of inhibiting VEGF on

human tumour vasculature: phase I trial

design

Bevacizumab

5mg/kg

Bevacizumab

5mg/kg +

5-FU +

radiotherapy

Patients with

primary and non-

metastatic rectal

cancer

Surgery

2 weeks

3 x 2-week

cycles

Willett CG, et al. Nat Med 2004;10:145–7

5-FU = 5-fluorouracil

Effects of inhibiting VEGF on

human tumour vasculature

12 days after bevacizumab administration

• tumour regression of >30% in one patient
• no change in tumour size in five patients

Computed tomography (CT) scans (n=5) showed

• 40–44% decrease in tumour blood perfusion (n=4/5;

p<0.05)

• 16–39% decrease in tumour blood volume (n=4/5; p<0.05)
• 25–59% reduction in tumour microvessel density (n=5/5;

p<0.05)

Willett CG, et al. Nat Med 2004;10:145–7

Direct evidence of antivascular effects
of
VEGF inhibition in human tumours

Effects of inhibiting VEGF on human

tumour vasculature (cont’d)

Overall mean interstitial fluid pressure decreased
from 15.0±2.0 to 4.0±2.2mmHg (p<0.01)

1

• decrease in interstitial fluid pressure may be the result of

regression of tumour vasculature

2

Four out of five patients had an increased fraction
of vessels positive for alpha-smooth muscle actin

1

• supportive of vascular regression

3

1

Willett CG, et al. Nat Med 2004;10:145–7

2

Jain RK. Semin Oncol 2002;29(6 Suppl. 16):3–9

3

Jain RK. Nat Med 2003;9:685–93

Data collectively suggest that blood
vessel efficiency is improved with
VEGF inhibition

Leki blokujące drogę przewodzenia

sygnału przez VEGF

VEGFR-2

VEGFR-1

P

P

P
P

P

P

P
P

Komórka śródbłonka

małocząsteczkowe inhibitory

VEGFR

(inhibitory kinazy tyrozynowej)

rybozymy

Przeciwciała

anty-VEGFR

Rozpuszczal

ny receptor

VEGFR

Przeciwciało

anty-VEGF

VEGF

Agents targeting the

VEGF pathway

VEGF

VEGF

receptor-2

Cation

channel

 Permeability

Antibodies inhibiting VEGF

(e.g. bevacizumab)

Antibodies inhibiting

VEGF receptors

Soluble VEGF receptors

(VEGF-TRAP)

Small-molecules

inhibiting VEGF
receptors (TKIs)

(e.g. PTK-787)

Ribozymes

(Angiozyme)

– P

– P

P–

P–

– P

– P

P–

P–

– P

– P

P–

P–

Migration, permeability, DNA synthesis, survival

Lymphangiogenesi

s

Angiogenesis

*Inhibits interaction with VEGF receptor-2 only

Agents targeting the VEGF ligand

Class

Examples

Targets

Stage of

development

Company

Antibody

Bevacizumab

(Avastin

TM

)

1

VEGF

FDA approved Roche/

Genentech, Inc.

HuMV833

2

VEGF

Phase I

completed

Protein Design

Laboratories

2C3

3

VEGF*

Preclinical

Peregrine

Soluble

receptor

VEGF-TRAP

4

VEGF and

PlGF

Phase I

Regeneron

1

Hurwitz H, et al. N Engl J Med 2004;350:2335–42

2

Jayson G, et al. J Natl Cancer Inst 2002;94:1484–93

3

Brekken RA, et al. J Control Release 2001;74:173–81

4

Dupont J, et al. Proc Am Soc Clin Oncol 2003;22:194

FDA = US Food and
Drug Administration

Agents targeting VEGF receptors

Zhu A, et al. Curr Cancer Drug Targets 2002;2:135–56

Targeting the VEGF ligand

versus targeting the receptor

Zhu A, et al. Curr Cancer Drug Targets 2002;2:135–56

Agents targeting VEGF

Agents targeting VEGF receptors

Inhibit activities of ligand on

endothelial and non-endothelial

cells

May inhibit VEGF signalling through a

single receptor but not all receptors

Inhibits VEGF activity on all of its

receptors

Inhibits the activity of other VEGF family

members signalling through the same

receptor

May not affect the function of other

VEGF family ligands (e.g. VEGF-B)

• Nadekspresja VEGF występuje w wielu różnych typach nowotworów

• koreluje z większą agresywnością nowotworu

• koreluje z niekorzystną prognozą dla pacjenta

• Istnieje kilka różnych sygnałów stymulujących produkcję VEGF

• blokowanie jednego z nich nie spowoduje zablokowania syntezy
VEGF,
wyzwolonej przez inny czynnik

• blokowanie VEGF zapobiega angiogenezie aktywowanej przez
wszystkie zewnętrzne czynniki

• Istnieją różne reakcje wewnątrzkomórkowe aktywowane przez
połączenie
się VEGF z jego receptorem

• zatrzymanie tylko jednej reakcji blokuje tylko jedną ścieżkę
przekazywania
sygnału przez VEGF

• blokowanie VEGF zapobiega przekazywania sygnału wieloma
ścieżkami

• Blokowanie VEGF zapobiega jego wiązaniu się ze wszystkimi typami
receptorów

• istnieją dwa rodzaje receptorów dla VEGF

• blokada VEGF może być skuteczniejsze niż blokada tylko jednego
receptora

Uzasadnienie dla blokowania VEGF w

terapii przeciwnowotworowej

Bevacizumab differs from other

agents that target angiogenesis

Target of bevacizumab VEGF is well characterised

• mechanism of action of VEGF is understood

VEGF plays a central role in angiogenesis

• other anti-angiogenic agents target molecules that VEGF

regulates (e.g. matrix metalloproteinase inhibitors)

• many agents (e.g. HER1/EGFR-targeting agents) may

indirectly inhibit angiogenesis by regulating VEGF expression

Bevacizumab inhibits all functions of the VEGF ligand

• inhibits VEGF activity on vascular endothelial cells
• inhibits VEGF activity on non-endothelial cells (e.g. dendritic

cells, monocytes)

Conclusions

Tumour blood vessel growth – angiogenesis – and
maintenance are important targets for anticancer
therapy

VEGF has a critical role in tumour angiogenesis and
is a rational target for anticancer therapy

Agents have been developed that target the VEGF
pathway to inhibit

• tumour angiogenesis
• other functions of VEGF (increased permeability, suppression of

antitumour immune response, lymphangiogenesis)

Conclusions (cont’d)

Bevacizumab is currently the anti-angiogenic agent in
the most advanced stage of clinical development

• positive phase III trial results have recently been reported

Bevacizumab was approved by the FDA in February
2004 for treatment of CRC in combination with 5-FU-
based chemotherapy

Bevacizumab has also been submitted for approval to
regulatory authorities outside the USA

Podstawy leczenia ant-VEGF

• VEGF jest kluczowym mediatorem angiogenezy

nowotworowej

• Unaczynienie guza jest patologiczne
• Nadekspresja VEGF koreluje z gorszym rokowaniem

Anty-VEGF hamuje angiogenezę (przed) klinicznie

Bewacizumab jest przeciwciałem specyficznie

wiążącym się z VEGF o udowodnionej skuteczności w
leczeniu uogólnionego raka jelita grubego

Podsumowanie