胰腺癌細胞外基質及其靶向治療策略

張思睿

胰腺癌是全球范圍內第12 常見的惡性腫瘤,也是癌癥死亡的第7 大原因［1］,其中約90%的胰腺癌為起源于腺管上皮的胰腺導管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma,PDAC)。在過去10 年中,其發病率和死亡率總體呈上升趨勢,特別是在婦女和老年人中［2］。美國2021 年統計數據顯示,在美國所有惡性腫瘤中,胰腺癌發病率在男性中位列第10 位,女性中位列第8 位,占惡性腫瘤相關死亡率的第4,且5 年生存率僅11%［3］。胰腺癌進展快,易發生轉移,是預后最差的惡性腫瘤之一,大多數胰腺癌患者在診斷時處于晚期,切除率低；而全身治療中僅有一小部分患者獲得較理想的效果,顯然是由于胰腺癌對化療、分子靶向治療和免疫治療存在明顯的耐藥性。近年來,針對胰腺癌腫瘤微環境(tumor microenvironment,TME)的研究已成為全球研究熱點,胰腺癌TME 包括細胞成分如免疫細胞、腫瘤相關成纖維細胞(cancer-associated fibroblasts,CAFs) 等及非細胞成分。細胞外基質(extracellular matrix,ECM)是非細胞成分的主要構成部分,ECM 作為各種細胞行為的調節器和細胞通信的介質,基質結構中的擾動會高度影響細胞的增殖和遷移［4］,在研究過程中逐漸被證實與胰腺癌的發生發展、腫瘤轉移和耐藥機制存在密切聯系。目前,越來越多的證據表明,靶向TME 中的各種ECM 成分和途徑可能是胰腺癌治療中值得展望的方向。

1 ECM 成分及其在腫瘤進展中的作用

胰腺癌具有非常密集的纖維化基質,可增加組織間質液壓和基質的剛性機械性能,從而損害腫瘤灌注,損害抗腫瘤藥物的遞送,這種效應因腫瘤血管密度降低而進一步加劇［5］,使靶向治療更富挑戰性。除機械影響外,ECM 還提供重要的生化作用,提供營養來源,或參與細胞信號傳導,促進腫瘤細胞的生存、增殖和轉移。

1.1 膠原蛋白 膠原蛋白是迄今為止PDAC 腫瘤中ECM 中最豐富和最有特征的成分。膠原Ⅰ、Ⅲ和Ⅴ位于間質間隙,而膠原Ⅳ、ⅩⅤ和層粘連蛋白則參與構成基底膜,兩者之間的相互作用,在胰腺癌的惡性轉化階段起重要作用［6］。

ECM 膠原蛋白與胰腺腫瘤細胞表面表達的信號整合素相互作用,整合素α2β1 對膠原Ⅰ和Ⅴ具有高親和力,整合素α1β1 對膠原Ⅳ具有高親和力,以上膠原蛋白與整合素結合介導的粘附斑激酶(FAK)通路激活會誘導β-連環蛋白磷酸化,從而導致E-鈣粘蛋白復合物的破壞；膠原還與盤狀結構域受體1(DDR1)結合,激活FAK 相關蛋白酪氨酸激酶(PYK2),導致N-鈣粘蛋白表達增加［7］。E-鈣粘蛋白的破壞和N-鈣粘蛋白的增加使細胞間粘附減少,是上皮-間質轉化(EMT)的重要步驟,促進腫瘤細胞的增殖和遷移。此外,有研究顯示,膠原蛋白衍生的脯氨酸,在其他營養來源有限時,可為腫瘤細胞提供營養,促進其在營養有限的條件下存活［8］。

另一方面,基底膜型膠原ⅩⅤ會阻礙侵襲和EMT,且基底膜中層粘連蛋白含量＜25%與長期生存率下降相關,但與之相反的,膠原蛋白Ⅳ在PDAC 基質中顯示出高表達水平,并促進PDAC 細胞的增殖和遷移［9］。在結締組織增生過程中,基底膜的正常結構遭到破壞,PDAC 細胞更多地暴露于間質膠原中,這可能具有促腫瘤作用［10］。

1.2 蛋白聚糖與HA 蛋白聚糖在胰腺癌中也起著重要作用,而且可能同時存在促腫瘤和抗腫瘤兩種作用,如蛋白聚糖-I 與PDAC 患者的預后呈負相關,硫酸肝素蛋白聚糖中Glypican-1(GPC1)和硫酸肝素蛋白聚糖2(HSPG2)等表達的提高和胰腺癌負荷成正相關等；另一方面,Li 等［11］研究發現,ECM 中的光蛋白聚糖(lumican,一種富含亮氨酸的小蛋白聚糖)通過誘導G0/G1細胞周期停滯可以使PDAC 細胞進入靜止狀態,使基質表達光蛋白聚糖的患者生存率得到了顯著的改善。

蛋白聚糖通常與HA 非共價結合,HA 是一種以二糖為重復單元的直鏈高分子多糖,由于其極強的親水性,HA 保留水分,并在組織穩態和生物力學完整性中充當緩沖劑。在胰腺癌中,HA 是TME 的主要成分,其保留水分的特性是超生理腫瘤內壓力的主要驅動因素之一,這種壓力可以超過在正常胰腺中觀察到的10 倍,從而導致胰腺癌中血管的塌陷［12］,循環量減少而損害了抗腫瘤藥物的輸送。在動物模型中,用透明質酸酶分解HA 基質可降低腫瘤內壓力,恢復循環,從而促進藥物輸送,改善了對化療的反應［13］。此外,細胞外HA與特定的細胞表面受體結合并相互作用,包括CD44 和HA 介導的運動性受體(RHAMM),刺激胰腺腫瘤細胞的運動,促進細胞存活、增殖和侵襲的能力,與胰腺癌的低生存率相關［14］。

1.3 Fn Fn 是ECM 中一種高分子量糖蛋白,在細胞粘附中起中心作用,可調節細胞極性、分化和生長。除了作為屏障增強腫瘤的耐藥能力外,Fn 本身還誘導對癌細胞生長和存活很重要的細胞內信號通路的激活,包括適度增加ROS 提高腫瘤細胞存活率,以及由激活FAK 依賴性的PI3K/Akt/mTOR 通路阻斷線粒體中細胞色素c 的釋放,從而導致細胞凋亡減少［15］。Fn 與細胞表面整合素結合啟動了許多重要的動態細胞過程,如遷移、粘附、增殖。例如,α5β1 和αVβ3 整合素在血管生成過程中至關重要,它們與Fn 結合為內皮細胞的增殖和遷移提供路徑和引導；此外,整合素被Fn激活后,激活下游信號通路Rho 家族GTP 酶,其支持細胞骨架變化并促進細胞運動［16］。

2 靶向ECM 的治療策略

隨著胰腺癌TME 中ECM 的研究逐漸深入,其構成腫瘤耐藥屏障的機制和促進腫瘤細胞存活、轉移的相關通路逐漸清晰,以ECM 為靶點靶向治療的可能性在實驗中逐漸明朗。

2.1 靶向HA TME 中高含量的HA 增加間質壓力,導致血管塌陷和腫瘤灌注減少,聚乙二醇化重組人透明質酸酶20(PEGPH20)可以降解HA 逆轉該作用,為腫瘤內藥物遞送創造有利條件,因此PEGPH20 聯合化學治療或免疫治療或許會有所突破。關于PEGPH20與吉西他濱和紫杉醇聯合用于胰腺癌治療,其隨機、安慰劑對照Ⅱ期研究結果顯示,在HA 水平高的胰腺癌患者中,吉西他濱、紫杉醇治療聯合PEGPH20 使用相較于單純化學治療,無進展生存期由5.2 個月提升至9.2 個月,總生存期也由8.5 個月延長至11.5 個月［17］；但在其隨機Ⅲ期研究中聯合PEGPF20 的治療并未能顯著改善患者生存結果,PEGPH20 加化療組的總生存期為11.2 個月,而化療組為11.5 個月(P=0.9692)［18］。此外,在另一項Ⅰb/Ⅱ期研究(SWOG S1313) 中,PEGPH20 與改良的FOLFIRINOX 方案聯合用于治療幼稚的PDAC 患者,但結果顯示聯合PEGPH20 組中患者生存期明顯更差,且PEGPH20 組的不良結局與胃腸道反應、血栓栓塞等不良反應增加有關［19］。PEGPH20與化療在晚期PDAC 患者中的聯合治療的隨機對照試驗失敗,導致目前PEGPH20 開發計劃的中斷。不過近來Blair 等［20］實驗發現,HA 降解與FAK 抑制劑和抗PD-1 抗體聯合使用可增加T 細胞浸潤并改變T 細胞表型,使其向效應記憶T 細胞發展,或許提示透明質酸酶在聯合免疫治療方向仍值得展望。

2.2 靶向膠原蛋白 Madsen 等［21］研究提示,當膠原Ⅰ的C 端pro 結構域被前膠原蛋白酶活性切割時,膠原Ⅰ可以抑制腫瘤生長,膠原蛋白Ⅲ在切割時也有此效應,如何在保證減少抑制腫瘤的膠原Ⅳ、ⅩⅤ消耗的情況下靶向切割膠原Ⅰ、Ⅲ,可能是轉化這一實驗結果的未來研究方向。另外,ECM 中膠原蛋白Ⅰ的ECM可以為腫瘤細胞提供脯氨酸作為能量來源,脯氨酸在腫瘤細胞線粒體內經脯氨酸脫氫酶1(PRODH1)轉化為谷氨酸,進入檸檬酸循環提供腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)生產所需能量［8］,在此基礎上,試驗證明PRODH1競爭性抑制劑可以導致腫瘤細胞增殖和存活率的降低且敲除PRODH1 實驗發現有利于體內腫瘤體積的減少［22］,PRODH1 有望成為限制胰腺腫瘤細胞的治療靶點。

2.3 靶向相關信號通路 整合素是細胞表面受體,與ECM 成分包括膠原蛋白、Fn 等結合后招募相關激酶進一步激活相關下游信號通路從而促進腫瘤的發展轉移。西侖吉肽(Cilengtitde)是由默克公司開發的整合素抑制劑,可阻斷整合素與ECM 的結合,阻斷整合素引導的下游信號通路,抑制腫瘤細胞增殖、生存和遷移,發揮抗腫瘤作用。

FAKs 是由ECM 受體(包括整合素)激活的非受體酪氨酸激酶(RTKs),FAK 的激活是多個ECM 促腫瘤通路的樞紐,在PDAC 細胞中也觀察到FAK 表達和激活的增加［23］。研究證明,FAK 抑制劑地法替尼(Defactinib)可以有效減少FAK 磷酸化,且與紫杉醇合用時對抑制體外細胞增殖具有協同作用,并可以減少體內腫瘤生長［24］。更有進一步研究顯示,低劑量放射治療(LDRT)聯合FAK 抑制劑,增加了免疫細胞浸潤以及對胰腺癌放射治療的敏感性。以上研究似乎提示了FAK 抑制劑在聯合化療及免疫治療方面的潛力。此外,膠原還與DDR1 結合激活PYK2,導致N-鈣粘蛋白表達增加,是EMT 的重要步驟,其小分子抑制劑可以降低PYK2 信號傳導,降低癌細胞在體外的遷移能力［25］,阻斷DDR1 可能作為一種潛在的靶向治療策略。

Fn 可以通過Rho 通路的激活促進腫瘤細胞運動遷移,Rho 相關蛋白激酶(ROCKs)的表達已被證明在人類PDAC 疾病進展過程中增加［26］。ROCK 抑制劑法舒地爾(fasudil)聯合吉西他濱和紫杉醇處理種植PDAC細胞小鼠的實驗發現,小鼠中轉移瘤的數量減少,腫瘤微血管密度增加提高藥物輸送,小鼠的存活率得到提高［27］。雖然目前還沒有美國食品藥品監督管理局(FDA)批準的ROCK 抑制劑治療PDAC 的臨床試驗,但就目前來看,它不失為一個有研究價值的靶點。

另外,CAF 在TME 中與ECM 沉積密切相關,為了抑制基質致密纖維化的形成,靶向CAF 的治療也值得探究。目前研究表明,Shh 信號通路及維生素D/維生素D 受體對CAF 的分化、轉錄等活動有調節作用,已有與化療、免疫治療聯合治療的臨床研究正在進行中。

3 討論

ECM 在胰腺癌腫瘤生長、轉移和治療耐藥性中起重要作用,基于相關臨床前研究,ECM 具有許多有吸引力的治療靶點。然而,在臨床試驗中,有部分曾被寄予厚望的靶向治療策略未能獲得期望的結果,這提醒ECM 是一個復雜的分子網絡,可能同時具有促腫瘤和抗腫瘤作用,單純將ECM 的消耗作為治療策略很可能產生負面作用,或許調節恢復ECM 的穩態平衡更有望成為改善胰腺癌結果的可行策略；另一方面,更好地了解基質ECM 的可塑性,比如結合對CAF 的理解及通過調節相關通路下調其活動以改善TME 中的基質纖維化和免疫抑制環境等。盡管目前尚沒有批準的ECM 靶向治療,但是有很多藥物正處于基礎實驗研究或臨床試驗階段,如果這些藥物能夠面世,對協同提高目前可用的細胞毒性和免疫治療的療效必然有重要作用。