像正常器官一样，肿瘤也需要建立血液供应系统来满足其氧气和营养的需求来完成其他的代谢功能。这主要通过血管新生来完成，这是一个从已有的血管网络中产生新血管的过程，低氧是肿瘤血管新生的关键驱动因子。
低氧癌细胞分泌血管内皮生长因子A（VEGFA）,它通过结合临近血管内皮细胞(ECs)表达的VEGF受体2(VEGFR2)来启动肿瘤血管新生。可溶的VEGFA浓度梯度诱导可移动的ECs的形成，又叫tip cells（端细胞），它可以降解周围的胞外基质的降解（extracellular matrix，ECM）并且导致新的血管向VEGFA生长。这个过程需要其他的信号分子的参与，包delta样配体4（DLL4）和angiopoietin2（血管生成素2，ANGPT2）,而它又可以控制端细胞表型和让EC连接变得不稳定。
在上皮肿瘤的癌前阶段（比如异性增生和原位癌），基膜会把肿瘤从血管化的外周肿瘤组织分离开来，所以血管很少会渗透入这些早期的损伤部位。在恶性肿瘤中，癌细胞获取了入侵能力并诱导了基膜反应，包括强健的血管新生。因此，肿瘤从良性变成恶性和血管新生的转换显著联系一起---血管网络的激发和发展非常活跃生长并有渗透性。然而，肿瘤血管化的模式存在大量的不同，这反应了肿瘤类型，分级和阶段的差异（比如原位和转移），位点不同，基膜细胞组成以及促血管新生因子和抗血管新生因子的时空表达差异等。
虽然癌细胞是VEGFA和其他促血管新生调节因子的重要来源，但募集来的白细胞也增加了这种可能性，在血管新生转变过程中。另外，从不同的肿瘤相关基质细胞和他们嵌入的ECM也会发出很多信号，在血管新生已经转向肿瘤进展的下一个阶段后仍然发挥作用。
所有的哺乳动物细胞必须被200微米的血管网络所包围，才能获得氧气和营养。当细胞数目增加的时候，细胞和血管之间的距离增加，导致从原来已经存在的血管网络中新血管的形成。Folkman之前已经显示血管新生在肿瘤生长中的关键作用，血管新生已经受到越来越多的关注。
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