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