腫瘤微環境與腫瘤轉移相關性的研究進展

程 浩，賈喜花

(1.承德醫學院，河北承德 067000;2.保定市第一中心醫院腫瘤內科)

腫瘤微環境與腫瘤轉移相關性的研究進展

程 浩1，賈喜花2

(1.承德醫學院，河北承德 067000;2.保定市第一中心醫院腫瘤內科)

腫瘤微環境;腫瘤轉移;TLRs;多靶點

腫瘤轉移是惡性腫瘤的基本特征和重要標志，是大多數癌癥患者的主要致死原因。腫瘤發生轉移是由腫瘤細胞內在的特性改變所決定的，尤其與所處的微環境息息相關。腫瘤微環境就像是一個小的生態環境，與其中的腫瘤細胞有著密切的聯系，特別是腫瘤微環境中慢性炎癥、組織缺氧、酸中毒、生長因子及免疫炎性反應等特征，Tool樣受體(TLRs)在腫瘤的轉移中也發揮了重要作用。對腫瘤微環境與腫瘤轉移相關的研究進行綜述，有助于深入了解腫瘤轉移的因素，為臨床診斷、治療和評價病情的靶標提供幫助。

1 腫瘤微環境

腫瘤的形成、進展和轉移不只與腫瘤細胞本身有關，而是由多種異型細胞相互作用而形成的復雜組織，由此產生腫瘤微環境的概念[1]。早在1979年，Lord等[2]就提出腫瘤微環境的概念，但當時并沒有引起廣泛關注。腫瘤微環境是腫瘤在其發生過程中所處的內環境，由腫瘤細胞、間質細胞、微血管、微淋巴管、組織液及少量浸潤細胞等共同組成。它是一個復雜的綜合系統，由許多基質細胞組成，包括成纖維細胞、免疫炎性細胞、脂肪細胞、膠質細胞、平滑肌細胞及一些血管細胞等。這些細胞可被腫瘤細胞誘導，在其周圍產生大量的生長因子、細胞趨化因子及基質降解酶，有利于腫瘤細胞的增殖和級侵襲。它具有腫瘤組織內血供不平衡、間質高壓、營養物質相對缺乏、組織缺氧和酸中毒、大量生長因子和蛋白水解酶的產生及免疫炎性反應等特點，其內存在各種不同類型的細胞，包括內皮細胞、周細胞、腫瘤相關性成纖維細胞、肌纖維母細胞、嗜酸性粒細胞、肥大細胞、自然殺傷細胞和抗原提呈細胞(如巨噬細胞和樹突狀細胞)等。腫瘤微環境中浸潤的免疫細胞，其抗腫瘤效應的下調有利于惡性腫瘤的進展、新生血管的形成及向特定部位的轉移。

2 腫瘤轉移

證據表明，80%以上的惡性腫瘤患者最終死于腫瘤轉移。從原發部位脫落的腫瘤細胞中，只有不到0.01%的腫瘤細胞能最終完成全部轉移過程，形成腫瘤轉移病灶，看似腫瘤轉移是一個低效率的過程，臨床中卻有不斷增高的趨勢。因為腫瘤轉移涉及腫瘤細胞間及腫瘤細胞和基質之間的多個步驟和分子反應，腫瘤的發生、發展和轉移是一個多階段、多步驟、多基因參與的過程，涉及大量相關基因結構和表達調控的改變，諸如基因突變、原癌基因活化、抑癌基因失活等[3]。生物學過程包括腫瘤細胞粘附、降解細胞外基質(ECM)、侵襲基底組織、進入特定組織的歸巢能力、運動遷移和循環系統的轉運和促血管生成。許多跟轉移相關的基因都引起了腫瘤細胞骨架系統的改變，造成腫瘤細胞偽足等與細胞運動相關的結構的變化[4]。

3 腫瘤微環境與腫瘤轉移

3.1 慢性炎癥 慢性炎癥會增加腫瘤進展的風險。在腫瘤進展的早期，炎性損害造就了一個有利于腫瘤發展的微環境，組織慢性損傷帶來的炎性刺激與腫瘤發生、發展有密切聯系[5,6]，如慢性反流性食管炎則是食管癌發病的高危因素。自身免疫性疾病或細菌感染引起的慢性炎癥是一些惡性腫瘤發生的重要的危險因素，如乙型和丙型肝炎病毒與肝癌相關，幽門螺桿菌(HP)與胃癌相關，巨細胞病毒和E-B病毒與血液系統惡性腫瘤相關等。非特異性促炎物質如脂多糖(LPS)能促進腫瘤生長、腫瘤血管生成和腫瘤向其它臟器轉移[7]。慢性炎癥刺激能導致腫瘤釋放許多直接促進腫瘤自身生長的因子，如集落刺激因子1、粒細胞單核細胞集落刺激因子、轉化生長因子β(TGF-β)、血管內皮生長因子(VEGF)、白細胞介2和趨化因子(如CCL2、CCL7)等，構成一個有利于腫瘤發生、發展的微環境[5,8]。

3.1.1 TGF-β:TGF-β具有直接的促腫瘤細胞生長作用，在維持骨形成和骨破壞的動態平衡中發揮重要作用[9]:一方面，在腫瘤發生的起始階段起著抑癌的作用;另一方面，在進展期可促進腫瘤血管新生，誘導有利于腫瘤浸潤轉移的微環境形成。其在腫瘤細胞中可誘導表達VEGF、金屬蛋白酶MMP-2和MMP-9，負調控金屬蛋白酶抑制因子，提供蛋白酶豐富的微環境，有利于腫瘤細胞的遷移和浸潤適當的血管上皮細胞，直接或間接促使腫瘤細胞的轉移。

3.1.2 炎性免疫細胞:腫瘤惡變中有許多炎性免疫細胞的參與和調節，起主要作用的是機體固有免疫細胞，包括巨噬細胞、中性粒細胞、肥大細胞等，它們釋放趨化因子、血管生長因子、基質降解酶等，形成有利于腫瘤生長和侵襲轉移的微環境[10]。還可通過產生活性氧和氮類，形成一種細胞DNA的損傷劑過氧亞硝酸鹽，加強腫瘤基因的不穩定性，引起基因突變。乳腺癌及膀胱癌中趨化因子配體2的表達與預后不良呈正相關，集落刺激因子1在子宮、卵巢、前列腺癌中高表達;粒細胞集落刺激因子和粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子是主要的、廣泛存在于各種腫瘤中的造血生長因子，可在體內募集單核巨噬細胞、中性粒細胞等到達腫瘤臨近的部位，促進腫瘤發展進程，還可誘導腫瘤血管生成，主要招募正常的內皮祖細胞到達腫瘤組織。

3.1.3 粘附分子:炎癥細胞產生的大量粘附分子為細胞惡性轉化、腫瘤細胞生長、遷移及浸潤轉移提供了便利。腫瘤細胞可改變周圍基質，使之成為有利于浸潤并支持腫瘤生長的細胞外環境，腫瘤的發展階段依賴于基質的激活程度，而粘附分子是腫瘤細胞與其外部環境相互作用的重要介導者。如細胞的惡性轉化通常以細胞骨架重排、粘附的減少及異常粘附引起的異常信號傳導為特征，細胞間正常粘附的喪失引起腫瘤細胞的遷移和增生，導致浸潤和侵襲。腫瘤細胞鈣粘素表達及細胞粘連的重新獲得，有抑制腫瘤生長及腫瘤細胞遷移的作用。E粘鈣素表達的喪失導致細胞粘連的喪失，與腺瘤向癌的轉變及轉移能力的獲得相關[11]。整合素以多種方式參與腫瘤的生長與轉移。大量腫瘤細胞進入血液循環，只有少數細胞成功轉移，因為要定居于其它靶器官，腫瘤細胞需要腫瘤細胞的粘附分子包括整合素與內皮上的受體介導而附著于血管內皮細胞。

3.2 組織缺氧 1955年，Thomlinson等就發現惡性腫瘤內存在低氧[12]。大部分惡性腫瘤生長、發展過程中都存在內部缺氧區域，這些區域常出現壞死，更易發生腫瘤轉移。缺氧誘導因子-1α(HIF-1α)在腫瘤組織缺氧區域中處于高表達狀態，其表達相當廣泛，與腫瘤的惡性程度極其相關，成為重要的抗腫瘤轉移的靶標。應用HIF-1α單克隆抗體進行免疫組化，結果顯示HIF-1α在許多腫瘤細胞中高表達。Gunther在有關乳腺癌的研究中發現，HIF-1α處于高表達，腦(少突神經膠質細胞瘤)、子宮、口咽、卵巢癌的研究顯示，HIF-1α的過度表達與病人死亡率明顯相關。Kelly等[13]發現，HIF-1α是調節血管生成的重要因子，控制著多種血管生成生長因子的表達。HIF-1α上調會使VEGF表達升高。

3.3 酸中毒 腫瘤細胞的旺盛生長伴隨著大量酸性代謝產物的外排，三羧酸循環障礙、無氧糖酵解釋放大量乳酸及腫瘤周圍組織不完備的脈管系統，使分解代謝產物不能及時排除，促成腫瘤組織周圍酸性環境的形成。實驗證明，即使在乳酸產量低或人工提高腫瘤組織氧分壓或供血量的情況下，依然存在低pH的情況，至少證明無氧代謝不是腫瘤微環境產生酸的唯一機制。實際上還與腫瘤細胞膜系統上的多種離子交換體有關，最典型的是V-ATPases。它是靠水解ATP功能的質子運輸通道，分布于某些器官、組織或細胞的囊泡、溶酶體、內質網等細胞器上，將質子從胞內泵到胞外或者從內層膜泵到膜間層[14]。這樣腫瘤細胞可將代謝中產生的大量H+運輸到細胞外，維持胞質的中性和胞外的酸性環境，胞外的H+會隨濃度梯度進入正常細胞組織并大量積聚，激活酶級聯反應導致細胞壞死或凋亡，更有利于腫瘤的擴散與轉移。

腫瘤細胞通過誘導產生酸性環境實現無限增殖、侵襲、轉移和免疫逃避及產生新生血管。磁共振波譜分析發現,給乳腺癌轉移模型鼠口服或皮內注射NaHCO3，可選擇性提高腫瘤外pH值，減少淋巴結和肝轉移灶的形成[15]。腫瘤酸性微環境可導致周邊正常細胞的壞死和凋亡，釋放組織蛋白酶B和其它蛋白水解酶，導致ECM降解[16];改變腫瘤細胞的生物活性，通過上調VEGF等基因表達促進腫瘤新生血管生成[17];導致免疫功能異常，逃避宿主免疫應答及免疫治療[18];促使腫瘤細胞對放療不敏感[19]，使腫瘤細胞產生耐藥性，逃避化療藥物損傷[20]。另外，還能誘導溶酶體分泌增加和活化，激活蛋白水解酶，來促進ECM的降解和重構，有助于腫瘤的侵襲和轉移。Taraboletti等[21]發現，腫瘤細胞表面可以向內皮細胞分泌一種轉運VEGF的小囊泡，pH值越低越有利于小囊泡對于VEGF的攝取。

3.4 TLRs與腫瘤轉移 腫瘤微環境中腫瘤細胞、腫瘤基質細胞和浸潤的免疫細胞都表達Tool樣受體(TLRs)，腫瘤細胞、免疫細胞、損傷相關分子模式(DAMPs)和病原相關分子模式(PAMPs)間的相互作用是通過TLR信號實現的，TLRs在其中發揮了重要作用。腫瘤細胞被TLR信號活化后能釋放細胞因子和趨化因子，招募和選擇優化的免疫細胞產生更多的細胞因子和趨化因子，這種異常的細胞因子模型與免疫耐受、腫瘤進展和轉移相關。腫瘤微環境中慢性炎癥、PAMPs和TLRs可以促進腫瘤細胞生存和轉移，從而促使腫瘤進展。

3.4.1 TLRs與腫瘤的血管生成:TLRs與其配體相互作用對腫瘤血管生成和引起腫瘤微環境中缺氧起重要作用，而血管生成和缺氧有利于腫瘤生長轉移。實體腫瘤組織缺氧能導致細胞釋放DAMPs，激活TLR信號。TLR可促使HP相關胃癌的腫瘤血管生成[22]。另發現，LPS能直接激活TLR信號路徑而啟動血管生成[23]。VEGF是與TLR信號相關的異常分子模式，誘導生成的新生血管，其異常的通透性能引起組織間隙高壓及進一步缺氧，進而又能刺激更多的VEGF產生。進入循環系統的腫瘤數量與腫瘤內血管密度密切相關，血管豐富的腫瘤有更高的轉移率，其微血管密度已成為預測腫瘤轉移、復發和判斷預后的一項重要指標[24]。

3.4.2 TLRs活化細胞因子和趨化因子:慢性炎癥下，TLR配體與表達在腫瘤細胞上的TLRs結合，可活化腫瘤細胞釋放細胞因子和趨化因子，隨后浸潤的免疫細胞被細胞因子活化后，誘導釋放更多的細胞因子，損傷效應性T細胞、抗原提呈細胞和TAA特異性的免疫功能，最終導致腫瘤的免疫耐受。黑色素瘤細胞系的TLR2-4被激活后，可增加細胞分泌致炎細胞因子(TNFα,GCSF,IL-la和IL-6)、促炎趨化因子(CCL2和CXCL2)、免疫抑制性細胞因子(IL-10)和炎癥因子(COX2)。表達TLRs配體的腫瘤細胞增加分泌TGFβ、IL-8、趨化因子受體4、細胞間粘附分子-1和VEGF[25]。它們在腫瘤微環境中，對腫瘤細胞、免疫細胞和正常細胞產生多重影響，最終促進腫瘤進展。

4 結語

腫瘤轉移是一個復雜的、多因素、多步驟、多基因共同調控的綜合病變過程，涉及諸多分子生物學過程及腫瘤微環境的相互作用。特殊的腫瘤微環境通過多種調節機制，物質與宿主的交互作用，影響著腫瘤細胞的發生、發展與侵襲轉移。要從多個層面進行深入探討，為預防腫瘤轉移、降低腫瘤轉移的發生率尋找新的治療途徑。應該以腫瘤微環境作為靶點，研制設計多靶點的抗腫瘤藥物，從整體上把握，才有可能取得更多的治療效果和更低的毒副作用。未來采用腫瘤微環境療法來治療癌癥也將成為可能，而多靶點藥物的開發和多靶點藥物的聯合應用將會掀開抗腫瘤治療的新篇章。

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