VEGF是一组由VEGF-A、VEGF-F及胎盘生长因子组成的家族, 其中VEGF-A具有激活VEGFR-1和VEGFR-2的功能, 在血管生成中起主要作用, 通常所指的VEGF即为VEGF-A。编码人VEGF-A基因的染色体定位于6p21.3, 由8个外显子和7个内含子组成, 不同的外显子拼接方式产生4种不同的亚型, 分别为VEGF₁₂₁、VEGF₁₆₅、VEGF₁₈₉与VEGF₂₀₆。其中VEGF₁₆₅是最重要的一个亚型, 它缺少第6外显子编码的氨基酸残基, 属于具有肝素结合活性的糖蛋白, 分子质量为45×10³。

VEGF的作用包括: ①促进血管内皮细胞分裂生长、出芽并侵入胶原, 进而促进血管生成, 并维持内皮细胞的生存; ②促进骨髓单核细胞的趋化, 诱导集落形成; ③抑制成年鼠树突状细胞的发生。在缺乏血管系统的果蝇体内, VEGF的转导通路在造血过程中发挥重要作用, 控制着血细胞的迁移和增殖^[4]。

VEGF基因的表达受氧浓度、多种生长因子、激素及癌基因等的调控, VEGF mRNA的表达在多种病理环境中由低氧诱导^[5]。表皮生长因子、肿瘤生长因子、角质化细胞生长因子、血小板源性生长因子、促甲状腺激素、促肾上腺皮质激素、促性腺激素、绒毛膜促性腺激素、癌基因的突变和扩增等均可上调VEGF mRNA的表达。

目前的研究结果表明, VEGFR主要有5种亚型: ①VEGFR-1, 即fms样酪氨酸激酶1(fms-like tyrosine kinase-1, Flt-1);②VEGFR-2, 即含激酶插入域的受体/胎肝激酶(kinase insert domain receptor fetal liver kinase-1, KDR/Flk-1), 在人类称为KDR, 在鼠类称为Flk-1;③VEGFR-3(Flt-4);④神经毡蛋白1(neuropilin-1, NP-1);⑤NP-2。其中, VEGFR-1与VEGFR-2是最重要的两个亚型, 两者均由含7个免疫球蛋白样结构域的胞外区、单个跨膜区及含激酶插入结构域的酪氨酸激酶序列胞内区组成。

在胚胎发育过程中, VEGFR-1的缺失会引起成血管细胞的过度增殖, 最终导致胚胎的死亡^[6], 提示VEGFR-1在此过程中有着至关重要的血管生成负性调节作用。然而, 在VEGF高表达的肿瘤、炎症、动脉粥样硬化等病理条件下, VEGFR-1却发挥正性调节作用^[7]。这些研究表明, VEGFR-1在血管生成过程中起双重作用。此外, VEGFR-1通过与VEGF或胎盘生长因子的结合可启动下游信号转导, 促进骨髓单核细胞的迁移、造血及内皮祖细胞的募集^[8]。尽管VEGFR-1与VEGF结合的亲和力非常高(K_d=2~10 pmol/L), 比VEGFR-2至少高一个数量级, 但其酪氨酸激酶活性却相对较低^[9], 表明VEGFR-2是促进血管生成的主要受体。研究证实, VEGFR-2对内皮细胞前体细胞分化成为内皮细胞及内皮细胞的增殖是必需的^[10]。在大多数肿瘤的血管生成和糖尿病视网膜病变的动物模型中, VEGFR-2发挥主要作用, 而VEGFR-1只在某些肿瘤血管生成和风湿病及动脉粥样硬化中起重要作用^[11]。

综上所述, 在胚胎生成早期, VEGFR-1与VEGFR-2的作用相反, 以保持血管生成的平衡; 出生后, VEGFR-1主要在炎症及造血过程中起作用, 而VEGFR-2则成为血管生成的主要受体。

在正常组织和良性肿瘤中, VEGFR低表达或不表达; 但在多种恶性肿瘤如子宫内膜癌、卵巢肿瘤、乳腺癌、胰岛细胞癌等组织中的VEGFR-2呈高水平表达, 不仅肿瘤组织中血管内皮细胞有VEGFR-2表达, 而且某些肿瘤细胞本身也有VEGFR-2表达。VEGF及VEGFR-2表达有随肿瘤恶性程度增加而递增的趋势, 如人结肠癌, 而肺鳞癌染色较弱^[13]。肿瘤组织内血管内皮细胞及某些肿瘤细胞的高水平表达VEGFR-2, 已成为人们关注的、具有潜在应用价值的靶分子, 奠定了针对VEGFR-2的肿瘤诊断与靶向抗肿瘤血管生成治疗研究的理论基础。

VEGFR显像可探测恶性实体肿瘤的原发、转移与复发灶, 根据显像剂的浓聚程度判断受体的表达数量, 通过放、化疗前后对比可客观评价疗效, 并对临床实施针对VEGFR的肿瘤个体化生物治疗具有积极的指导作用。依据显像剂所用的放射性核素的不同, 肿瘤VEGFR显像分为SPECT和PET两类。

目前, 用于VEGFR的SPECT研究较多的显像剂是¹²³I-VEGF₁₆₅和¹²³I-VEGF₁₂₁。Li等^[14]研究显示, ¹²³I-VEGF₁₆₅和¹²³I-VEGF₁₂₁不仅与人脐静脉内皮细胞结合, 而且与肿瘤细胞特异性结合。在胰腺癌及结肠癌中, 虽然¹²³I-VEGF₁₆₅和¹²³I-VEGF₁₂₁可以浓聚于原发及转移病灶中, 但在甲状腺与胃中的浓聚更高, 而且T/NT值也不高, 这是由于该类显像剂在体内不稳定, 易脱碘而致。并且, ¹²³I-VEGF₁₂₁的浓聚随肿瘤体积的增加而减弱, 表明肿瘤VEGFR的表达随肿瘤体积的增加而减少^[15-16]。除了放射性碘, VEGF₁₂₁还可以用⁹⁹Tc^m进行标记。在鼠4T1乳腺癌模型中, ⁹⁹Tc^m-VEGF₁₂₁在体内可稳定存在1 h, 肿瘤组织对⁹⁹Tc^m-VEGF₁₂₁的摄取值为3% ID/g, 且通过对肿瘤化疗前后的显像可用于疗效的判断^[17]。

除了对VEGF本身进行标记, 还可从基因水平改进VEGF及其受体的结构后进行标记, 从而得到更好的显像效果。Qin等^[18]应用¹⁸⁸Re标记VEGF₁₈₉外显子6编码的十二肽, 通过将VEGFR-2基因截断后转染至肿瘤细胞, 使标记物与VEGFR的亲和力增强, 进而使T/NT值由2.53±0.33增加至3.61±0.59。

此外, 也可以将含VEGF的融合蛋白作为VEGFR显像剂。人转铁蛋白-VEGF是VEGF₁₆₅与人转铁蛋白的融合蛋白, 将其进行¹¹¹In标记后注射入荷瘤裸鼠体内, 注射后72 h, U87MG人胶质瘤细胞的摄取值为6.7%ID/g, 而大量非标记VEGF抑制后, 摄取值明显降低。这一融合蛋白的显著优点在于标记时不需引入螯合剂^[19]。单链VEGF也是一种融合蛋白, 用⁹⁹Tc^m标记后, 可显著浓聚于肿瘤病灶, 而失活后的单链VEGF标记后则未出现明显的显像剂浓聚^[20]。

以上都是以VEGF或VEGF衍生物作为显像剂, VEGFR小分子拮抗剂也可与VEGFR-2特异性结合, 能够抑制VEGFR的酪氨酸激酶活性。这一类小分子拮抗剂很多, 且发展十分迅速, 有望成为治疗实体肿瘤的新药物^[21], 但针对该类化合物的VEGFR显像研究并不多。

近年来, 噬菌体展示技术及核糖体展示技术的出现为寻找VEGFR特异性结合物提供了一个新的途径。Hetian等^[22]应用噬菌体展示技术筛选得到了VEGFR-2的拮抗小肽K237, 经实验证实可以抑制肿瘤的生长和转移。对该肽进行⁹⁹Tc^m标记, 也不失为探索VEGFR显像的良好途径。

PET是目前核医学最先进的影像技术, 对此, 放射性核素标记抗VEGF单抗的应用较多。¹²⁴I标记的抗VEGF单抗HuMV₈₃₃PET可用于检测肿瘤患者体内HuMV₈₃₃的分布和清除情况^[23]。⁸⁹Zr标记的bevacizumab在肿瘤中的摄取虽比⁸⁹Zr-免疫球蛋白G高, 但较¹¹¹In-bevacizumab低, 表明其疗效的局限性^[24]。利用1, 4, 7, 10-四氮杂环十二烷-N, N', N', N''-四乙酸(1, 4, 7, 10-tetraazacyclododecane-N, N', N', N''-tetraacetic acid, DOTA)形成的⁶⁴Cu-DOTAVEGF₁₂₁在小动物U87MG肿瘤模型PET中, 可迅速特异地被摄取入肿瘤组织, 并且摄取值可达15% ID/g, 而在肿瘤较大时, 摄取值降至3%ID/g, 这表明肿瘤在演进过程中, VEGFR的表达逐渐减少, 针对该受体的生物治疗效果也变差。因此, 通过VEGFR表达无创性PET, 可为临床确定是否行针对该受体的治疗及治疗时机提供依据^[25]。但该标记物在肾脏中浓聚较多, 存在较强的肾毒性, 而据报道, 已有一种⁶⁴Cu-DOTA-VEGF类似物具有与⁶⁴Cu-DOTA-VEGF₁₂₁相似的肿瘤显像效果, 但肾毒性明显降低^[26]。