Recent studies suggest that tumor-associated CD11b(+)Gr1(+) myeloid cells contribute to refractoriness to antiangiogenic therapy with an anti-VEGF-A antibody. However, the mechanisms of peripheral mobilization and tumor-homing of CD11b(+)Gr1(+) cells are unclear. Here, we show that, compared with other cytokines [granulocyte-macrophage colony stimulating factor (GM-CSF), stromal derived factor 1alpha, and placenta growth factor], G-CSF and the G-CSF-induced Bv8 protein have preferential expression in refractory tumors. Treatment of refractory tumors with the combination of anti-VEGF and anti-G-CSF (or anti-Bv8) reduced tumor growth compared with anti-VEGF-A monotherapy. Anti-G-CSF treatment dramatically suppressed circulating or tumor-associated CD11b(+)Gr1(+) cells, reduced Bv8 levels, and affected the tumor vasculature. Conversely, G-CSF delivery to animals bearing anti-VEGF sensitive tumors resulted in reduced responsiveness to anti-VEGF-A treatment through induction of Bv8-dependent angiogenesis. We conclude that, at least in the models examined, G-CSF expression by tumor or stromal cells is a determinant of refractoriness to anti-VEGF-A treatment.

The cellular organization and relationships among precursors that initiate embryonic angiogenesis and hematopoiesis in the human have yet to be characterized. Here, we identify a subpopulation of primitive endothelial-like cells derived from human embryonic stem cells (hESCs) that express PECAM-1, Flk-1, and VE-cadherin, but not CD45 (CD45negPFV cells), and that are uniquely responsible for endothelial and hematopoietic development. Molecular profiling of CD45negPFV cells is consistent with endothelial and hematopoietic competency. Clonal isolation demonstrates that the CD45negPFV population includes bipotent cells with endothelial and hematopoietic capacity. We suggest that human hematopoiesis and endothelial maturation originate exclusively from a subset of embryonic endothelium that possesses hemangioblastic properties and offers a model system to study these lineage relationships in the human.

Molecular and cellular mechanisms underlying resistance/low responsiveness to antiangiogenic compounds are under extensive investigations. Both populations of tumor and stroma (nontumor compartment) seem to contribute in inherent/acquired resistance to antiangiogenic therapy. Here, investigating in vivo efficacy of sunitinib in experimental models resulted in the identification of tumors that were resistant/sensitive to the therapy. Analysis of tumor protein lysates indicated a greater concentration of hepatocyte growth factor (HGF) in resistant tumors than in sensitive ones. In addition, using flow cytometry, c-Met expression was found to be significantly higher in endothelial cells than in tumor cells, suggesting that HGF might target the vascular endothelial cells in resistant tumors. Combination of sunitinib and a selective c-Met inhibitor significantly inhibited tumor growth compared with sunitinib or c-Met inhibitor alone in resistant tumors. Histology and in vitro analyses suggested that combination treatment mainly targeted the vasculature in the resistant tumors. Conversely, systemic injection of HGF in the sensitive tumor models conferred resistance to sunitinib through maintenance of tumor angiogenesis. In conclusion, our study indicates a role for HGF/c-Met pathway in development of resistance to antiangiogenic therapy and suggests a potential strategy to circumvent resistance to vascular endothelial growth factor receptor tyrosine kinase inhibitor in the clinic.

The secreted Bv8 protein has been recently characterized as a regulator of myeloid cell mobilization and a neutrophil-derived mediator of tumor angiogenesis in several xenografts, but its role in tumor progression in an endogenous setting was unknown. The rat insulin promoter (RIP)-T-antigen (Tag) is a well characterized transgenic mouse model of multistage pancreatic beta-cell tumorigenesis. Also, the role of neutrophils in RIP-Tag angiogenic switching, as assessed by systemic ablation using anti-Gr1 antibodies at different stages of tumor progression, has been recently described. Here, we show that early treatment of RIP-Tag mice with anti-Bv8 antibodies resulted in a significant reduction in the number of angiogenic islets relative to control antibody-treated mice, implicating Bv8 in the angiogenic switch during neoplasia. Histological analysis showed a significant reduction in vascular surface areas in hyperplastic and angiogenic lesions in pancreatic islets from anti-Bv8-treated mice. Anti-Bv8 treatment also inhibited the mobilization and homing of CD11b+Gr1+ cells to the peripheral blood and the emerging neoplastic lesions. However, anti-Bv8 treatment had no effect on tumor vascularization or burden when initiated at later stages of tumor progression. The stage-dependent efficacy of anti-Bv8 treatment appears remarkably similar to that reported after neutrophil ablation, suggesting that Bv8 is an important mediator of neutrophil-dependent angiogenesis in this transgenic model. In summary, our studies verify a role for Bv8 in the mobilization and recruitment of myeloid cells and in the induction of tumor angiogenesis in the early stages of neoplastic progression.