腫瘤ECM纖維生成與腫瘤轉移研究進展

沈培亮，劉兆國，王 旭，沈 穎，吳紅雁，祝娉婷，陳文星，2，3，王愛云，2，3，陸 茵，2，3

（1．南京中醫(yī)藥大學藥學院、2．江蘇省中藥藥效與安全性評價重點實驗室、3．江蘇省中醫(yī)藥防治腫瘤協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇南京 210023）

腫瘤ECM纖維生成與腫瘤轉移研究進展

沈培亮1，劉兆國1，王 旭1，沈 穎1，吳紅雁1，祝娉婷1，陳文星1，2，3，王愛云1，2，3，陸 茵1，2，3

（1．南京中醫(yī)藥大學藥學院、2．江蘇省中藥藥效與安全性評價重點實驗室、3．江蘇省中醫(yī)藥防治腫瘤協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇南京 210023）

中國圖書分類號：R-05；R329．24；R73-35；R730．5

摘要：腫瘤轉移是惡性腫瘤最為重要的生物學特征之一，同時也是影響預后及導致治療失敗的主要因素。近年來研究表明，腫瘤微環(huán)境中的胞外基質（extracellular matrix，ECM）纖維生成在腫瘤轉移過程中發(fā)揮極為關鍵的作用。腫瘤ECM纖維生成會形成相互交聯(lián)的網(wǎng)狀結構，這種網(wǎng)狀結構不僅對腫瘤細胞起到支持和營養(yǎng)作用，同時對腫瘤的生長和浸潤也起到相當重要的作用。因此，阻斷腫瘤組織ECM纖維生成有可能對腫瘤轉移產(chǎn)生抑制作用，這使得ECM纖維生成作為治療靶標，備受人們關注。該文對腫瘤ECM纖維生成與腫瘤轉移研究進展進行綜述，并對靶向腫瘤ECM纖維生成進行腫瘤轉移治療的策略進行探討，為后續(xù)研究及指導臨床提供重要參考。

關鍵詞：腫瘤；ECM纖維生成；腫瘤轉移；細胞因子；分子機制；治療策略

網(wǎng)絡出版時間：2015－10－16 9：52 網(wǎng)絡出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／detail／34．1086．R．20151016．0952．004．html

腫瘤是目前全球所面臨的一個主要健康問題，同時也是導致人類死亡的主要殺手，嚴重影響人們的健康和生活質量。已有研究證實，多種因素會導致腫瘤患者的死亡，其中尤以腫瘤轉移最為關鍵［1］。既往研究認為，腫瘤胞外基質（extracellular matrix，ECM）過多沉積的膠原纖維對腫瘤轉移起到一種阻礙作用［2］，然而最新研究表明，腫瘤組織的膠原纖維能夠通過改變腫瘤的生物力學及細胞因子的分布，影響腫瘤的轉移。2012年，Pathak課題組［3］研究體外模擬高膠原狀態(tài)的腫瘤ECM對腫瘤細胞生物學行為的影響，結果發(fā)現(xiàn)高膠原狀態(tài)的ECM能夠明顯增加神經(jīng)膠質瘤細胞的遷移能力，這使得腫瘤微環(huán)境中的ECM纖維生成成為新的熱點，備受人們關注。最近更多的研究表明，腫瘤ECM纖維生成不僅對腫瘤細胞起到支持和營養(yǎng)作用，同時對腫瘤的生長、浸潤和轉移也發(fā)揮關鍵的作用［4－5］，提示靶向腫瘤ECM纖維生成是干擾或抑制腫瘤轉移的潛在方法。本文對腫瘤ECM纖維生成的生理功能及其與腫瘤轉移關系的研究進展進行綜述，探討針對ECM纖維生成開展腫瘤轉移治療的策略，為臨床研究及后續(xù)治療提供重要參考。

1　腫瘤ECM纖維生成改變了實體腫瘤的諸多物理特性，介導了腫瘤的發(fā)生與發(fā)展

1．1ECM纖維生成改變了腫瘤的諸多物理特性 臨床研究顯示，實體腫瘤組織往往明顯地出現(xiàn)膠原密度增加和組織堅硬現(xiàn)象［6］，這一現(xiàn)象被認為主要是由ECM纖維生成導致的。腫瘤ECM纖維生成改變了腫瘤組織的諸多物理特性，主要包括硬度、形態(tài)學及組織孔隙率的變化等。既往的研究認為，腫瘤ECM過多沉積的膠原纖維對于腫瘤的轉移起到阻礙作用。然而最新的研究顯示，腫瘤組織膠原的纖維程度能夠通過改變腫瘤的生物力學和細胞因子的分布進而影響腫瘤的轉移［7－8］。進一步深入研究發(fā)現(xiàn)，原位瘤的腫瘤細胞可通過分泌生長因子和細胞因子，激活纖維母細胞和肌纖維母細胞，進而增加腫瘤組織的膠原生成，使腫瘤組織膠原密度增大［9］；與此同時，腫瘤細胞會進一步黏附于ECM中的膠原纖維，借助膠原纖維的彈性力脫離原發(fā)灶，通過內(nèi)滲等過程而侵襲周圍的組織和遠距位點［10－11］。

1．2ECM纖維生成介導了腫瘤的發(fā)生與發(fā)展 ECM纖維生成介導了惡性腫瘤多種的生物學行為，尤其在腫瘤轉移過程中發(fā)揮重要作用。Kim等［12］運用哺乳類神經(jīng)膠質瘤模型，通過敲除神經(jīng)膠質細胞中的整合素，降低了腫瘤組織的堅硬程度，發(fā)現(xiàn)腫瘤細胞的侵襲能力明顯下降，表明腫瘤組織的堅硬程度與腫瘤細胞的侵襲能力具有正相關。Zhao等［13］發(fā)現(xiàn)肝癌患者的肝臟組織相比于正常人，出現(xiàn)明顯的堅硬程度增加，且體外研究發(fā)現(xiàn)高纖維膠原基質培養(yǎng)的HepG2細胞，其膠原黏附及轉移能力明顯增加。Kanno等［14］發(fā)現(xiàn)胰腺癌細胞能夠通過活化胰腺星狀細胞，促進其分泌膠原蛋白，進而增加胰腺腫瘤膠原的生成，而過度生成的膠原纖維通過促進上皮間質轉化（epithelial mesenchymal transition，EMT）及激活Akt信號通路等過程，促進胰腺癌細胞的遷移和侵襲。

Brabrand等［15］通過比較不同階段乳腺腫瘤ECM膠原狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)在侵襲的腫瘤組織中出現(xiàn)明顯的膠原纖維生成的現(xiàn)象，且腫瘤組織內(nèi)部出現(xiàn)較多的平直膠原纖維，而腫瘤組織周圍則出現(xiàn)較多的卷曲膠原纖維。與此同時，在腫瘤組織侵襲的邊界出現(xiàn)的則是平直且直線排列的膠原纖維，研究表明，這樣的一種排列方式能夠明顯促進腫瘤的轉移和侵襲。Kakkad等［16］運用二次諧波顯微術的方法觀察低氧乳腺實體瘤和前列腺實體瘤中膠原生成的變化，結果顯示，低氧腫瘤出現(xiàn)了膠原纖維成分的改變，這樣的改變主要是由I型膠原重塑導致，而這又會導致腫瘤轉移及侵襲能力的升高。進一步研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤ECM纖維生成的過程是與乳腺腫瘤的整個生長過程相伴隨的，過度的膠原生成促進了腫瘤細胞的表面黏附及增加了PI3K的活性，進而介導了上皮細胞致癌基因的啟動，從而促進了乳腺腫瘤的轉移。

2　ECM纖維生成介導腫瘤轉移的分子機制

2．1HIF-1通過促進ECM纖維生成介導腫瘤的轉移 缺氧誘導因子1（hypoxia induced factor 1，HIF-1）是腫瘤細胞在缺氧條件下產(chǎn)生的主要細胞因子，通過調(diào)控腫瘤纖維生成過程中兩個主要膠原生成環(huán)節(jié)，進而介導腫瘤的轉移：①HIF-1介導細胞內(nèi)膠原基因的表達。體外缺氧條件培養(yǎng)腫瘤細胞，發(fā)現(xiàn)腫瘤細胞的膠原基因轉錄及翻譯明顯增加，進而在基因水平上調(diào)控腫瘤ECM的膠原生成［17］。②HIF-1調(diào)控膠原重塑酶的表達。HIF-1能夠促進腫瘤細胞和纖維母細胞脯氨-4-羥化酶（prolyl-4-hydroxylaseα-subunit，P4HA）的表達，而該酶在維持膠原三聚體熱穩(wěn)定性方面發(fā)揮極為關鍵的作用［18］。此外，HIF-1也能夠增加細胞外分泌型的膠原交聯(lián)酶賴氨酰氧化酶（lysyl oxidase，LOX）的表達，進而對已合成膠原進行重塑，從而使生成的膠原纖維便于腫瘤的轉移［19］。

2．2TGF-β通過促進ECM纖維生成介導腫瘤的轉移 研究表明，腫瘤組織的膠原生成主要來源于腫瘤基質中的成纖維細胞，而腫瘤細胞產(chǎn)生的轉化生長因子β（transforming growth factor β，TGF-β）是激活成纖維細胞，進而促進其纖維生成的重要調(diào)節(jié)因子［9］。TGF-β能與TGF-β受體結合形成二聚體，進而使受體磷酸化。磷酸化的二聚體又能進一步促進受體下游的Smad2和3（drosophila mothers against decapen-taplegic protein）磷酸化，形成Smad2／Smad3的復合物，緊接著該復合物又與Smad4一起形成Smad復合物。Smad復合物能夠與輔因子（co-factor）結合激活細胞核內(nèi)的轉錄因子，進而促進膠原纖維的轉錄合成。同時，TGF-β也能夠通過JNK、p38、ERK以及PKB／Akt等信號通路激活細胞核內(nèi)的轉錄因子，進而促進纖維的生成，介導腫瘤的轉移［20］。

2．3VEGF通過促進ECM纖維生成介導腫瘤的轉移 研究表明，血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth fac-tor，VEGF）能與腫瘤細胞表面的VEGF受體結合，進而激活GSK／β-catenin信號通路，激活后的GSK會失去泛素化降解β-catenin的活性，從而導致胞質中β-catenin濃度增加［21］。β-catenin作為一種核轉錄因子，其入核后能夠促進內(nèi)皮細胞尿激酶型纖溶酶原激活劑（urokinase-type plasminogen activa- tor，uPA）受體基因的轉錄和表達。uPA與受體結合后會進一步激活纖維蛋白溶酶系統(tǒng)［22］，進而介導ECM膠原纖維的生成與重塑，從而促進了腫瘤轉移。

綜上所述，HIF-1、TGF-β和VEGF在介導ECM纖維生成進而影響腫瘤轉移中發(fā)揮了重要的作用，這為開發(fā)靶向ECM纖維生成的藥物提供了重要依據(jù)。

3　靶向ECM纖維生成進行腫瘤轉移治療的策略

腫瘤轉移是導致臨床治療失敗及不良預后的主要原因［23］。多種因素介導了腫瘤轉移的過程，因此，單一靶向某種特定基因、蛋白或信號通路無法從根本上有效抑制腫瘤的轉移。針對這種情況，臨床上應該采取怎樣的治療策略才能有效地治療腫瘤轉移呢？基于對上述ECM纖維生成介導腫瘤轉移分子機制的分析，我們認為以下兩點可以作為臨床控制腫瘤轉移的治療策略：①針對HIF-1通過調(diào)控腫瘤纖維生成過程中兩個主要膠原生成環(huán)節(jié)進而介導腫瘤轉移，聯(lián)合應用HIF-1特異性抑制劑和膠原重塑酶抑制劑。目前，HIF-1抑制劑已處于臨床前和臨床實驗研究階段［24－25］。同時，膠原重塑酶家族拮抗劑的研究也已成為新的熱點，且在臨床前實驗中也取得了較好的效果［26－28］。因此，我們認為靶向抑制HIF-1并聯(lián)合運用膠原重塑酶的拮抗劑，有望成為治療腫瘤轉移的一種策略。②聯(lián)合應用HIF-1抑制劑、TGF-β受體阻斷劑和VEGF受體阻斷劑，實現(xiàn)從多個靶點抑制腫瘤ECM纖維生成及膠原重塑的過程，有效抑制調(diào)控ECM纖維生成的其他代償機制，進而實現(xiàn)對腫瘤轉移的抑制作用。

4　小結

腫瘤轉移是個非常復雜的過程，這給臨床上抗腫瘤治療帶來了很大的困擾［29］。腫瘤微環(huán)境中ECM的生物力學作用在腫瘤惡性生物學行為的過程中的作用不斷受到關注，提示我們在關注細胞因子的重要作用時，也需要加強對腫瘤組織物理特性的關注。目前關于ECM纖維生成介導腫瘤轉移的機制研究不夠深入，很多問題仍有待解決，如腫瘤細胞如何利用ECM纖維生成調(diào)控腫瘤自身的運動性和黏附性，以及不同膠原分子之間的排列和組合對腫瘤轉移究竟有何不同等。相信隨著現(xiàn)代生物學的不斷發(fā)展，這些困擾我們的問題會逐漸被破解。綜上所述，筆者認為，ECM纖維生成有望成為新一類的抗腫瘤轉移靶點，具有廣闊的應用前景。

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Research progress on tumor ECM fibrogenesis in tumor metastasis

SHEN Pei-liang1，LIU Zhao-guo1，WANG Xu1，SHEN Ying1，WU Hong-yan1，ZHU Ping-ting1，CHEN Wen-xing1，2，3，WANG Ai-yun1，2，3，LU Yin1，2，3
［1．School of Pharmacy，Nanjing University of Chinese Medicine，Nanjing 210023，China；2．Jiangsu Key Laboratory for Pharmacology and Safety Evaluation of Chinese Materia Medicine，Nanjing 210023，China；3．Jiangsu Collaborative Innovation Center of Traditional Chinese Medicine（TCM）Prevention and Treatment of Tumor，Nanjing 210023，China］

Abstract：Tumor metastasis is one of the most important biologi-cal characteristics of malignant tumor，and it is also the main

factor resulting in poor prognosis and leading to failure of treat-ment．In recent years，studies have shown that the extracellular matrix（ECM）of tumor microenvironment plays a critical role in tumor metastasis．Tumor ECM fibrogenesis could form the cross-linked network structure，which not only provides nutrition and support to tumor，also it is necessary to tumor growth and inva-sion．These research results indicate that blocking ECM fibro-genesis may exert an inhibitory effect on tumor metastasis． Therefore，targeting ECM fibrogenesis has become a particularly attractive strategy as it can be used in the treatment of metasta-sis-related diseases．The ECM fibrogenesis in tumor is reviewed in this paper as well as the treatment strategies on tumor metas-tasis by targeting ECM fibrogenesis，which may provide refer-ences for follow-up research and clinical treatment．

Key words：tumor；ECM fibrogenesis；tumor metastasis；cyto-kines；molecular mechanisms；therapy strategies

作者簡介：沈培亮（1992－），男，碩士生，研究方向：活血化瘀中藥對腫瘤轉移的影響，E-mail：15951938167＠163．com；陸 茵（1963－），女，博士，教授，博士生導師，研究方向：活血化瘀中藥對腫瘤轉移的影響，通訊作者，Tel：025-85811239，E-mail：luyingreen＠126．com

基金項目：國家自然科學基金資助項目（No 81173174，81202655，81403260）；中國博士后科學基金資助項目（No 2014M551639）；江蘇省博士后資助項目（No 1401138C）；江蘇省自然科學基金資助項目（No BK2012854）；江蘇省2014年度普通高校研究生科研創(chuàng)新計劃項目（No KYZZ＿0270）；2013年江蘇高校優(yōu)秀科技創(chuàng)新團隊計劃；江蘇高校品牌專業(yè)建設工程資助項目（No PPZY2015A070）；江蘇高校中藥學優(yōu)勢學科建設工程資助項目（PAPD）

收稿日期：2015－08－02，修回日期：2015－08－30

文獻標志碼：A

文章編號：1001－1978（2015）11－1485－04

doi：10．3969／j．issn．1001－1978．2015．11．002