腫瘤微環(huán)境在腫瘤淋巴轉(zhuǎn)移中的作用研究進(jìn)展

蔣建國綜述,胡國華審校

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院耳鼻咽喉科 400016)

腫瘤微環(huán)境在腫瘤淋巴轉(zhuǎn)移中的作用研究進(jìn)展

蔣建國綜述,胡國華審校

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院耳鼻咽喉科 400016)

腫瘤;微環(huán)境;淋巴轉(zhuǎn)移

腫瘤細(xì)胞在機(jī)體內(nèi)所處的微環(huán)境為腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲、轉(zhuǎn)移等提供了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。淋巴轉(zhuǎn)移是腫瘤的主要轉(zhuǎn)移方式之一,而腫瘤微環(huán)境中的一些特殊因素可促使腫瘤更容易、更早地發(fā)生淋巴轉(zhuǎn)移。目前國內(nèi)外對(duì)腫瘤微環(huán)境及腫瘤淋巴轉(zhuǎn)移的研究頗多,本文就腫瘤微環(huán)境在腫瘤淋巴轉(zhuǎn)移中的作用做一簡要評(píng)述。

1 概 述

腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment)最早于1979年由Lord正式提出,指腫瘤在其發(fā)生發(fā)展過程中所處的內(nèi)環(huán)境,由腫瘤細(xì)胞本身、間質(zhì)細(xì)胞、微血管、微淋巴管、組織液、眾多細(xì)胞因子及少量浸潤細(xì)胞等共同構(gòu)成[2-3]。正常細(xì)胞處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境(穩(wěn)態(tài),homeostasis),按正常的程序進(jìn)行著增殖、分化、凋亡以及相關(guān)因子的分泌和表達(dá)。腫瘤發(fā)生、發(fā)展的過程則不斷打破這一平衡[4],腫瘤細(xì)胞無限增殖,需要不停地塑造一個(gè)適于自己生長的外部組織環(huán)境,即組織缺氧和酸中毒、間質(zhì)高壓形成、大量生長因子和蛋白水解酶的產(chǎn)生及免疫炎性反應(yīng)等。如果改變腫瘤的微環(huán)境因素,腫瘤生長則可受到抑制[5]。

隨著腫瘤進(jìn)展,局部的營養(yǎng)條件已不能滿足腫瘤生長的需求,這時(shí)腫瘤細(xì)胞可以通過誘導(dǎo)血管、淋巴管生成等途徑不斷構(gòu)建新的營養(yǎng)代謝網(wǎng)路,同時(shí)也促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞的生長和轉(zhuǎn)移。淋巴轉(zhuǎn)移是腫瘤轉(zhuǎn)移主要途徑之一,基本過程是:腫瘤生長到一定程度,分泌某些淋巴管生長因子,在腫瘤周圍或內(nèi)部形成新生淋巴管;腫瘤侵及細(xì)胞外基質(zhì),游向毛細(xì)淋巴管;單個(gè)或成簇腫瘤細(xì)胞侵入管腔并順淋巴液流入前哨淋巴結(jié),再進(jìn)入下一站淋巴結(jié)。關(guān)于腫瘤細(xì)胞進(jìn)入淋巴管的方式,目前存在爭議,有人認(rèn)為腫瘤細(xì)胞是侵入腫瘤邊緣已經(jīng)存在的淋巴管而發(fā)生轉(zhuǎn)移;有人則認(rèn)為腫瘤先促進(jìn)新的淋巴管形成,再通過新生淋巴管而發(fā)生轉(zhuǎn)移。

2 腫瘤微環(huán)境提供多種淋巴管生成因子

腫瘤組織能分泌多種促淋巴管生成因子[6-7],最具代表性的為血管內(nèi)皮生長因子C(vascular endothelial growth factor C,VEGF-C)和血管內(nèi)皮生長因子D(VEGF-D),它們是血管內(nèi)皮生長因子家族成員,均為二聚體的糖蛋白,在結(jié)構(gòu)上都有VEGF同源結(jié)構(gòu)域VHD(VEGF homology domain)的受體結(jié)合位點(diǎn)。VEGFR-3是它們共同的特異性配體,為膜型酪氨酸激酶受體,是介導(dǎo)淋巴管生成的重要信號(hào)分子,在人類有2種異構(gòu)體(VEGFR-3L和VEGFR-3S),在成人幾乎只表達(dá)于淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞。VEGF-C/VEGF-D與VEGFR-3結(jié)合后,激活PI-3激酶信號(hào)通道蛋白激酶C依賴的P42/P44促分裂活性蛋白激酶(MAPK)信號(hào)通路、Prox-1、Syk/SLP76-、podoplanin/Ang-2/Nrp-2-或FOXC-2信號(hào)通路,誘導(dǎo)其胞內(nèi)酪氨酸激酶磷酸化,完成淋巴管生成信號(hào)的傳導(dǎo),從而促進(jìn)淋巴管的生成、增生和擴(kuò)張。大量臨床研究也證明,在人類許多腫瘤(胃癌、食管癌、結(jié)腸癌、肝癌、宮頸癌、乳腺癌、前列腺癌、肺癌、喉癌、鼻咽癌等)中,VEGF-C、VEGF-D、VEGFR-3呈高表達(dá),并與淋巴轉(zhuǎn)移密切相關(guān)[7-8]。有些腫瘤組織雖然高表達(dá)VEGF-C,但其淋巴轉(zhuǎn)移率并不增加,如軟組織肉瘤[9]。近來發(fā)現(xiàn)的淋巴管生成因子還有VEGF-A、成纖維細(xì)胞生成因子2(fibroblast growth factor)、血小板衍生生長因子 BB(platelet derived growth factor BB)、血管生成素(angiopoietin)、環(huán)氧化酶 2(cyclooxygenase-2,COX-2)等。Timoshenko等[10]利用 siRNA方法沉默COX-2基因,可以抑制 VEGF-C表達(dá)和分泌,這間接說明COX-2可以刺激腫瘤淋巴管的生成。內(nèi)皮素1(endothelin 1)可通過促進(jìn)VEGF-C等多種途徑促進(jìn)淋巴管的生成[11];生長激素(growth hormone)可促進(jìn)淋巴內(nèi)皮細(xì)胞增殖、萌芽、遷移[12]。

3 腫瘤微環(huán)境促使腫瘤細(xì)胞從原位移出

此過程包括腫瘤細(xì)胞間的彼此分離,與基質(zhì)成分的粘連,細(xì)胞外基質(zhì)的降解和腫瘤細(xì)胞的移動(dòng)。這個(gè)復(fù)雜的過程需要很多因子、因素共同作用。

3.1 腫瘤細(xì)胞的移出,首先是腫瘤細(xì)胞的彼此分離,此過程中起主要作用的是黏附分子,具有調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞之間的作用,還參與腫瘤細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的黏附。黏附分子種類繁多,目前研究較多的是上皮鈣黏素(E-cadherin),其是一組鈣離子依賴性的跨膜糖蛋白,可調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞與周圍環(huán)境之間的相互關(guān)系、組織分化及維持組織結(jié)構(gòu)完整性。研究表明,在許多高侵襲性的人體腫瘤中,如乳腺癌、肺癌、胃腸道癌、前列腺癌、膀胱癌細(xì)胞中都存在 E-cadherin的異常表達(dá),特別是在腫瘤轉(zhuǎn)移灶內(nèi)E-cadherin表達(dá)減弱甚至消失,Humar等[13]通過對(duì)胃印戒細(xì)胞癌的研究證明,癌組織的E-cadherin減少與腫瘤細(xì)胞播散密切相關(guān)。Melillo和Semenza[14]研究發(fā)現(xiàn),低氧誘導(dǎo)因子1(Hypoxia inducible factor1,HIF-1a)能夠增加鈣黏素抑制物mRNA的表達(dá),間接降低腫瘤細(xì)胞之間的同型黏附,有利于腫瘤細(xì)胞的遷移。

3.2 腫瘤細(xì)胞彼此分離后,就與基質(zhì)成分粘連,整合素在此過程中有重要作用。每種整合素都有相對(duì)應(yīng)的特異配體,整合素通過識(shí)別細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)成分蛋白、細(xì)胞間黏附分子、細(xì)胞膜免疫球蛋白超家族黏附分子來介導(dǎo)細(xì)胞與基質(zhì)成分粘連。整合素直接調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞在ECM中移行,同時(shí)能調(diào)節(jié)基質(zhì)金屬蛋白酶的表達(dá),促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜的降解,進(jìn)一步促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移。此外,整合素還可以啟動(dòng)某些細(xì)胞逃逸機(jī)制以抑制腫瘤細(xì)胞的凋亡[15],并通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通道、控制細(xì)胞骨架變形和能量代謝,從而改變細(xì)胞形態(tài)、移行、增殖和壽命。

3.3 細(xì)胞外基質(zhì)、基底膜對(duì)早期腫瘤細(xì)胞浸潤起到了屏障作用,但腫瘤細(xì)胞要移出,就得脫離細(xì)胞外基質(zhì),此時(shí)腫瘤細(xì)胞可分泌基質(zhì)金屬蛋白酶(met alloproteinases,M MPs)、膠原蛋白酶等降解細(xì)胞外基質(zhì)與基底膜。其中,MM Ps在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移中有著十分重要的作用[16],主要體現(xiàn)為:降解細(xì)胞外基質(zhì),使腫瘤細(xì)胞沿基底膜缺損和基質(zhì)空隙向周圍生長;MMPs能活化ECM結(jié)構(gòu)蛋白的潛在活性,自發(fā)刺激腫瘤遷移。

4 腫瘤微環(huán)境促使腫瘤細(xì)胞靶向移動(dòng)到淋巴系統(tǒng)

腫瘤微環(huán)境促進(jìn)淋巴管生成、腫瘤細(xì)胞的移出,為什么就容易向淋巴管轉(zhuǎn)移呢?這與腫瘤淋巴管的形態(tài)特點(diǎn)、腫瘤間質(zhì)高壓、趨化因子的趨化作用等密切相關(guān)。

4.1 腫瘤淋巴管形態(tài)特點(diǎn) 腫瘤淋巴管管壁較薄弱,通常只有一層內(nèi)皮細(xì)胞組成,細(xì)胞間連接較疏松,有較大的間隙,基底膜不完整或缺如。腫瘤組織的毛細(xì)淋巴管(指直徑小于或等于3 mm的管腔)同樣可由淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞分化而成,以錨絲固定于周圍組織中,靠周圍組織的收縮及松弛來推動(dòng)淋巴液的流動(dòng)。其生成方式與毛細(xì)血管基本相似,即以出芽方式生長,并在瘤內(nèi)及瘤周形成淋巴管網(wǎng),只是淋巴管出芽更少、形態(tài)變化更小。眾多研究結(jié)果認(rèn)為,瘤周存在增多的擴(kuò)張的淋巴管,其在淋巴轉(zhuǎn)移中伴有重要角色;瘤內(nèi)大多淋巴管由于腫瘤細(xì)胞的增殖、壓力增高而萎陷閉鎖,僅少部分?jǐn)U張,多為無功能的淋巴管,其在淋巴轉(zhuǎn)移中的價(jià)值也存在爭議。另有研究表明,腫瘤微淋巴管的形態(tài)結(jié)構(gòu)與正常的微淋巴管明顯不同:在腫瘤細(xì)胞大而且多的地方,微淋巴管呈閉塞狀,可能是高壓擠壓而致,其他微淋巴管則呈擴(kuò)張或高度擴(kuò)張狀態(tài),管腔顯著擴(kuò)大,突向管腔內(nèi)的內(nèi)皮質(zhì)膜突起大部分消失;連接形式逐漸由復(fù)雜型向簡單型過渡,大量的連接開放形成寬的內(nèi)皮細(xì)胞間通道,腫瘤細(xì)胞可輕易經(jīng)這些通道進(jìn)入淋巴管;隨著腫瘤的生長,微淋巴管數(shù)量逐漸增加,加大腫瘤細(xì)胞與淋巴管的接觸概率,或改變現(xiàn)有淋巴管的功能特性,同時(shí)管壁發(fā)生變化,在有腫瘤細(xì)胞聚攏的部位會(huì)出現(xiàn)明顯的間隙或缺口,有利于腫瘤細(xì)胞進(jìn)入微淋巴管腔。腫瘤淋巴管的形態(tài)特點(diǎn)表明,腫瘤細(xì)胞極易進(jìn)入淋巴管而向遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。

4.2 腫瘤微環(huán)境高壓的作用 腫瘤組織不同于正常的組織,其都呈現(xiàn)高壓狀態(tài),這在淋巴轉(zhuǎn)移中扮演重要角色。研究發(fā)現(xiàn),主要有兩種原因促進(jìn)腫瘤高壓的形成[17]:(1)腫瘤淋巴管管壁較薄弱,通常只由一層內(nèi)皮細(xì)胞組成,細(xì)胞間連接較疏松,有較大的間隙,基底膜不完整或缺如,這些特點(diǎn)決定了腫瘤的淋巴系統(tǒng)不能象正常組織中淋巴系統(tǒng)那樣具有調(diào)節(jié)組織液動(dòng)態(tài)平衡的作用。(2)腫瘤血管具有高滲的特性。腫瘤血管具有不同于正常血管的特點(diǎn),如內(nèi)皮細(xì)胞不完整或缺失、基底膜中斷或缺失、血管形成不均勻分布、毛細(xì)血管間距增大、動(dòng)靜脈短路、間質(zhì)內(nèi)液體增多以及血液黏度增加等,使得腫瘤血管的舒縮性能基本喪失,管壁脆性增高,血管阻力增大;血液濃縮,間質(zhì)內(nèi)液體增多,血細(xì)胞外滲黏性阻力增大,最終出現(xiàn)腫瘤間質(zhì)高壓。在間質(zhì)高壓的作用下,腫瘤細(xì)胞就易進(jìn)入壓力相對(duì)較低的淋巴管,順著淋巴液向遠(yuǎn)處移動(dòng)而發(fā)生淋巴轉(zhuǎn)移。

4.3 腫瘤微環(huán)境中趨化因子的作用 腫瘤組織里含許多趨化因子受體,可促使腫瘤細(xì)胞向淋巴系統(tǒng)靶向移動(dòng)。目前研究比較多的有CXCL12/CXCR4和CCR7/CCL21、CCL19系統(tǒng)。在正常組織中,CXCL12/CXCR4之間的作用在造血干細(xì)胞和免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)中相當(dāng)重要,并與組織再生修復(fù)密切相關(guān)。而在腫瘤組織中,CXCL12/CXCR4對(duì)腫瘤細(xì)胞遷移、定位起著至關(guān)重要的作用。CXCL12高表達(dá)于淋巴結(jié),而其受體CXCR4在許多腫瘤組織成高表達(dá)狀態(tài)[18],并與淋巴轉(zhuǎn)移正相關(guān)[19],這使腫瘤細(xì)胞更易靶向轉(zhuǎn)移到淋巴結(jié)。通過沉默CXCR4基因后的腫瘤細(xì)胞的侵襲力明顯下降[20]。最近許多研究顯示,CCR7高表達(dá)于某些腫瘤細(xì)胞,其配體CCL21、CCL19主要表達(dá)在淋巴結(jié)、非淋巴組織的內(nèi)皮淋巴導(dǎo)管、T細(xì)胞區(qū)。配體對(duì)受體的吸引促進(jìn)CCR7表達(dá)陽性的腫瘤細(xì)胞沿配體濃度梯度定向轉(zhuǎn)移到淋巴結(jié)等處。推測,在不同的腫瘤組織,其表達(dá)分泌的趨化因子受體的濃度不同,其發(fā)生淋巴轉(zhuǎn)移的特點(diǎn)也不一樣。在臨床病理學(xué)研究中發(fā)現(xiàn),CCR7表達(dá)與淋巴管浸潤、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)[21],在非小細(xì)胞肺癌、乳腺癌、甲狀腺癌、食管上皮細(xì)胞癌、結(jié)直腸癌等中已得到證實(shí)。

5 淋巴轉(zhuǎn)移中抗失巢凋亡的現(xiàn)象

最后,移出的腫瘤細(xì)胞抵達(dá)淋巴結(jié)要存活下來并形成轉(zhuǎn)移灶,必須得抵御失巢凋亡(anoikis)。Francis在 1994年首次描述了失巢凋亡現(xiàn)象,其指細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)或與其他細(xì)胞失去接觸后發(fā)生的一種程序性細(xì)胞死亡形式。失巢凋亡的意義在于防止脫落的細(xì)胞種植在不適當(dāng)?shù)牡胤嚼^續(xù)生長。然而,很多惡性腫瘤細(xì)胞具有抗失巢凋亡的能力,特別是易發(fā)生轉(zhuǎn)移的惡性腫瘤細(xì)胞,從瘤體上脫落后并不發(fā)生凋亡,而是遷移到其他部位繼續(xù)生長,并和周圍組織“和睦相處”。在擺脫細(xì)胞外基質(zhì)黏附和細(xì)胞間連接后,癌細(xì)胞的首要任務(wù)是要能在適宜的微環(huán)境中生存下來,所以新生的癌細(xì)胞必須克服失巢凋亡的現(xiàn)象。目前認(rèn)為癌細(xì)胞可通過自分泌或旁分泌機(jī)制,并在鈉-鉀泵的參與下[22]抵抗失巢凋亡,進(jìn)而發(fā)生轉(zhuǎn)移和局部浸潤。

腫瘤微環(huán)境十分復(fù)雜而多變,在體外難以滿意模擬,人們對(duì)它的研究尚處起步階段[23],還有許多問題有待研究。腫瘤的淋巴轉(zhuǎn)移與其微環(huán)境關(guān)系密切,目前VEGF-C/VEGF-D與VEGFR-3成為了抑制淋巴轉(zhuǎn)移的熱門靶點(diǎn)。相信隨著對(duì)腫瘤微環(huán)境的進(jìn)一步研究,淋巴轉(zhuǎn)移的機(jī)制會(huì)進(jìn)一步明確,也會(huì)有更多更好的靶點(diǎn)來抑制淋巴轉(zhuǎn)移。屆時(shí),治愈以淋巴轉(zhuǎn)移為主的腫瘤也將變得更加容易。

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