Angiogenesis has a crucial role in normal development and in pathological conditions such as tumors and ocular diseases. Vascular endothelial growth factors (VEGF) are the key molecules promoting endothelial cell growth, migration, and survival through VEGFR2 activation. Angiopoietins are also critical for blood vessel stabilization and sprouting by binding to their receptor Tie2. VEGF-A and angiopoietin-2 (Ang2) are highly upregulated during tumorigenesis and retinal neovascularization suggesting that these are critical molecules for pathological angiogenesis. Several studies about anti-angiogenic therapy targeting VEGFR2 or Tie2 pathways have shown to be efficacious against tumor and retinopathy.
It is possible that simultaneous blockades of both signal pathways can enhance antiangiogenic and antitumor effects. A novel protein capable of simultaneous binding to both VEGF-A and Ang2 was developed and named as “double anti-angiogenic protein (DAAP)”. DAAP inhibited not only VEGFR2 phosphorylation induced by VEGF-A, but also Tie2 phosphorylation induced by Ang2. To test the anti-angiogenic effects of this protein as therapeutic applications, PBS, Fc, VEGF-Trap or Tie2-Fc were used for negative and positive controls in Lewis lung carcinoma tumor implantation experiment and retinopathy of prematurity (ROP) model.
Tumor growth was significantly attenuated by DAAP and VEGF-Trap treatment. Immunohistochemical analysis revealed that DAAP reduced tumor vessel diameter and induced vessel pruning resulting in a decrease in vascular density. DAAP also exhibited significantly reduced metastasis into lung and distant lymph node.
ROP induced vascular micro-tufts in the retinal vessels and blood vessel tortuosity were markedly reduced by DAAP treatment.
These results suggest that DAAP can be therapeutically useful as VEGF and angiopoietin-associated pathological conditions such as cancer and retinopathy.
혈관신생은 정상적인 발생과정 뿐 아니라 암이나 혈관성 안질환 같은 병리적 상태에서도 매우 중요하다. 혈관내피성장인자(VEGF)는 VEGFR2 수용체를 통하여 혈관내피세포의 성장 및 이동을 촉진하는 핵심적인 물질이다. 안지오포에틴(Angiopoietin) 또한 Tie2 수용체를 통하여 혈관발아 및 안정화에 중요한 역할을 한다. 암발생 및 망막 혈관신생 과정에서 VEGF-A와 Ang2 발현이 증가되어 있다는 여러 보고를 통해, 이 두 물질이 병리적 혈관신생작용에 중요하다는 것을 알 수 있다. 많은 연구에서 VEGFR2 혹은 Tie2 수용체를 저해하는 치료법은 암과 망막병증에 효과적이었다.
만약, 이 두 신호전달 과정을 동시에 차단한다면 신생혈관저해 및 항암효과를 증가시킬 수 있을 것이다. VEGF-A와 Ang2에 동시에 결합하여 이들을 중화시킬 수 있는 새로운 치료단백질을 개발하였고, DAAP이라고 명명하였다. DAAP은 VEGF-A에 의한 VEGFR2 수용체의 인산화를 저해할 뿐 아니라, Ang2에 의한 Tie2 수용체의 인산화도 저해하였다.
생쥐를 이용한 루이스 폐암(Lewis lung carcinoma) 이식 모델과 미숙아망막증(retinopathy of prematurity) 모델을 통하여 DAAP의 신생혈관저해 효과를 확인하였다. 대조군 및 비교 실험을 위하여, PBS, Fc, VEGF-Trap 그리고 Tie2-Fc를 사용하였다. 그 결과 DAAP 및 VEGF-Trap 처리한 군에서 암 성장이 크게 완화되었다. 면역조직화학검사를 통해, VEGF-Trap은 암신생혈관을 가지치는 방법으로 끊어지게 하는 반면, DAAP은 그와 동시에 혈관지름까지 감소시켜 혈관밀도를 줄여서 효과가 극대화된 것을 확인하였다. 대조군에서는 원위림프절로 전이된 암세포가 많이 관찰된 것에 비해, VEGF-Trap 실험군에서는 전이된 암세포가 현저히 줄어있었고, DAAP 실험군에서는 거의 보이지 않았다. 또한 DAAP은 폐조직으로의 암세포 전이도 저해하였다. 안질환 모델로 미숙아망막증을 유발시킨 생쥐에서 DAAP의 효과를 확인한 결과, DAAP이 망막 혈관신생 작용으로 인한 소실타래구조(micro-tufts) 및 혈관꼬임(tortuosity)을 현저히 감소시켰다.
암 혹은 망막질환과 같은 혈관내피성장인자 및 안지오포에틴이 연관된 병리적 상태에 대해, DAAP이 치료단백질로써 유용할 것으로 기대된다.
