胰腺癌化療耐藥與腫瘤微環境關系的研究進展

楊士鳳 孫備 孔瑞

化療耐藥是大多數癌癥患者面臨的最大挑戰，了解腫瘤細胞耐藥的分子機制，對研究新的化療策略至關重要。相關研究發現，化療耐藥可由腫瘤細胞的內在微環境來介導。腫瘤微環境一般是指實體瘤所處的局部生物環境，包括癌變細胞和周圍良性基質細胞，后者通常由炎癥細胞、平滑肌細胞、脂肪細胞、成纖維細胞、神經內分泌細胞、內皮細胞及微血管等組成，此外還有細胞因子、生長因子、低pH、低氧和各種細胞外基質等[1]。對于實體腫瘤，尤其是胰腺癌，腫瘤微環境在耐藥性的形成中發揮重要作用[2]。因此明確腫瘤微環境在胰腺癌化療耐藥中的作用機制，并尋找逆轉胰腺癌細胞耐藥的方法具有重要意義。本文就胰腺癌的化療耐藥與腫瘤微環境之間的關系做一綜述。

一、脈管系統與胰腺癌化療耐藥的關系

胰腺癌脈管系統由血管與淋巴管構成。胰腺癌進展過程中脈管的生成是動態的，與胰腺癌細胞的生長密不可分[3]。由于腫瘤實質的致密性壓迫腫瘤組織中的脈管系統，導致血液流向改變，間質壓力增高。血管分布的不規則或缺失使得藥物難以到達胰腺癌組織內部，且不能均勻作用于所有的腫瘤細胞，從而降低化療藥物治療效果。由此可見，脈管系統在胰腺癌化療耐藥中起著物理屏障作用[4-5]。

在腫瘤治療過程中，血管內皮細胞通過分泌一些細胞因子參與腫瘤細胞對化療藥物的反應，如阿霉素處理后能夠使胸腺內皮細胞分泌IL-6和金屬基質蛋白酶組織抑制劑1，產生一種耐藥微環境，促使少量在治療中殘存的癌細胞存活[6]。這種微小殘留病變的形成為下一步疾病的復發打下基礎。

二、低氧與胰腺癌化療耐藥的關系

胰腺癌是乏血供腫瘤，存在著明顯的缺氧微環境。研究發現胰腺癌的耐藥也與缺氧微環境有關。腫瘤細胞乏氧時，缺氧誘導因子(hypoxia inducing factor,HIF-1α)表達增高，為腫瘤細胞對乏氧的一種適應性反應。HIF-1α的活性對維持腫瘤細胞能量代謝、新生血管形成及促進腫瘤細胞侵襲和轉移起到重要作用，與腫瘤細胞的增殖和凋亡有關[7]。近年研究顯示，人類實體瘤中HIF-1α的過表達與腫瘤的放療抵抗、化療耐藥密切相關[8]。HIF-1α參與多藥耐藥的機制主要集中在減少化療藥物在胰腺癌細胞中的蓄積和抑制化療藥物誘導凋亡兩個方面：一方面可能通過誘導耐藥蛋白p糖蛋白(P-gp)和多藥耐藥蛋白的表達提高胰腺癌細胞對化療藥物轉運能力，導致化療藥物在腫瘤細胞內的蓄積減少；另一方面，可能通過上調Bcl-2和下調Bax的表達而提高胰腺癌細胞的抗凋亡能力，導致腫瘤細胞逃避化療藥物誘導的凋亡[9]。

P-gp的編碼基因MDR1啟動子區域存在功能性的HIF - 1α 結合位點，缺氧微環境下HIF-1α表達上調可誘導胰腺癌細胞產生多藥耐藥表型，從而使腫瘤細胞對化療藥物表現出耐藥性[8,10]。有研究證實采用RNAi技術封閉HIF-1的表達可顯著甚至完全阻遏缺氧誘導的MDR1基因的表達，HIF-1位點缺失或突變時也可出現類似現象[9]。

三、巨噬細胞與胰腺癌化療耐藥的關系

腫瘤相關巨噬細胞(tumor-associated macrophages, TAMs) 是胰腺癌微環境中極其重要的一類炎癥細胞，能夠分泌多種趨化因子和細胞因子，在胰腺癌的發生、發展和轉移中發揮重要作用。近年來越來越多的研究發現，巨噬細胞參與調控胰腺癌化療耐藥，其分泌產生的化學物質會影響化療藥物的療效。此外一些化療藥物會影響巨噬細胞在腫瘤組織中的募集或生物學活性進而影響其自身的抗腫瘤效應[11]。作為腫瘤微環境中數量最多的炎癥細胞群, TAMs以兩種功能完全不同的亞型存在：發揮抑瘤作用的M1型和發揮促瘤作用的M2型。研究表明在實體瘤的惡性進展期或晚期, TAMs多以M2型存在，其中缺氧微環境以及腫瘤組織中的各種細胞因子在TAMs發生M2型極化過程中發揮重要作用[12]。

1．TAMs增強腫瘤細胞抵抗藥物引起化療耐藥：研究者發現，TAMs可通過增加分泌IL-10引起腫瘤細胞中細胞轉導與轉錄激活因子STAT3的上調和Bcl-2基因表達提高，抑制caspase依賴的凋亡通路，減少吉西他濱誘導的胰腺癌細胞凋亡而表現為化療耐藥[13]。研究者們也在胰腺癌中發現巨噬細胞參與介導其對于吉西他濱和喜樹堿的耐藥，研究結果表明，TAMs的條件培養基對吉西他濱和喜樹堿促腫瘤細胞凋亡存在抑制作用[14]。巨噬細胞能夠通過促進腫瘤細胞存活誘導化療耐藥的發生。

2．TAMs促血管生成與化療耐藥：TAMs還可影響血管生成，間接調控腫瘤對化療的敏感性。腫瘤組織中新生血管的形成為腫瘤進一步生長提供了營養和氧氣。目前研究者普遍認為，腫瘤組織中骨髓來源的巨噬細胞具有促進腫瘤血管生成的作用[15]。 M2型TAMs可通過分泌VEGF誘導血管新生而促進腫瘤的發展和演進。許多血管生成因子，如bFGF、VEGF、TGF-α、TGF-β、TNF-α和EGF等，都被認為是腫瘤血管生成的重要調節因子。而針對這些因子的研究發現其中由巨噬細胞分泌的VEGF-A與化療敏感性相關。VEGF-A能夠驅使腫瘤血管的異常生長，包括形成過多的分支、終末血管以及血管滲漏，從而影響腫瘤的血流動力學和藥物轉運[11,16]。有學者特異性敲除髓系細胞中的VEGF-A，結果顯示，巨噬細胞中VEGF-A的敲除會抑制胰腺癌VEGFR2的磷酸化水平，導致血管正常化生長，說明這些細胞毒性藥物的化療敏感性與巨噬細胞中VEGF-A的表達相關[15]。

巨噬細胞還能夠表達內皮酪氨酸激酶(tyrosine kinase endothelial, Tie)，對于胰腺癌血管生成具有重要作用。表達Tie-2的單核細胞/巨噬細胞高表達CD163和CD206，表現出M2型巨噬細胞的表型。合用血管生成素-2 (angiopoietin-2、Ang-2、Tie-2的配體) 抗體和細胞毒性藥物或抗血管生成藥物后發現其抗腫瘤活性能顯著提高，表明Tie-2與化療敏感性也存在一定相關性[14,17]。

3．化療藥物影響TAMs：由于腫瘤微環境在腫瘤發生和發展中的作用日益得到重視，化療藥物引發腫瘤微環境的改變導致其自身抗腫瘤效應降低也不斷被發現。在胰腺癌中，有報道稱，吉西他濱的治療會增加巨噬細胞招募至胰腺導管癌腫瘤組織中，最終致其抗腫瘤活性下降，而該作用主要基于STAT3的激活，抑制caspase依賴的凋亡通路[18]。Brown等[19]研究還發現化療藥物，如環磷酰胺、紫杉醇、多柔比星等，在治療腫瘤時會誘發M2型TAMs富集于腫瘤血管周圍，并限制化療藥物的細胞毒性，進而促進腫瘤的血管再生成和復發。

四、胰腺星狀細胞(pancreatic stellate cells,PSC)與胰腺癌化療耐藥的關系

1．PSC：PSC是胰腺癌微環境內的常見細胞，為胰腺癌細胞提供大量基質和促進其增殖。在正常組織中，PSC以靜止狀態存在，胰腺實質中PSC占有4%～7%。在培養小鼠模型體內注射癌細胞和PSC可導致腫瘤增大與癌細胞數量的增加[20]。當胰腺損傷或發生病變(如慢性胰腺炎或胰腺癌等)時，PSC由靜息狀態轉變為具有成纖維細胞樣特點的活化狀態。活化的PSC一方面自身可對胰腺癌化療耐藥發揮作用，另一方面PSC產生大量因子，在胰腺癌耐藥形成中也扮演一定角色。通過共培養試驗，Sousa等[21]指出PSCs保護癌細胞免受輻射并且通過β1整連蛋白增加了癌細胞的增殖活性，在癌細胞中使用小分子RNA降低β1整連蛋白和黏著斑蛋白的活性可以限制PSCs對癌細胞的放射防護作用。Ⅰ型膠原是PSC活化的主要產物，它促進腫瘤細胞的惡性表型，表現為促進腫瘤細胞黏附、增殖和遷移，提高腫瘤細胞抗細胞毒性藥物的反應能力。在膠原表面培養的癌細胞可下調5-FU引起的細胞凋亡，抗凋亡蛋白mcl-1表達增高[20]。有相關文獻證實，活化的PSC可以激活自噬。同時，Tagawa等[22]認為，自噬相關的丙氨酸分泌對胰腺癌細胞的新陳代謝至關重要。有研究表明，抑制自噬可以減少胰腺癌腫瘤微環境中細胞外基質(extracellular matrix,ECM)的生成,而ECM可促進胰腺癌細胞的侵襲性，同時也是化療藥物輸送的物理障礙，在胰腺癌化療耐藥中發揮作用[23]。

2．PSC分泌的細胞因子：活化的PSC能夠促進轉化生長因子-β(transforming growth factor，TGF-β)的分泌，同時TGF-β作為PSC的激活劑，使PSC激活進而對胰腺癌的微環境形成起到重要作用[24]。相關研究表明胰腺癌的多藥耐藥機制主要與MDR1及其編碼的P-gp蛋白有關,而P-gp蛋白與蛋白激酶C-α(PKCα)密切相關，其表達與作用的發揮依賴于PKCα。相關研究發現，TGF-β1可上調PKCα蛋白的表達，胰腺癌組織中TGF-β1與P-gp的表達及PKCα的膜轉移呈正相關，TGF-β1也可增加胰腺癌細胞中P-gp及PKCα的表達，同時發現TGF-β1可增加胰腺癌細胞對敏感藥物的耐受性，從而初步證實了TGF-β1與胰腺癌的耐藥相關，且可能是通過上調P-gp及PKCα蛋白的表達而實現的[25]。

髓源抑制細胞(myeloid-derivedsuppressor cells，MDSCs)含量的增加被證實與胰腺癌患者總體生存率的降低相關[26]。胰腺癌細胞自身可產生粒巨系集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF)，促進MDSCs的增殖。在腫瘤微環境中，GM-CSF可以同時促進PSC的存活并通過GM-CSF介導免疫抑制。同時，PSC也分泌一系列對MDSCs的發育和功能至關重要的生長因子，其中IL-6可以通過JAK/STAT途徑調控MDSC的功能，阻斷IL-6可以導致STAT的下游信號減弱，而STAT下游的信號通路則是PSC和PSC再分泌IL-6的重要保障[22]。PSC分泌的IL-6不僅是PSC自身活性的保證，同時也可以通過JAK/STAT途徑促使MDSCs激活聚集，從而通過抑制抗腫瘤免疫增加胰腺癌細胞的存活能力，表現為對化療藥物耐藥。

五、微囊泡對胰腺癌化療耐藥的影響

微囊泡是一種由磷脂雙層膜構成的細胞外囊泡，可由任何類型的細胞釋放分泌，由于其缺乏特定的靶點和特征不能準確定義，但其釋放是一個受到調節的過程[27]。微泡不僅在胰腺癌的發生、發展中發揮重要作用，在胰腺癌的化療耐藥中也扮演重要角色。微泡本身可將化療藥物包裹局限，使腫瘤細胞周圍的藥物濃度降低，對腫瘤細胞殺傷力下降而表現出耐藥性。相關研究表明吉西他濱作用于腫瘤細胞可促進藥物轉運蛋白ENT1、MRP1、MRP5和P-gp的表達，這些蛋白在促進藥物進入胰腺腫瘤細胞的同時進一步促進微泡的包裹局限作用，將更多的化療藥物轉運進入微泡，使敏感性細胞表現出耐藥性[28]。

胰腺癌細胞的胞外呈酸性環境，而且細胞微囊泡也呈現酸性[27]。腫瘤胞外的酸性環境在一定程度上限制藥物進入細胞或將藥物中和分解，同時將藥物滯留在酸性的細胞微囊泡中以阻止其到達作用靶點，從而降低其對胰腺癌細胞的殺傷作用，表現出藥物抵抗[29]。

綜上所述，明確胰腺癌細胞的化療耐藥機制對改善胰腺癌的預后至關重要。目前針對胰腺癌的化療主要靶向胰腺癌細胞，往往忽略了腫瘤微環境所帶來的影響。由于腫瘤微環境的個體差異性及復雜性，使其誘導的耐藥機制也更復雜，因此，應對腫瘤微環境如何誘導化療耐藥的機制進行深入了解和研究，為提高胰腺癌的化療有效率尋找新的途徑和方法。