王超,蔣小華,嵇振嶺
(1.東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院,江蘇 南京 210009;2.東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院 普外二科,江蘇 南京 210009)
胰腺癌是一種比較常見(jiàn)的惡性腫瘤,占全部惡性腫瘤的2%,具有惡性度高、早期診斷率低、療效欠佳、預(yù)后差等特點(diǎn),總體5年生存率低于5%[1]。胰腺癌的主要病理特征是大量腫瘤周圍結(jié)締組織反應(yīng)。目前,對(duì)于細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)在胰腺癌的發(fā)生機(jī)制中的研究很少,大多數(shù)的研究還停留在對(duì)于胰腺癌細(xì)胞本身的生物特性上。然而,越來(lái)越多的證據(jù)顯示,ECM在胰腺癌的進(jìn)展中起非常重要的作用,在胰腺癌中負(fù)責(zé)產(chǎn)生基質(zhì)反應(yīng)的細(xì)胞就是活化的胰星狀細(xì)胞(PSCs)[2]。
1998年德國(guó)學(xué)者Bachem等[3]從胰腺基質(zhì)中分離出與肝星狀細(xì)胞(HSC)相似的細(xì)胞,并將其命名為PSCs,這也為研究生理和病理狀態(tài)下PSCs的生物性質(zhì)提供了體外研究的基礎(chǔ)。正常胰腺中PSCs處于靜止?fàn)顟B(tài),當(dāng)胰腺損傷時(shí)PSCs受到細(xì)胞因子、化學(xué)因子和氧化應(yīng)激等刺激后活化,活化后其改變?cè)谟诖罅烤S生素A液滴的丟失、細(xì)胞形態(tài)的改變、轉(zhuǎn)變?yōu)槌杉±w維細(xì)胞樣表型、表達(dá)細(xì)胞骨架蛋白、平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA),隨后表現(xiàn)出增殖和侵襲加強(qiáng)及合成過(guò)多的ECM 蛋白等性質(zhì)[4]。
胰腺癌的特征是病理性的纖維化基質(zhì)反應(yīng)。ECM主要由纖維蛋白質(zhì)和蛋白聚糖兩個(gè)大分子構(gòu)成。纖維蛋白對(duì)細(xì)胞的侵襲起重要作用,因此,被認(rèn)為與腫瘤的轉(zhuǎn)移相關(guān)[5]。與此同時(shí)蛋白聚糖的基因編碼突變與很多疾病有關(guān)[6]。因此推測(cè)ECM與胰腺癌臨床表現(xiàn)相關(guān),胰腺癌組織病理研究結(jié)果[7]顯示,胰腺癌早期癌前病變僅有少量的正?;|(zhì)圍繞在正常胰管周圍,而當(dāng)癌前病變基質(zhì)增加則意味著侵襲性增強(qiáng)。Erkan等[8]通過(guò)觀察胰腺癌組織切片,發(fā)現(xiàn)大量基質(zhì),尤其基質(zhì)中含大量α-SMA和膠原預(yù)示著預(yù)后不良。盡管胰腺癌細(xì)胞自身可分泌ECM,但在胰腺癌中EMC蛋白合成主要來(lái)自基質(zhì)細(xì)胞,而PSCs是基質(zhì)反應(yīng)的一個(gè)重要的調(diào)節(jié)者,因此,研究重點(diǎn)也趨向于PSCs對(duì)胰腺癌細(xì)胞的作用。
在PSCs和胰腺癌細(xì)胞共培養(yǎng)所建立的模型[9]中可見(jiàn),PSCs顯著影響癌細(xì)胞的增殖,而且這種作用在直接共培養(yǎng)時(shí)比間接共培養(yǎng)時(shí)更明顯。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)[10]亦證實(shí),裸鼠聯(lián)合注射PSCs與單獨(dú)注射胰腺癌細(xì)胞比較,胰腺癌發(fā)生率要高得多,并且形成的腫瘤體積更大。
PSCs可以降低多種胰腺癌細(xì)胞系的凋亡已經(jīng)被證實(shí)。體內(nèi)試驗(yàn)可見(jiàn),聯(lián)合注射PSCs和胰腺癌細(xì)胞時(shí)胰腺癌細(xì)胞凋亡減少,這與抗凋亡蛋白Bcl-2和BclxL 的表達(dá)增加相關(guān)[11]。
最新研究[12]顯示,在胰腺癌中存在一種“癌干細(xì)胞”,它導(dǎo)致術(shù)后腫瘤的再發(fā)。在胰腺癌細(xì)胞和PSCs間接共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),PSCs提高胰腺癌細(xì)胞表達(dá)癌干細(xì)胞相關(guān)基因 ABCG2、巢蛋白和 LIN28。這也是PSCs促進(jìn)胰腺癌生長(zhǎng)的一種機(jī)制。
胰腺癌預(yù)后很差與其早期即發(fā)生淋巴和血液轉(zhuǎn)移有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移是與細(xì)胞和細(xì)胞之間的黏附力降低,細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性增加而侵襲入血管或淋巴管、進(jìn)而隨著循環(huán)或滲出物轉(zhuǎn)移、最終播種在遠(yuǎn)處有關(guān)。PSCs之所以增加胰腺癌細(xì)胞的侵襲也可能與上述過(guò)程中的某一環(huán)節(jié)相關(guān)。目前,對(duì)于腫瘤細(xì)胞通過(guò)血液或淋巴轉(zhuǎn)移的觀念已經(jīng)改變。過(guò)去認(rèn)為僅僅是癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移,而現(xiàn)在認(rèn)為是細(xì)胞群集轉(zhuǎn)移[13]。實(shí)驗(yàn)[14]觀察也證實(shí):聯(lián)合注射PSCs和胰腺癌細(xì)胞可見(jiàn)腫瘤局部和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移;腫瘤組織中可見(jiàn)包含活化的PSCs的纖維組織。
胰腺癌局部生長(zhǎng)和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移過(guò)程中一個(gè)關(guān)鍵步驟是新生血管形成,而內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(VEGF)與新生血管形成密切相關(guān),因此,胰腺癌中VEGF的上調(diào)與胰腺癌預(yù)后差相關(guān)[15]。在胰腺癌中VEGF不僅由胰腺癌細(xì)胞產(chǎn)生也由PSCs產(chǎn)生[16]??梢?jiàn)PSCs在胰腺癌血管生成進(jìn)而促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移中起重要作用。
上皮細(xì)胞-間葉細(xì)胞轉(zhuǎn)變(EMT)與胰腺癌細(xì)胞的侵襲相關(guān),EMT的特征是上皮細(xì)胞特有的蛋白鈣粘蛋白轉(zhuǎn)變成間葉細(xì)胞特有的鈣黏素。Kikuta等[17]通過(guò)共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),PSCs通過(guò)減少鈣黏蛋白的表達(dá)并增強(qiáng)波形蛋白和Snai-1的表達(dá)從而促進(jìn)EMT。雖然目前尚缺少體內(nèi)研究支持,但可以推測(cè)其機(jī)制是伴隨著PSCs的活化而出現(xiàn)血管改變和組織纖維化,這些改變使得局部組織缺氧,最終導(dǎo)致了EMT。反之,胰腺癌細(xì)胞通過(guò)引起促有絲分裂和增加胰腺纖維化的發(fā)生而促進(jìn)PSCs活化和增殖,增加PSCs產(chǎn)生ECM的能力,而ECM與胰腺癌細(xì)胞侵襲性有關(guān);胰腺癌也分泌ECM金屬蛋白酶誘導(dǎo)劑(EMMPRIN),這也導(dǎo)致PSCs分泌基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP2)增多,MMP2與胰腺癌細(xì)胞的侵襲性有關(guān),其可使正常基底膜退化而利于胰腺癌的進(jìn)展[18]。這也進(jìn)一步促進(jìn)了胰腺癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。
胰腺癌另一個(gè)顯著特征是周圍神經(jīng)侵襲。研究表明PSCs增強(qiáng)胰腺癌神經(jīng)轉(zhuǎn)移。其機(jī)制可能是:(1)PSCs直接增強(qiáng)胰腺癌的增殖和轉(zhuǎn)移,通過(guò)釋放大量刺激因子,提供一個(gè)適當(dāng)?shù)奈h(huán)境。(2)PSCs調(diào)節(jié)胰腺癌周圍神經(jīng)轉(zhuǎn)移相關(guān)分子如神經(jīng)生長(zhǎng)因子的表達(dá)。(3)PSCs誘導(dǎo)神經(jīng)重塑,使得神經(jīng)更易受到侵襲[19]。
體外實(shí)驗(yàn)證實(shí),PSCs可誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞對(duì)化療和放療的抵抗,其機(jī)制可能是PSCs分泌層粘連蛋白和纖連蛋白,其可抗胰腺癌細(xì)胞凋亡[20]。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中觀察到ECM中異常的膠原與蛋白聚糖的相互作用能顯著影響生理屏障。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí),有明確膠原的腫瘤對(duì)于大分子藥物的抵抗要比無(wú)膠原的腫瘤強(qiáng)的多;進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證實(shí),在膠原缺乏和黏多糖變化不敏感的情況下大分子藥物更加容易接近腫瘤組織[21]。因此可以通過(guò)胰腺癌特定的ECM來(lái)預(yù)測(cè)大分子藥物的治療效果。
PSCs和胰腺癌細(xì)胞相互作用,胰腺癌細(xì)胞釋放致有絲分裂和纖維發(fā)生刺激劑,如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)、血小板源性生長(zhǎng)因子(PDGF)、sonic hedgehog、半乳凝集素3、內(nèi)皮素1和絲氨酸蛋白酶抑制劑連接蛋白2,這些使得PSCs呈現(xiàn)活化表型。反過(guò)來(lái),PSCs分泌多種因子,如PDGF、基質(zhì)衍生因子1、EGF、胰島素樣生長(zhǎng)因子1(IGF-1)、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(FGF)、富含分泌性蛋白酸半胱氨酸基質(zhì)金屬蛋白酶(SPARC)、富含小亮氨酸的蛋白聚糖、骨膜蛋白和I型膠原,這些調(diào)節(jié)腫瘤的生長(zhǎng)、侵襲、轉(zhuǎn)移和藥物抵抗[22]。
活化的PSCs作用是產(chǎn)生過(guò)多的基質(zhì),然而腫瘤和基質(zhì)作用機(jī)制很復(fù)雜,目前研究作用信號(hào)通路重點(diǎn)在于PSCs活化信號(hào)通路和PSCs分泌因子和胰腺癌細(xì)胞相互作用的信號(hào)通路。
MAPK途徑是哺乳動(dòng)物應(yīng)答胞外刺激的一條重要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,其家族成員包括ERK、JNK、P38MAPK。MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和刺激細(xì)胞因子/趨化因子產(chǎn)物相關(guān)并受活化蛋白1(AP-1)和核因子-κB(NF-κB)調(diào)節(jié),因此,許多刺激因子包括促炎因子、Toll樣受體(TLR)、血管緊張素Ⅱ、乙醇及其代謝產(chǎn)物和胰島素等均能激活MAPK從而活化 PSCs。Schwer等[23]報(bào)道,姜黃素能誘導(dǎo) oxygenase-1(HO-1)基因表達(dá),從而抑制ERK1/2活化作用,并因此抑制PSCs增殖。
大約半數(shù)的胰腺癌中存在PI3K/AKT活化增加的現(xiàn)象,并且這意味著預(yù)后不佳。PI3K調(diào)節(jié)磷酸化過(guò)程中產(chǎn)生PIP、PIP2、PIP3,吸引重要蛋白激酶到細(xì)胞膜,其中最顯著的是AKT,這與多種細(xì)胞的關(guān)鍵進(jìn)程相關(guān),包括細(xì)胞增殖、凋亡、轉(zhuǎn)錄和侵襲。在胰腺癌的致癌過(guò)程中AKT增加胰腺癌細(xì)胞的存活率[24]。另有研究[25]表明,IL-1β、TNF-α、IFN-γ 可以通過(guò) PI3K-AKT通路使PSCs表達(dá)IL-32α,進(jìn)而導(dǎo)致胰腺纖維化。而用CO釋放分子2(CORM-2)與PSCs共培養(yǎng)后可阻斷PI3K-AKT信號(hào)通路,從而抑制蛋白合成,導(dǎo)致細(xì)胞周期素D1和E表達(dá)的下調(diào),使得細(xì)胞生長(zhǎng)停滯在G0/G1階段,由此可見(jiàn)CORM-2抑制PSCs活化,也許可以用來(lái)治療纖維化、炎癥、腫瘤和其他因蛋白質(zhì)過(guò)度合成所致疾病[26]。
JAK-STAT信號(hào)通路不僅在諸多生理進(jìn)程如生長(zhǎng)調(diào)控、細(xì)胞分化、維持組織內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定中發(fā)揮作用,也在致瘤作用中起重要作用。研究證實(shí),PDGF通過(guò)Src依賴機(jī)制活化JAK2-STAT通路而促進(jìn)PSCs增殖,這個(gè)過(guò)程可被Src抑制劑PP1和JAK2抑制劑AG490抑制,也被STAT3反義寡核苷酸抑制[27]。在胰腺癌發(fā)展過(guò)程中,一些因素如縮膽囊素2受體(CCK2R)可以活化JAK2/STAT3通路而促進(jìn)細(xì)胞增殖,這在早期胰腺癌發(fā)展中起一定作用[28]。另外Yu等[29]研究發(fā)現(xiàn),胰腺炎中氧化應(yīng)激作用通過(guò)激活JAK/STAT通路而刺激細(xì)胞增殖和惡變,并能抑制其凋亡。
Hh信號(hào)通路對(duì)于胰腺癌的進(jìn)展起重要作用,Hh通路對(duì)細(xì)胞很多功能的影響主要是通過(guò)hedgehog-Gli-1實(shí)現(xiàn)的。Gli-1是上皮細(xì)胞分化的重要調(diào)節(jié)者,它能增加上皮細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性,并能協(xié)同TGF-β誘導(dǎo)EMT。研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)抑制轉(zhuǎn)錄因子Snail和Slug的活化來(lái)阻斷Hh信號(hào)通路可以抑制EMT,從而降低胰腺癌細(xì)胞的侵襲性,這表明Hh信號(hào)通路在胰腺癌轉(zhuǎn)移機(jī)制中發(fā)揮作用[30]。Hh信號(hào)通路成員主要有 Sonic hedgehog(SHH)和Indian hedgehog(IHH)。SHH由胰腺癌細(xì)胞產(chǎn)生,并在早期胰腺癌中就能被發(fā)現(xiàn),它可以激活靜息的PSCs,使其表達(dá)Gli-1,從而促進(jìn)成纖維細(xì)胞的遷移。研究發(fā)現(xiàn)抑制SHH可減少粘連,增加化療藥物的效果[31]。另外,研究發(fā)現(xiàn) IHH能增加 MT1-MMP的數(shù)量并能改變MT1-MMP在PSCs表面的定位,MT1-MMP能導(dǎo)致基質(zhì)退化而利于細(xì)胞的侵襲,因此推測(cè)IHH能增加PSCs的侵襲性[32]。
小GTP蛋白R(shí)ho和其下游受體Rho激酶調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架,從而在PSCs活化的過(guò)程中調(diào)節(jié)細(xì)胞形態(tài)的變化和纖維形成,說(shuō)明Rho/Rho激酶途徑可以使PSCs激活,促使其增殖,增加纖維化的發(fā)生[33]。
綜上所述,PSCs從發(fā)現(xiàn)至今不過(guò)30年,卻已成為胰腺癌研究中的“寵兒”,目前對(duì)其活化機(jī)制以及其對(duì)胰腺癌發(fā)生和發(fā)展影響機(jī)制的了解僅為冰山一角。隨著對(duì)PSCs研究的不斷深入,可能逐步揭開(kāi)胰腺癌的神秘面紗,PSCs活化及胰腺纖維化與胰腺癌相互作用所涉及到的多個(gè)已知信號(hào)通路可為今后胰腺癌的治療提供新的靶點(diǎn)。
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