化療促腫瘤轉(zhuǎn)移的機制研究

羅秋月，張 青綜述，熊紹權(quán)，周 莎審校

0 引 言

化療可將腫瘤縮小至無法檢測的水平，然而，多數(shù)患者在化療后仍出現(xiàn)病情進展，甚至邊化療邊復(fù)發(fā)，直至腫瘤轉(zhuǎn)移及擴散［1?2］。研究表明，即使經(jīng)鉑類、紫杉類和蒽環(huán)類等化療后，腫瘤除在原處進展外，40%以上還將出現(xiàn)遠(yuǎn)處新增轉(zhuǎn)移［3］?；熀蟮膹?fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移是90%的惡性腫瘤患者治療失敗和死亡的主要原因［4］。因此，了解化療促腫瘤轉(zhuǎn)移的機制對腫瘤患者的治療及預(yù)后尤其重要。

1889年paget就腫瘤轉(zhuǎn)移提出“種子?土壤”學(xué)說，認(rèn)為腫瘤生長、發(fā)展和轉(zhuǎn)移一方面需具有轉(zhuǎn)移潛能的癌細(xì)胞滯留于遠(yuǎn)處毛細(xì)血管，浸潤器官實質(zhì)并增殖，另一方面需靶器官產(chǎn)生利于轉(zhuǎn)移的前位點（如在癌細(xì)胞到達(dá)前募集巨噬細(xì)胞，分泌血管內(nèi)皮生長因子等）來吸引癌細(xì)胞，只有兩方面相互影響、相互作用時才能形成新增轉(zhuǎn)移灶［5］。化療致腫瘤新增轉(zhuǎn)移的機制是多方面和復(fù)雜的，包括癌細(xì)胞（種子）的內(nèi)在變化和宿主中非癌細(xì)胞（土壤）的變化。

1 化療誘發(fā)癌細(xì)胞生物學(xué)特征改變

1975年，van Putten等［6］發(fā)現(xiàn)，相對于對照組，用環(huán)磷酰胺處理的小鼠中循環(huán)腫瘤細(xì)胞的數(shù)量及促轉(zhuǎn)移效應(yīng)影響高達(dá)1000倍，增強了轉(zhuǎn)移性肺結(jié)節(jié)的形成，發(fā)現(xiàn)了化療對腫瘤轉(zhuǎn)移的促進作用。其后部分研究關(guān)注了化療對腫瘤轉(zhuǎn)移的影響。如2001年，De Larco等［7］用多柔比星和5′?氟尿嘧啶對乳腺癌細(xì)胞MCF?7進行2周的連續(xù)處理后，與未處理的細(xì)胞相比，處理后殘存的MCF?7細(xì)胞間的連接變得松散，表現(xiàn)出更強的增殖能力和侵襲性，在裸鼠實驗中，處理后的細(xì)胞形成移植瘤的生長速度更快，并發(fā)生自發(fā)性肺轉(zhuǎn)移。這些研究不同側(cè)重地解釋了化療后腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移潛能增強的原因，總結(jié)如下。

1.1 化療對耐藥細(xì)胞和高侵襲細(xì)胞的篩選作用化療后耐藥是惡性腫瘤晚期預(yù)后差的重要原因?；熕幬锸紫冗M入外周循環(huán)系統(tǒng)，再到達(dá)腫瘤和骨髓，殺滅病灶及全身腫瘤細(xì)胞。然而，化療也能誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞和外周血中耐藥及侵襲細(xì)胞的高表達(dá)，導(dǎo)致化療的失敗，腫瘤的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移。例如化療能激活、募集腫瘤干細(xì)胞，促使其產(chǎn)生耐藥，并通過自我更新機制長期保留耐藥性狀，使腫瘤進展［8?9］。Lu等［10］用紫杉醇和卡鉑對MDA?MB?231乳腺癌細(xì)胞處理72h后進行乳腺球和乙醛脫氫酶活性測定，確定化療通過誘導(dǎo)HIF?1富集腫瘤干細(xì)胞，腫瘤干細(xì)胞數(shù)量增多，活性增強。郭崇勇等［11］發(fā)現(xiàn)在MCF?7乳腺癌細(xì)胞株使用多柔比星后腫瘤干細(xì)胞被募集至腫瘤外周，數(shù)量明顯增多，并發(fā)現(xiàn)裸鼠的成瘤能力較未化療組明顯增強，瘤體體積較未化療組明顯增大。此外，Quintavalle等［12］在頭頸部腺癌細(xì)胞系（SCC61 cells）中使用紫杉醇化療后發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞侵襲性偽足數(shù)量及細(xì)胞降解均明顯增加，癌細(xì)胞遷移及侵襲能力均較空白對照組明顯增強。不少化療后腫瘤轉(zhuǎn)移潛能增加的研究都建立在化療誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞耐藥的基礎(chǔ)上，且研究顯示，經(jīng)化療后復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移的腫瘤，因?qū)Χ嗨幠退?，對藥物的反?yīng)差等因素，往往較原發(fā)腫瘤更加兇險，預(yù)后極差［13?14］。

1.2 化療誘導(dǎo)上皮?間質(zhì)轉(zhuǎn)化使癌細(xì)胞更具惡性表型由于腫瘤細(xì)胞具有表達(dá)的異質(zhì)性、高突變率等特點，易被缺氧、抗腫瘤藥物等誘導(dǎo)，使之惡性程度更高［15?16］。目前研究發(fā)現(xiàn)的主要是上皮?間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial?mesenchymal transition，EMT），包括喪失極性，使細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)殚g質(zhì)表型［17?18］。腫瘤間充質(zhì)細(xì)胞表型與遷移能力增加，阻止細(xì)胞凋亡，細(xì)胞外基質(zhì)降解酶產(chǎn)生增加以及侵襲性傾向增加有關(guān)［19?20］。Kajiyama等［21］發(fā)現(xiàn)，上皮源性的 NOS2?PR卵巢癌細(xì)胞，經(jīng)過紫杉醇作用耐藥后，細(xì)胞表面E?鈣黏蛋白明顯降低，而間質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物纖連蛋白、波形蛋白、平滑肌肌動蛋白及EMT的介導(dǎo)因子Snail和Twist表達(dá)增加，同時呈現(xiàn)更高的侵襲性表型。Xiong等［22］的研究發(fā)現(xiàn)，體外培養(yǎng)的肝癌細(xì)胞經(jīng)過連續(xù)化療后，殘存的腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移能力得到增強；接種裸鼠肝后體內(nèi)化療，殘存細(xì)胞肺轉(zhuǎn)移能力增強，并伴有EMT。

1.3 化療上調(diào)相關(guān)促癌基因的表達(dá)癌基因在正常組織中不表達(dá)或低表達(dá)，癌變時陽性表達(dá)。目前研究較多的癌基因如Ras、Bcl?2、MTA?1、C?erbB?2、c?myc等，這些基因通過增強腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移侵襲能力，促進腫瘤新生血管生成，抑制細(xì)胞凋亡，促使細(xì)胞惡變，參與細(xì)胞自噬和凋亡交叉對話機制，引起腫瘤細(xì)胞多藥耐藥等使之更有利于腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移和擴散［23?25］。多項研究表明，化療、放療、DNA損傷等可激活或上調(diào)癌基因，從而促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展［26?27］。近年來，細(xì)胞自噬成為研究熱點，而自噬引起腫瘤細(xì)胞耐藥、復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移與化療誘導(dǎo)、活化自噬相關(guān)癌基因密不可分。如潘半舟等［28］發(fā)現(xiàn)化療使Bcl?2磷酸化導(dǎo)致beclin1的釋放促進自噬，同時釋放磷酸化的Bcl?2仍能與Bax結(jié)合抑制凋亡，自噬成為保護性機制，誘導(dǎo)腫瘤耐藥，甚至引起多藥耐藥。此外，化療上調(diào)促癌基因后能直接增強腫瘤細(xì)胞侵襲性和耐藥。如楊桐等［29］研究證實經(jīng)表柔比星處理后的人乳腺癌細(xì)胞MCF?7和MDA?MB?231較正常培養(yǎng)組MTA1的表達(dá)水平明顯升高，scratch和transwell實驗表明在表柔比星組的腫瘤細(xì)胞遷移能力和侵襲能力顯著增強，在體內(nèi)試驗中，表阿霉素組的肺表面轉(zhuǎn)移灶數(shù)量明顯多于空白對照組。Kwon等［30］發(fā)現(xiàn)化療后耐藥的肺腺癌A549小鼠中Bcl?2表達(dá)水平升高，減弱了caspase 3、caspase 9的活性，抑制細(xì)胞凋亡能力，從而促使多藥耐藥。

1.4 化療引起炎癥反應(yīng)并誘導(dǎo)促轉(zhuǎn)移因子的表達(dá)1863年，Rudolf Virchow觀察到腫瘤組織中有炎癥細(xì)胞存在，并首先提出炎癥和腫瘤之間存在關(guān)聯(lián)的假設(shè)［31］。大量實驗對炎癥如何促進腫瘤轉(zhuǎn)移的機制進行成熟的研究及闡述，發(fā)現(xiàn)炎癥細(xì)胞是腫瘤微環(huán)境的重要組成部分，能釋放一些可溶性調(diào)節(jié)因子，提供促進腫瘤細(xì)胞傳播的信號，在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移過程中有重要作用［32?33］。Ohta等［34］發(fā)現(xiàn)，順鉑可以通過PI3/AKt級聯(lián)反應(yīng)促進卵巢癌細(xì)胞中NF?κB激活，這與Annunziata等［35］報道的化療后的卵巢癌患者腫瘤組織會出現(xiàn)NF?κB轉(zhuǎn)錄因子p65和p50的共同高表達(dá)的現(xiàn)象是一致的。NF?κB是細(xì)胞內(nèi)炎癥信號通路的核心節(jié)點，該通路的激活會促進下游的如TGF、IL?6、IL?8等相關(guān)基因的表達(dá)［36?38］。研究表明，上述基因是對腫瘤血管生成、增殖和侵襲均有調(diào)控作用的細(xì)胞因子［39?41］。Biswas等［42］報道經(jīng)多柔比星化療后的乳腺癌小鼠，相比于空白對照組，檢測出更多的循環(huán)腫瘤細(xì)胞和肺轉(zhuǎn)移灶，并伴隨血液和組織中TGF?1水平的增加，使用TGF?1中和劑后可以使轉(zhuǎn)移得到顯著抑制。

化療促癌轉(zhuǎn)移，除了誘變癌細(xì)胞生物學(xué)特性之外，還有無其他機制呢？

2 化療改變宿主內(nèi)環(huán)境。

2017年，Chang等［43］發(fā)現(xiàn)在正常小鼠中使用紫杉醇后，再注射入乳腺癌細(xì)胞，更容易發(fā)生肺轉(zhuǎn)移，而將小鼠的ATF3基因敲除，發(fā)現(xiàn)肺部轉(zhuǎn)移癌灶明顯減少，進一步研究發(fā)現(xiàn)，在ATF3缺失的小鼠，巨噬細(xì)胞M2極化受抑，化療后腫瘤微血管密度減低和侵襲性減弱，循環(huán)腫瘤細(xì)胞減少，肺轉(zhuǎn)移程度明顯減輕。提出化療藥物可經(jīng)過宿主途徑促進腫瘤轉(zhuǎn)移并將研究報道發(fā)表在PANS上，引起全球廣泛關(guān)注。這些非瘤細(xì)胞通過分泌細(xì)胞因子和趨化因子等方式作用于腫瘤細(xì)胞，調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞對化療藥物的反應(yīng)，增強腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲、遷移能力，促進腫瘤細(xì)胞免疫逃避及腫瘤血管生成，造成腫瘤轉(zhuǎn)移。因此，化療促進腫瘤轉(zhuǎn)移，不僅有其對癌細(xì)胞（種子）的誘變之利，更有對宿主內(nèi)環(huán)境（土壤）作用之因。對于后者，我們將其分為免疫細(xì)胞和非免疫細(xì)胞。

2.1 宿主化療內(nèi)環(huán)境中的免疫細(xì)胞宿主來源的免疫細(xì)胞包括巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、血小板、髓系抑制細(xì)胞等［44］。以巨噬細(xì)胞為例，巨噬細(xì)胞分為M1型巨噬細(xì)胞（經(jīng)典活化）、M2型巨噬細(xì)胞（替代活化），M1型巨噬細(xì)胞參與抗原提呈，發(fā)揮抗腫瘤作用，M2型巨噬細(xì)胞則促進腫瘤的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移［45］?；熤戮奘杉?xì)胞M2極化后，可通過以下效應(yīng)機制促進癌轉(zhuǎn)移：①化療募集M2巨噬細(xì)胞至瘤周，M2巨噬細(xì)胞上調(diào)和釋放VEGF，促進腫瘤及瘤周新生血管、淋巴管生成，利于血行、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移［46?47］。②巨噬細(xì)胞M2極化后，分泌表達(dá)炎癥因子如IL?10、TGF?β等，增強癌細(xì)胞侵襲和遷移能力［48］。③抑制NK細(xì)胞、CD8T細(xì)胞釋放穿孔素和顆粒酶，導(dǎo)致局部免疫失衡，甚至免疫抑制，促進腫瘤轉(zhuǎn)移［49］。Dijkgraaf等［50］研究發(fā)現(xiàn)，鉑類化療藥物能誘導(dǎo)宮頸癌和卵巢癌患者的單核細(xì)胞分化為M2巨噬細(xì)胞，促進IL6和PGE2兩種炎癥介質(zhì)的分泌。在乳腺癌的小鼠模型中，紫杉醇常規(guī)化療可以造成小鼠體內(nèi)M2巨噬細(xì)胞募集，誘導(dǎo)CSF1和IL?34分泌增多。使用CSF1R拮抗劑協(xié)同紫杉醇治療后，小鼠乳腺癌肺轉(zhuǎn)移減少［51］。另有Alishekevitz 等［52］發(fā)現(xiàn)經(jīng)紫杉醇化療的小鼠體內(nèi)M2巨噬細(xì)胞募集，血管內(nèi)皮生長因子 C（vascular endothelial growth factor?C，VEGF?C）釋放增多，促進了淋巴管的生成和淋巴血管重塑，腫瘤復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移，而使用31C1阻斷VEGF?C/VEGFR3通路后，經(jīng)紫杉醇化療的乳腺癌BALB/c小鼠體內(nèi)肺轉(zhuǎn)移病灶明顯減少。

2.2 宿主化療內(nèi)環(huán)境中的非免疫細(xì)胞宿主來源的非免疫細(xì)胞包括內(nèi)皮祖細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)等［44］。非免疫細(xì)胞促轉(zhuǎn)移的機制往往較單一。內(nèi)皮細(xì)胞作為血管內(nèi)皮細(xì)胞的前體，主要參與腫瘤血管生成。Morita等［53］檢測了化療前后的非小細(xì)胞肺癌患者外周血內(nèi)皮祖細(xì)胞（circulating endo?thelial progenitors cells，CEPCs）值，發(fā)現(xiàn)化療后部分非小細(xì)胞肺癌患者外周血的VEGF?A、CECPs值比非腫瘤患者高；且發(fā)現(xiàn)CECPs水平和患者對化療的反應(yīng)相關(guān)，證實化療前低CEPCs的患者與高CEPCs患者相比不易發(fā)生進展、轉(zhuǎn)移。

成纖維細(xì)胞釋放細(xì)胞外基質(zhì)蛋白質(zhì)、蛋白酶、細(xì)胞因子和趨化因子等，影響宿主內(nèi)環(huán)境［54］，被證實能促進胃癌、乳腺癌、前列腺癌、結(jié)腸癌等不同腫瘤的轉(zhuǎn)移［55?58］。Lotti等［59］收集了奧沙利鉑治療的結(jié)直腸癌患者，發(fā)現(xiàn)化療后成纖維細(xì)胞數(shù)目明顯上升，誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞分泌IL?17A，與腫瘤起始細(xì)胞上的IL?17A?R結(jié)合，促進了腫瘤起始細(xì)胞耐藥、增殖。另有研究［60］指出順鉑化療后肺惡性腫瘤的進展與其誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞中的IL?11過表達(dá)有關(guān)。IL?11促進轉(zhuǎn)錄激活因子STAT3磷酸化，激活I(lǐng)L?11R/STAT3信號通路，上調(diào)抗凋亡基因蛋白BCL?2及生存素的表達(dá)促進腫瘤細(xì)胞增殖。

細(xì)胞外基質(zhì)位于腫瘤細(xì)胞周圍，與腫瘤細(xì)胞相黏附，腫瘤細(xì)胞通過其降解達(dá)到轉(zhuǎn)移目的。細(xì)胞外基質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)的重新調(diào)整，釋放生物活性分子的過程稱為重塑。降解是重塑的主要過程。因此，細(xì)胞外基質(zhì)的重塑與腫瘤轉(zhuǎn)移密切相關(guān)?；熕幠苷T導(dǎo)降解細(xì)胞外基質(zhì)的相關(guān)蛋白酶如：MMP?2，從而加快其重塑促進腫瘤轉(zhuǎn)移。研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)磷酰胺誘導(dǎo)MMP?2的上升，且 VEGF和 MMP?2呈正相關(guān)，VEGF上升能促血管新生，誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖，同時可刺激內(nèi)皮細(xì)胞釋放MMP，使細(xì)胞外基質(zhì)的降解，增強腫瘤細(xì)胞的侵襲力，促進腫瘤的浸潤和新生血管生長，最終致腫瘤轉(zhuǎn)移［61］。

3 結(jié) 語

盡管化療藥物在癌癥治療過程中靶向并殺死惡性腫瘤細(xì)胞，但化療增強了原發(fā)性腫瘤的癌細(xì)胞（種子）的浸潤、擴散，并促進了宿主內(nèi)環(huán)境（土壤）的改變以更好地吸引癌細(xì)胞，使癌細(xì)胞定植、生長，從而解釋了種子?土壤理論背景下化學(xué)療法的矛盾性促癌效應(yīng)。最近的研究顯示新輔助化療后殘余癌癥負(fù)擔(dān)與更差的臨床結(jié)果相關(guān)［62］，且轉(zhuǎn)移導(dǎo)致超過90%的惡性腫瘤患者死亡，因此，闡明化療加劇癌癥進展的機制具有臨床意義。

總之，化療增強了轉(zhuǎn)移級聯(lián)中的多個步驟，而轉(zhuǎn)移過程中不僅種子的有利因素更有宿主內(nèi)環(huán)境的作用。因為化療是癌癥患者重要并廣泛運用的治療手段，闡明機制并尋求解決途徑是我們應(yīng)該關(guān)注并研究的熱點。