腫瘤微環境在腫瘤淋巴轉移中的作用研究進展

蔣建國綜述,胡國華審校

(重慶醫科大學附屬第一醫院耳鼻咽喉科 400016)

腫瘤微環境在腫瘤淋巴轉移中的作用研究進展

蔣建國綜述,胡國華審校

(重慶醫科大學附屬第一醫院耳鼻咽喉科 400016)

腫瘤;微環境;淋巴轉移

腫瘤細胞在機體內所處的微環境為腫瘤的發生、發展、侵襲、轉移等提供了必要的物質基礎[1]。淋巴轉移是腫瘤的主要轉移方式之一,而腫瘤微環境中的一些特殊因素可促使腫瘤更容易、更早地發生淋巴轉移。目前國內外對腫瘤微環境及腫瘤淋巴轉移的研究頗多,本文就腫瘤微環境在腫瘤淋巴轉移中的作用做一簡要評述。

1 概 述

腫瘤微環境(tumor microenvironment)最早于1979年由Lord正式提出,指腫瘤在其發生發展過程中所處的內環境,由腫瘤細胞本身、間質細胞、微血管、微淋巴管、組織液、眾多細胞因子及少量浸潤細胞等共同構成[2-3]。正常細胞處于一個相對穩定的內環境(穩態,homeostasis),按正常的程序進行著增殖、分化、凋亡以及相關因子的分泌和表達。腫瘤發生、發展的過程則不斷打破這一平衡[4],腫瘤細胞無限增殖,需要不停地塑造一個適于自己生長的外部組織環境,即組織缺氧和酸中毒、間質高壓形成、大量生長因子和蛋白水解酶的產生及免疫炎性反應等。如果改變腫瘤的微環境因素,腫瘤生長則可受到抑制[5]。

隨著腫瘤進展,局部的營養條件已不能滿足腫瘤生長的需求,這時腫瘤細胞可以通過誘導血管、淋巴管生成等途徑不斷構建新的營養代謝網路,同時也促進了腫瘤細胞的生長和轉移。淋巴轉移是腫瘤轉移主要途徑之一,基本過程是:腫瘤生長到一定程度,分泌某些淋巴管生長因子,在腫瘤周圍或內部形成新生淋巴管;腫瘤侵及細胞外基質,游向毛細淋巴管;單個或成簇腫瘤細胞侵入管腔并順淋巴液流入前哨淋巴結,再進入下一站淋巴結。關于腫瘤細胞進入淋巴管的方式,目前存在爭議,有人認為腫瘤細胞是侵入腫瘤邊緣已經存在的淋巴管而發生轉移;有人則認為腫瘤先促進新的淋巴管形成,再通過新生淋巴管而發生轉移。

2 腫瘤微環境提供多種淋巴管生成因子

腫瘤組織能分泌多種促淋巴管生成因子[6-7],最具代表性的為血管內皮生長因子C(vascular endothelial growth factor C,VEGF-C)和血管內皮生長因子D(VEGF-D),它們是血管內皮生長因子家族成員,均為二聚體的糖蛋白,在結構上都有VEGF同源結構域VHD(VEGF homology domain)的受體結合位點。VEGFR-3是它們共同的特異性配體,為膜型酪氨酸激酶受體,是介導淋巴管生成的重要信號分子,在人類有2種異構體(VEGFR-3L和VEGFR-3S),在成人幾乎只表達于淋巴管內皮細胞。VEGF-C/VEGF-D與VEGFR-3結合后,激活PI-3激酶信號通道蛋白激酶C依賴的P42/P44促分裂活性蛋白激酶(MAPK)信號通路、Prox-1、Syk/SLP76-、podoplanin/Ang-2/Nrp-2-或FOXC-2信號通路,誘導其胞內酪氨酸激酶磷酸化,完成淋巴管生成信號的傳導,從而促進淋巴管的生成、增生和擴張。大量臨床研究也證明,在人類許多腫瘤(胃癌、食管癌、結腸癌、肝癌、宮頸癌、乳腺癌、前列腺癌、肺癌、喉癌、鼻咽癌等)中,VEGF-C、VEGF-D、VEGFR-3呈高表達,并與淋巴轉移密切相關[7-8]。有些腫瘤組織雖然高表達VEGF-C,但其淋巴轉移率并不增加,如軟組織肉瘤[9]。近來發現的淋巴管生成因子還有VEGF-A、成纖維細胞生成因子2(fibroblast growth factor)、血小板衍生生長因子 BB(platelet derived growth factor BB)、血管生成素(angiopoietin)、環氧化酶 2(cyclooxygenase-2,COX-2)等。Timoshenko等[10]利用 siRNA方法沉默COX-2基因,可以抑制 VEGF-C表達和分泌,這間接說明COX-2可以刺激腫瘤淋巴管的生成。內皮素1(endothelin 1)可通過促進VEGF-C等多種途徑促進淋巴管的生成[11];生長激素(growth hormone)可促進淋巴內皮細胞增殖、萌芽、遷移[12]。

3 腫瘤微環境促使腫瘤細胞從原位移出

此過程包括腫瘤細胞間的彼此分離,與基質成分的粘連,細胞外基質的降解和腫瘤細胞的移動。這個復雜的過程需要很多因子、因素共同作用。

3.1 腫瘤細胞的移出,首先是腫瘤細胞的彼此分離,此過程中起主要作用的是黏附分子,具有調節腫瘤細胞之間的作用,還參與腫瘤細胞與血管內皮細胞、腫瘤細胞與細胞外基質的黏附。黏附分子種類繁多,目前研究較多的是上皮鈣黏素(E-cadherin),其是一組鈣離子依賴性的跨膜糖蛋白,可調節腫瘤細胞與周圍環境之間的相互關系、組織分化及維持組織結構完整性。研究表明,在許多高侵襲性的人體腫瘤中,如乳腺癌、肺癌、胃腸道癌、前列腺癌、膀胱癌細胞中都存在 E-cadherin的異常表達,特別是在腫瘤轉移灶內E-cadherin表達減弱甚至消失,Humar等[13]通過對胃印戒細胞癌的研究證明,癌組織的E-cadherin減少與腫瘤細胞播散密切相關。Melillo和Semenza[14]研究發現,低氧誘導因子1(Hypoxia inducible factor1,HIF-1a)能夠增加鈣黏素抑制物mRNA的表達,間接降低腫瘤細胞之間的同型黏附,有利于腫瘤細胞的遷移。

3.2 腫瘤細胞彼此分離后,就與基質成分粘連,整合素在此過程中有重要作用。每種整合素都有相對應的特異配體,整合素通過識別細胞外基質(extracellular matrix,ECM)成分蛋白、細胞間黏附分子、細胞膜免疫球蛋白超家族黏附分子來介導細胞與基質成分粘連。整合素直接調節腫瘤細胞在ECM中移行,同時能調節基質金屬蛋白酶的表達,促進細胞外基質和基底膜的降解,進一步促進腫瘤轉移。此外,整合素還可以啟動某些細胞逃逸機制以抑制腫瘤細胞的凋亡[15],并通過調節細胞內信號通道、控制細胞骨架變形和能量代謝,從而改變細胞形態、移行、增殖和壽命。

3.3 細胞外基質、基底膜對早期腫瘤細胞浸潤起到了屏障作用,但腫瘤細胞要移出,就得脫離細胞外基質,此時腫瘤細胞可分泌基質金屬蛋白酶(met alloproteinases,M MPs)、膠原蛋白酶等降解細胞外基質與基底膜。其中,MM Ps在腫瘤侵襲轉移中有著十分重要的作用[16],主要體現為:降解細胞外基質,使腫瘤細胞沿基底膜缺損和基質空隙向周圍生長;MMPs能活化ECM結構蛋白的潛在活性,自發刺激腫瘤遷移。

4 腫瘤微環境促使腫瘤細胞靶向移動到淋巴系統

腫瘤微環境促進淋巴管生成、腫瘤細胞的移出,為什么就容易向淋巴管轉移呢?這與腫瘤淋巴管的形態特點、腫瘤間質高壓、趨化因子的趨化作用等密切相關。

4.1 腫瘤淋巴管形態特點 腫瘤淋巴管管壁較薄弱,通常只有一層內皮細胞組成,細胞間連接較疏松,有較大的間隙,基底膜不完整或缺如。腫瘤組織的毛細淋巴管(指直徑小于或等于3 mm的管腔)同樣可由淋巴管內皮細胞分化而成,以錨絲固定于周圍組織中,靠周圍組織的收縮及松弛來推動淋巴液的流動。其生成方式與毛細血管基本相似,即以出芽方式生長,并在瘤內及瘤周形成淋巴管網,只是淋巴管出芽更少、形態變化更小。眾多研究結果認為,瘤周存在增多的擴張的淋巴管,其在淋巴轉移中伴有重要角色;瘤內大多淋巴管由于腫瘤細胞的增殖、壓力增高而萎陷閉鎖,僅少部分擴張,多為無功能的淋巴管,其在淋巴轉移中的價值也存在爭議。另有研究表明,腫瘤微淋巴管的形態結構與正常的微淋巴管明顯不同:在腫瘤細胞大而且多的地方,微淋巴管呈閉塞狀,可能是高壓擠壓而致,其他微淋巴管則呈擴張或高度擴張狀態,管腔顯著擴大,突向管腔內的內皮質膜突起大部分消失;連接形式逐漸由復雜型向簡單型過渡,大量的連接開放形成寬的內皮細胞間通道,腫瘤細胞可輕易經這些通道進入淋巴管;隨著腫瘤的生長,微淋巴管數量逐漸增加,加大腫瘤細胞與淋巴管的接觸概率,或改變現有淋巴管的功能特性,同時管壁發生變化,在有腫瘤細胞聚攏的部位會出現明顯的間隙或缺口,有利于腫瘤細胞進入微淋巴管腔。腫瘤淋巴管的形態特點表明,腫瘤細胞極易進入淋巴管而向遠處轉移。

4.2 腫瘤微環境高壓的作用 腫瘤組織不同于正常的組織,其都呈現高壓狀態,這在淋巴轉移中扮演重要角色。研究發現,主要有兩種原因促進腫瘤高壓的形成[17]:(1)腫瘤淋巴管管壁較薄弱,通常只由一層內皮細胞組成,細胞間連接較疏松,有較大的間隙,基底膜不完整或缺如,這些特點決定了腫瘤的淋巴系統不能象正常組織中淋巴系統那樣具有調節組織液動態平衡的作用。(2)腫瘤血管具有高滲的特性。腫瘤血管具有不同于正常血管的特點,如內皮細胞不完整或缺失、基底膜中斷或缺失、血管形成不均勻分布、毛細血管間距增大、動靜脈短路、間質內液體增多以及血液黏度增加等,使得腫瘤血管的舒縮性能基本喪失,管壁脆性增高,血管阻力增大;血液濃縮,間質內液體增多,血細胞外滲黏性阻力增大,最終出現腫瘤間質高壓。在間質高壓的作用下,腫瘤細胞就易進入壓力相對較低的淋巴管,順著淋巴液向遠處移動而發生淋巴轉移。

4.3 腫瘤微環境中趨化因子的作用 腫瘤組織里含許多趨化因子受體,可促使腫瘤細胞向淋巴系統靶向移動。目前研究比較多的有CXCL12/CXCR4和CCR7/CCL21、CCL19系統。在正常組織中,CXCL12/CXCR4之間的作用在造血干細胞和免疫系統的調節中相當重要,并與組織再生修復密切相關。而在腫瘤組織中,CXCL12/CXCR4對腫瘤細胞遷移、定位起著至關重要的作用。CXCL12高表達于淋巴結,而其受體CXCR4在許多腫瘤組織成高表達狀態[18],并與淋巴轉移正相關[19],這使腫瘤細胞更易靶向轉移到淋巴結。通過沉默CXCR4基因后的腫瘤細胞的侵襲力明顯下降[20]。最近許多研究顯示,CCR7高表達于某些腫瘤細胞,其配體CCL21、CCL19主要表達在淋巴結、非淋巴組織的內皮淋巴導管、T細胞區。配體對受體的吸引促進CCR7表達陽性的腫瘤細胞沿配體濃度梯度定向轉移到淋巴結等處。推測,在不同的腫瘤組織,其表達分泌的趨化因子受體的濃度不同,其發生淋巴轉移的特點也不一樣。在臨床病理學研究中發現,CCR7表達與淋巴管浸潤、淋巴結轉移呈正相關[21],在非小細胞肺癌、乳腺癌、甲狀腺癌、食管上皮細胞癌、結直腸癌等中已得到證實。

5 淋巴轉移中抗失巢凋亡的現象

最后,移出的腫瘤細胞抵達淋巴結要存活下來并形成轉移灶,必須得抵御失巢凋亡(anoikis)。Francis在 1994年首次描述了失巢凋亡現象,其指細胞與細胞外基質或與其他細胞失去接觸后發生的一種程序性細胞死亡形式。失巢凋亡的意義在于防止脫落的細胞種植在不適當的地方繼續生長。然而,很多惡性腫瘤細胞具有抗失巢凋亡的能力,特別是易發生轉移的惡性腫瘤細胞,從瘤體上脫落后并不發生凋亡,而是遷移到其他部位繼續生長,并和周圍組織“和睦相處”。在擺脫細胞外基質黏附和細胞間連接后,癌細胞的首要任務是要能在適宜的微環境中生存下來,所以新生的癌細胞必須克服失巢凋亡的現象。目前認為癌細胞可通過自分泌或旁分泌機制,并在鈉-鉀泵的參與下[22]抵抗失巢凋亡,進而發生轉移和局部浸潤。

腫瘤微環境十分復雜而多變,在體外難以滿意模擬,人們對它的研究尚處起步階段[23],還有許多問題有待研究。腫瘤的淋巴轉移與其微環境關系密切,目前VEGF-C/VEGF-D與VEGFR-3成為了抑制淋巴轉移的熱門靶點。相信隨著對腫瘤微環境的進一步研究,淋巴轉移的機制會進一步明確,也會有更多更好的靶點來抑制淋巴轉移。屆時,治愈以淋巴轉移為主的腫瘤也將變得更加容易。

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