化療藥物引發腫瘤轉移的現象及機制探討

李樂，吳啟鵬，江振洲，2*（.中國藥科大學 新藥篩選中心，南京 20009；2.中國藥科大學 江蘇省藥效研究與評價服務中心，南京 20009）

目前，癌癥的治療手段仍以化療為主。化療藥物通過作用在腫瘤細胞生長繁殖的不同階段，抑制或殺死腫瘤細胞。然而，化療藥物可能通過改變腫瘤細胞的生物學特征或引起機體中非腫瘤細胞微環境的變化促進腫瘤的惡性進展和轉移擴散。闡明化療藥物誘導轉移的機制能夠更好地預測腫瘤發生轉移的風險，有助于開發新的治療策略或藥物來抑制或拮抗化療引起的腫瘤轉移[1]。

1 腫瘤轉移的發生及相關的機制

腫瘤細胞從原發部位擴散到繼發部位形成腫瘤的過程稱為轉移。轉移的發生不僅是一個細胞自主的事件，而且受到復雜組織微環境的嚴重影響。腫瘤轉移是一個不斷發展的過程，是指惡性腫瘤細胞從原發部位，經淋巴管、血管或體腔等途徑，到達其他部位繼續生長的過程[2]。腫瘤轉移通常預示著不良的預后，包括：① 腫瘤轉化，腫瘤細胞首先通過改變自身微環境獲得適應轉移的能力，同時腫瘤細胞在原發灶大量增殖，新生血管生長。腫瘤細胞發生轉化時表現出遺傳和表型不穩定，發生基因突變和表型飄移，黏附分子可改變并幫助腫瘤獲得轉移能力[3]。② 分離和局部侵襲，如果腫瘤細胞要實現遠處擴散，首先惡性增殖的細胞與母體腫瘤分離。分離和局部侵襲同時伴隨細胞外基質降解和定向細胞運動兩個過程。偽足的形成是腫瘤細胞有效游離和遷移的關鍵。偽足具有信號傳導、運動和蛋白水解功能。③ 腫瘤細胞在血管內存活和傳播，血管生成、淋巴管生成、基質降解以及黏附分子和基質成分之間的相互作用都是腫瘤細胞血管內傳播的關鍵[4]。大多數惡性腫瘤通過有序的擴散進入血管，造成局部浸潤和淋巴管浸潤，然后導致血行播散[5-6]。④ 增殖和形成腫瘤，播散的腫瘤細胞與靶器官部位的毛細血管壁發生黏合，在靶器官定位并形成微小轉移灶，形成與原發腫瘤同樣類型的繼發瘤[7]。

腫瘤轉移是一個復雜的、多因素調控的動態過程，現從以下幾個方面介紹主要進展。

1.1 上皮間充質轉化（epithelial-to-mesenchymal transition，EMT）促進腫瘤轉移

EMT是上皮細胞獲得間充質特征的過程。在此過程中，細胞失去其上皮特征并獲得間充質特征。EMT發生的重要標志是E-鈣黏蛋白的丟失和間充質標志物波形蛋白表達的增加，E-鈣黏蛋白水平下降可導致細胞黏附力降低，進而促進腫瘤轉移與侵襲。EMT與腫瘤的發生、轉移、侵襲和對治療的耐受有關[8]。EMT會導致上皮細胞中連接分子表達缺失，破壞細胞極性，從而增強細胞遷移能力。此外，EMT還可以通過提高基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMP）的表達，從而破壞腫瘤細胞侵襲的組織學屏障，便于細胞從原發腫瘤分離脫落發生侵襲轉移。

1.2 腫瘤干細胞（cancer stem cells，CSCs）參與血管生成

CSCs是一種具有自我更新和多向分化能力的腫瘤細胞亞群。CSCs與腫瘤轉移密切相關，可增加腫瘤運動性和侵襲性等[9]。血管生成和淋巴管生成是腫瘤轉移過程中的重要病理改變，而CSCs直接或間接參與血管生成和淋巴管生成[10-12]。血管生成因子和淋巴管生成因子在缺氧條件下由CSCs高度表達，這表明CSCs在腫瘤發生和發展過程中可間接促進血管生成和淋巴管生成。此外，CSCs可能通過轉化為腫瘤血管生成干細胞/祖細胞或通過發展無內皮模式的血管生成擬態來構建腫瘤微循環，從而直接參與血管生成[13]。

1.3 自噬在腫瘤轉移不同階段中的作用

自噬是細胞內利用溶酶體降解細胞器和蛋白質的過程，在維持細胞穩態和更新中發揮作用[14]。自噬通常由營養缺乏、活性氧、缺氧、藥物刺激和內質網應激等因素觸發。自噬可能導致多種病理狀況的發生，如神經退行性病變、衰老和癌癥[15]。自噬在腫瘤轉移過程的不同階段中發揮著不同的作用。在腫瘤轉移的早期階段，自噬可能通過防止腫瘤壞死和限制炎性細胞浸潤來抑制轉移[16]；而在腫瘤轉移的晚期階段，自噬可能通過促進惡性腫瘤細胞在循環中的擴散，增強游離的轉移細胞在目的器官中的定植，并誘導轉移細胞在新環境中生存，維持腫瘤的代謝、生長和存活，促進腫瘤轉移的發生和發展[17-18]。

1.4 表觀遺傳變化促進腫瘤轉移

人類許多疾病的發生伴隨著表觀遺傳變化，表觀遺傳變化參與了腫瘤形成的早期階段，并被認為是腫瘤的標志[19]?；蚪M和表觀基因改變參與了腫瘤細胞轉化，腫瘤進展和轉移的過程。DNA甲基化是主要的表觀遺傳修飾，這種修飾由DNA甲基轉移酶催化。研究表明活化T細胞核因子1（the nuclear factor of activated T cells，NFAT1）在鼻咽癌中由于啟動子高甲基化而沉默，沉默的NFAT1通過激活整合素亞單位α6（integrin subunit alpha 6，ITGA6）轉錄促進鼻咽癌EMT的發生和轉移[20]。Mou等[21]的研究表明長鏈非編碼RNA淋巴結轉移相關轉錄本1（Long non-coding RNA lymph node metastasis associated transcript 1，LNMAT1）通過招募ZESTE基因同源物2增強子（enhancer of zeste homolog 2，EZH2）到細胞黏附分子1（cell adhesion molecular 1，CAM1）啟動子中抑制CAM1的表達，LNMAT1通過抑制CAM1的表達促進惡性黑色素瘤細胞的遷移和侵襲。骨肉瘤中促轉移基因易洛魁族同源盒1（Iroquois homeobox 1，IRX1）啟動子的低甲基化導致了IRX1基因的高表達，而IRX1通過增強CXC趨化因子配體14（C-X-C Motif Chemokine Ligand 14，CXCL14）/NF-kB信號傳導促進骨肉瘤肺轉移[22]。還有研究報道含有Jumonji結構域蛋白2C（Jumonji domain-containing protein 2C，JMJD2C）可以通過降低肺腺癌轉移相關轉錄本1（metastasis associated in lung denocarcinoma transcript 1，MALAT1）啟動子的組蛋白甲基化水平，進而上調MALAT1的表達，增強β-catenin信號通路的活性，從而增強結直腸癌細胞的體內外轉移能力[23]。

總的來說，腫瘤發生轉移的原因有很多，腫瘤細胞自身因素和腫瘤微環境以及轉移前環境的塑造等因素的改變都可以引起腫瘤轉移。

2 化療藥物促進腫瘤轉移的作用及機制

化療對于腫瘤的治療和控制至關重要，然而化療藥物也可能通過誘導腫瘤細胞內或宿主微環境的改變，誘導血管通透性增強，促進腫瘤細胞生存或增殖，最終促進腫瘤細胞擴散到遠處的器官（見圖1）。有研究表明化療藥物可以上調有利于腫瘤生存的蛋白，進而減弱化療藥物對腫瘤細胞的抑制或殺傷作用，增加腫瘤細胞的存活率[24]。

圖1 腫瘤轉移機制圖（由Figdraw繪制）Fig 1 Mechanism of tumor metastasis（drawn by Figdraw）

2.1 細胞毒性化療藥物

細胞毒性化療藥物是指能夠直接殺死腫瘤細胞或抑制腫瘤細胞生長、增殖的一類化療藥物，作用機制包括抑制腫瘤細胞核酸或蛋白質的合成、干擾大分子物質代謝、干擾微管系統、抑制拓撲異構酶活性等。

2.1.1 環磷酰胺 環磷酰胺屬于噁氮磷基團的烷基化劑，它是治療血液系統惡性腫瘤以及各種上皮性腫瘤的主要藥物[25]。研究表明環磷酰胺可通過影響MMP2、CAM1和組織金屬蛋白酶抑制劑2（tissue inhibitor of matrix metalloproteinase 2，TIMP2）的表達，增加T739小鼠體內肺轉移和腫瘤結節的數量和面積，提示環磷酰胺可能通過基質降解蛋白酶和黏附蛋白的協同作用增強小鼠肺癌細胞LA795的肺轉移過程[26]。Hung等[27]的研究結果表明，當暴露于環磷酰胺時，乳腺癌細胞MDA-MB-231可能通過激活CXC趨化因子受體4（CXC chemokine receptor 4，CXCR4）和下游效應物如MMP9和MMP13的表達而被誘導遷移。細胞毒性化療藥物環磷酰胺可改變骨微環境，通過增加骨髓源性細胞因子促進前列腺癌骨轉移[28]?？傊h磷酰胺臨床療效確切，應用廣泛，然而，環磷酰胺長期以來被認為與增加腫瘤轉移的潛在風險相關，研究表明，環磷酰胺可能刺激腫瘤細胞微環境而不是腫瘤細胞本身促進轉移[29]。

2.1.2 紫杉醇 紫杉醇是一種具有抗腫瘤活性的二萜生物堿類天然抗腫瘤藥物，通過促進微管蛋白組裝成微管，抑制微管的解聚，阻滯細胞周期進程和有絲分裂，從而抑制腫瘤細胞生長[30]。臨床上已被廣泛應用于乳腺癌、卵巢癌和部分頭頸部癌的治療。有研究報道了紫杉醇在治療的同時會促進腫瘤的轉移，低濃度紫杉醇（4 nmol·L－1）作用于卵巢癌細胞SKOV3、上皮性卵巢癌細胞A2780后通過激活PI3K/Akt通路誘導MMP1的表達從而促使存活卵巢癌細胞的遷移能力顯著提升[31]。紫杉醇化療通過激活乳腺癌細胞MDA-MB-231中的Toll樣受體4（toll like receptor-4，TLR4）通路，從而加劇腫瘤微環境、區域淋巴結的炎癥進而顯著增加淋巴結和遠處器官的轉移[32]。還有研究結果表明紫杉醇通過促進淋巴管內皮細胞（lymphatic endothelial cell，LEC）自噬來維持化療期間的淋巴管結構，并通過誘導血管通透性來增加腫瘤細胞的淋巴轉移[33]?？偟膩碚f，紫杉醇可以通過誘導NF-κB依賴的炎癥反應、產生血管生成因子和促生成因子促進腫瘤轉移，這些因子直接或間接增強腫瘤侵襲性，或通過調動骨髓髓樣細胞，通過旁分泌方式促進腫瘤擴散[34]。

2.1.3 順鉑 順鉑是金屬鉑類抗腫瘤化療藥物。順鉑通過破壞DNA、抑制DNA合成和有絲分裂、誘導細胞凋亡從而殺死腫瘤細胞。順鉑具有廣譜抗腫瘤作用，臨床用于治療卵巢癌、前列腺癌、骨肉瘤等多種實體腫瘤。有研究表明順鉑化療可能有引起腫瘤轉移的風險，Liu等[35]研究報道了順鉑可以通過調節經典活化巨噬細胞（classically activated macrophages，CAMs）促進卵巢癌A2780、SKOV3細胞EMT和遷移，趨化因子配體20（chemokine ligand 20，CCL20）是順鉑刺激的CAMs上調的關鍵細胞因子，介導卵巢癌細胞遷移。順鉑可通過ERK/AP-1軸進一步上調肺癌細胞A549、Pc9中DCBLD2的表達，DCBLD2通過磷酸化GSK3β和穩定β-連環蛋白促進EMT和轉移[36]?？傊樸K導致的腫瘤轉移發生與其誘導促生存信號通路和侵襲標志物有關。

2.1.4 阿霉素和表阿霉素 阿霉素和表阿霉素屬于抗生素類抗腫瘤藥物，作用機制是藥物直接嵌入DNA核堿基對之間，干擾轉錄過程，阻斷DNA/RNA合成和抑制拓撲異構酶Ⅱ發揮殺傷腫瘤細胞的作用，主要用于治療白血病、惡性淋巴瘤和多發性骨髓瘤等多種惡性腫瘤[37]。研究發現阿霉素通過激活RhoA/MLC通路，進而增強乳腺癌細胞MCF7 和 BT474的遷移和侵襲[38]。也有研究報道阿霉素治療增加了乳腺癌細胞MDA-MB-231和BT549中損傷DNA結合蛋白1（damaged DNA binding protein 1，DDB1）和CUL4相關因子13（DDB1 and CUL4 associated factor 13，DCAF13）的表達，從而促進乳腺癌細胞的遷移和侵襲[39]。表阿霉素可以顯著增加乳腺癌細胞中轉移相關蛋白1（metastasis-associated protein 1，MTA1）的表達，從而促進乳腺癌細胞的遷移和侵襲[40]。

2.2 分子靶向化療藥物

細胞毒性化療藥物對增殖速度快的正常細胞不加選擇地破壞，促進了腫瘤治療學中分子靶向化療藥物的發展。靶向藥物通過與腫瘤生長和進展過程中相關分子靶點相互作用，最大限度地減少周圍正常組織的損傷，以達到局部殺滅腫瘤細胞的目的[41]。

2.2.1 舒尼替尼 舒尼替尼是一種新型多靶向性治療的口服藥物，是血小板衍生生長因子受體α-β（platelet-derived growth factor receptor-alpha，beta，PDGFRα-β）、血管內皮生長因子受體（vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR）和干細胞因子受體（stem cell factor receptor，SCFR）的抑制劑，主要用于治療腎癌、神經內分泌腫瘤和胃腸道間質瘤。研究表明由P65誘導的miR-452-5p是舒尼替尼的潛在治療靶點，舒尼替尼抑制miR-452-5p進而上調SMAD4/SMAD7信號促進腎癌細胞OSRA2和A498的侵襲和轉移[42]。舒尼替尼通過促進EMT進程，以神經纖毛蛋白1（neuropilin 1，NRP1）依賴的方式促進結直腸癌細胞侵襲和轉移[43]。舒尼替尼屬于VEGF/VEGFR抑制劑，可能通過靶向血管內皮細胞，抑制腫瘤血管生成，導致腫瘤細胞內缺氧，進而促進了腫瘤細胞在缺氧條件下的轉移和侵襲[44]。

2.2.2 5-氮雜胞苷和地西他濱 DNA甲基化是一種主要的表觀遺傳修飾方式，可在不改變DNA堿基序列的情況下調節基因表達。DNA甲基轉移酶是一種催化DNA甲基化的酶，因為DNA甲基化是可逆的，可以通過使用DNA甲基轉移酶抑制劑來逆轉DNA異常的高甲基化[45]。DNA甲基轉移酶抑制劑5-氮雜胞苷和地西他濱是目前利用表觀遺傳學進行腫瘤治療使用最廣泛的藥物[46]。5-氮雜胞苷和地西他濱通過下調DNA甲基化水平并誘導腫瘤細胞中表觀遺傳沉默的腫瘤抑制基因的重新激活，已廣泛應用于急性髓系白血病、慢性髓系白血病和骨髓增生異常綜合征的臨床治療[47]。

相關的研究表明使用DNA甲基轉移酶抑制劑存在促進腫瘤轉移的可能。研究發現5-氮雜胞苷處理降低了SKOV3和A2780細胞中CpG島的甲基化水平，5-氮雜胞苷治療增加了小鼠異種移植模型中肺轉移結節的數量，5-氮雜胞苷對甲基化的抑制增加了卵巢癌細胞中侵襲足的形成并增強了細胞外基質的降解，進而促進了卵巢癌的轉移和侵襲[48]。DNA甲基轉移酶抑制劑地西他濱可能通過激活促侵襲基因刺激胰腺癌的侵襲和轉移[49]。Kim等[50]的研究發現地西他濱處理野生型SKOV3細胞可劑量依賴性增強干擾素誘導的跨膜蛋白1（interferon-induced transmembrane protein 1，IFITM1）的表達，進而增加了卵巢癌細胞的遷移和侵襲性。此外，Poplineau等[51]的研究表明DNA甲基轉移酶抑制劑地西他濱主要通過Sp1募集調節MMP1的表達而增加人纖維肉瘤細胞HT1080細胞的侵襲潛能。Li等[52]的研究表明地西他濱通過上調神經前體細胞表達下調因子4-1（neural precursor cell-expressed，developmentally downregulated 4-1，NEDD4-1）的表達和限制環核苷酸Ras鳥嘌呤核苷酸交換因子（cyclic nucleotide-Ras guanine nucleotide exchange factors，CNrasGEFs）的表達促進人胃癌細胞MGC803細胞的遷移和侵襲?？偟膩碚f，DNA甲基轉移酶抑制劑可以降低基因啟動子區的甲基化水平，啟動子區的低甲基化水平，包括致癌基因的低甲基化和轉移相關抑癌基因的低甲基化，可能增強了腫瘤細胞的轉移行為，此外，5-氮雜胞苷可能通過促進MMP家族某些基因的重新激活，增加了腫瘤細胞的侵襲性。

2.2.3 貝伐珠單抗 貝伐珠單抗是一種重組人源化免疫球蛋白G1單克隆抗體，通過結合血管內皮生長因子-A（vascular endothelial growth factor-A，VEGF-A），抑制其與VEGF受體-2的結合，進而抑制VEGF的生物學作用，達到抑制腫瘤生長的目的，在臨床用于轉移性結直腸癌的治療。然而，長期暴露于貝伐珠單抗會導致大腸癌細胞在體外的遷移和侵襲增加，這與VEGF家族配體、胎盤生長因子（placental growth factor，PLGF）和VEGF-C的表達增加以及VEGFR-1的激活有關[53]。還有研究表明，高劑量貝伐珠單抗可能通過下調Claudin5的表達提高人臍靜脈內皮細胞的轉移能力，進而增加肺癌細胞A549的轉移和侵襲[54]。Xu等[55]的研究結果表明，貝伐珠單抗治療增強了富含脯氨酸的酪氨酸激酶2（proline-rich tyrosine kinase 2，Pyk2）的磷酸化，進而促進了膠質瘤細胞C6的侵襲。

3 展望

化療在惡性腫瘤的治療中已被廣泛證明是有效的，在臨床中仍然占有突出地位?；熆梢愿淖儥C體內環境的平衡和腫瘤細胞的部分特性，部分化療藥物甚至增加了腫瘤的轉移發生率，影響腫瘤治療的結局。化療藥物可能通過在原發性腫瘤中起關鍵應激源作用，造成組織損傷、缺氧等，促進局部和系統促炎細胞因子和趨化因子的釋放，或通過改變或增強巨噬細胞和腫瘤細胞的轉移行為促進腫瘤轉移。因此，尋找化療藥物促進轉移的關鍵性診斷標志物也是今后努力的方向之一。臨床在使用化療藥物時，應注意化療藥物對轉移生物標志物或腫瘤微環境的改變，及時更換藥物或采用聯合用藥方案。開發在誘導腫瘤細胞死亡方面具有更大特異性的新藥物以及實施新的治療策略，為每個患者選擇最佳方案和劑量，是腫瘤化療學的當務之急[56]。