肿瘤新生血管分布上常常表现为无规律、分支紊乱、管腔不规则，具有丰富的吻合。血管内皮细胞为多层，血管有大量的桥和间隙，还存在细胞内和跨细胞的孔，缺乏基底膜。肿瘤血管的这种结构缺陷是这些血管具有通透性的结构基础，也是肿瘤易发生转移的原因所在。
最近的研究发现，肿瘤的血管壁往往是由内皮细胞和肿瘤细胞共同组成的，或干脆就是肿瘤细胞围成一个中空的形态而模拟成血管。这可能是某些抗新生血管生成药物治疗肿瘤失败的原因之一。
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